特種空調(diào)設(shè)計

1緒論1.1前言特種空調(diào)技術(shù)是伴隨著化工、鋼鐵、冶金、機(jī)械等工業(yè)發(fā)展起來的。由于這些行業(yè)的特殊性，要為操作人員提供舒適的環(huán)境，是一般的空調(diào)器所不能實現(xiàn)的，必須采用高溫制冷劑的特種空調(diào)系統(tǒng)。該設(shè)計項目是為車間內(nèi)行車設(shè)計一種空調(diào)器，使操作人員在適宜的環(huán)境下進(jìn)行工作。特種空調(diào)器與普通空調(diào)器相比：第一，工作環(huán)境溫度不同。特種空調(diào)器的工作環(huán)境溫度一般都在50r以上；而普通的空調(diào)器在這個溫度下根本無法啟動。由于環(huán)境溫度高，則特種空調(diào)所使用制冷劑應(yīng)為高溫制冷劑，目前較為普遍地采用R142b和R134a，同時也會使系統(tǒng)壓力高，給制冷系統(tǒng)的安全性提出了更高的要求；第二，工作區(qū)的含塵量過多、振動劇烈、化學(xué)腐蝕等因素，都給系統(tǒng)的設(shè)計制造和材料選配上提出了更高的要求；第三，運(yùn)行工況不穩(wěn)定；由于行車在工作中不斷轉(zhuǎn)動，改變方向，使其熱負(fù)荷不斷的變化，造成特種空調(diào)工況不穩(wěn)定，設(shè)計時應(yīng)保證在室外環(huán)境改變時，行車內(nèi)溫度基本穩(wěn)定；第四，由于行車內(nèi)空間較小，為更好地使操作人員工作應(yīng)在行車空調(diào)裝置上設(shè)有新風(fēng)口、排風(fēng)口、空氣凈化裝置。綜上考慮，特種空調(diào)工作環(huán)境和運(yùn)行特點的分析，在設(shè)計時應(yīng)考慮多種因素，遵循“大風(fēng)量低焓差”的原則。由于特種空調(diào)起步較晚，對于特種空調(diào)的參考文獻(xiàn)很少，本次設(shè)計基本上是參考房間空調(diào)器和汽車空調(diào)器的設(shè)計資料的前提下，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，充分考慮到特種空調(diào)的工作特點等因素進(jìn)行特種空調(diào)的設(shè)計，不足之處還望指導(dǎo)老師多多指正。1.2.方案論證根據(jù)設(shè)計的原始條件，特種空調(diào)采用最常見的蒸汽壓縮式制冷方式。1.2.1壓縮機(jī)的選用目前特種空調(diào)器壓縮機(jī)主要有兩種形式：往復(fù)活塞式壓縮機(jī)和渦旋式壓縮機(jī)。由于活塞式壓縮機(jī)體積大，質(zhì)量也較重，在行車較小時，不宜采用。渦旋式壓縮機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、可靠性好、振動小、噪聲低、效率高、力矩變化小等特點，它已在特種空調(diào)中得到廣泛的應(yīng)用。選擇壓縮機(jī)還應(yīng)考慮高溫制冷劑和冷凍機(jī)油的種類。1.2.2蒸發(fā)器的選用特種空調(diào)用的蒸發(fā)器一般采用翅片式換熱器，由于行車內(nèi)空間小，蒸發(fā)器應(yīng)設(shè)在行車頂部或則上方。蒸發(fā)器在濕工況下運(yùn)行，應(yīng)根據(jù)行車的特點選擇凝結(jié)水的排出方法。一般采用自然排水和動力排水，自然排水即將凝結(jié)水管設(shè)置一定的坡度，使凝結(jié)水依靠自重自然流到車外排除；動力排水即在凝結(jié)水管路上設(shè)置排水泵根據(jù)接水盤的水位控制其開停，將水位控制在一定的范圍；1.2.3冷凝器的選用由于應(yīng)用冷凝器的場合比較特殊，冷凝器形式應(yīng)為風(fēng)冷式冷凝器。由于環(huán)境空氣含塵量較大，應(yīng)在冷凝器出口設(shè)置粗、中效過濾器，為防止較小粉塵顆粒在冷凝器翅片間積累，設(shè)計冷凝器時，翅片間距應(yīng)較普通空調(diào)器冷凝器翅片間距大些，使冷凝器正常運(yùn)行。設(shè)計時需要綜合考慮風(fēng)速、換熱器體積、傳熱效果以及合理的分路等多種因素。冷凝器設(shè)計中，由于室外環(huán)境溫度高，熱負(fù)荷系數(shù)的選擇將高于一般空調(diào)的冷凝器，根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗數(shù)據(jù)：壓縮比為3.0——7.0，熱負(fù)荷系數(shù)取值范圍為1.1——1.8，再考慮到行車空調(diào)器的實際工況，取熱負(fù)荷系數(shù)為1.7。冷凝器運(yùn)行時，必須定期清洗過濾網(wǎng)，防止過濾網(wǎng)積塵太厚，影響傳熱效果，增加運(yùn)行成本。1.2.4節(jié)流元件的選擇由于特種空調(diào)運(yùn)行時其熱負(fù)荷不斷變化從而導(dǎo)致運(yùn)行工況的不穩(wěn)定，節(jié)流元件的選擇就顯得很重要，在特種空調(diào)設(shè)計中普遍采用熱力膨脹閥。