R22压缩式制冷机组设计、性能分析的计算机软件

1、符号表 比焓， V 体积，m3；体积流量，m3/s 传热系数， v 流速，m/s；比容m3/kgk 绝热指数， vm 质量流速，L 长度，m W 功，J或KJM 质量流量，kg/s w 比功，J/kg或KJ/kgm 质量，kg x 湿蒸气得干度，%n 转速，r/min z 气缸数，个 面积， 湿空气湿球温度， 热容量， T 绝对温度，K或 比热， 温差K或 定压比热， t 摄氏温度， 定容比热， TK，tK 冷凝温度，K或 直径， T0，t0 蒸发温度，K或 力， U 内能，KJ 焓， u 比内能，KJ/kgP 功率，W或KW 换热系数，p 压力，Pa 制冷系数PK 冷凝压力，bar 逆卡诺循

2、环制冷系数Q 热量，J或KJ 理论循环制冷系数 冷凝器单位热负荷，KJ/kg 热力系数 单位质量制冷能力，KJ/kg 卡诺循环的热效率 单位容积制冷能力，KJ/m3 压缩机的传动效率 压缩机的指示效率 o 低压；低温或外侧 压缩机的摩擦效率 p 压力或定压过程 电动机效率 r 制冷剂 制冷循环的制冷效率 s 饱和状态或定熵过程 压缩机的容积效率 t 温度或定温过程R 潜热，KJ；热阻， 肋片效率 雷诺数 i 指示值；定焓过程；r 比潜热，KJ/kg k 高压或高温S 熵，KJ/K l 长度或潜热s 比熵， m 质量或机械量 材料的导热系数， V 体积 供热系数；动力粘度， w 冷却水 运动粘度

3、，m2/s ev 蒸发 密度，kg/m3 cr 临界状态 传湿系数， 肋化系数 热流量，W或KW 冷凝器热负荷，W或KW 制冷量。W或KW 空气的相对湿度，% 热流密度W/m2或KW/m2 下角标a 空气或绝热过程b 沸腾c 逆卡诺循环摘 要随着科学技术的发展，人们对自身生存的环境有着越来越多的要求，空调、冰箱等制冷装置已经走进千家万户，而对这些制冷装置进行性能分析，性能调节以达到节能、高效、环保等目的已受到诸多专家和公众的关注。本文以制冷机组为对象结合计算机程序的编制展开研究，分析了制冷压缩机的工作特性，即分析其制冷量、耗功率以及需要在冷凝器排出的热量与蒸发温度和冷凝温度所呈的函数关系，进而

4、分析了压缩机-冷凝器-蒸发器联合工作时的性能，即制冷量、耗功率与冷凝器冷却水进口温度及蒸发器进口空气温度的函数关系，还分析了整个制冷机组与外界因素冷凝器冷却水进口温度、蒸发器进口空气温度和冷却水流量、蒸发器进口空气流量的函数关系，拟合出制冷剂R22的热物性系数的公式算法并由C语言写出计算机软件对其进行计算，得出关系曲线。以R22为制冷剂，制冷量为116kW为案例，用此程序对其进行机组设计并对其进行性能分析，本文从冷凝器构造及冷凝器面积、蒸发器构造及蒸发器面积、压缩机容量方面对其进行设计，并分析了该机组与外界因素的关系。关键词：制冷，性能分析，软件，热力学性质，R22ABSTRACTWithth

5、edevelopmentofscienceandtechnology,peoplehavemoreandmorerequirementsforthelivingenvironment.Air-condition,refrigeratorandotherrefrigerationdeviceshavebeenboughtbymanyfamilies.Sotheanalysisabouttheperformanceofthoserefrigerationdevicesisnecessary,andtheperformancetuningtoachievethepurposeofenergysavi

6、ng,highefficiency,andenvironmentalfriendlyhasattractedtheattentionofexpertsandthepublic. With the refrigeration unit for object combine computer programming, this article analyses the thermodynamic properties of the R22 refrigerant and obtain the formulas of it. First of all, the article analyses th

7、e characteristics of compressor, such as the refrigerating capacity, consumption power, heat from condenser, evaporation temperature and condensate temperature, the relationship between them. Also generate charts of it. Then this article analyses compressor - condenser - evaporator associated workin

8、g characteristics that refrigerating capacity, consumption power, heat from condenser, evaporation temperature, inlet temperature of cooling water in the condenser, import temperature of air in the evaporator, the relationship between them, besides, analyses the relationship of the whole refrigerati

9、on system with external factors.At last, in the case that R22 for refrigerants and the refrigerating capacity is 116 kW, using the computer programming to analyses this case. Get the area of condenser and evaporator. Besides, get the relationship of the whole refrigeration system with external facto

