冷風機的三維設計畢業(yè)設計

1、摘 要本論文主要介紹了冷風機的應用及其設計方法，開篇介紹了冷風機的應用及其發(fā)展情況，闡述了冷風機的基本工作原理，構(gòu)造，特點，以及冷風機所特有的一些優(yōu)缺點，討論了三維設計方法的產(chǎn)生、發(fā)展及其在冷風機設計中的應用。簡要地介紹了冷風機的主要選型方法，給出了本課題需要完成的任務。之后介紹了冷風機設計計算的相關內(nèi)容，給出了冷風機設計計算和校核的具體步驟，并針對一個特定的工況進行了設計計算和校核，最后簡單介紹了一些常用的三維設計軟件，并重點敘述了Pro/E軟件的特點、發(fā)展及入門知識，并以舉例說明了Pro/E三維繪圖的基本步驟，并最終繪制出冷風機的三維圖形。通過這個設計過程可以看出，與傳統(tǒng)的設計方法相比較，

2、三維設計直觀方便，大大減輕了手工設計時的工作量和出錯率，節(jié)省了設計時間，提高了設計效率和準確性。關鍵詞：冷風機；三維設計；Pro/E制圖Abstract This paper mainly introduced the application of air cooler and its design method, at the beginning of the paper, it introduced the application of air cooler and its development ,including its basic principle ,structure ,cha

3、racteristic ,and some peculiar advantages and disadvantages. The article discussed the production, development of the 3d design method and its application in the air cooler design. The paper briefly introduced the main method to select the air cooler, and give the task that needs to be finished of t

4、he subject. Then it introduced the related knowledge on the design calculation of the air cooler, and gave the specific steps of the air cooler design calculation and check ,and design calculation and check for a specific operation, at last the paper briefly introduced some common used 3d design sof

5、tware ,and mainly described the characteristics ,development and the ABC knowledge of the Pro/E ,and illustrate the basic steps of Pro/E 3d drawing .According to this design process ,we can see compared to traditional design methods ,3d design is more intuitive and convenient ,it largely reduced the

6、 workload and error rate in manual design ,saved the design time and improved the efficiency and accuracy of the design.Keywords: air cooler; 3d design; the Pro/E mapping 第一章 前言1.1選題的背景和意義 冷風機是一種很常見的制冷裝置，從它出現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，最初的冷風機主要是用于石油化工行業(yè)的空氣冷卻裝置，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應用于社會生活的各個方面。 冷風機是通過機內(nèi)壓縮機、冷凝器、膨脹閥及蒸發(fā)器中制冷劑的循環(huán)來

7、產(chǎn)生冷量，通過蒸發(fā)器內(nèi)低溫制冷劑與空氣間的熱交換將冷量傳遞給給空氣，使空氣溫度下降，并通過風機將冷空氣吹入需要制冷的地方1。由冷風機的制冷原理不難看出，冷風機具有許多諸如空調(diào)等其它制冷設備所不具有的優(yōu)良性能，比如，可以節(jié)省工業(yè)用水，減少污染，適用于需要通風保鮮的場合，尤其是食品儲存方面，這也使得它在許多領域具有不可或缺的低位。 冷風機主要用于食品行業(yè)中的肉食、家禽、水產(chǎn)品、果蔬、蛋奶、冷飲制品的冷卻加工和冷凍儲藏，啤酒、白酒等各種酒類和各種飲料的冷卻冷藏，另外還能滿足化工、制藥行業(yè)、機械、電子、水電等行業(yè)工藝性冷卻加工原料和場所的冷卻需要，可以說它存在于社會生活的各個領域中。 由于冷風機設計參