調(diào)節(jié)膨脹閥時，分兩次調(diào)節(jié)：粗調(diào)和細(xì)調(diào)。粗調(diào)時每調(diào)一次可旋調(diào)節(jié)一圈左右，當(dāng)制冷系統(tǒng)的工作溫度接近給定值而又達(dá)不到給定值時，應(yīng)進(jìn)行細(xì)調(diào)，即每調(diào)一次可旋調(diào)節(jié)桿1/2圈——1/4圈，直到達(dá)到給定值。1.2.5干燥過濾器當(dāng)系統(tǒng)中采用的制冷劑為R134a時，常用的冷凍油為PAG和ESTER兩種，這類潤滑油存在吸水性強(qiáng)的缺點，水分易使制冷系統(tǒng)的節(jié)流元件發(fā)生冰堵，因此要加強(qiáng)系統(tǒng)的密封性，生產(chǎn)過程中要求嚴(yán)格控制水分和零部件礦物油含油，造成生產(chǎn)麻煩，費(fèi)用增加，這對制冷劑的生產(chǎn)過程和制冷系統(tǒng)的充灌工藝提出了嚴(yán)格的要求。1.2.6回?zé)峤粨Q器在特種空調(diào)器中，采用回?zé)峤粨Q器可提高系統(tǒng)的制冷系數(shù)，有利于特種空調(diào)器的運(yùn)行。但采用回?zé)峤粨Q器是否有利于制冷系統(tǒng)，還與制冷劑的種類有關(guān)，回?zé)峤粨Q器會導(dǎo)致吸氣溫度升高，最終使排氣溫度升高（一般排氣溫度不能超過120°C，否則不能使用回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)），回?zé)峤粨Q器有兩種形式：套管式和盤管式；套管式和盤管式熱交換器一般熱交換量較大，當(dāng)熱交換量小時，可將冷凝器出口的液管與蒸發(fā)器出口的回氣管采用保溫材料包扎起來，以此來實現(xiàn)回?zé)峤粨Q，即冷凝器出口液體過冷，蒸發(fā)器回氣過熱。1.2.7噴液裝置的應(yīng)用目前在空調(diào)技術(shù)中，為了防止壓縮機(jī)排氣溫度過高，一般采用噴液裝置直接從蒸發(fā)器引入低溫噴射到壓縮機(jī)出口以降低排氣溫度及平均冷凝溫度。這種方式雖然造成了制冷量的損失，但是有效地降低排氣溫度，提高空調(diào)器的性能。由于行車空調(diào)的運(yùn)行工況不穩(wěn)定，負(fù)荷變化較大，可將變頻技術(shù)引入壓縮機(jī)，這樣可降低壓縮機(jī)的運(yùn)行成本，提高壓縮機(jī)的使用壽命。特種空調(diào)器在設(shè)計時由于工作環(huán)境的特殊性還應(yīng)考慮到抗振、防塵、防腐、檢修、管道走向等多種工藝問題。2計算說明書2.1原始資料設(shè)計一特種空調(diào)器，在以下條件可以長期工作：環(huán)境空氣最高溫度為50°C；現(xiàn)場空氣有輕微的粉塵污染，設(shè)計的空調(diào)器為車間行車提供夏季的制冷服務(wù)。性車內(nèi)溫度要求不高于26C,假設(shè)的行車維護(hù)結(jié)構(gòu)為側(cè)面上部5毫米的普通玻璃，占總面積的60%,其它部分為雙層鋼板，厚度為1毫米，夾心層為20毫米的超細(xì)玻璃棉氈，容重為60千克/立方。下方為表面溫度70C爐體，上方為普通鋼板屋面瓦，厚度為3毫米。計算負(fù)荷大?。ò捶€(wěn)定傳熱）。2.2設(shè)計工況的確定蒸發(fā)溫度t0采用空氣做載冷劑時，蒸發(fā)溫度要比所要求的空氣溫度低8--10C。由于制冷系統(tǒng)工作環(huán)境溫度高，為使蒸發(fā)壓力不至于過高，蒸發(fā)溫度要可比所要求的空氣溫度更些低，取蒸發(fā)溫度t0=10C冷凝溫度tk采用風(fēng)冷式冷凝器時，其冷凝溫度應(yīng)比夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算十球溫度高15C，環(huán)境空氣最高溫度為50C，取冷凝溫度tk=65C吸氣溫度tr由于氟利昂壓縮機(jī)，可采用回?zé)嵫h(huán)，其吸氣溫度為15C。過冷溫度tl過冷溫度是指制冷劑在冷凝壓力下，其溫度低于冷凝溫度時的溫度稱為過冷溫度，過冷度就是冷凝溫度與過冷溫度的差值。過冷度一般為3--5C，取過冷度為3C。2.3計算冷負(fù)荷（按穩(wěn)定傳熱計算）穩(wěn)定傳熱計算公式可表示為Q=KFAt式中Q一冷負(fù)荷，kwF—傳熱面積，廿K—傳熱系數(shù)，w/(m*K)△t—傳熱溫差，°C假設(shè)行車空調(diào)圍護(hù)結(jié)構(gòu)尺寸長1.2m，寬1m,高1.5m，周圍環(huán)境最高溫度tw=50C,行車內(nèi)溫度tn=26C。