空調(diào)器設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì))

III摘要R22（CHF2Cl，二氟一氯甲烷）是目前應(yīng)用十分普遍的一種制冷劑，其ODP為0.034，GWP為1700，由于它含有氯原子，對(duì)臭氧層有破壞作用，即將被禁用。從對(duì)環(huán)境的長(zhǎng)期影響來看,自然工質(zhì)比合成工質(zhì)具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，比如R1270（俗稱丙烯）。丙烯優(yōu)點(diǎn)是易于獲得，價(jià)格低廉，凝固點(diǎn)低，對(duì)金屬不腐蝕。丙烯可燃,消耗臭氧潛能值為零,環(huán)保性能好，對(duì)人體的毒性也近于零毒性，飽和蒸汽壓接近R22。丙烯的單位容積制冷量和COP與R22接近,壓縮比和排氣溫度也低于R22，這有利于提高壓縮機(jī)的運(yùn)行壽命。隨著科學(xué)不斷地發(fā)展，新型制冷劑將逐步取代R22等對(duì)環(huán)境有破壞的制冷劑。本文的內(nèi)容是設(shè)計(jì)出以R1270為工質(zhì)的分體式家用空調(diào)器，制冷量為3500W。首先選以R22作工質(zhì)的壓縮機(jī)型號(hào)，我選擇的的型號(hào)是SL211CV,然后進(jìn)行熱力計(jì)算，算得制冷量為3747W，冷凝熱負(fù)荷為4707W。冷凝器的迎風(fēng)面積為0.3957m2，蒸發(fā)器的迎風(fēng)面積為0.4997m2。節(jié)流裝置選用直徑2mm，長(zhǎng)關(guān)鍵詞：R22，R1270，替代工質(zhì)，空調(diào)，設(shè)計(jì)ABSTRACTR22(CHF2C)isaverycommonapplicationofrefrigerant,theODPis0.034,GWPis1700,becauseitcontainschlorineatoms,hasdamagingeffectsontheozonelayer,isabouttobedisabled.Fromlong-termimpactontheenvironment,thesynthesisofnaturalrefrigerantthanrefrigeranthasunparalleledadvantages,suchasR1270(commonlyknownaspropylene).

Propyleneadvantageofeasyaccess,lowcost,lowfreezingpoint,non-corrosivemetal.Propyleneflammable,zeroozonedepletingpotential,goodenvironmentalperformance,thetoxicityofthehumanbodymaybeclosetozerotoxicity,saturationvaporpressureclosetoR22.PropylenerefregerationunitvolumeandtheR22andCOPclosetothecompressionratioandexhausttemperatureisalsolowerthantheR22,whichisconducivetoenhancetheoperationallifeofthecompressor.

Withthecontinuousdevelopmentofscience,thenewrefrigerantR22willbegraduallyreplacedbydamagetotheenvironment,suchasrefrigerants.ThisarticleisdesignedfortheworkingfluidintheR1270homesplitairconditioners,refrigerationcapacityof3500W.FirstelectedtoconductaqualitativeR22compressormodels,IchosetomodelistheSL211CV,andthenproceedtotheheat,thecoolingcapacitycanbesaidforthe3747W,condensingheatloadof4707W.Condenserareaofthewind0.3957m2,evaporatorareaofthewind0.4997m2.Selectionofcuttingdevicediameter2mm,lengthofcapillaryKeywords：R22，R1270，substitute，airconditioning，project常用符號(hào)表A面積，m2L長(zhǎng)度，mr熱阻，半徑，氣化潛熱，℃/W，m，J/kgd直徑，含濕量，m，g/kgα換熱系數(shù)，W/(m2·K)T溫度，℃ρ密度，kg/m3u流速，m/sμ動(dòng)力粘度，kg/(m·s)Cp比熱容，kJ/(kg·℃）λ導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2·℃)Q熱量，Jυ運(yùn)動(dòng)粘度，m2/sV風(fēng)量，m3/sη效率q單位制冷量，kJ/kgβ板片螺旋角,肋化系數(shù)Re雷洛數(shù)δ厚度，mmNu努塞爾數(shù)σ表面張力，N/mv風(fēng)速，m/sε壓縮比h焓值，kJ/kgV比容，m3/kgt溫度，℃P壓力，PaG質(zhì)量流量，kg/si比焓值，kJ/kgw迎面風(fēng)速，m/sξ析濕系數(shù)ψ阻力增強(qiáng)系數(shù)deq當(dāng)量直徑，m目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 IABSTRACT II常用符號(hào)表 III一、緒論 11.課題研究背景及意義 1（1）氟利昂對(duì)環(huán)境的影響 1（2）R22的應(yīng)用現(xiàn)狀 22.R22替代物的相關(guān)研究 3（1）R22替代工質(zhì)的研究 3（2）R22替代工質(zhì)的循環(huán)特性分析 5二、空調(diào)器設(shè)計(jì) 101.空調(diào)器壓縮機(jī)選擇及熱力計(jì)算 10（1）壓縮機(jī) 10（2）壓縮機(jī)選型 10（3）壓縮機(jī)校核及熱力計(jì)算[18] 112.冷凝器設(shè)計(jì) 13（1）冷凝器結(jié)構(gòu) 13（2）選擇冷凝器 14（3）冷凝器設(shè)計(jì) 173.蒸發(fā)器設(shè)計(jì) 22（1）蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu) 22（2）冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的干式蒸發(fā)器的計(jì)算 244.節(jié)流機(jī)構(gòu)的選擇 31（1）制冷劑液體膨脹過程分析 31（2）節(jié)流機(jī)構(gòu)的選擇及計(jì)算過程 32三、總結(jié)和展望 351.總結(jié) 352.展望 36致謝 37附錄 38參考文獻(xiàn) 39PAGE41一、緒論1.課題研究背景及意義（1）氟利昂對(duì)環(huán)境的影響1974年，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的莫利納（M.J.Molina）與羅蘭（F.S.Rowland）教授發(fā)表了關(guān)于臭氧耗損與氯氟烴類物質(zhì)(Chlorofluorocarbon，簡(jiǎn)稱CFCs)的研究結(jié)果：CFCs類物質(zhì)擴(kuò)散至同溫層后，在短波紫外線UV-A的照射下分解形成高活性的氯自由基，通過鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，催化分解臭氧分子，從而破壞臭氧層。