10、rs.Key words：Refrigeration, performance, software, thermodynamic properties, R22 目录摘 要IABSTRACTII1 绪论：11.1研究背景11.2 实现制冷的方式21.3电子计算机技术在制冷上的应用42 活塞式制冷机组工作原理及组成62.1 工作原理62.2 制冷机组的组成63 制冷机组性能与内外部参数的函数关系83.1 制冷压缩机83.1.1 活塞式制冷压缩机的活塞排量83.1.2制冷压缩机的制冷量和耗功率93.2 冷凝器93.2.1 冷凝器中的传热过程93.2.2 管壁与垢层的热阻143.2.3 冷凝器的设计

11、计算143.3 蒸发器163.3.1 蒸发器的传热过程163.3.2 蒸发器的设计计算174 性能分析204.1 饱和线上热力学性质204.2 过热区214.2.1 由温度和压力求过热区焓和比体积214.2.2 过热区的熵234.3 制冷机组工作特性计算公式24五 性能曲线41六 结论45参考文献461 绪论：1.1研究背景从低于环境温度的空间或物体中吸取热量，并将其转移给环境介质的过程称为制冷，制冷技术是为适应人们对低于环境温度条件的需要而产生和发展起来。在长期的生产实践和日产生活中，人们发现许多现象与温度有密切关系。人体对温度相当敏感。炎热条件下希望降温以提供适宜的工作和生活环境。所有生物

12、过程都受温度影响，低温抑制食品发酵、霉菌的增殖，对食品保鲜起重要作用。材料的某些重要特性与温度有关：如机械材料具有冷脆性，塑料、橡胶也有同样的性质；又如金属的导电性随温度下降而提高，有些纯金属或合金当温度降低到某一数值时出现超导性。人为地利用这些特性，需要人工创造低温环境。通过降温产生物态变化，可以使混合气体分离、气体液化。扩散和化学反应与温度也有关系，诸多生产工艺过程中温度对产品性能和质量有很大影响。空间和遥感遥控技术更是与制冷技术紧密联系。随着工业、农业、国防和科学技术现代化的发展，制冷技术在各个领域中都得到了广泛的应用，特别是空气调节和食品冷藏，直接关系到很多部门的工业生产和人们的生活需

13、要，它们不但在制冷设备需要量方面占相当大的比重，而且在动力消耗方面也占有颇大的比例。空气调节方面：如光学仪器、精密计量、半导体、合成纤维等生产工艺，都需要有恒温、恒湿的空气环境；飞机发动机、航空仪表、特殊气候地区使用的汽车、电器设备、甚至一些军事武器弹药，都应在一定的温湿度条件下进行性能试验，为此需建立人工气候室；旅馆、剧院、医院、汽车、轮船、火车等公共场所和交通工具，以及住宅，也需要空气调节装置保证人们工作、生活的舒适条件。制冷装置就是这些空气调节系统中冷却、干燥空气所必需的设备。此外，对制冷装置的冷凝热加以利用的热泵，近年来也得到了快速发展和广泛应用。食品和物资贮存方面：如低温贮存和冻结贮

14、存可以防止果品、蛋品、鱼类以及农药、血浆等的变质；而粮食或其他物资的贮存也常对空气的温湿度有所要求。它们都需要制冷设备。工业生产工艺方面：工业的许多生产过程，例如石油裂解、石油脱蜡、合成橡胶、合成纤维以及甲烷、乙烯等重要原料的提取等，分别要求有-12020的温度条件。气体的液化也和制冷密切相关，氧的液化温度为90.17K，氮的液化温度为77.34K，而火箭燃料液氢的液化温度低达20.25K。低温和超低温方面：目前低温和超低温制冷技术（指20K以下的温度）也有很大的发展。低温技术的应用，首先是由于金属和合金在低温下具有“超电导”特性所引起。例如，金属低于7.26K时，其电阻几乎为零；而锌的超导转

15、变温度是0.79K。这样，制造低温超导电缆对大功率（100万kW以上）输电很有经济价值。利用低温超导的强大电流，也为制造强大磁场提供了可能。为此，现代科学的许多部门，如宇宙空间的摸拟、高真空的获得、半导体激光、红外线探测也都离不开低温制冷技术。医疗卫生方面：冷冻医疗是可靠、安全、有效、易行和经济的治疗方法，特别是用于治疗恶性肿瘤。用冷冻配合手术有很好的治疗效果，如肿瘤、扁桃腺切除，心脏、皮肤、眼球移植，心脏大血管瓣膜冻存和移植，手术时的低温麻醉，细胞组织、疫苗、药品和血浆的冷保存，用真空冷冻干燥法冻干生物制品和药品以及制作血干、皮干，等等，可以说，现代医学也离不开制冷技术。空间技术：火箭推进器