查得數(shù)據(jù)：室外表面換熱系數(shù)aw=29w/(m*K)；室內(nèi)表面換熱系數(shù)a「23w/(m*K)；5mm玻璃的傳熱系數(shù)k=6.75w/(m*K)；雙層鋼板導(dǎo)熱系數(shù)入=35.7W/(m-K)；玻璃棉氈導(dǎo)熱系數(shù)入=0.036W/(m-K)；普通鋼板屋面瓦的傳熱系數(shù)k=122w/(m*K)；2.3.1由玻璃溫差傳熱引起的冷負(fù)荷圖2-15mm普通玻璃結(jié)構(gòu)示意圖已知玻璃面積占圍護(hù)結(jié)構(gòu)總面積的60%,則玻璃面積為F=(1.2X1+1.2X1.5+1.5X1)X2X0.6=5.4廿總的傳熱系數(shù)：K=1/[1/a+1/k+1/a]=1/[1/29+1/6.75+1/23]=4.44w/(m*K)；w n則玻璃冷負(fù)荷：Q=KF^t=4.44X5.4X(50-26)=575.4w12.3.2夾心層為玻璃棉氈的鋼板負(fù)荷II 雙層鋼板11玻璃棉氈11 雙層鋼板——————————————圖2-2夾心層為玻璃棉氈示意圖其面積F=12X0.4-1.5X1=2.4廿傳熱系數(shù)K=1/[1/aw+￡(6/入)+1/a,=1/[1/29+(0.002/35.7+0.02/0.036)+1/23]=1.57w/(m*K)；行車下面部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)(包括底面)的冷負(fù)荷：Q=KFAt=1.57X2.4X(70-26)=166w22.3.3普通鋼板屋面瓦所需的冷負(fù)荷普通鋼板屋面瓦圖2-3普通鋼板屋面結(jié)構(gòu)示意圖其傳熱系數(shù):k=122w/(m*K)；其面積:F=1.2X1=1.2m2行車屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)所需冷負(fù)荷：Q=KFAt=122X1.2X(50-26)=3513.6w;32.3.4總的冷負(fù)荷Q=Q1+Q2+Q「575.4+166+3513.6=4255w;取修正系數(shù)k=1.05，則所需制冷量Qo=KQ=1.05X4255=4467.7w2.4選擇空調(diào)器的結(jié)構(gòu)形式和制冷劑種類此制冷系統(tǒng)采用渦旋式壓縮機(jī)，風(fēng)冷式冷凝器，蒸發(fā)器與冷凝器均為翅片管式，節(jié)流裝置采用熱力膨脹閥，制冷劑為R134a，R134a在大氣壓力下的沸點為-26.26°C，當(dāng)冷凝溫度高達(dá)65°C時，其冷凝壓力僅為1.8mPa，不易燃燒，具有較低的毒性，產(chǎn)品比較安全，ODP為0，可替代R12。此制冷劑R134a適用于高中低制冷系統(tǒng)。制冷系統(tǒng)示意圖如下所示【一!L蹦機(jī)2—【一!L蹦機(jī)2—閥”［一膊眠解5—糖密第莉…吸弋W浪闕7—低Ih推修JNit 液囂體［~低丹.液雌二］帝床弋體圖2-4高溫特種空調(diào)制冷系統(tǒng)圖2.5壓縮機(jī)的選型計算根據(jù)設(shè)計方案壓縮機(jī)可選用渦旋式壓縮機(jī)，其基本原理是由一個頂渦旋片和一個動渦旋片，兩渦旋片以180度相位裝配起來，動渦旋片的軌道運(yùn)動在兩對壓縮腔內(nèi)產(chǎn)生壓縮過程。由于這種壓縮機(jī)無吸、排氣閥，因此工作可靠、壽命長，吸排氣連續(xù)，氣流脈動小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)且扭矩變化均勻，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)13000r/min，體積比

往復(fù)式小40%,渦旋式壓縮機(jī)不存在余隙容積，因此在較大壓比范圍內(nèi)都具有較高的容積效率，一般為0.8—0.95。查R134a壓焓圖得：圖2-5制冷劑R134a壓焓圖R134a壓焓圖各點參數(shù)如下表表2-1制冷劑R134a熱力性質(zhì)表壓力p/mpa壓力p/mpa10.411z21.8345焓值h/(kj/kg)比容v/m3/kg4044090.054500.0122952900.001290單位質(zhì)量制冷量:舄二七-七=404-290=114町/臉單位容積制冷量:q「q0/v1=114/0.05=2280KJ/m3制冷劑的質(zhì)量流量:Mr=?0/q「4.5/114=0.0395Kg/s制冷劑體積流量:Vr=Mrv「0.0395X0.05=0.002m3/s壓縮機(jī)理論耗功率為：Pt「MR(h"h「)=0.0395X(450-409)=1.7KW渦旋壓縮機(jī)的容積效率nv一般為0.8-0.95,此處取n「0.85.壓縮機(jī)理論輸氣量為:V「q0/qv=4.5/2280=0.002m3/s則壓縮機(jī)實際輸氣量為：Vh=VXn=0.002X0.85=0.0017m3/s據(jù)此選擇谷輪渦旋式壓縮機(jī)型號ZR28K3—PFJ，馬力2.33HP，排氣量V=6.83m3/h，在ARI工況蒸發(fā)溫度7.2—10°C，冷凝器54.4—65°C時，制冷量5920w，輸入功率1920w，重量26kg，高度383mm.，符合設(shè)計要求。2.6冷凝器的設(shè)計計算2.6.1冷凝器的熱負(fù)荷其計算公式為？