1985年，英國(guó)科學(xué)家法爾曼（J.C.Farman）等人總結(jié)他們?cè)谀蠘O哈雷灣觀測(cè)站（HalleyBay）的觀測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了南極上空的臭氧空洞，證實(shí)了這一理論的正確性。1985年臭氧空洞的最大面積約為1400萬平方公里。到2006年10月，臭氧空洞最大面積已經(jīng)發(fā)展到2745萬平方公里。值得慶幸的是，觀測(cè)數(shù)據(jù)和模式計(jì)算表明，全球平均臭氧層耗損量目前已經(jīng)趨于穩(wěn)定。CFCs與HCFCs（氫氟氯烴，hydrochlorofluorocarbon）物質(zhì)除了耗損臭氧外，還是一種“溫室氣體”。盡管其排放量遠(yuǎn)不及CO2，但由于CFCs和HCFCs的大氣壽命長(zhǎng)，所以它對(duì)全球氣候變暖的貢獻(xiàn)仍然可觀。1990年左右，CFCs、HCFCs和HFCs（氫氟烴，hydrofluorocarbon）的CO2當(dāng)量排放總量出現(xiàn)峰值7.5±0.4GtaCO2當(dāng)量/年，到2000年左右，下降為2.5±0.2GtaCO2當(dāng)量/年，相當(dāng)于同期全球化石燃料燃燒所產(chǎn)生排放的10%。CFCs在1987年制定的《蒙特利爾協(xié)議書》中被限制使用，到目前為止，R11、R12等具有較高臭氧破壞潛能值ODP（OzoneDepletionPotential）的CFCs類物質(zhì)已被基本禁用。由于R22、R401A等HCFCs類物質(zhì)中也含有氯原子，仍然會(huì)對(duì)臭氧層有一定的破壞作用，故在1993年制定的《哥本哈根修正案》中也被限制使用。對(duì)于R134a、R407C，R410A等不含有氯原子的HFCs類物質(zhì)，由于具有較高的全球變暖潛能值GWP（GlobalWarmingPotential），1997年制定的《京都議定書》將HFCs列為6種溫室氣體之一。[1]（2）R22的應(yīng)用現(xiàn)狀R22（CHF2Cl，二氟一氯甲烷）是目前應(yīng)用十分普遍的一種制冷劑，其ODP為0.034（取R11的ODP為1，后同），GWP為1700（取CO2的GWP為1，100年，后同）。不同的國(guó)家對(duì)R22的禁用時(shí)間有很大的差別，表1-1中列出了一些國(guó)家對(duì)R22的禁用日程。我國(guó)政府于2003年4月正式簽署《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書（哥本哈根修正案）》，也就是說我國(guó)已正式承諾將遵守逐步禁用HCFCs（包括R22）的國(guó)際義務(wù)。該修正案規(guī)定，對(duì)于發(fā)展中國(guó)家，于2040年完全淘汰HCFCs。表1-1示出了我國(guó)每年HCFCs的生產(chǎn)和消費(fèi)情況，從圖中可以看出，1998年之后，我國(guó)HCFCs的生產(chǎn)和消費(fèi)呈每年遞增。2005年我國(guó)HCFCs的生產(chǎn)和消費(fèi)分別為32.8萬t和22.1萬t，其中R22的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到26萬t，由此表明R22在我國(guó)制冷空調(diào)領(lǐng)域中的應(yīng)用占有相當(dāng)大的份額。面對(duì)國(guó)際上積極從事R22替代研究以及加速淘汰R22的大趨勢(shì)，我國(guó)作為空調(diào)器生產(chǎn)大國(guó)，在空調(diào)器出口銷售快速增長(zhǎng)的形勢(shì)下，如果強(qiáng)調(diào)我國(guó)尚有30多年時(shí)間才能最終淘汰R22的話，必然會(huì)在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中失去很多機(jī)會(huì)。[2]表1-1一些國(guó)家對(duì)R22的禁用日程國(guó)家禁用日程（年）禁用范圍歐盟2015全面瑞典1998新設(shè)備中禁用所有HCFCs德國(guó)2000新設(shè)備中禁用R22奧地利2002新設(shè)備中禁用所有HCFCs瑞士2005新設(shè)備中禁用所有HCFCs意大利2008新設(shè)備中禁用所有HCFCs新西蘭2015新設(shè)備中禁用所有HCFCs日本2010新設(shè)備中禁用R22綜上所述，雖然R22有很多優(yōu)良的特性，但是終究會(huì)被淘汰。因此我們開展R22循環(huán)性能分析及其替代工質(zhì)研究，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。圖1-1我國(guó)每年HCFCs的生產(chǎn)和消費(fèi)情況2.R22替代物的相關(guān)研究（1）R22替代工質(zhì)的研究1）純工質(zhì)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局和技術(shù)研究院通過對(duì)元素周期表的研究發(fā)現(xiàn)，能夠用于蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的物質(zhì)集中在的51種化合物：15種碳?xì)浠衔铩?種氧化物、3種硫化物、19種氟利昂、4種其他化合物。其中最有可能作為R22替代工質(zhì)的是碳?xì)浠衔锛胺何镔|(zhì)。[3]①R134a周德信[4]等通過建立單相區(qū)和兩相區(qū)毛細(xì)管模型，研究了R134a代替R22后的毛細(xì)管的質(zhì)量流量隨冷凝溫度、過冷度、毛細(xì)管直徑和長(zhǎng)度的變化規(guī)律，在相同的條件下，R22的質(zhì)量流量比R134a大。陳嘉澍等2006年實(shí)驗(yàn)研究了家用熱泵熱水器采用R22和R134a作為制冷工質(zhì)時(shí)的加熱效果和性能系數(shù)，結(jié)果表明：R134a系統(tǒng)將90L水加熱到50℃需要的時(shí)間比R22多40分鐘；R22系統(tǒng)的性能系數(shù)COP（CoefficientofPerformance，性能系數(shù)）比R134a②碳?xì)浠衔铮℉ydrocarbon，HCs）目前替代R22的碳?xì)浠衔镏饕斜椋≧290）、丙烯（R1270）等。截止到2000年，在德國(guó)冰箱和冷藏設(shè)備采用HCs作制冷劑的占到了90%以上，歐洲平均達(dá)到25%左右。[5]用R290替代R22其各種熱力學(xué)性質(zhì)比較接近。對(duì)制冷系統(tǒng)的毛細(xì)管進(jìn)行改進(jìn)后的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明：改進(jìn)毛細(xì)管后用R290替代R22的3種國(guó)產(chǎn)家用空調(diào)器COP系數(shù)分別提高了12.81%、19.03%、14.61%。在小型空調(diào)系統(tǒng)中，R1270在制冷量、COP和壓縮機(jī)排氣溫度等方面也優(yōu)于R22。以R290、R1270作為熱泵工質(zhì)，在不同的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和載熱流體的溫度下，COP、制冷量和制熱量均與R22相當(dāng)或略優(yōu)。將R290應(yīng)用于大型螺桿機(jī)組的試驗(yàn)結(jié)果也表明，采用R290的能效比（EER）與R22的相當(dāng)，可見R290完全能夠作為R22的直接替代工質(zhì)。對(duì)R290的可燃性研究表明，R290的燃燒和爆炸需要2個(gè)條件，即與空氣的混和濃度要在2.5%～8.9%之間，溫度在810℃以上，在機(jī)組運(yùn)行過程中，2個(gè)小概率事件同時(shí)出現(xiàn)的概率幾乎為零。