11热动5班邓爽402制冷技术课程设计说明书2.docx

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11热动5班邓爽402制冷技术课程设计说明书2

重庆大学本科学生课程设计

分体热泵型房间空调器的设计

学生：

邓爽

学号：

20114020

指导教师：

吴治娟

专业：

热能与动力工程

重庆大学动力工程学院

二O一四年五月

制冷课程设计说明书

一、设计目的、要求

（一）目的

本课程设计是“制冷及低温技术原理”的重要教学环节之一，通过这一环节达到了解制冷系统的设计内容，程序和基本原则，学习设计计算方法，巩固所学知识，培养学生运用所学知识解决工程问题的能力。

（二）要求

1.了解制冷装置设计的一般步骤；

2.培养运用设计规范、设计手册的能力；

3.能正确应用所学课程的知识进行设计计算；

4.初步具备绘制装置图纸的能力。

二．设计任务

设计分体热泵型房间空调器。

根据设计参数进行制冷/热泵系统的方案设计和热力计算，选配制冷压缩机，设计室外和室内换热器，完成辅助设备的计算和选用，以及制冷系统管路设计。

三、设计参数

（一）空调负荷

1、房间面积：

20m2

2、单位面积冷/热负荷：

130W/170W

3、制冷剂：

R22

（二）设计工况

1、工况（夏季）

室内干/温度:

27/19.5℃

室外环境干/湿球温度：

36.5/27.3℃

过冷度：

5℃

蒸发温度：

7.2℃

冷凝温度：

54.4℃

吸气温度：

15℃

2、热泵工况（冬季）

室内干/湿球温度：

20/13.6℃

室外干/湿球温度：

2/1℃

过冷度：

5℃

过热度：

5℃

蒸发温度：

2℃

冷凝温度：

46.71℃

四、系统热力计算

（一）制冷计算

过冷度：

5℃发温度：

7.2℃

冷凝温度：

54.4℃吸气温度：

15℃

个状态点参数

序号

P/bar

t/℃

h/（KJ/Kg）

ν/（m3/Kg）

S

0

6.2506

7.2

407.91

0.03775

1

6.2506

15

413.76

0.03937

1762.21

2

21.4556

82.06

445.99

0.01993

1762.21

3

21.4556

46.1

257.88

4

6.2506

7.2

257.88

2s

21.4556

95

457.9

0.01370

（以下计算公式来源于《制冷与低温技术原理》吴业正编）

（1）单位制冷量：

q0=h0-h4=407.9KJ/Kg-258.00KJ/Kg=149.9KJ/Kg

（2）单位容积制冷量：

qv=q0/v1=3807.467KJ/m3

（3）理论比功：

（4）指示比功：

（5）指示效率：

（6）性能系数：

指示值:

（7）冷凝器单位热负荷：

（8）制冷剂循环的质量流量：

（9）实际输气量：

理论输气量：

（10）压缩机消耗功的理论功率和指示功率：

（11）热力学完善度：

η=

（12）冷凝器热负荷：

（二）热泵计算

蒸发温度2℃冷凝温度46.71℃

过冷度5℃过热度5℃

制冷量Φ=2548.3W

序号

P/bar

t/℃

h/（KJ/Kg）

ν/（m3/Kg）

0

2

5.3083

406.09

0.04427

1

7

5.3083

409.74

0.04546

2

71.55

18

441.16

0.01506

3

41.71

18

200.16

4

2

5.3083

200.16

（1）理论比功：

（2）指示比功：

（3）冷凝器热负荷

（4）体积流量

（5）质量流量

（6）制热量

（7）热力学完善度：

η=

五、系统主要设备选型及设

（一）压缩机选型

已知制冷量为2600W，功率为0.5479KW

初步选型为：

美芝压缩机

型号

系列

代表机型

排量

制冷量

1Φ-50HZ-220/240V

SM

HSM185V1UFT

18.7cm3/rev

3698W

功率

能效比

电容

高度

排气管内径

回气管内径

829W

4.46W/W

35/370μF/V

301mm

8.2mm

12.9mm

压缩机校核

制冷理论功率：

547.9W

ηiηmηe=547.9646=84.81%

热泵理论功率：

故压缩机符合标准。

（二）蒸发器设计（以下计算参考吴业正《小型制冷装置设计指导》）

选择表面式蒸发器，用翅片管式换热器、双排。

1、选定蒸发器的结构参数

选用Φ10mm0.7mm的紫铜管，翅片选用厚为δf=0.2mm的铝套片，热导率为λf=237w/（m•k）,翅片间距sf=2.2mm，管束按正三角形叉排排列，垂直于流动方向的管间距s1=25mm，管束按正三角形叉排排列，垂直于流动方向管间距S1=25mm沿流动方向的管排数为nl=4，迎面风速uf=2.5m/s。

2、计算几何参数

翅片为平直套片，考虑套片后的管外径为

db=d0+2δf=0.0104m

沿气流流动方向的管间距为

S2=s1cos30=0.02165m

沿气流方向套片的长度L=4s2=0.0866m

每米管长翅片的外表面面积

af=2（s1s2-）=0.4148m2/m

每米管长翅片间的管子表面面积

ab=πdb（sf-δf）=0.0297m2/m

每米管长的总外表面面积

aof=af+ab=0.4445m2/m

每米管长的外表面积

Abo=πdb1=0.03267m2/m

每米管长的内表面积

ai=πdi1=0.02702m2/m

每米管长平均直径处的表面面积

am=πdm1=0.029845m2/m

由以上计算得

aof/abo=13.606

3、计算空气侧干表面传热系数

1）空气的物性

由前可知，进口干球的干球温度ta=27℃,湿球温度ts1=19.5℃,R290的蒸发温度t0=7.2℃,当地大气压力PB=101.32KPa,要求出口空气的干球温度为17.5℃,湿球温度为14.6℃，蒸发器的制冷量为3500W。

空气的平均温度为

ta=（ta1+ta2）/2=22.25℃

空气在此温度下的物性约为ρa=1.196kg/m3

Cpa=1005J/（kg•k）,Pra=0.7026,νa=15.88e-6（m2/s）.