「？0k式中k——熱負(fù)荷系數(shù)，取k=1.7,則^「4.5X1.7=7.65kw2.6.2冷凝器幾何參數(shù)的確定冷凝器部分結(jié)構(gòu)示意圖如下：圖2-6冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖選用？10X0.35mm的黃銅管，翅片為0f=0.2mm的鋁片，橫向管中心距s1=25mm，縱向間距s2=22mm，管束正三角叉排。管排數(shù)為6，考慮到行車空調(diào)器工作環(huán)境積塵嚴(yán)重，設(shè)計冷凝器時，翅片間距應(yīng)取Sf=2.8mm，通過冷凝器風(fēng)速取值也應(yīng)較大取2.8m/s。如結(jié)構(gòu)計算下圖所示圖2-7冷凝器尺寸計算示意圖根據(jù)以上條件進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸計算如下：翅片根部外徑：d「d+26f=10+2X0.2=10.4mm翅片管當(dāng)量直徑：deq=4(S1-db)(Sf-6f)/2(S1-db+Sf-6f)=4.41mm管內(nèi)徑：d=d-26=10-2X0.35=9.3mm管平均直徑：dm=(di+d)/2=9.65mm單位管長管子平均面積：f「ndm=3.14X9.65=0.030301m2/m單位管長管子內(nèi)表面積：f=nd.=3.14X9.3=0.029202m2/m單位管長翅片表面積：ff=2(s1s2-ndj/4)/sfX10-3=0.3322m2/m單位管長管子外表面積：f「ndb(Sf-6f)/SfX10-3=0.0303m2/m單位管長管子總外表面：ft=ff+fb=0.3322+0.0303=0.3625m2/m翅化系數(shù)：p=ft/f「0.3625/0.029202=12.4迎風(fēng)面積比：入=A/A=(S-6)(S1-d)/S1S=0.542minfff b f2.6.3確定循環(huán)空氣流量取空氣通過冷凝器溫升為8°C,則空氣出口溫度ta0=58°C，進(jìn)出口空氣平均溫度tm=(tai+ta0)/2=(58+50)/2=54C。查得此溫度下的空氣物性參數(shù)為：比熱CP=1.005kj/kg-k,密度p=1.0765kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)入=0.02865W/(m-K)，動力黏度.=1.985X10-5kg/(m?s),則運(yùn)動黏度u=p/p=1.985X10-5/1.0765=1.844X10-5m2/s。故空氣體積流量Va=?K/pCp(tao-tai)=7.65/(1.0765X1.005X8)=0.7m3/s=2520m3/h。2.6.4確定空氣側(cè)換熱系數(shù)及翅片效率取迎風(fēng)風(fēng)速3=2.8m/s(取值范圍2.5—3.0m/s)，f最狹處風(fēng)速3^=3f/入二2.8/0.542=5.2m/s，則有Rf=3MAxd/uf=5.2X4.41X10-3/1.985X10-5=1155L/d=6s2/4.41X10-3=6X22X10-3/4.41X10-3=29.93又A=0.518-0.02315L/d+0.000425(L/d)2-3X10-6(L/d)3=0.1254C=A[1.36-(0.24Rf)/1000]=0.1254X(1.36-0.24X1155/1000)=0.13N=0.45+0.0066L/d=0.45+0.0066X29.93=0.647M=-0.28+0.08Rf/1000=-0.28+0.08X1155/1000=-0.18故有a=1.1C(入/d)Rn(L/d)mo feqef eq=1.1X0.13X(0.02865/0.00441)X11550.647X29.93-0.18=50w/(m*K)對正三角叉排翅片管束：L/B=1(L/B為叉排翅片六角形的長對邊距離和短對邊距離之比)，由此，得：p,=1.27p(L/B-0.3)0.5=1.27(S1/dB)(L/B-0.3)0.5=2.554六角形翅片當(dāng)量翅高為：h=(d/2)(p/-1)(1+0.35lnp/)=10.73mmb翅片參數(shù)：m=(2a/入bf)0.5=[2X50/(220X0.2X10-3)]0.5=47.67(其中入f=220W/(m?