[62）混合工質(zhì)2003年8月，美國(guó)國(guó)家環(huán)保局公布了具有法定強(qiáng)制力的SNAP計(jì)劃“第18號(hào)公告”。公告認(rèn)可的新一批環(huán)保制冷劑替代物中，除發(fā)泡劑行業(yè)選用R245fa純凈物以外，其余所有的新制冷劑替代物均為混合物。[7]由此可見，對(duì)混合工質(zhì)的研究是當(dāng)前制冷劑替代研究的核心內(nèi)容之一。①R407C（R32/R125/R134a，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)23%/25%/52%)。非共沸混合制冷劑，ODP為0，GWP值為1700。[8]R407C的溫度滑移為5.7℃，蒸發(fā)潛熱比R22大6%左右，吸氣比容比R22高4%～6%，蒸發(fā)壓力比R22低5.6%，排氣溫度比R22系統(tǒng)低8～10℃，性能系數(shù)比R22低2%左右。由于溫度滑移，為了獲得與R22相近的工作參數(shù)，有必要調(diào)整和擴(kuò)大熱交換器的面積。且R407C②R410A(R32/Rl25，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)50%/50%)。近共沸混合制冷劑，無毒不可燃，屬安全性制冷劑，ODP=0，GWP=2000。R410A的容積制冷量、能效比以及質(zhì)量流量都與R22非常接近，溫度滑移小于0.1℃，運(yùn)行較穩(wěn)定。但是由于R410A的冷凝壓力比R22增大60%，不能使用壁厚小于0.7mm的銅管做配管；設(shè)備需改用POE酯類油，殘留雜質(zhì)與水分要少；制冷系統(tǒng)采用分子篩作為干燥劑。在傳熱性能和性能系數(shù)方面R410A要優(yōu)于R407C，但其蒸氣壓力要高于R407C。③自然工質(zhì)的混合物采用液化石油氣LPG（LiquefiedPetroleumGas）作為制冷劑的系統(tǒng)其壓縮比和耗功比R134a低5.5%和4.3%，但是COP卻比R134a高7.6%。且有相對(duì)的安全性，可以直接充灌原R22系統(tǒng)，且在較高的蒸發(fā)溫度下要比R22節(jié)約能源。一些文獻(xiàn)中還研究了其他的替代工質(zhì)，比如：R1270/R290、R290/R600和R290/R600a等，均得到了很好效果。④其他混合工質(zhì)D.B.Jabaraj[10]等對(duì)采用R407C/R290/R600a為制冷劑的窗式空調(diào)器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，在不更改潤(rùn)滑油的情況下，制冷量方面新工質(zhì)比R22提高9.54～12.76%，而COP上比R22提高11.91～13.24%。由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%的R290和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的R152a組成的混和制冷劑是一種對(duì)環(huán)境危害很小，溫度滑移很小，具有合適的壓比和COP，潤(rùn)滑特性很好的優(yōu)良近共沸制冷劑，用于替代R22各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于R407C和R410A。但是上述R22的替代工質(zhì)在循環(huán)性能、實(shí)用性和環(huán)境可接受性方面均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，尚未有完美的替代方案。[11]（2）R22替代工質(zhì)的循環(huán)特性分析1）替代工質(zhì)的基本熱物理性質(zhì)由于對(duì)HCFC限用日期的臨近，R22的替代物研究也更為緊迫。目前，作為R22的替代工質(zhì)主要有以下幾種。①R134aR134a的沸點(diǎn)為-26.07℃，凝固點(diǎn)為-103.3℃，屬于中溫制冷劑。無色、無味、無毒、不燃燒、不爆炸。與礦物性潤(rùn)滑油不相溶，必須采用聚脂類合成油（如聚烯烴乙二醇）。與丁腈橡膠不相溶，須改用聚丁腈橡膠作密封元件。吸水性較強(qiáng)，且易與水反應(yīng)生成酸，腐蝕制冷機(jī)管路及壓縮機(jī)，故對(duì)系統(tǒng)的干燥度提出了更高的要求，系統(tǒng)中的干燥劑應(yīng)換成XH-7或XH-9型分子篩，壓縮機(jī)線圈及絕緣材料須加強(qiáng)絕緣等級(jí)。R②R290（丙烷）R290是目前用作制冷劑替代研究最多的碳?xì)浠衔镏?。它的?biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度-42.09℃，凝固溫度為-187.67℃，屬于中溫制冷劑。它廣泛存在于石油、天然氣中，提取成本低，易于獲得。它與目前廣泛使用的礦物油、金屬材料相溶。對(duì)干燥劑、密封材料無特殊要求。氣化潛熱大，熱導(dǎo)率高，流動(dòng)阻力小，壓縮機(jī)排氣溫度低。但它易燃易爆，空氣中可燃極限為體積分?jǐn)?shù)2.5%～8.9%，故對(duì)電子元件和電氣部件均應(yīng)采用防爆措施。R290化學(xué)性質(zhì)很不活潑，難溶于水。③R1270（丙烯）丙烯優(yōu)點(diǎn)是易于獲得，價(jià)格低廉，凝固點(diǎn)低，對(duì)金屬不腐蝕，對(duì)大氣臭氧層無破壞作用。但是其最大缺點(diǎn)也是易燃易爆，因此，將R1270作為制冷劑時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)保持正壓，以防空氣漏入系統(tǒng)而引起爆炸。與潤(rùn)滑油能夠溶解，使?jié)櫥驼扯冉档?，因此需要選用粘度較大的潤(rùn)滑油。另外由于R1270為不飽和碳?xì)浠衔?，其化學(xué)性質(zhì)活潑，在水中溶解度極小，易溶于酒精和其他有機(jī)溶劑。[13]④R717（氨）氨的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-33.33℃，凝固溫度為-77.66⑤R407C（R32/R125/R134a，質(zhì)量分?jǐn)?shù)23/25/52）R407C是三元非共沸混合制冷劑。對(duì)臭氧層無破壞作用，但是其GWP較高。它的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-43.63℃。它在制冷能力和壓力特性上與R22比較接近。主要缺點(diǎn)是蒸發(fā)時(shí)的溫度滑移明顯。[14]在殼管式冷凝器中，R407C⑥R410A和R410B（R32/R125，質(zhì)量分?jǐn)?shù)A：50/50；B：45/55）它是近共沸混合制冷劑。對(duì)臭氧層無破壞作用，但是其GWP也比較高。標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-51.44℃，相變溫度滑移僅0.1℃左右，可以忽略。R410A的壓力較高，因?yàn)樗母呙芏群透邏毫Γ霉軓叫〉枚嗟墓艿廊阅鼙ＷC壓降合理。R表1-2給出了R22及其幾種主要替代工質(zhì)的基本物理性質(zhì)，圖1-2為各工質(zhì)在-10～50℃范圍內(nèi)的飽和蒸氣壓曲線。表1-2理論循環(huán)不同制冷劑的性能指標(biāo)圖1-2R22及其幾種主要替代工質(zhì)的飽和蒸汽壓曲線從圖1-2中可以看出，在-10～50℃范圍內(nèi)，R410A和R410B的泡點(diǎn)線和露點(diǎn)線幾乎是重合的，但是要比R22高很多；而R134a的飽和蒸氣壓曲線要低于R22；其余四種與R22相當(dāng)，但是R407C的泡點(diǎn)線和露點(diǎn)線相差較大，也即溫度滑移較大，當(dāng)出現(xiàn)泄露和充灌制冷劑時(shí)就很難保證其成分的一致性，R717與R22最為接近。