2）最窄界面处的空气流速

Umax=uf=4.7m/s

3）空气侧干表面传热系数

空气侧干表面传热系数

j=0.0014+0.2618=0.00852

ho==61.02w/（m2˙k）

4、确定空气在蒸发器内的状态变化过程

根据给定的空气进出口温度，由湿空气的h-d图可得

h1=55.6KJ/Kg，h2=KJ/Kg，d1=11.1g/kg,d2=9.2kJ/kg。

在图上链接空气的进出口状态点1和点2，并延长与饱和空气线（）相交于w点，该点的参数是hw″=29.5KJ/kg,tw=9℃,dw″=7.13g/kg。

在蒸发器中空气的平均比焓为

hm=hw″+=47.1kJ/kg

在h-d图上按过程线与hm=47.1kJ/kg线的交点读得tm=21.4℃，dm=10g/kg。

析湿系数可由下式确定：

ξ=1+2.46=1.57

5、循环空气量的计算

qm==628.19kg/h

进口状态下空气的比体积可由下次确定

ν1==0.866m3/kg

qva=qmν1=544.01m3/h

6、空气侧当量表面传热系数的计算

当量表面传热系数

hj=ξh0

叉排翅片可视为正六角形，且此时翅片的长对边距离和短对边距离之比为=1，且ρm=，故

ρ′=1.28ρm=2.554

肋片折合高度为

h′==10.735mm

m==63.57/m

ηf==0.8691

因此hj=84.02w/（m2˙k）

7、管内R22蒸发时表面传热系数的计算

作为迭代计算的初值，R22在5℃时的物性为

饱和液体的比定压热容Cp,l=1.198KJ/（Kg.k）

饱和蒸汽的比定压热容Cp,g=0.7705Kj/（Kg.k）

饱和液体的密度ρl=1.2573Kg/m3

饱和蒸汽的密度ρg=26.33Kg/m3

气化潜热r=199.4KJ/Kg饱和压力Ps=621.74Kpa

表面张力σ=10.6N/m

液体的动力粘度μl=2.025Pa.s

蒸汽的动力粘度μg=11.815Pa.s

液体的热导率λl=0.09175W/（m.K）

蒸汽的热导率λg=0.009915W/（m.K）

液体的普朗特数Prl=2.622

蒸汽的普朗特数Prv=0.918

R22进入蒸发器时的干度X1=0.16，出口干度X2=1.0。

R22总的质量流量qm==628.19Kg/h

作为迭代的初始值取，R290在管内的质量流速,则总的截流面积为

每根管子的有效流通截面为：

==

蒸发器的分路数

取Z=2，则每一分路中R410A的质量流量为

每一分路中R290在管内的实际质量流速为：

根据凯特里卡的通用关联式：

=

=

故：

=144.32

得到=2522.58

8、传热温差的初步计算

暂先不计R22的阻力对蒸发温度的影响

则有：

=14.54℃

9、传热系数的计算

由于R22与聚酯油能互溶，故管内污垢热阻可忽略，据文献介绍翅片侧污垢热阻、管壁导热热阻及翅片与管壁间接触热阻之和（）可取为，故带入数据得：

10、核算假设的的值

计算表明，假设的初值与核算值较接近，偏差小于0.258%，故假设有效

11、蒸发器结构尺寸的确定

蒸发器所需的表面传热面积

蒸发器所需传热管总长

迎风面积

取蒸发器宽B=800mm，高H=75.56mm，则实际迎风面积为

已选定垂直于气流方向的管间距为，故垂直于气流方向的每排管子数为

深度方向（沿气流流动方向）为4排，共布置16根传热管，传热管的实际总长度为

m

传热管的实际内表传热面积为

说明计算有30%左右的裕度。

还能允许能有较大的过热度。

（三）冷凝器设计（参考吴业正《小型制冷装置设计指导》）

1、有关温度参数及冷凝热负荷的确定

制冷剂R22，蒸发温度7.2℃，制冷量2600W，空气的比热容C=1.01，密度

项目

温度/℃

项目

温度/℃

冷凝温度

54.4

进出口风温差

8

进口温度

35

出口温度

43

强制通风空气冷却式冷凝器冷却介质温升为8-10度。

①

对数平均温差

冷凝器热负荷由热力计算可知为3380W，

2、翅片管簇结构参数选择及计算

选择Φ100.5mm的紫铜管为传热管，选用的翅片厚度为δf=0.15mm的波纹状整张铝制套片，取翅片节距Sf=2mm,迎风面上管中心距S1=25mm,管簇排列采用正三角形叉排，翅片根部外沿直径db=d0+2δf=0.0103m,每米管长各有关传热面积分别为

每米管长翅片侧面面积

每米管长翅片间管面面积

每米管长翅片侧总面积

每米管长管内面积

取当地大气压Pb=101320pa，由空气热物理性质表得，在空气平均温度tm=（35+43）/2=39℃的情况下，比热容Cpg=1007.1J/（kg˙k），导热系数λg=0.0269w/（m˙k），运动粘度νg=1.69464E-05m2/s，

在进风温度ta1=35℃条件下ρa=1.1095kg/m3。

冷凝器所需空气体积流量

=0.378

迎面风速：

迎风面积

迎风面高度：

H==0.336m