16、所需的液态氧气和液态氢气是在低温下制取的。配合人造卫星发射和使用的红外技术也离不开低温环境。红外探测器只有在低温条件下才能获得优良的探测结果。这就促进了辐射制冷机，固体制冷机、G-M制冷机和维勒米尔制冷机的发展。用液态氮气、液态氦气组成的低温泵可通过冷凝密闭容器内的气体使其达到高真空，在航天器的地面模拟试验中起重要作用。而以微型制冷机与真空系统组成的低温泵，广泛应用于高真空技术，不但在空间技术中应用，而且在低温物理研究中起重要作用。此外，人工制冷用于农牧业中的种子低温处理，建造人工气候育秧室。建筑工程及矿井的施工中，如遇到流砂和泥沼，可以用人工制冷的方法将流砂或泥沼冻结，然后就可方便地进行施工

17、（冻土施工法）。在许多近代尖端科学技术部门中，如微电子技术、能源、新型材料、生物技术、航天技术、卫星通信、红外技术等都需要制冷制冷技术。所以说制冷技术的应用是非常广泛的，随着科学技术的进步，社会经济的发展，人类生活水平的不断提高，制冷技术在国民经济中的应用将展示更加宽广的前景。1.2 实现制冷的方式实现制冷可以通过两种途径：一是利用天然，二是利用人造冷源。天然冷源就是利用深井水或天然冰冷却物体或空间的空气。早在公元前一千年以前，我国劳动人民已采用天然冰获得食品冷藏或防暑降温。例如：诗经就有“二之日凿冰冲冲，三之日纳于凌阴”的诗句；左传等书中也谈及冰房窖冰，总管藏冰、出冰的“凌人”，并有“鉴如缶

18、，大口以盛冰，置食物于中，已御温气”的记载。天然能源具有价廉和不需要复杂技术设备等优点，但是，受时间、地区等条件限制，而且不宜用来大量获取低于0 的温度。随着生产力不断发展，19世纪中叶，世界上第一台机械制冷装置问世，人类开始采用人造冷源。人造冷源也称人工制冷，其制冷过程必须遵循热力学第二定律。实现人工制冷的办法有多种，按物理过程的不同有：液体气化法、气体膨胀法、电热法、固体绝热去磁法等。不同制冷方法适用于获取不同的温度。根据制冷温度的不同，制冷技术大体可划分为三类，即普通制冷：高于-120；深度制冷：-120至20K; 低温和超低温：20K以下;液体气化制冷;所有的制冷方法中，应用最多的是液

19、体气化制冷。从热力学我们知道，在一个密闭的容器中，如存在且仅有某一物质的液体和气体（即某一物质的液体处于密闭容器中，且容器中除了此种它自身蒸发产生的蒸气以外，无任何其他液体或气体），那么，在一定的温度和压力条件下，气液两相将达到平衡。此时的液体称为饱和液体，气体称为饱和蒸气。在饱和状态时，介质所具有的压力为饱和压力，温度为饱和温度。饱和压力与饱和温度的关系是一一对应，完全相关的。任意一个饱和温度都有一个且仅有一个与之对应的饱和压力。如饱和温度升高，饱和压力随之升高；如饱和温度降低，饱和压力也随之降低。即其中一个参数变化，另一个也相应改变。这种关系称为饱和温度与饱和压力的关系。如果此容器是绝热的

20、，当从此容器抽走一部分饱和蒸气，压力就会下降，同时温度也下降。相反，如向容器中增加一些饱和蒸气，压力将上升，温度随之提高。如果我们维持容器及其中的介质温度不变，当从容器中抽走一部分饱和蒸气，液体就必然要再气化一部分，以产生饱和蒸气来维持平衡。液体气化时需吸收气化潜热，而这一热量来自系统外部。在液体气化制冷中，正是利用气化时吸收潜热这一特性，使被冷却物体降温，或是维持在低于环境温度的某一低温。例如在电冰箱中，制冷剂在蒸发器中气化，吸收食品的热量，使食品的温度降低。空调器也是利用制冷剂在蒸发器中气化，吸收室内空气的热量，使室内空气维持在环境温度以下。为了使上述过程能够连续进行下去，必须不断地从容器

21、中抽走蒸气，再不断地将液体补充到容器中去，如把抽走的蒸气凝结下来，成为液体后再送往容器中去，就能满足过程连续这一要求。从容器中抽走的蒸气，如想直接凝结成液体，所需冷却介质的温度将比液体的蒸发温度还要低。我们利用饱和温度随饱和压力升高而升高这一原理，将蒸气的压力提高，使蒸气压力高于常温下的饱和压力，就能实现常温下凝结。这样，制冷剂在低温低压下蒸发，产生制冷效应，而在常温高压条件下凝结向环境或冷却介质放出热量。气体绝热膨胀制冷：大部分气体制冷机是利用高压气体的绝热膨胀来达到低温，并利用膨胀后的气体在低压下的复热来制冷。气体绝热膨胀有两种方式，即绝热节流和等熵膨胀。空气调节用制冷技术属于普通制冷范围