°C)為鋁片在52.5^時的導(dǎo)熱系數(shù))故翅片效率為：nf=th(mh)/mh=[emh-e-mh/emh+e-mh]/mh=0.92表面效率：ns=1-(ff/ft)(1-nf)=1-(0.3322/0.3625)X(1-0.92)=0.932.6.5計算管內(nèi)側(cè)冷凝換熱系數(shù)假設(shè)壁面t=55C，則平均溫度t=(t+t)/2=(55+65)/2=60Cw m wk查得R134a的物性參數(shù)為：汽化潛熱r=139.12kj/kg，導(dǎo)熱系數(shù)入=0.0658W/(m-K),密度p=1052.9kg/m3，運(yùn)動黏度u=0.1308X10-6m2/s，則r0.25=3.434,綜合系數(shù)Bj(9.81p入3/u)0.25=[9.81X1052.9X0.06583/(0.1308X10-6)]“1/4=68.87從而知R134a在管內(nèi)冷凝時放熱系數(shù)為：a=0.683r0.25Bmd-0.25(t-t)-0.25=908.45(t-t)-0.25i i KW KW忽略銅管壁和接觸熱阻，則由管內(nèi)外熱平衡得出：and(t-t)=naf(t-t)iiKW sotKa即908.45X3.14X0.0093X(65-匕)=0.93X50X0.3625X(t「57.5),解得：tw=61.1°C,與假設(shè)的60r接近，故不必重算，則有ai=908.45X(65-61.1)-0.25=646w/(m*K)2.6.6計算傳熱系數(shù)、傳熱面積及冷凝器結(jié)構(gòu)尺寸取管內(nèi)污垢熱阻ri=0，管外污垢熱阻ro=0.0001m2?K/W，則有傳熱系數(shù)：K=1/[(1/a+r)f/f+(f6/f入)+r+1/na]iitit mto So=28.54W/(m2?K)；確定對數(shù)平均溫差。m0=(t-t)/ln[(t-t)/(t-t)]m aoai kai kao=(58-50)/ln[(65-50)/(65-58)]=11.4C故所需傳熱面積為：Fq=0K/k0m=7.65/(28.54X11.4)=23.4m2所需翅片管總長：L=F/f=23.4/0.3625=64.55mtOt選取垂直氣流方向管排數(shù)nb=18,沿氣流方向排數(shù)氣二6，則有：寬A=L/nn=64.55/(18X6)=0.597mtbl高B=nS1=25X18=0.45mb深C=nS2=6X22=0.132ml考慮到迎面風(fēng)速的不均勻性，取實際寬A=0.6，則迎風(fēng)面積為A=AB=0.6X0.45=0.27m2f實際風(fēng)速3f=Va/Af=0.7/0.27=2.6m/s，與原假設(shè)的迎風(fēng)風(fēng)速3f=2.8m/s相差不大，不必重算.該冷凝器實際外形尺寸650X450X132mm,每一排18列迎風(fēng)管總共108根傳熱管,其總長Lt=0.6X108=64.8m>64.55m,符合設(shè)計要求.2.6.7計算空氣側(cè)阻力及選定風(fēng)機(jī)空氣橫向流過整套片翅片管簇時的阻力為：△p=9.81A(L/d)(p3)1.7a e mmax=9.81X0.0113X29.93X(1.0765X5.2)1.7=62Pa故冷凝器所需風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量為：V=0.7m3/s=2520m3/h可選冷凝器風(fēng)機(jī)風(fēng)量為格瑞德集團(tuán)生產(chǎn)的T35—11型機(jī)號為3.55軸流通風(fēng)機(jī)，葉輪直徑355mm，葉輪周速27m/s,主軸轉(zhuǎn)速1300r/min，葉片角度25deq，風(fēng)量2737m3/h,全壓71pa，全壓效率0895,需用軸功率0.059kw，配用軸功率0.068kw，采用電機(jī)型號YSF—5624，功率0.090kw，符合設(shè)計要求。2.7蒸發(fā)器的設(shè)計計算2.7.1工況參數(shù)進(jìn)口空氣狀態(tài)參數(shù):十球溫度26°C，相對濕度51%；出口空氣狀態(tài)參數(shù):十球溫度18C，相對濕度90%；當(dāng)?shù)卮髿鈮毫=101.325Kpa，蒸發(fā)溫度10C，要求制冷量BQ=4.5KW.02.7.2幾何參數(shù)選定選中10X0.35mm的銅管，翅片厚為0f=0.2mm的鋁片，片距Sf=2.2mm，橫向管中心距S1=25mm，縱向管中心距S2=22mm，管簇正三角形叉排，管排數(shù)為4,蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖同冷凝器；結(jié)構(gòu)計算示意圖如如下所示，圖2-8蒸發(fā)器尺寸計算示意圖根據(jù)以上條件進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸計算如下：翅片根部外徑d「d+26f=10+2X0.2=10.4mm翅片管當(dāng)量直徑d=4(S1-d)(S-6)/2(S1-d+S-6)=3.52mmeq bff bff管內(nèi)徑d=d-26=10-2X0.35=9.3mm管平均直徑dm=(di+d)/2=(10+9.3)/2=9.65mm單位管長管子平均面積f「ndm=3.14X9.65=0.030301m2/m單位管長管子內(nèi)表面積f.=nd.