[15]2）理論循環(huán)的性能分析不同制冷劑理論循環(huán)的性能指標(biāo)見表1-3。表1-3理論循環(huán)不同制冷劑的性能指標(biāo)從表中可以看出R410A和R410B在單位容積制冷量方面要比R22大將近45%，COP比R22小8%，但是其冷凝壓力和蒸發(fā)壓力要比R22高將近60%。R717在單位質(zhì)量制冷量方面要明顯高于R22，但是其消耗的單位理論功也要明顯高于R22，另外其排氣溫度、壓縮比也要高于R22。碳?xì)渲评鋭㏑290和R1270在單位質(zhì)量制冷量方面要比R22高75%左右，而消耗的單位理論功也比R22高80%左右，因此其COP要稍低于R22。R134a在單位容積制冷量方面比R22低36%，在冷凝壓力和蒸發(fā)壓力上也要比R22低將近40%。而R407C與R22在各個(gè)性能指標(biāo)上都比較接近。在不考慮其他影響因素的情況下，空調(diào)工況下與R22性能比較接近的替代工質(zhì)為R407C、R1270、R290。R407C在制冷能力和壓力特性上與R22最接近，替代更便于實(shí)現(xiàn)，因此替代時(shí)對(duì)現(xiàn)有R22設(shè)備所必需的改動(dòng)最少。唯一的主要變動(dòng)是改用聚合脂類油代替原來R22所用的礦物油。主要缺點(diǎn)是蒸發(fā)時(shí)的溫度滑變明顯（約5℃）。使用時(shí)的分餾對(duì)維修保養(yǎng)帶來困難，因?yàn)楹茈y保證泄露和經(jīng)過幾次補(bǔ)灌后系統(tǒng)中的成分能維持不變。其COP比R22稍低，但是可以適當(dāng)?shù)奶岣哐h(huán)的過冷度來提高其COP。且實(shí)際因素對(duì)R407CR1270的單位質(zhì)量制冷量為R22的1.81倍，但是其單位理論功為R22的1.83倍，因此COP也略小于R22。R290的COP雖然大于R22，但是單位容積制冷量也要比R22小14%。排氣溫度R1270和R290分別比R22低8℃和14℃，其壓縮比也要小于R22。壓力特性與R22也比較接近。在小型空調(diào)中，制冷劑循環(huán)量?。ù蠹s為R22的一半左右），而且高壓部分要放置在室外，因此也可以考慮作為R22的直接替代物。另外如果對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝改進(jìn)并采用新型密封材料，會(huì)極大地減少泄露的可能性。對(duì)于R134a，其COP雖然比R22大2%，但是單位容積制冷量要比R22小35%，需要增大壓縮機(jī)的排氣容積，對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行擴(kuò)容，同時(shí)也為了降低壓降，必須采用管徑比較大的換熱器。另外由于其冷凝壓力和蒸發(fā)壓力分別比R22小33%和40%，所以對(duì)換熱器及管道壓力方面的要求也相應(yīng)降低。其排氣溫度比R22低13℃對(duì)于R717，其單位質(zhì)量制冷量為R22的6.6倍，COP比R22大1%，單位容積制冷量也要比R22大10%，但是其排氣溫度要比R22高31℃R410A和R410B雖然在單位質(zhì)量制冷量、單位理論功、壓縮比、排氣溫度方面與R22相當(dāng)，但是COP要明顯小于R22，冷凝壓力和蒸發(fā)壓力要比R22高60%左右，而其單位容積制冷量比R22大50%。因此采用R410A和R410B的系統(tǒng)，必須重新設(shè)計(jì)壓縮機(jī)，強(qiáng)化系統(tǒng)部件結(jié)構(gòu)，但是可以選用管徑較小的換熱器和連接管道，另外還可以通過系統(tǒng)優(yōu)化提高COP。二、空調(diào)器設(shè)計(jì)1.空調(diào)器壓縮機(jī)選擇及熱力計(jì)算（1）壓縮機(jī)壓縮機(jī)作為整個(gè)空調(diào)器的核心，相當(dāng)于整個(gè)空調(diào)器的心臟。壓縮機(jī)將制冷劑在制冷系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行制冷循環(huán)過程中，由蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱后的低溫、低壓飽和氣體制冷劑，從蒸發(fā)器經(jīng)吸氣管(回氣管)吸入壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓力氣態(tài)制冷劑，并經(jīng)過排氣管排出，送入冷凝器冷卻，再經(jīng)毛細(xì)血管降壓節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)，如此循環(huán)進(jìn)行。家用空調(diào)器多采用旋轉(zhuǎn)活塞式和渦旋式兩種型式的壓縮機(jī)。[17]（2）壓縮機(jī)選型圖2-1R22理論循環(huán)圖R22工況點(diǎn)：蒸發(fā)溫度t0=7℃吸氣溫度t3=18℃蒸發(fā)壓力P0=0.6215MPa冷凝溫度tk=55℃過冷溫度t4=50℃冷凝壓力Pk=2.1751MPa各個(gè)狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)如下表：表2-1R22的狀態(tài)參數(shù)表溫度（K）壓力（MPa）密度(kg/m^3)比焓(kJ/kg)比熵(kJ/kg-K)1280.150.6215190.715263.121.22532280.150.6215126.345407.541.74093291.150.6215124.842415.911.77024358.932.171577.841449.191.77025323.152.17151084.9263.121.2070單位制冷量為：QUOTE初步選用型號(hào)為SL211CV的壓縮機(jī)其參數(shù)如下表：表2-2壓縮機(jī)型號(hào)表型號(hào)用途冷媒排氣量電源制冷能力備注WCOPSL211CVT1工況R-2221.1ml/rev220-240V/50Hz/1PH35403.05CCC/TUV其理論排氣量為實(shí)際排氣量輸氣系數(shù)（3）壓縮機(jī)校核及熱力計(jì)算[18]用R1270作工質(zhì)時(shí)：蒸發(fā)溫度t0=7℃吸氣溫度t3=12℃蒸發(fā)壓力P0=0.7166MPa冷凝溫度tk=50℃過冷溫度t4=45℃冷凝壓力Pk=2.0542MPa熱力循環(huán)圖如下：圖2-2R1270理論循環(huán)圖循環(huán)各點(diǎn)參數(shù)為：表2-3R1270狀態(tài)參數(shù)溫度（度）壓力（MPa）比體積(kg/m^3)比焓(kJ/kg)比熵(kJ/kg-K)170.7166317.749270.716615.080584.102.37103120.71660.068493592.9872.4024464.3792.05420.024741645.9862.40245452.0542317.749單位制冷量壓比QUOTE由此知,所以用R1270作為工質(zhì)時(shí)，壓縮系數(shù)即為=0.884.實(shí)際排氣量為：制冷劑流量為：所以實(shí)際制冷量為：因此所選的壓縮機(jī)符合要求。由所選擇的壓縮機(jī)參數(shù)知道：COP=3.05，可取壓縮機(jī)電效率ηe=0.85，ηm=0.92則壓縮機(jī)的電功率為實(shí)際功率為實(shí)際單位功所以壓縮機(jī)指示效率為：則冷凝器熱負(fù)荷為:2.冷凝器設(shè)計(jì)（1）冷凝器結(jié)構(gòu)冷凝器是制冷裝置的主要熱交換設(shè)備之一。它的任務(wù)是通過環(huán)境介質(zhì)（水或空氣）將壓縮機(jī)排出的高壓過熱制冷劑蒸氣冷卻、冷凝成為飽和液體，甚至過冷液體。