22、，主要采用液体气化制冷法，其中以蒸气压缩式制冷、吸收式制冷应用最广。1.3电子计算机技术在制冷上的应用计算机技术的飞速发展，加快了人类进入信息社会的步伐，改变了世界，改变了人们的工作、学习和生活，对社会发展产生了广泛而深远的影响。计算机技术在其他各学科中的应用，极大地促进了各学科的发展。本课题就是利用计算机的超级计算能力来对分析制冷机组的性能。分析制冷机组的性能可以最大限度的节省能源，众所周知，如今全球面临能源危机，知道制冷机组的制冷量、冷却水温度以及外界空气温度由此计算出最佳运行状况并及时做出调整尤为重要。分析其性能对制冷机组安全运行也很重要，如果不对制冷机组进行性能分析的话，当机组运行偏离

23、设定工况，易造成制冷压缩机逆流或堵塞，引起安全事故。我们可以从以下几个方面对制冷机组进行调节。1、制冷装置的容量调节，主要包括压缩机、冷凝器、蒸发器以及节流机构的容量调节。1) 压缩机容量调节： a运转速度调节：它是以改变压缩机驱动电动机的极对数p或运转频率f，调节单位时间内通过压缩机的制冷剂流量Mr的容量调节方法，这种方法广泛应用在房间空调器、多联机等小型制冷设备中； b机械式容量调节：它是指压缩机转速不变，而以改变每个压缩周期的工作容积来调节单位时间内通过压缩机的制冷剂流量Mr的容量调节方法，它又包括台数控制、吸气节流控制、排气旁通控制、可变行程控制、吸气旁通控制、卸载控制等。2) 冷凝压

24、力调节：对它的调节可以通过调节冷却剂流量和传热面积来实现。3) 蒸发压力调节：通过调节蒸发器的容量和采用蒸发压力调节阀来实现。2、制冷剂流量控制，它的目的是控制进入蒸发器的液态制冷剂的流量与蒸发器负荷相匹配，制冷剂流量控制是调节节流机构的容量（开度）。3、制冷装置的自动保护，制冷装置可能会产生液击、排气压力过高、润滑油供应不足、蒸发器内载冷剂冻结、制冷压缩机配用电动机过载等事故，所以对制冷装置配置好保护设备并加以监控是非常有必要的。2 活塞式制冷机组工作原理及组成2.1 工作原理活塞式制冷机组理论制冷循环是逆卡诺循环，如图2-1所示，在该理想循环中，制冷剂沿等熵线34绝热膨胀，温度从Tk降至T

25、0；然后，在低温热源温度T0下，沿等温线41吸热膨胀，从低温热源吸收热量q0；制冷剂再沿等熵线12被绝招压缩至状态2，温度从T0升至T；最后，制冷剂在高温热源温度Tk下，沿等温线23进行放热压缩，向高温热源放出热量qk。这样，每一制冷循环，通过1Kg制冷剂将热量q0从低温热源（被冷却对象）转移至高温热源TK（冷却剂），同时，所消耗的功量w也转化为热w量传给高温热源，即qk=q0+w，制冷循环的性能T0指标用制冷系数表示，制冷系数为单位耗功量q0所获取的冷量，即=q0/w，对于逆卡诺循环而言，所消耗的等于压缩机的耗功量wc与膨胀机的得功量we之差，即w=wc-we=(TK-T0)(sa-sb)，

26、图2-1制冷量为q0=T0(sa-sb)。2.2 制冷机组的组成单级蒸气压缩式制冷系统如图2-2所示。它由压缩机1、冷凝器2、膨胀阀3和蒸发器4组成。其工作过程为：制冷剂在压力p0和温度t0下沸腾，t0低于被冷却物体的温度。压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将它压缩到冷凝压力pk，然后送往冷凝器，在压力pk下等压冷却并冷凝成液体。制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质（通常是水或空气），与冷凝压力pk相对应的冷凝温度tk高于冷却介质的温度。冷凝后的液体通过膨胀阀或其它节流元件进入蒸发器。制冷剂通过膨胀阀或其它节流元件进入蒸发器。制冷剂通过膨胀阀时，压力从pk图2-2降到p0，部分液体汽化

27、，离开膨胀阀的制冷剂为t0温度的两相混合物。混合物中液体在蒸发器中蒸发，从被冷却物体中吸热。混合物中的蒸气称为闪发蒸气，在它被压缩机重新吸入之前几乎不再吸热。在整个循环中，压缩机趁着压缩和输送制冷剂蒸气并保持蒸发器中低压力、冷凝器中高压力的作用，是整个系统的心脏；膨胀阀对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的；冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中的热量连同压缩机消耗的功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走。根据热力学第二定律，压缩机所有消耗的功起补偿作用，使制冷剂不断从低温物体中吸热，并向高温物体放热，完成整

