冷风机设计计算.docx
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冷风机设计计算
第2章冷空气参数计算
人工制冷是指借助于制冷装置,以消耗机械能或电磁能、热能、太阳能的呢过形式的能量为代价，把热量从低温系统向高温系统转移而得到低温,并维持这个低温。
目前常用的制冷方式有蒸汽压缩式制冷、蒸汽吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸附式制冷、电热制冷、磁制冷、涡流管制冷和热声制冷等，其中最为常用的是蒸汽压缩式制冷。
蒸汽压缩式制冷是利用气体的节流效应,通过绝热膨胀来制冷的。
蒸汽压缩式制冷由分为单机蒸汽压缩式制冷循环和多级蒸汽压缩式制冷循环及其许多发展形式，这里为了研究方便，采用最简单的单级蒸气压缩式制冷循环。
单机压缩式制冷循环系统主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四大部件组成，如下图所示。
对制冷剂蒸汽只进行一次压缩，故称为单机蒸汽压缩。
整个
循环过程主要由压缩过程、冷凝过程、节流过程以及蒸发过程四个过程组成,每个过程在不同的部件中完成，制冷剂在每个过程中的状态又各不相同。
对于冷风机的设计计算，要对循环的主要参数进行设计计算，并主要关注与蒸发器相关的循环参数。
在冷风机的设计过程中,首先要根据所给条件计算出冷空气参数,冷空气参数是冷风机设计计算的基础和依据，其计算结果直接影响冷风机的选型和设计,因此其计算要求较高的精度，具有重要的意义。
冷空气计算主要是依据相关经验公式和查表所得进行的。
计算的内容可大概分为回风参数和送风参数,回风参数是冷风机蒸发器的进口空气参数,送风参数是冷风机的出口空气参数也即要进入室内的空气参数;计算主要涉及冷空气的焓值、含湿量、密度、粘度、饱和蒸汽压等。
2．１制冷循环相关计算
2．11已知条件:
已知:
回风干球温度:
0℃ 回风相对湿度:
90%
送风干球温度:
-3℃ 送风相对湿度：
95%
大气压:
101３2Ｐa 制冷量：
5.４ｋw
制冷剂：
R２2
2.１2相关计算：
1.查表得Ｒ2２的汽化潜热为2１0.５5ｋＪ/ｋｇ
2.制冷剂循环量:
代入数据计算得，制冷剂循环量为115.412ｋg／h
2.2冷空气参数计算
1.热力学温度：
T=t＋273．15
回风温度:
273.1５
送风温度：
270.15
2.水蒸气饱和压力:
其中，P：
水蒸气饱和压力
：
大气压力
T:
冷空气温度
：
绝对零度
带入数据得：
回风温度下水蒸气饱和压力:
６1１.32Pa
送风温度下水蒸气饱和压力:
490．34Ｐa
3.含湿量:
其中，d：
含湿量
：
大气压力
：
水蒸气饱和压力
:
相对湿度
代入数据得:
回风含湿量:
3.40g/ｋｇ
送风含湿量:
2.87ｇ/kg
4.空气密度：
其中，
:
空气密度
：
大气压力
：
水蒸气饱和压力 Ｔ:
空气温度
：
相对湿度
代入数据得:
回风温度下的空气密度:
１．29
送风温度下的空气密度：
１.3０
5.动力粘度:
其中,
:
动力粘度 ﻩT：
气体温度
:
绝对零度
代入数据得:
回风动力粘度：
送风动力粘度:
6.运动粘度:
其中，V：
运动粘度
：
动力粘度
：
空气密度
带入数据得：
回风运动粘度：
送风运动粘度：
7.定压比热容：
其中，
：
定压比热容 ｄ:
含湿量
代入数据得:
回风定压比热容：
1.0088４３009 ｋＪ/（ｋg
℃）
送风定压比热容：
1.0084０６３０８kJ/（ｋg
℃）
8.导热率:
查表得:
回风导热率：