在大型制冷機(jī)中，有的設(shè)置專用過冷器與冷凝器配合使用，使制冷劑液體過冷，以增大制冷機(jī)的制冷量，提高其經(jīng)濟(jì)性。[19]冷凝器按冷卻方式可分為三類：水冷式冷凝器，空氣冷卻式冷凝器，蒸發(fā)式冷凝器。1)水冷式冷凝器這種型式的冷凝器是用水作為冷卻介質(zhì)帶走制冷劑冷凝時(shí)放出的熱量。冷卻水可以一次性使用．也可以循環(huán)使用。用循環(huán)水時(shí)，必須配有冷卻塔或冷水池，保證水不斷得到冷卻。水冷式冷凝器主要有殼管式和套管式兩種結(jié)構(gòu)型式。2)空氣冷卻式冷凝器空氣冷卻式冷凝器以空氣為冷卻介質(zhì)，制冷劑在管內(nèi)冷凝，空氣在管外流動(dòng)，吸收管內(nèi)制冷劑蒸氣放出的熱量。由于空氣的換熱系數(shù)較小，管外（空氣側(cè)）常常要設(shè)置肋片，以強(qiáng)化管外換熱。這種冷凝器迄今僅用于氟利昂制冷機(jī)，多用于家用和商用空調(diào)器（機(jī)）、氣車及鐵路車輛用空調(diào)裝置、冷藏運(yùn)輸式制冷裝置以及電冰箱、冷藏柜等。隨著日益增加的節(jié)能要求和分布式供冷供熱系統(tǒng)的發(fā)展，尤其是中、大型風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組的發(fā)展，空氣冷卻式冷凝器呈現(xiàn)向大負(fù)荷發(fā)展的態(tài)勢(shì)。目前，空氣冷卻式空調(diào)機(jī)組的制冷量可達(dá)200—300kW。[20]3)蒸發(fā)式冷凝器蒸發(fā)式冷凝器以水和空氣作為冷卻介質(zhì)。它利用水蒸發(fā)時(shí)吸收熱量使管內(nèi)制冷劑蒸氣凝結(jié)。水經(jīng)水泵提升再由噴嘴噴淋到傳熱管的外表面，形成水膜吸熱蒸發(fā)變成水蒸氣，然后被進(jìn)入冷凝器的空氣帶走。未被蒸發(fā)的水滴則落到下部的水池內(nèi)。箱體上方?jīng)]有擋水柵，用于阻擋空氣中的水滴散失。該冷凝器空氣流量不大，耗水量也很少。對(duì)于循環(huán)水量在60~80L/h的蒸發(fā)式冷凝器．其空氣流量約為100~200m3/h；補(bǔ)水量約3~5L（2）選擇冷凝器現(xiàn)在的任務(wù)是要設(shè)計(jì)一臺(tái)制冷量為3747W，我們選用空氣冷卻式冷凝器進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，就能滿足相關(guān)的性能要求?？諝饫鋮s式冷凝器按空氣流動(dòng)的方式不同，分為空氣自由運(yùn)動(dòng)和空氣強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)兩種型式。[21]圖2-3空氣自由運(yùn)動(dòng)型絲管式冷凝器圖2-4空氣強(qiáng)制流動(dòng)酌空冷冷凝器1-肋片2-傳熱管3-上封扳4-左端板5-進(jìn)氣集管6-彎頭7-出液集管8-下封板9-前封板10—通風(fēng)機(jī)11一裝配螺釘1)空氣自由運(yùn)動(dòng)的空氣冷凝器：該冷凝器利用空氣在管外流動(dòng)時(shí)吸收制冷劑排放的熱量后，密度發(fā)生變化引起空氣的自由流動(dòng)而不斷地帶走制冷劑蒸氣的凝結(jié)熱。它不需要風(fēng)機(jī)，沒有噪聲，多用于小型制冷裝置，如電冰箱等。目前應(yīng)用普遍的是絲管式結(jié)構(gòu)的空氣自由運(yùn)動(dòng)式冷凝器。如圖2-3所示：它在蛇形傳熱管的兩側(cè)焊有Φ1.4-Φ1.6mm的鋼絲，旨在加大管外傳熱面積，提高空氣側(cè)表面的傳熱系數(shù)。鋼絲間距離可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般為4-10mm范圍。傳熱管一般采用Φ4-Φ10mm復(fù)合鋼管（管外鍍銅，又稱做邦迪管），以保證其與鋼絲的良好焊接性能。由于鋼絲豎直焊接在水平蛇管外，與熱空氣升力方向一致，使空氣具有良好的流動(dòng)性，獲得最佳的傳熱效果，一般傳熱系數(shù)可15~17.5W/(m2·K)。2)空氣強(qiáng)制流動(dòng)的空冷冷凝器：如圖2-4所示，它由一組或幾組套有肋片的蛇管組成。制冷劑蒸氣從上部集管進(jìn)入蛇管，其管外肋片用以強(qiáng)化空氣側(cè)換熱，補(bǔ)償空氣表面換熱系數(shù)過低的缺陷。肋片一般采用δ=0.1~0.4mm鋁片制成，套在Φ5~Φ16mm銅管外，由彎頭連接成蛇管管組。肋片根部用二次翻邊與管外壁接觸，經(jīng)機(jī)械或液壓脹管后，二者緊密接觸以減少其傳熱熱阻。一般肋片距離在2~4mm范圍。由低噪聲風(fēng)機(jī)迫使空氣流過肋片間隙，通過肋片及管外壁與管內(nèi)制冷劑蒸氣進(jìn)行熱交換，將其冷凝成為液體。這種冷凝器的傳熱系數(shù)較空氣自由流動(dòng)型冷凝器高，約為25~50W/(m2·K)。適用于中、小型氟利昂制冷裝置。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、換熱效果好、制造簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。純銅管鋁肋片空氣強(qiáng)制流動(dòng)熱交換器的典型結(jié)構(gòu)參數(shù)：一般60kW以下的裝置多采用φ10mm純銅管，管間距25mm；或φ12mm純銅管，管間距35mm，管壁厚度為δ=0.5~1mm；其肋管排列方式可順排，也可叉排；肋片間距在1.4~2.5mm范圍。其空氣強(qiáng)制流動(dòng)速度，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用考慮一般將其迎面風(fēng)速控制在2.5~3.5m/s范圍內(nèi)。冷凝溫度tk和空氣進(jìn)出冷凝器的溫差，對(duì)冷凝器的性能具有不可小視的影響。一般tk越高，傳熱溫差會(huì)越大，傳熱面積將隨傳熱溫差增大而減小。由此會(huì)引起壓縮機(jī)功耗增大，排氣溫度上升。所以綜合各方面影響因素考慮，tk與進(jìn)風(fēng)口溫度之差應(yīng)控制在15度左右；空氣進(jìn)出冷凝器的溫差一般取8~10℃。在結(jié)構(gòu)方面，沿空氣流動(dòng)方向的管排數(shù)愈多，則后面排管的傳熱量愈小，使換熱能力不能得到充分利用。為提高換熱面積的利用率，管排數(shù)以取2～6（3）冷凝器設(shè)計(jì)根據(jù)制冷量大小，我們要設(shè)計(jì)的是空氣強(qiáng)制流動(dòng)的空冷冷凝器。制冷劑蒸氣在空冷冷凝器中要經(jīng)歷狀態(tài)變化的過熱蒸氣區(qū)、飽和區(qū)過冷液體區(qū)。此三個(gè)區(qū)域制冷劑的物理性質(zhì)和換熱機(jī)理有所不同，其表面換熱系數(shù)也不一樣。其在過熱蒸氣區(qū)的表面換熱系數(shù)比飽和蒸氣區(qū)要低，但傳熱溫差卻比飽和蒸氣區(qū)要大，以致該兩區(qū)內(nèi)單位面積熱流量qF幾近相等。而在過冷液體區(qū)qF要低一些，不到總傳熱量的10％。所以在設(shè)計(jì)時(shí)將其制冷劑在空冷器內(nèi)換熱的全過程都按飽和蒸氣區(qū)對(duì)待，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算。[22]設(shè)計(jì)條件表2-4設(shè)計(jì)條件項(xiàng)目數(shù)值單位室外進(jìn)風(fēng)溫度35℃出風(fēng)溫度42℃冷凝溫度50℃過冷度5℃室內(nèi)進(jìn)風(fēng)干球溫度27℃室內(nèi)進(jìn)風(fēng)濕球溫度19.5℃蒸發(fā)溫度7℃過熱度5℃壓縮機(jī)指示效率0.752制冷量3747.2W制冷劑R1270根據(jù)材料和工藝設(shè)備狀況，采用傳熱管為Φ9.53mm×0.35mm純銅管，肋片為平直套片（鋁片），片厚δf=0.12mm，片寬L=44mm2）冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算①冷凝熱負(fù)荷的確定：從上一節(jié)的熱力計(jì)算知冷凝器熱負(fù)荷：②冷凝器結(jié)構(gòu)的初步規(guī)劃及有關(guān)參數(shù)：管排方式采用正三角形排列，管間距，排間距；肋片間距；沿氣流方向的管排數(shù)。