28、个制冷循环。3 制冷机组性能与内外部参数的函数关系所谓制冷机组或制冷系统的性能，是指其制冷量和耗功率与外在参数之间的关系。在设计当中，对于一个制冷机组或制冷系统，其应用过程中，当外在参数（即冷凝器和蒸发器所通过的水流量或空气流量，水或空气的入口温度等）在一定范围内改变时，该机组或系统的性能如何变化、选定的各个组成设备是否匹配恰当，也是设计都必须考虑的问题。通过求解制冷系统中所有设备的工作特性方程（它们是制冷系统内在参数或外在参数的函数）以及能量平衡、质量平衡、动量平衡和制冷剂状态方程构成的联立方程组，消去其中所包括的系统内在参数（蒸发温度和冷凝温度），即可得出制冷系统时的工作性能。下面我们对各

29、个设备的工作特性进行单独分析。3.1 制冷压缩机3.1.1 活塞式制冷压缩机的活塞排量活塞式制冷压缩机的工作过程有吸气、压缩和排气三个过程1。(1) 吸气 活塞从上端点a向右移动，气缸内压力急剧降低，低于吸气口压力p1，吸气阀开启，低压气态制冷剂在定压下被吸入气缸，直至活塞达到下端点的位置。(2) 压缩 活塞从下端点向左移动，气缸内压力稍高于吸气口压力，排气阀被压开。(3) 排气 排气阀开启后，活塞继续向左移动，将气缸内的高压气体定压排出，直至活塞达到上端点的位置。这样，曲轴每旋转一圈，均有一定数量的低压气态制冷剂被吸入，并被压缩为高压气体，排出气缸。理想工作过程，曲轴每旋转一圈，一个气缸吸入

30、的低压气体体积Vg称为气缸的工作容积 活塞式制冷压缩机的实际工作过程比较复杂，有很多因素影响压缩机的实际排气量Vr，因此，压缩机的实际排气量永远小于压缩机的活塞排量，二者的比值称为压缩机的容积效率，用v表示，即v=Vr/Vh，影响活塞式制冷压缩机实际过程的因素主要有气缸余隙容积、进排气阀阻力、吸气过程气体被加热的程度和漏气等。空调用活塞式制冷压缩机的容积效率有以下经验公式计算：式中 m为多变系数，对于氨制冷剂m=1.28，对于氟利昂22m=1.18。3.1.2制冷压缩机的制冷量和耗功率制冷压缩机的工作特性主要有两点，一为压缩机的制冷量，另一点为压缩机的耗功率。活塞式制冷压缩机的实际排气量Vr为

31、Vr=vVh m3/s，如果制冷剂单位容积质量能力为qvkJ/m3，则活塞式制冷压缩机的制冷量为式中p2和p1对应冷凝温度和蒸发温度时的应力，v1为对应蒸发温度时饱和蒸气线的比体积。 压缩机的耗功率是指电动机传至压缩机主轴的功率，也称为压缩机的轴功率Pe。压缩机的轴功率消耗在两方面，一部分直接用于压缩气态制冷剂，称为指示功率Pi；另一部分用于克服机构的摩擦阻力，称为摩擦功率Pm，故Pe=Pi+Pm。3.2 冷凝器冷凝器的作用是将制冷压缩机排出的高温高压气态制冷剂予以冷却、使之液化，以便制冷剂在系统中循环使用。根据冷却剂种类的不同，冷凝器可归纳为四类，即：水冷、风冷、水-空气冷却以及靠制冷剂或其

32、他工艺介质进行冷却的冷凝器。3.2.1 冷凝器中的传热过程冷凝器的传热过程包括：制冷剂的冷凝换热，金属壁、垢层的导热以及冷却剂的吸热过程。1、 制冷剂的冷凝换热(一) 制冷剂在管壁与平板壁上的冷凝换热制冷设备中一般为膜状冷凝，即冷凝时在冷却表面上形成一层液膜，气态制冷剂放出的热量必须通过液膜才能传到冷却表面。蒸气不流动时，制冷剂的冷凝换热系数c(W/(m2*K)可按努谢尔特公式计算(二)水平管束上的冷凝2对于蒸气在水平光管管束外表面上（如卧式壳管冷凝器水平管束）的冷凝换热，由于下落的冷凝液可使下部管束外侧液膜增厚，换热系数有所降低，即：式中Z为水平管束上下重叠的平均，顺排时等于垂直方向的平均排

33、数；正三角形错排时可近似等于0.6N0.5，N为管总根数。对于数根传热铜管的套管式冷凝器，由于制冷剂蒸气进入套管式冷凝器的流速对凝结换热的影响远大于管束的影响，且管束根数较少，故可以不考虑管束的影响。(三) 水平肋管表面的冷凝水平肋管表面冷凝的计算方法仍在研究与发展中，目前比较常用的方法是将肋管总表面积A分为两部分，一部分为水平面积Ap（包括肋间根部和肋顶端部），另一部分为垂直面积Af（肋表面），若其相应冷凝换热系数为p与f，则水平肋管冷凝换热系数为：(四) 水平管内的冷凝对于风冷式冷凝器和蒸发式冷凝器，制冷剂在水平管内冷凝。冷凝器水平光管内制冷剂一般呈气液分层流动状态。相当于全部光管内表面积