=3.14X9.3=0.029202m2/m單位管長翅片面積f=2(s1s2-nd2/4)/sX10-3=0.4228m2/mf b f單位管長管外表面積f「ndb(Sf-6f)/SfX10-3=0.02967m2/m單位管長管子總外表面積ft=ff+fb=0.4525m2/m翅化系數(shù)p=ft/f「0.4525/0.029202=15.49迎風(fēng)面積比入=A/A=(S-6)(S1-d)/S1S=0.531minfff b f2.7.3確定空氣在蒸發(fā)器內(nèi)狀態(tài)變化及循環(huán)空氣量h=53.4kj/kg,1由給定的進(jìn)出風(fēng)口參數(shù)查空氣的焓濕圖(h-dh=53.4kj/kg,1h2=42kj/kg,d]=10.6g/kg,d2=10.2g/kgo//-=53.4圖2-9濕空氣焓濕圖由此得稀濕系數(shù)￡=(h-h)/c(t-t)1 2ap1 2=(53.4-42)/1.01X(26-18)=1.41循環(huán)空氣量：Ga=Q/(h1-h2)=0.396kg/s故空氣體積流量為：Va=Gau「0.396X0.847=0.335m3/s=1206m3/h(查26°C進(jìn)口狀態(tài)十空氣比容u1=0.847m3/kg)2.7.4空氣側(cè)換熱系數(shù)及凝露工況下的當(dāng)量換熱系數(shù)的計算.取迎面風(fēng)速3f=2.5m/s,則最窄處風(fēng)速3m=3f/入二2.5/0.531=4.7m/s由t=t+t=26+18/2=22C，從《十空氣的熱物理性質(zhì)表》中查得空氣特性參數(shù)如fa1a2下：空氣運(yùn)動黏度uf=15.154X10-6m2/s；空氣導(dǎo)熱系數(shù)入f=2.56X10-2w/(m-K)；密度pm=1.181kg/m3；故L/deq=4S2/deq=4X0.022/0.0035=25；Ref=3max-deq/uf=4.7X0.035/15.154X10-6=1085；又A=0.518-0.02315L/deq+0.000425(L/deq)2-3X10-6(L/deq)3=0.158；C=A(1.36-0.24Ref/1000)=0.174；N=0.45+0.0066(L/deq)=0.615；M=-0.28+0.08Ref/1000=-0.1932因管路為正三角形叉排布置，則有a=1.1C(入f/d)Rfn(L/d)m=55.28w/(m*K)凝露工況下的當(dāng)量換熱系數(shù)aj按正三角形排列的管簇L/B=1(L/B為叉排翅片六角形對邊距離和短邊距離之比)，由此，得：p,=1.27p(L/B-0.3)0.5=1.27(S/d)(L/B-0.3)0.5=2.5541b六角形翅片當(dāng)量翅高為h=db(p/-1)(1+0.35lnp/)=10.4/2(2.554-1)(1+0.35In2.554)=10.73mm翅片參數(shù)m=(2a&/入6)0.5w o ff=[2X55.28X1.13/(395X0.2X10-3)]0.5=40(銅管在22°C時，入f=395w/(m-K))凝露工況下翅片效率為：n=th(mh)/mh=[emwh-e-mwh/emwh+e-mwh]/mh=0.943a=&a(nf+f)/(f+f)=1.13X55.28X[(0.943Xj o fwfbfb0.4228+0.02967)/(0.4228+0.02967)]=59.14w/(m*K)2.7.5管內(nèi)R134a蒸發(fā)時換熱系數(shù)的計算查制冷劑R134a的熱物理性質(zhì)表，得蒸發(fā)溫度to=10C時,液態(tài)R134a物性參數(shù)：比熱cp=1.367kj/kg-k,導(dǎo)熱系數(shù)入=0.0888w/(m-K),密度p二1260.2kg/m3,動力黏度^=235.41X10-6pa-s；蒸發(fā)溫度to=10C時,氣態(tài)R134a物性參數(shù)：比熱cp=0.93kj/kg-k,導(dǎo)熱系數(shù)入=0.085w/(m-K),密度p二20.212kg/m3,汽化潛熱r=190.74kj/kg。R134a進(jìn)入蒸發(fā)器時十度x1=0.45，出蒸發(fā)器十度x2=1.0，則R134a總流量為：Gr=Q/r(x-x)

o 1 2=4.5X3600/190.74X(1-0.45)=146.44kg/h取內(nèi)表面熱流量qi=11000w/m2,由此取R134a質(zhì)量流速g=110kg/(m2?s),貝UR134a總流通截面為：A=Gr/g=146.44/(110X3600)=3.7X10-4m2每根管子的有效流通截面為：A=nd2=3.14X(0.0093)2/4=6.8X10-5m2故蒸發(fā)器的分路數(shù)為：Z=A/A=3.7X10-4/6.8X10-5=5.44取Z=6(為分路方便，取Z=6)，每一路R134a流量為：G=Gr/3600Z=146.44/3600X6=0.00678kg/sd于是R134a在管內(nèi)蒸發(fā)時換熱系數(shù)為：ai=BGd0.2qi0.6/di0.6=1.185X0.006780.2X110000.6=1921.8w/(m2-K)2.7.6傳熱系數(shù)ko及傳熱溫差0m的計算由于R134a與潤滑油互溶，可忽略管內(nèi)側(cè)污垢熱阻rt，取管壁導(dǎo)熱熱阻和翅片與管壁接觸熱阻之和為4.8X10-3(m?K)/w，則有K=1/[(f/fa)+r+r+(fr/f)+1/a]0 