因此，各部分單位管長(zhǎng)的面積為：肋片面積肋間基管表面積肋管外總表面積肋管內(nèi)表面積肋化系數(shù)③空氣進(jìn)出冷凝器的溫差及風(fēng)量：溫差風(fēng)量式中，空氣平均密度；比熱容；運(yùn)動(dòng)粘度；熱導(dǎo)率④肋片效率及空氣側(cè)換熱系數(shù)：根據(jù)肋片參數(shù)，冷凝器的空氣最小流通面積與迎風(fēng)面積之比：考慮降噪、節(jié)能等因素，假設(shè)迎風(fēng)面風(fēng)速則最小流通面風(fēng)速當(dāng)量直徑空氣的雷諾數(shù)單元空氣流道長(zhǎng)徑比根據(jù)流體橫向流過肋片管簇的整張平套片換熱計(jì)算公式中：所以管外的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：

對(duì)于叉排管有，肋片當(dāng)量高度肋片特性參數(shù)，其中為鋁肋片的熱導(dǎo)率。肋片效率冷凝器外表面效率⑤管內(nèi)R1270冷凝時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：首先設(shè)管壁溫度，則平均溫度，由此查得工質(zhì)在此溫度下：潛熱rs=281720J/Kg,rs0.25=23.039；飽和液體密度為=458.53kg/m3；液態(tài)熱導(dǎo)率=0.098267W/（m·k）;制冷劑運(yùn)動(dòng)粘度ν=0.000000163㎡/s得，代入式中得：⑥由熱平衡關(guān)系求解管壁溫度：忽略薄壁銅管熱阻和管與肋片間接觸熱阻，則管內(nèi)外熱平衡關(guān)系為：即整理得由試湊法得，此值與所假設(shè)的近似相等，證明假設(shè)合適。⑦計(jì)算所需要的傳熱面積：以管外面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)：，，⑧求平均溫差：⑨所需管外傳熱面積及結(jié)構(gòu)參數(shù)：管外面積，所需肋片管總長(zhǎng)度若取冷凝器每列管數(shù)20根，總管數(shù)20×2=40根，以單管有效長(zhǎng)度0.76m計(jì)算，其總有效管長(zhǎng)為40×0.76=30.4m，裕度為11.58%，冷凝器高度為（20+0.5）×25.4mm=520.7mm。冷凝器迎風(fēng)面積為：Af=0.76×0.5207=0.3957m2。實(shí)際的迎面風(fēng)速，與所假設(shè)風(fēng)速相符，設(shè)計(jì)合理。⑩空氣的流動(dòng)阻力及風(fēng)機(jī)選配(光管肋片A=0.007，粗糙肋片A=0.0133)：阻力：取12Pa。則該冷凝器需要配用風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量（即33.258），風(fēng)機(jī)全壓：取。3.蒸發(fā)器設(shè)計(jì)（1）蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)蒸發(fā)器按其冷卻的介質(zhì)不同分為冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器和冷卻空氣的蒸發(fā)器。根據(jù)供液方式的不同，有滿液式、干式、循環(huán)式和噴淋式等。其中干式蒸發(fā)器是一種制冷劑液體在傳熱管內(nèi)能夠完全氣化的蒸發(fā)器。其傳熱管外側(cè)的被冷卻介質(zhì)是載冷劑(水)或空氣，制冷劑則在管內(nèi)吸熱蒸發(fā)，其流量約為傳熱管內(nèi)容積的20％～30％。增加制冷劑的質(zhì)量流量，可增加制冷劑液體在管內(nèi)的濕潤(rùn)面積。同時(shí)其進(jìn)出口處的壓差隨流動(dòng)阻力增大而增加，以至使制冷系數(shù)降低。干式蒸發(fā)器按其冷卻介質(zhì)的不同分為冷卻液體介質(zhì)型和冷卻空氣介質(zhì)型兩類。其中冷卻空氣的干式蒸發(fā)器按空氣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分又有冷卻自由運(yùn)動(dòng)空氣的蒸發(fā)器和冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的蒸發(fā)器兩種型式。冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的蒸發(fā)器（又稱冷風(fēng)機(jī)）：由于光管式空氣冷卻器傳熱系數(shù)K很低，為加強(qiáng)空氣側(cè)的換熱，往往需要在管外設(shè)置肋片以提高傳熱系數(shù)值。但是在一般情況下，設(shè)置肋管后因片距較小會(huì)引起較大的流動(dòng)阻力，必須采取措施強(qiáng)制空氣以一定的流速通過肋片管簇，以便于獲得較好的換熱效果。這種蒸發(fā)器多用于空氣調(diào)節(jié)裝置、大型冷藏庫(kù)，以及大型低溫環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)合。圖2-5為冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的蒸發(fā)器及其肋片管型式。由肋片管組成的立方體蛇形管組，四周圍有擋板，所圍成的肋片管空間為空氣流道，在通風(fēng)機(jī)作用下，空氣以一定速度流經(jīng)肋片管外肋片間隙，將熱量傳給管內(nèi)流動(dòng)的制冷劑而降溫。因空氣為強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)，傳熱系數(shù)較冷卻排管高，當(dāng)空氣流速為3~8m/s時(shí)，傳熱系數(shù)K值為18~35W/(m2·K)。冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的氨蒸發(fā)器一般采用Φ25~Φ38mm無縫鋼管外繞厚度為1mm的鋼片，片距約10mm左右，以防止空氣中的水分在低溫下凍成冰霜附著在肋片管外表面，影響空氣流通。同樣用途的氟利昂蒸發(fā)器常采用Φ10~Φ19mm圓銅管，外套厚度為0.15~0.2mm的鋁片(或銅片)，肋片間距為2~4mm。若用于0℃以下的蒸發(fā)溫度，其片距適當(dāng)加大約為6~15mm。蒸發(fā)器沿氣流方向的管排數(shù)在用于空氣調(diào)節(jié)時(shí)，其傳熱系數(shù)較大，管排數(shù)在2～8排范圍；用于冷庫(kù)或低溫試驗(yàn)裝置時(shí)因蒸發(fā)溫度低，傳熱系數(shù)小，一般在10～16圖2-5冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的蒸發(fā)器及其肋片管型式a)、蒸發(fā)器b)、繞片管c)、套片管1-傳熱管2-肋片3-擋板4-通風(fēng)機(jī)5-集氣管6-分液器除上述兩種干式蒸發(fā)器外，許多小型制冷裝置結(jié)構(gòu)型式也不同。如電冰箱的吹脹式通道板蒸發(fā)器、冷板冷藏運(yùn)輸車中冷板充冷蒸發(fā)器以及食品陳列展示柜貨架式干式蒸發(fā)器等等。