34、的平均冷凝换热系数，可按以下公式计算：对于氟利昂对于氨制冷剂，管内冷凝时的换热系数可按照下式计算对于制冷剂蒸气在水平蛇管内冷凝时，可按下式进行计算：其中制冷剂特性值按冷凝器进口蒸气进行计算。若雷诺数大于35000，仍可按公式1计算。以上计算公式只考虑影响冷凝换热的基本因素，实际上还有其他影响因素，主要为：(1) 不凝性气体。热流密度比较小时，不凝性气体影响很大，此时，靠近传热面形成不凝性气体膜层，气态制冷剂必须经过此膜层才能向冷却表面传热，从而使冷凝换热系数显著降低。但是，热流密度比较大时，气态制冷剂流速提高，带动不凝性气体膜层向冷凝器末端移动，从而对大部分冷凝表面影响不大。(2) 冷凝表面的

35、粗糙度。壁面越粗糙，液膜流动阻力越大，使液膜增厚，冷凝换热系数降低。(3) 蒸气含油。由于氨油不相溶，润滑油会附着在制冷剂传热表面上，形成油膜，造成附加热阻。但是，在一些实验中，未发现氨冷凝器冷凝表面有润滑油膜存在，而是被冷凝下的氨液冲掉，并带入蒸发器，故有些国家的冷凝器计算不考虑此项影响。对于氟利昂系统中，制冷剂含油致使一定压力下的饱和温度提高，影响传热效果，所以，制冷剂的含油浓度宜小于5%6%。2 冷却剂的换热(一)冷却水1.冷却水在管内的对流换热（1）对于卧式壳管冷凝器，冷却水在管内流动，多呈旺盛湍流，此时管内对流换热系数为 W/(m2*K)式中 v水流速，m/s； di管内径，m； 物

36、性系数。物性系数在水温在050内由下式求得=1430+22t（2）冷却水在立管内的膜状流动在立式壳管式冷凝中，冷却水沿管内壁向下呈膜状流动，此时管内对流换热系数可用下式计算 Re2000 Re2000式中格拉晓夫准则数，雷诺数;H为竖管高度，m；G为冷却水流量，kg/h；U为冷却水在管内的接触周界，m，当有n根立管时，；其余符号同前。2.冷却水在管外对流换热（1）对于环形流道（如单根换热管套管式冷凝器），由于换热只发生在内管壁面，其换热系数可按下式计算式中de当量直径，m;等于外环与内环直径之差。（2）水平管外膜状流动在蒸发式冷凝器中，冷却水沿水平管外膜状流动，此时管外对流换热系数可用下式计算

37、上式适用范围：排管为顺排，常温下喷淋，式中l为管长，m;n为第一排管数。（二）空气由于管外侧的对流换热系数很小，故在管外装设肋片以强化换热，以下分析空气横掠肋管管束的表面换热。1、 肋片形式肋管的形式较多，有绕片管、轧片管、缠丝管、套片管等。肋片有圆肋片、正方形肋片、矩形肋片、正六边形肋片以及连续整体肋片，整体肋片可以是平肋片、波纹肋片和冲缝肋片。一般肋条片厚度为0.120.25mm；节距1.54mm，冷却空气温度低于-10时，节距增大至56mm或更大；肋高为0.60.7d0（基管外径）。而基管多为铜管，管径1016mm，壁厚0.320.75mm，必要时可达1.0mm。管束的排列有顺排和错排两

38、种，肋片管总外表面与基管内表面之比，称为肋化系数，用符号可达1.0mm。2、 整体肋片管外对流换热系数（1） 平肋片管外对流换热系数可采用A.A.果戈林提出的公式计算式中 空气平均导热系数，W/(m*K)； de空气通道断面的当量直径 de=2*(s1-d0)*(e-)/(s1-d0)+(e-) m； Re雷诺数，Re=v*de/； v净通道断面空气流速，m/s； 空气平均运动黏度，m2/s； s1管间距，mm； e肋片节距， mm； 肋片厚度，mm； L沿气流方向肋片长度，m； n-指数，n=-0.28+8*10-5*Re； m指数，m=0.45+0.0066L/de。 C1与气流状况有关的

39、系数， C2与结构尺寸有关的系数，公式适用范围：Re=5001000, =0.180.35, =450, =25。（2） 波纹肋片管外对流换热系数空气通过波纹肋片管束时管外对流换热系数可用下式计算a=式中为肋片管最窄处风速。适用范围：管外径，管排排，片距，管距，迎风速度。（3） 冲缝肋片管外对流换热系数空气通过冲缝肋片管束时管外对流换热系数可用下式计算 式中 -无量纲数； -肋片上开缝隙面积与肋片总面积之比；3.肋片管效率肋片管效率表征肋片管与光管之间的温度效应，也就是考虑肋片热阻后的整个换热表面的效率。若肋片面积为，基管外表面积为，肋片管外表面积，而且肋片与基管外表面的换热系数相同，则肋片管