0．02４42 W／（ｍ
℃）
送风导热率：
0.024174W/（m
℃）
9.空气平均温度:
℃
10.空气比容:
11.平均含湿量：
ｇ/kg
12.平均定压比热容：
kＪ/（kg
℃）
13.风量：
带入数据有
2.３本章小结
冷空气参数的计算是冷风机的依据,在对制冷循环计算的基础上通过相关的经验公式计算出冷空气的各项参数,通过这些参数可以大概确定蒸发器的结构数据。
第3章蒸发器初步计算
蒸发器是冷风机的核心部件，制冷剂在蒸发器内沸腾吸热，热量通过管壁由管外空气传入制冷剂循环,再由风机将冷空气吹出而获得冷风。
蒸发器设计的好坏与否直接关系着冷风机的性能，蒸发器设计中要考虑到制冷剂的流量、空气量、蒸发温度等及由这些因素产生的风阻、结霜等问题。
本章进行蒸发器的初步计算,即蒸发器结构的初步设计及翅片形式的初步计算。
蒸发器拟采用纯铜管和铝片组成的套片管干式蒸发器。
套片管广泛应用于氟利昂制冷机的换热器上，其结构形式如下图，即在整张的铝片或铜片上（这里采
用铝片）按一定规律冲压出用来穿换热管的圆孔，这样,铝片或铜片就形成换热管的肋片。
其中冲压出来的圆孔有翻边,起作用是增大肋片与换热管的接触面积，并保持一定的肋片间距。
肋片可以是整张铝片或铜片，也可以由几张拼凑而成（这里采用整张铝片）。
组装肋片的时候,为了保证铝片与换热管之间的紧密接触，一般采用10～10MPa的优雅或谁呀胀管,或用带钢珠的推杆压入馆管内,利用钢珠与圆管内径的过盈度来机械胀管,后者胀管均匀,接触热阻小，且可以省去管内清洗和干燥的麻烦,因而，这里采用后者。
干式蒸发器具有许多优点：
（1）当使用与润滑油互溶的制冷剂R２2、R11等时,只要管内制冷剂的流速大于4m／s，就可以将润滑油带回压缩机。
（2）充注的制冷剂量比较少，只为管内容积的４0％左右,约为满液式蒸发器的１/3～1/２或更少。
（3）对于载冷剂为水的蒸发器,蒸发温度在0℃附近时，不致发生冻结事故，而且载冷剂在管外，冷量损失少。
（4）可以使用热力膨胀阀工业,比使用浮球阀简单可靠。
３.1蒸发器结构初步规划
３.11蒸发器结构的初步假定
1.管道:
材料:
纯铜光管 管外径：
９.５2mｍ
管内径：
8.52ｍm 管壁厚：
０.5mm
管道排列方式:
正三角形排列热导率:
203.５
管排数：
７ 每排管数:
14
管间距：
25.4ｍｍ
2.翅片:
材料:
铝 翅片间距：
4.5ｍm
翅片厚度：
０.2mｍ 翅片形式:
开窗式,亲水膜处理
3.1２蒸发器结构的初步计算
1.最窄流通面积与迎风面积之比:
其中,
:
最窄流通面积与迎风面积之比S：
管间距
D：
铜管外径
:
翅片间距
:
翅片厚度
代入数据得：
最窄流通面积与迎风面积之比为0.59741
2.最窄截面处流速：
４.4m／ｓ（根据经验，通常取３-６m／ｓ）
3.最窄截面面积：
代入数据有，
4.迎风面积：
其中，Ａ:
迎风面积 A':
最窄截面面积
：
最窄流通面积与迎风面积之比
代入数据得：
迎风面积:
0.３6４
5.翅片总高度：
其中,H:
翅片总高度 ｎ：
每排管束
Ｓ:
管间距
代入数据得:
翅片总高度:
0．35５6 ｍ
6.翅片沿气流方向长度:
其中，L:
翅片沿气流方向长度 n：
每排管束
S：
管间距
代入数据得：
翅片沿气流方向长度：
0.154m
7.每根管子长度（即翅片宽度）:
代入数据有:
8.换热管总长度:
代入数据有:
9.迎面风速:
带入数据有：
3.２肋片管参数及关内外表面积计算
1.六角形肋片单侧表面积:
其中,
:
六角形肋片单侧表面积 D:
铜管外径
S:
管间距
代入数据得：
六角形肋片单侧表面积为:
2.每米管子上肋片数：
代入数据有：
个
3.每米管长肋片表面积：
代入数据有:
4.每米管长铜管表面积：
其中，
：
每米管长铜管表面积 D：
铜管外径
:
翅片厚度 n'：
每米管子上肋片数
代入数据得:
每米管长铜管表面积：
5.每米管长总外表面积:
带入数据有：
6.总外表面积：
代入数据有:
7.肋片表面积:
带入数据有:
8.铜管总外表面积:
代入数据有：
9.铜管内径：
8．52mm
10.总内表面积：
其中,A''：
总内表面积 ｄ:
铜管内径
L''：
换热管总长度
代入数据得:
总内表面积:
2.６8
11.外表面积与内表面积之比:
代入数据有:
３.3本章小结
本章的主要目的是根据上一章所算参数确定蒸发器的基本形式基本参数，并在此基础上计算出与蒸发器、翅片相关的各个参数,为下一章换热系数的计算提供依据。
第4章蒸发器换热相关计算
蒸发器与冷凝器是制冷系统中的重要换热设备，两者的流动和传热特性对整个制冷系统的性能指标有重大影响。
这些换热设备中包含有导热、对流换热、相变传热等多种传热方式。
在制冷系统中使用的换热设备，其形式主要是间壁式换热器，即冷、热流体通过固体壁面进行热量交换的换热器（这里所涉及的蒸发器即为间壁式圆管传热换热器）。
下图所示为一典型的通过单层圆管的换热过程。
圆管两侧分别是热流体和
冷流体,冷热流体通过圆管壁实现热量交换。
这样一个传热过程包括串联着的三个环节:
（1）热流体与壁面高温侧的对流换热;
（2）从壁面高温侧到壁面低温侧的固体壁导热;（3）壁面低温侧与冷流体的对流换热。
在本文设计中,高温侧随着温度的降低可能会有小水滴析出甚至产生霜层而变为相变传热，而低温侧则为有相变的换热过程,因此这三个过程要使用不同的公式分别计算。
在蒸发器运行过程中，污垢对传热系数有一定的影响。
换热器在运行一段时间后,会在换热器表面形成一些污垢。
污垢的导热性能十分差，所以，在换热器表面形成污垢后，使换热器的实际换热量减小，削弱了换热器的实际换热能力。
因此,在换热器的设计中应当考虑污垢的影响。
但是，换热器表面上污垢的种类、成分及其性质与换热器使用条件及工质本身特性有关，很难得到理论分析结果。
目前的设计数据多来自实验，且实验条件不同是，数据会有较大的差异。
为了分析研究污垢的影响，引入污垢系数。
本文所有污垢系数是查阅相关资料后根据经验数据所得。
此外，由于管外换热温度已经低于冷空气的露点温度，因此冷却过程中会有小水滴析出，用湿系数ξ表示热湿交换中全热量与显热量的比值，它表示因湿交换而增大了的换热量。
换句话说，湿冷却时的全热量就等于干冷却（等湿冷却）的显热量的ξ倍。
因此,增大析湿系数,就意味着增大潜热量交换，增大除湿量。
因此要对析湿系数进行计算。
另一方面，由于小水滴的出现，就会导致霜层的出现，霜层和污垢一样,也会影响换热过程，所以也要对霜层参数进行计算。
4．1空气侧放热系数计算
1.肋片高度:
其中，h：
肋片高度 Ｓ：
管间距
D：
铜管外径
代入数据得:
肋片高度:
7.9４mｍ
2.参数C和n：
查表可得:
Ｃ＝０．２05ｎ＝0.65
3.雷诺数:
其中,Re：
雷诺数 V：
最窄截面处流速
D：
铜管外径 v:
送风运动粘度
代入数据得：
雷诺数:
318８.7４
4.放热系数:
其中，q：
放热系数 C、n:
参数（查表）
：
翅片间距 D:
铜管外径
：
送风导热率 ｈ：
肋片高度
代入数据得:
放热系数：
128．53
４.2管内沸腾放热计算
1.回路数：
7
2.质量流速：
其中,v:
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