（2）冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的干式蒸發(fā)器的計(jì)算制冷裝置中，蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式、應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)其技術(shù)性能有重要影響，直接關(guān)系到裝置工作效率、設(shè)備投資和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。它是制冷裝置的研究與開發(fā)的重要內(nèi)容之一。制冷裝置的用途不同，蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式也不同，設(shè)計(jì)計(jì)算的方法也有所不同。盡管如此，他們?cè)趥鳠徇^程中所遵循的熱平衡原理是不變的。我們根據(jù)需要，可以為空調(diào)器選擇用冷卻式強(qiáng)制流動(dòng)空氣的干式蒸發(fā)器。[23]1）設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)一臺(tái)冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的干式蒸發(fā)器。該類型蒸發(fā)器是一種制冷劑直接蒸發(fā)的空氣冷卻設(shè)備。由于體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，而得到廣泛應(yīng)用。2）設(shè)計(jì)條件：表2-5設(shè)計(jì)條件項(xiàng)目數(shù)值單位室外進(jìn)風(fēng)溫度35℃出風(fēng)溫度42℃冷凝溫度50℃過冷度5℃室內(nèi)進(jìn)風(fēng)干球溫度27℃室內(nèi)進(jìn)風(fēng)濕球溫度19.5℃蒸發(fā)溫度7℃過熱度5℃壓縮機(jī)指示效率0.752制冷量3747.2W制冷劑R12703）進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)規(guī)劃①傳熱管選用Ф9.53mm×0.35㎜純銅管，內(nèi)徑di=8.83mmδf=0.12mm鋁片，肋片節(jié)距sf=1.8㎜。②管簇為正三角形排列，管間距s1=25.4㎜，沿氣流方向的管排數(shù)：N=2排，則肋片寬度L=44㎜。③考慮套片后的管外：db=d0+2δf=(9.53+2×0.12)㎜=9.77㎜；di=d0-0.35×2=8.83㎜；④由R1270制冷循環(huán)計(jì)算得單位制冷量q0=275.238kJ/kg；制冷劑流量Gd=0.0136kg/s蒸發(fā)器分路數(shù)Z=2，制冷劑單位面積流量gd=4Gd/（Zπdi2）=111.16kg/(㎡·s)；4）肋片管各部分傳熱面積計(jì)算①管外肋片面積：②肋間管外表面積：③管外總表面積:④管內(nèi)表面積：⑤肋化系數(shù)：⑥當(dāng)量直徑deq：⑦最窄流通面積與迎風(fēng)面積之比：5）確定空氣在流經(jīng)蒸發(fā)器時(shí)的狀態(tài)變化過程[24]由給定的進(jìn)風(fēng)參數(shù)查i-d圖，得，。根據(jù)風(fēng)量選擇圖2-6空氣處理過程的i-d圖原則取設(shè)計(jì)風(fēng)量為：Va=0.86Q0×0.25=0.86×3747.2×0.25m3/h=805.648m3①進(jìn)口濕空氣的比體積：②空氣的質(zhì)量流量：③進(jìn)出口空氣的比焓差：④出口空氣的比焓：設(shè)取傳熱管壁面溫度tw=11℃，dw=8.16g/kg，查得iw=31.8kJ/kgψw=100%）得空氣處理過程的飽和狀態(tài)點(diǎn)w，連接1-w與i2線相交于2點(diǎn)，得到蒸發(fā)器出口空氣狀態(tài)干球溫度t2=17.2℃，含濕量d2=9.25g/kg⑤蒸發(fā)器中空氣的平均比焓：則線于1-w線相交于m點(diǎn)，同時(shí)查得空氣的平均狀態(tài)參數(shù)為：，，，，。6）計(jì)算空氣側(cè)換熱系數(shù)[25]取蒸發(fā)器管列數(shù)為12，單管有效長(zhǎng)度B=0.87m，蒸發(fā)器高度H=（12+0.5）×25.4㎜=317.5㎜（即0.3175m）。①迎面風(fēng)速，低于表中迎面風(fēng)速推薦值，有利于降低室內(nèi)空氣流噪聲。②最窄通風(fēng)面風(fēng)速③雷諾數(shù)④管外空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算。按附錄強(qiáng)制通風(fēng)肋片管外空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式：⑤析濕系數(shù)：⑥肋片效率其中；其中（又）所以故⑦空氣側(cè)當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：7）計(jì)算管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：其循環(huán)為：，，，。根據(jù)氟利昂在管內(nèi)沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式，8）計(jì)算管內(nèi)傳熱面積Ai：取管內(nèi)污垢熱阻，管外污垢熱阻，則管外面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)為：平均傳熱溫差：計(jì)算：由熱平衡關(guān)系和可得：得，解方程，故9）求所需傳熱管長(zhǎng)度L10）計(jì)算有效管長(zhǎng)L′(小于規(guī)劃管長(zhǎng)0.87m)11）所需的管外傳熱面積A0實(shí)際規(guī)劃的傳熱面積A0′裕度（即15.91%）傳熱面積裕度合適12）校核壁溫由，比設(shè)定壁溫為11℃略有升高，設(shè)計(jì)合理。13）風(fēng)側(cè)阻力計(jì)算[26]干工況與析濕工況阻力的關(guān)系為順排時(shí)：，為阻力增強(qiáng)系數(shù)，干工況下的阻力系數(shù)故濕工況下叉排阻力增加20%即4.節(jié)流機(jī)構(gòu)的選擇（1）制冷劑液體膨脹過程分析在蒸氣壓縮制冷裝置中，制冷劑液體的膨脹過程是通過節(jié)流機(jī)構(gòu)來完成的。其原因在于制冷劑液體的膨脹功很小，而且容積比很大，采用液體膨脹機(jī)在技術(shù)方面存在著較大的困難，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性比較差。一般情況下，制冷劑液體在膨脹之前，應(yīng)呈飽和狀態(tài)或過冷狀態(tài)。膨脹之后到達(dá)兩相區(qū)，變成氣液混合物。制冷劑液體的膨脹特性隨節(jié)流裝置的通道形態(tài)不同而異。例如噴管(漸縮管或拉伐爾管)內(nèi)膨脹是接近等熵過程，而通過節(jié)流孔的膨脹則屬于接近等焓過程，制冷劑通過其他通道(如毛細(xì)管)的膨脹過程介于二者之間。如圖2-7所示，1－2a為接近等熵過程，1—2h為接近等焓過程、1－2t為介于二者之間的過程。由此分析可知制冷劑液體膨脹具有以下特點(diǎn)：1)、液體通過膨脹后，溫度必然降低。其膨脹過程的壓差越大，則溫度降低也越大。而且溫差同過程無關(guān)。其原因在于兩相區(qū)內(nèi)飽和溫度與飽和壓力呈對(duì)應(yīng)關(guān)系。2)、膨脹過程具有盡可能大的比體積比，且隨壓比的增大而增大。從而使得比體積比有限的膨脹機(jī)難以實(shí)現(xiàn)。3)、膨脹過程的等熵焓降很小(可利用的膨脹功很小)不加以利用損失也不會(huì)很大。因此在制冷裝置中均采用小孔或管道節(jié)流機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)液體制冷劑的膨脹制冷。