tii ws ttm j=1/(15.49/1921.8+0.0048+0+1/59.14)=33.59w/(m2?K)若不計算R134a阻力對蒸發(fā)溫度的溫度，則傳熱溫差為：0m=t-t/[ln(t-t)/(t-t)]a1a2 a10 a20=(26-18)/ln(26-10)/(18-10)=11.5°C2.7.7確定蒸發(fā)器傳熱面積及其結(jié)構(gòu)尺寸由公式Q=Fk0m，得F=Q/k0m=4.5/33.59X11.5=10.8m2所需傳熱管長Lt=F/Ft=10.8/0.4525=23.8m迎風(fēng)面積為Ff=Va/3f=0.335/2.5=0.134m2取蒸發(fā)器長A=500mm，高B=280mm，則實際迎風(fēng)面積F=0.5X0.28=0.14m2。f已選管間距S1=25mm，故每排管子數(shù)氣二280/25=11.2,應(yīng)取整數(shù)故為12列；已選深度方向(沿氣流方向)n=4排，故共布置12X4=48根傳熱管，其總長L=0.5L tX48=24m>23.8m，設(shè)計滿足要求。2.7.8制冷劑流動阻力的計算R134a質(zhì)量流速：g=4Gd2/n=4X0.00678/3.14X(9.3X10-3)2di=99.8kg/(m2?s)；按設(shè)計值Fi=Ltndj23.8X3.14X9.3X10-3=0.695m2qi=Q/Fi=4500/0.695=6474.8w/m2R134a在管內(nèi)蒸發(fā)時的阻力可計算如下：Po=5.986X10-5X(qi?g)0.91/dil=5.986X10-5X:(6474.8X99.8)0.91/0.0093]X0.5X6=3.74kpa2.7.9空氣側(cè)阻力計算和風(fēng)機(jī)的選擇空氣流過套管翅片管簇，在工況下的阻力為Pa=9.81A(L/de)(p“3“)1.7=9.81X0.0113X25X(1.181X4.7)1.7二51.059pa凝露工況下由于凝結(jié)水滯留在翅片表面形成一薄層水膜，因而凝露工況下空氣側(cè)流動阻力增大，則有Pw=w?△Pa=1.26X51.059=64.33pa式中W——凝露工況下阻力增加系數(shù)據(jù)此選用蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)軸流式DWT-I型風(fēng)機(jī)性能參數(shù)：葉輪直徑300mm，風(fēng)量1450m3/h，風(fēng)壓72pa，轉(zhuǎn)速1450r/min功率0.06kw，燥聲52dB，符合設(shè)計要求。2.8熱力膨脹閥的選擇和制冷劑管道的計算2.8.1膨脹閥的選擇由于制冷劑供液管分6路，需要用分液和集液器，故采用外平衡式熱力膨脹閥；系統(tǒng)制冷量Q=4.5kw，故選用適用制冷劑R134a型號TEN2毛細(xì)管1.5m，出口乂入o口：3/8X1/2in,10X12mm，不帶MOP,N系列蒸發(fā)器-40—+10°C流口編號03,R134a名義制冷量4.6kw的熱力膨脹閥。2.8.2管道管徑的計算采用公式計算法確定系統(tǒng)管路管徑，其計算公式為『.0188（Vq/3）1/2式中dn 管道內(nèi)徑，m；V 計算狀態(tài)下制冷劑比體積，m3/kg；qm 制冷劑質(zhì)量流量，kg/h；[3] 制冷劑允許流速，m/s.由上述計算、R134a壓焓圖和制冷劑管道允許流速表，得計算參數(shù)表如下:表2-2管路各參數(shù)表管路比體積V/m3/kg質(zhì)量流量qm/kg/h制冷劑允許流速[3]/m/s.吸氣管路0.05142.210排氣管路0.012142.215液體管路0.001142.20.81） 吸氣管路管徑的確定由計算公式，得dn=0.0188（Vq/3）1/2=0.0188（0.05X142.2/10）1/2=0.0158m=15.8mm查常用連接管道用黃銅管規(guī)格表，選用中16X1mm的黃銅管.2） 排氣管路管徑的確定由計算公式，得『.0188(Vq/3)1/2=0.0188(0.012X142.2/15)1/2=0.006m=6mm查常用連接管道用黃銅管規(guī)格表，選用中6X1mm的黃銅管.液體管路管徑的確定由計算公式，得d=0.0188(Vq/3)1/2=0.0188(0.001X142.2/0.8)1/2=0.0079m=7.9mm查常用連接管道用黃銅管規(guī)格表，選用中8X1mm的黃銅管.2.8.3管道校核計算根據(jù)《空調(diào)與制冷技術(shù)手冊》查得：氟利昂制冷系統(tǒng)的吸氣管道的壓力損失不宜超過相當(dāng)蒸發(fā)溫度降低1°C；排氣管道的壓力損失不宜超過相當(dāng)冷凝溫度升高1C；冷凝器至節(jié)流機(jī)構(gòu)之間的液體管壓力損失不宜小于20KPa，可取25KPa。