40、效率等于 式中 -肋片效率，等于； ； -肋片导热系数，； l当量肋高，m，对于圆形、正方形和正六边形肋片可按以下公式计算 对于圆肋片 a=1 对于正方形肋片 a=1.145 对于正六边形肋片 a=1.065对于矩形肋片可按以下公式计算 这样，如以基管表面温度为准，作为冷凝器（只有干工况情况）肋片管外的对流换热系数为 3.2.2 管壁与垢层的热阻管壁热阻:对于铜管，导热系数大，可不考虑；对于钢管等，应考虑。油膜热阻：对于氨，取；对于氟利昂，可不考虑。污垢热阻：污垢热阻包括水垢 、锈蚀以及其他污垢造成的附加热阻。冷水机组制冷量随污垢热阻增加而呈线性降低，压缩机耗功率和冷凝温度随污垢热阻增加呈线性

41、增加。对于水侧可取，如为易蚀管材应加倍；对于空气侧取。接触热阻Re：对于肋片管若肋片与基管接触不严，形成接触热阻，可取。3.2.3 冷凝器的设计计算冷凝器的设计计算是给定两传热介质流量及其进出口温度，计算所需要的传热面积和结构尺寸。冷凝器的传热计算式为 因此，只要知道了冷凝器热负荷、传热平均温差和冷凝器传热系数后，就可以求出所需的传热面积。下面分别介绍、和的确定方法。一、 冷凝器的热负荷对于采用开户式压缩机的制冷系统，冷凝器热负荷一般约等于制冷量与制冷压缩机的指示功之和。 kW 二、传热平均温差与冷凝温度tk制冷剂蒸气进入冷凝器的换热分三个区域：过热蒸气冷却、饱和蒸气冷凝和冷凝液体再冷，所以冷

42、凝器中制冷剂的温度并不是定值。但是在一般制冷设备中，冷凝器出口制冷剂再冷度很小，而且冷却过热蒸气的换热量所占比例一般也不很大，所以为了简化计算，可以认为制冷剂的温度等于冷凝温度tk。因此冷凝器内制冷剂和平均对数传热温差为由上式可以看出，计算传热温差，首先要确定制冷剂的冷凝温度tk和冷却剂的进出口温度、。冷凝温度与冷却剂进、出口温差涉及制冷的经济性问题。提高冷凝温度、减少冷却剂进出口温差，可以提高传热温差，减少所需传热面积，降低设备投资费用。然而，冷凝温度降低，可减少制冷压缩机的耗电量，而冷却剂进出口温差越大，所需冷却剂流量越少，输送能耗（水泵、风机耗能）越少，从而降低运行费用。因此，必须权衡利

43、弊，合理确定冷凝温度与冷却剂进、出口温差。再者，为了保证冷凝器的嫌麻烦交换，冷凝温度必须高于冷却剂出口温度，且有一定下限。一般，对于水冷式冷凝器，冷凝温度与冷却水进口温度差取714，冷却水进、出口温差取410，对于风冷式冷凝器，冷凝温度与空气进口温度差取1016，空气进、出口温差不宜大于8.三 传热系数冷凝器的传热面多为小直径光管或肋管，内外两侧传热面积相差较大，计算传热系数时应考虑此问题。对于以外表面积为基准的水冷式冷凝器：光管 W/(m2*K)肋管 W/(m2*K)对于以外表面积为基准的风冷式冷凝器： W/(m2*K)式中 -传热管内外表面面积的平均值。3.3 蒸发器3.3.1 蒸发器的传

44、热过程 蒸发器的传热过程包括：制冷剂侧的沸腾换热，载冷剂（液体或空气）侧的对流换热以及通过金属壁与垢层的导热。一、 制冷剂在蒸发器内的沸腾换热制冷剂在常用蒸发器中的沸腾换热，可分为水平管外大空间沸腾换热（如满液式卧式壳管蒸发器）和管内沸腾换热（如水箱式蒸发器、冷却液体干式蒸发器和直接蒸发式空气冷却器）。(一) 水平管外大空间沸腾换热液体在大空间沸腾时，其沸腾温压（壁面温度与液体饱和温度之差），或者说热流密度，对沸腾换热影响很大。随着沸腾温压的增加，沸腾出现三个基本状态，即对流沸腾、泡态沸腾和膜态沸腾。（二）管内沸腾换热管内沸腾换热由于沸腾空间的限制，沸腾产生的蒸气与液体相混，形成气液两相混合物