[27]圖2-7制冷劑液體膨脹過程分析a)、膨脹前為飽和液體b)、膨脹前為過冷液體（2）節(jié)流機(jī)構(gòu)的選擇及計(jì)算過程制冷裝置的節(jié)流機(jī)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)制冷劑液體膨脹過程的同時(shí)，還具有以下兩方面的作用：一是將制冷機(jī)的高壓部分和低壓部分分隔開，防止高壓蒸氣串流到蒸發(fā)器中；二是對(duì)蒸發(fā)器的供液量進(jìn)行控制．使其保持適量的液體，使蒸發(fā)器換熱面積全面發(fā)揮作用。因其節(jié)流機(jī)構(gòu)無外功輸出，即無效率的概念可言。一般僅根據(jù)上述兩方面的功能來判斷其特性。按照節(jié)流機(jī)構(gòu)的供液量調(diào)節(jié)方式可分為以下五個(gè)類型：手動(dòng)調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)；用液位調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)；用蒸氣過熱度調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)；用電子脈沖進(jìn)行調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)；不進(jìn)行調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們選用毛細(xì)管作為節(jié)流機(jī)構(gòu)就可以滿足空調(diào)器的性能要求。毛細(xì)管又叫節(jié)流管，其內(nèi)徑常為0.5～5mm，長(zhǎng)度不等，材料為銅或不銹鋼。由于它不具備自身流量調(diào)節(jié)能力．被看作為一種流量恒定的節(jié)流設(shè)備。毛細(xì)管節(jié)流是根據(jù)流體在一定幾何尺寸的管道內(nèi)流動(dòng)產(chǎn)生摩阻壓降改變其流量的原理，當(dāng)管徑一定時(shí)，流體通過的管道短則壓降小，流量大；反之，壓降大且流量小。在制冷系統(tǒng)中取代膨脹閥作為節(jié)流機(jī)構(gòu)。根據(jù)毛細(xì)管進(jìn)口處制冷劑的狀態(tài)分為過冷液體、飽和液體和稍有氣化等情況。從毛細(xì)管的安裝方式考慮，制冷劑在其進(jìn)口的狀態(tài)按毛細(xì)管是否與吸氣管存在熱交換而分為回?zé)嵝秃蜔o回?zé)嵝蛢煞N。回?zé)嵝图疵?xì)管內(nèi)制冷劑在膨脹過程對(duì)外放熱；無回?zé)嵝图疵?xì)管內(nèi)制冷劑為絕熱膨脹。制冷裝置中毛細(xì)管的選配有計(jì)算法和圖表法兩種。無論是哪種方法得到的結(jié)果．均只能是參考值。．理論計(jì)算的方法是建立在毛細(xì)管內(nèi)有一定管長(zhǎng)的亞穩(wěn)態(tài)流存在，其長(zhǎng)度受亞穩(wěn)態(tài)流的影響僅僅反映在摩阻壓降中相應(yīng)管長(zhǎng)流速的平均值um上；毛細(xì)管內(nèi)蒸氣的干度隨管長(zhǎng)的變化規(guī)律按等焓過程進(jìn)行；以及管內(nèi)摩擦因數(shù)按工業(yè)光滑管考慮等假設(shè)條件下，其毛細(xì)管長(zhǎng)度可由下式計(jì)算得到，即：式中，G為每根毛細(xì)管的供液量，單位為kg/s；為毛細(xì)管通道截面積，單位為m2；g為重力加速度，單位為m/s2；Δui為所求管段進(jìn)出口截面流速差，單位為m/s；di為毛細(xì)管內(nèi)徑，單位為m；umi為所求管段進(jìn)出口截面流速平均值，單位為m/s；為摩阻系數(shù)，管內(nèi)為液相流動(dòng)時(shí)，，其中為管內(nèi)表面相對(duì)粗糙度；。管內(nèi)為兩相流動(dòng)時(shí)，?？紤]在管內(nèi)的流動(dòng)過程存在干度x的變化應(yīng)對(duì)毛細(xì)管按壓差分段(即Δpi)計(jì)算各管長(zhǎng)ΔLi，最后ΣΔLi即是理論計(jì)算的毛細(xì)管長(zhǎng)度。圖2-8制冷劑在毛細(xì)管中流動(dòng)時(shí)的壓力與溫度分布特性設(shè)計(jì)用毛細(xì)管節(jié)流的制冷系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意：1)、系統(tǒng)的高壓側(cè)不要設(shè)置貯液器，以減少停機(jī)時(shí)制冷劑遷移量，防止啟動(dòng)時(shí)發(fā)生“液擊”。2)、制冷劑的充注量應(yīng)盡量與蒸發(fā)容量相匹配。必要時(shí)可在壓縮機(jī)吸氣管路上加裝氣液分離器。3)、對(duì)初選毛細(xì)管進(jìn)行試驗(yàn)修正時(shí)，應(yīng)保證毛細(xì)管的管徑和長(zhǎng)度與裝置的制冷能力相吻合，以保證裝置能達(dá)到規(guī)定的技術(shù)性能要求。4)、毛細(xì)管內(nèi)徑必須均勻。其進(jìn)口處應(yīng)設(shè)置干燥過濾器，防止水分和污物堵塞毛細(xì)管。[28]毛細(xì)管尺寸計(jì)算過程如下：初步確定毛細(xì)管直徑可以查得節(jié)流后的干度則有：進(jìn)口速度出口速度在冷凝器出口查得過冷液體動(dòng)力粘度為則雷諾數(shù)所以摩阻系數(shù)管內(nèi)為兩相流動(dòng)所以將以上數(shù)據(jù)代入由此得出：由此確定節(jié)流用一根毛細(xì)管：三、總結(jié)和展望1.總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)首先介紹了目前空調(diào)使用的制冷劑的狀況及對(duì)環(huán)境的影響，以此提出需要用新型的對(duì)環(huán)境破壞作用小的制冷劑替代目前大量使用的R22制冷劑。通過比較R22與其他新型制冷劑在物理性質(zhì)和循環(huán)性能上的差別，綜合各方面因素，我發(fā)現(xiàn)R1270相對(duì)于R22有一定優(yōu)越性。本文以R1270作工質(zhì)，使用R22的壓縮機(jī)來校核在設(shè)定條件下的工作性能及熱力性能，使之達(dá)到預(yù)定的制冷量。然后查找相關(guān)資料設(shè)計(jì)出制冷量在3747.2W的蒸發(fā)器、冷凝器及節(jié)流機(jī)構(gòu)的尺寸，并用SolidWorks繪制三維裝配圖。裝配圖如下：圖3-1圖3-2圖3-32.展望本文主要是設(shè)計(jì)以R1270作工質(zhì)的空調(diào)器，但是在實(shí)際中相關(guān)技術(shù)還不成熟，沒有徹底改變以R22等制冷劑占主導(dǎo)地位的現(xiàn)狀，我相信隨著科學(xué)的進(jìn)步，新型制冷劑將會(huì)作為主要制冷劑在空調(diào)器中使用。致謝本文是在導(dǎo)師李嘉副教授精心指導(dǎo)下完成，導(dǎo)師淵博的知識(shí)、對(duì)事業(yè)的執(zhí)著追求以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度永遠(yuǎn)是我學(xué)習(xí)的榜樣。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我遇到困難時(shí)，李老師都會(huì)耐心地幫助我，指導(dǎo)我，使我能順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此論文完成之際，謹(jǐn)向李老師表示衷心的謝意和深深的敬意！其次，我要感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給予我?guī)椭耐瑢W(xué)們。吳迪2009年06月09附錄附錄一日立壓縮機(jī)部分型號(hào)表型號(hào)用途HYPERLINK"/phrase-20060110161549