查制冷劑R134a飽和熱力性質(zhì)表，得：吸氣管道允許壓力降[P]=13.7KPa；排氣管道允許壓力降[P]=43.9KPa；制冷劑管道的壓力損失包括沿程阻力損失和局部阻力損失兩部分，可采用當(dāng)量長度計算法，按下式計算：△P=fm(L+Ld)32p/2dn式中AP——管道壓力損失；Pafm——沿程阻力系數(shù)；(L+Ld)——管道總當(dāng)量長度；m3 管道中制冷劑流速；m/sp 制冷劑的密度；kg/m3.吸氣管道的管徑校核計算設(shè)吸氣管路長L=1m，吸氣管路上有局部管件有截止閥、90o彎頭兩個。查常用管件的當(dāng)量長度與管道內(nèi)徑的比值表：截止閥Ld/dn=340，90。彎頭Ld/dn=30；根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)：沿程阻力系數(shù)fm=0.019；密度p=1/v=1/0.05=20kg/m3；則有△P={0.019X[(1/0.016)+(340+2X30)]X102X20)/2二8787.5Pa=8.7875KPa其吸氣管路的壓力損失^P=8.7875KPa<[P]=13.7KPa,故所選管徑符合要求。排氣管道的管徑校核計算設(shè)排氣管路長L=1m,排氣管路上有局部管件有截止閥、止回閥、90o彎頭一個。查常用管件的當(dāng)量長度與管道內(nèi)徑的比值表：截止閥Ld/dn=340，、止回閥Ld/dn=80、90。彎頭Ld/dn=30；根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)：沿程阻力系數(shù)fm=0.0065；密度p=1/v=1/0.012=83.3kg/m3；則有P={0.2X[(1/0.006)+(340+80+30)]X152X83.3)/2=37563.09Pa=37.563KPa其排氣管路的壓力損失^P=37.563KPa<[P]=43.9KPa,故所選管徑符合要求。液體管道的管徑校核計算設(shè)液體管路長L=1m，液體管路上有局部管件有角閥、兩段焊成90o彎頭。查常用管件的當(dāng)量長度與管道內(nèi)徑的比值表：角閥Ld/dn=170，兩段焊成90。彎頭Ld/dn=60；根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)沿程阻力系數(shù)fm=0.2；密度p=1/v=1/0.001=1000kg/m3則有P={0.2X[(1/0.008)+(170+60)]X0.82X1000)/2+(3.0X0.82X1000/2)=24640Pa=24.64KPa其液體管路的壓力損失^P=24.64KPa<[P]=25KPa，故所選管徑符合要求。2.8.4管道布置基本原則吸氣管道制冷壓縮機(jī)的吸氣管道應(yīng)有不小于0.02的坡度，且必須使其坡向制冷壓縮機(jī)。以確保停機(jī)時潤滑油能自動流回制冷壓縮機(jī)，工作時潤滑油能夠連續(xù)地隨制冷劑蒸汽一起流回制冷壓縮機(jī)。.排氣管道制冷壓縮機(jī)的排氣管道應(yīng)有不小于0.01的坡度，且必須使其坡向冷凝器。以確保停機(jī)時管道中的潤滑油和可能凝結(jié)的制冷劑一起流向冷凝器。.液體管道若供液管上不裝設(shè)電磁閥，則液體管道應(yīng)設(shè)有倒U形彎，以防止停機(jī)時液體繼續(xù)流向蒸發(fā)器。若供液管上裝設(shè)電磁閥，可不設(shè)置倒U形彎。2.9其它輔助部件的選擇2.9.1回?zé)峤粨Q器的選型計算經(jīng)查制冷劑R134a過熱氣體熱力性質(zhì)表：當(dāng)蒸發(fā)溫度to=10°C,過熱度5°C,即吸氣溫度tr=15°C時，其熵s=1.7386kj/(kg?K),根據(jù)冷凝溫度tk=65C和熵s=1.7386kj/(kg?K),采用內(nèi)插法求得：排氣溫度tp=80C,利用回?zé)峤粨Q器可提高系統(tǒng)的制冷系數(shù)和增加制冷量，有利于特種空調(diào)器的運(yùn)行。其熱交換面積的計算式為：A=q/kAtd式中：熱交換量：中=MR(h3-h4)=0.0395XC295-290)=197.5w傳熱系數(shù)k：當(dāng)液體流速為0.8—1.0m/s，氣體流速為8—10m/s時，光管的傳熱系數(shù)為230—290w/(m2?K)，故取240w/(m2?K).傳熱溫差A(yù)t=[(t-t)(t-t)]/ln(t-t)(t-t)d kolr koLr=(55-47)/ln(55/47)=50C則傳熱面積A的/kAtd二197.5/(240X50)=0.0164m2由于熱交換量小，傳熱面積較小，因此可采用可將冷凝器出口的液管與蒸發(fā)器出口的回氣管采用保溫材料包扎起來的方法，以此來實現(xiàn)回?zé)峤粨Q，即冷凝器出口液體過冷，蒸發(fā)器回氣過熱。2.9.2儲液器的選型計算儲液器的儲液量不應(yīng)超過儲液器本身容積的80%.儲液