45、，故管内沸腾换热涉及管内两相流的流动问题。管内沸腾换热分垂直管内沸腾换热和水平管内沸腾换热。1、 垂直管内沸腾换热对于氨立式蒸发器，饱和状态的液态制冷剂从下部进入管内，被加热而产生气泡，呈泡状流状态、块状流状态，属于泡态沸腾；继续被加热，气态制冷剂比例增加，呈环状流状态，气化过程在气液交界面进行，属于液膜对流沸腾；随后，气液流入上集管。2、 水平管内沸腾换热对于制冷剂在水平管内的沸腾，可分为湿壁区、蒸干区和过热蒸气区。一般，干度较低的制冷剂进入管内后，吸热气化，呈泡状流、块状流，以后进入环状流，局部沸腾换热系数逐步增加，直至制冷剂干度达到80%左右，均属湿重力的影响，气和液将趋于分别集聚在上部

46、和下部，呈波状流，就不一定形成完整的环状流。制冷剂干度大于80%左右，则进入蒸干区，呈雾状流，管内壁基本无液膜，局部沸腾换热系数迅速降低。制冷剂继续向前流动，则为过热蒸气区，属于单相流动换热。二、载冷剂在蒸发器中的换热载冷剂分液体和空气两种情况（一） 液体载冷剂对于满液式卧式壳管蒸发器，载冷剂在管内流动换热，与卧式壳管式冷凝器中冷却水在管内的对流换热系数计算方法相同。对于干式壳管蒸发器，由于管束装有若干块折流板，载冷剂在管束外部作纵向、横行交错流动，其对流换热系数可以用下式计算 式中，C为系数，壳管内表面光滑时，C=0.25，粗糙时C=0.22；为管外载冷剂雷诺数；为载冷剂普朗特数；为载冷剂动

47、力黏度；为管壁面载冷剂动力黏度。（二） 空气当直接蒸发式空气冷却器的表面温度低于被冷却空气的露点温度时，空气中的水蒸气在蒸发器外表面结露；当蒸发器表面温度低于水的凝固温度时，空气中的水分将在蒸发器表面结霜。以基管表面温度为准，当蒸发器表面结露时，肋片管外的对流换热系数为 式中，为析湿系数，即总热交换量与显热交换量之比。当蒸发器表面结霜时，肋片管外的对流换热系数为 式中，、分别为霜层的厚度和导热系数。3.3.2 蒸发器的设计计算在用于冷却水或其余液体的满液式蒸发器，制冷剂在管束外表面沸腾换热，载冷剂在管内进行强迫流动，其选择计算的主要任务是根据已知条件决定所需要的传热面积，选定定型结构的蒸发器，

48、并计算液体通过蒸发器的流动阻力，其计算方法与水冷式器基本相似。一、 蒸发温度t0与平均传热温差对于实际工程，蒸发器液体载冷剂进出口温度和被冷却空气进出口温度，由空调系统决定；而蒸发温度t0与平均传热温差，既受传热过程的约束，又要使初投资和运行费经济合理。蒸发温度t0下降，制冷循环的外部不可逆损失加大，制冷系统的运行经济性恶化；而在相同条件下，蒸发温度t0下降，将使平均传热温差加大，又减少了蒸发器初投资。至于水或空气的温度降大小了是经济问题，加大，制冷循环的外部不可逆损失加大，但是可以减小管道尺寸或降低水泵（风机）的耗功。一般，用于冷却水或盐水的蒸发器，被冷却液体的温度降可取58.蒸发温度t0比

49、被冷却液体的出口温度t2低23，就是说，平均传热温差约为57.蒸发器的热流密度约20003000W/m2.对于直接蒸发式空气冷却器，由于空气侧的换热系数低，为了不使结构偏大，所以取较大的传热温差。通常蒸发温度t0比被冷却空气的出口温度t2低68,说是说，平均传热温差约为1113.以外肋表面为基准的热流密度约450500W/m2.二、传热系数冷却液体载冷剂的蒸发器，传热系数的计算与冷凝基本相同。对于直接蒸发式空气冷却器的传热系数计算。如下式：式中 -管内沸腾换热系数，W/(m2*K) -液相在管内流动的对流换热系数，W/(m2*K) Co对流特征数； Fr1液相弗劳德数； Bo沸腾特征数； Re

50、1液相雷诺数； Pr1液相普朗特数； -液相导热系数；W/(m2*K) di管内径，m； Vm质量流率，kg/(m2*s)； x制冷剂干度； -液相动力黏度，Pa*s/m2 -气相密度，kg/m3； -液相密度，kg/m3 -热流密度，W/m2； r气化比潜热，J/kg。是与制冷剂性质有关的一个无量纲系数。为常数，它们数值大小取决于Co 4 性能分析 在制冷机组的性能计算中，对于制冷剂的性质长期以来我们是通过查图表得出，对于大计算量、精准计算和快速计算显然查图表不能满足我们的要求，随着20世纪计算机的发展，利用计算机进行热力性质等的计算为人们所重视，计算机计算具有精确快速简便计算量大等优点。在本课题中，是设计计算机软件去分析制冷机组的性能，其中涉及到计算，计算我们通常有两种方法，一种为数据库法还有一种为公式法，对于数据库法，它的精度依赖于原始数据的精