8、數(shù)對其運行的安全性和運行效率的影響都很大，而冷風機的制冷劑在循環(huán)過程中不斷發(fā)生相變，使得其整個制冷循環(huán)的各項參數(shù)變動較大。使用傳統(tǒng)的設計方法很難快速、準確的確定出符合要求設計參數(shù)，這就必然會增長設計周期、提高設計成本，需要較高的人力和物力投入2。而隨著計算機技術(shù)的不斷提高，計算機圖形學、計算機虛擬技術(shù)、計算機多媒體技術(shù)的深入發(fā)展，計算機輔助設計應運而生。尤其是近幾年來，計算機輔助設計由二維逐漸向三位發(fā)展，利用計算機可以完整的模擬出我們想要設計的東西，包括外形、形態(tài)、結(jié)構(gòu)等多方面，可以模擬出接近真實的場景尺度模型，制作出幾乎可以以假亂真的工程、實物效果圖，同時利用動畫技術(shù)模擬出運行的動態(tài)過程，能

9、夠更直觀的看到設計的最終效果3。這些手段可以大大的提高設計師的設計水平和設計速度，降低設計投入?；谝陨蟽牲c，隨著三維設計軟件的不斷成熟，冷風機的設計也逐步步入三位參數(shù)化設計時代，即冷風機的三維設計，三維軟件的使用使得制冷循環(huán)的設計更加直觀，大大增加了設計的精確度，降低了工作量提高了工作質(zhì)量。1.2冷風機的選型冷風機作為生產(chǎn)生活中重要的制冷設備之一，具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效果好、占用面積少、節(jié)省材料、應用范圍廣等優(yōu)點。冷風機的性能好壞直接影響到整個制冷系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，而它的性能是由其本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行工況所決定的。作為工程設計人員，在了解冷風機的結(jié)構(gòu)設計的前提條件下，必需正確掌握冷風機選型方法，

10、以滿足工程設計使用要求。關于選型問題，需要注意一下幾點4-6。1. 了解冷風機的設計：冷風機的設計包括結(jié)構(gòu)設計和熱工計算。結(jié)構(gòu)設計包括確定管徑、管子排布方式（順排、叉排）、翅片片形、片距、制冷劑單程當量管長等；熱工計算主要包括確定風量、換熱面積、蒸發(fā)溫度以及換熱溫差，以及不同運行工況下的冷量等。工程設計中，由于廠家生產(chǎn)的冷風機其結(jié)構(gòu)設計固定，因此我們只需對其熱工計算校對，確保能達到設計要求。2. 注意冷風機在使用溫度的限制：使用溫度的高度不僅影響冷風機內(nèi)蒸發(fā)溫度的高低，并與其傳熱系數(shù)成正比。同時，在某一蒸發(fā)溫度下，由于冷風機蒸發(fā)盤管每通路的內(nèi)徑、管長是受壓降限制的，冷風機的制冷能力是有上下限的

11、，選擇時必須校核所需冷量是否在允許的范圍內(nèi)，特別是在較低溫度環(huán)境更應注意。3. 溫差的選擇：溫差是冷風機熱交換的動力，長采用對數(shù)平均溫差。溫差大，熱交換強烈，在一定溫差范圍內(nèi)，傳熱系數(shù)隨溫差的增大而顯著提高，但當溫差增大到一定程度，傳熱系數(shù)的變化就不明顯了。既要考慮提高制冷劑效率、節(jié)省能源，又要考慮降低投資、減低運行費用，需要通過一定的經(jīng)濟技術(shù)分析予以確定。4. 結(jié)霜工況：當冷風機在0及其以上條件工作，冷風機蒸發(fā)盤管外表面因析濕而引起熱、質(zhì)交換，使傳熱系數(shù)增加。當冷風機在0及其以下條件工作，蒸發(fā)盤管外表面發(fā)生結(jié)霜現(xiàn)象。并隨著時間推移，霜層的不斷增厚，霜的密度和導熱系數(shù)在結(jié)霜過程中不斷變化。當空

12、氣溫度和霜層厚度一定時，翅片溫度的變化隨相對濕度的增大而增大；相對濕度一定時，霜層越厚，翅片溫度的變化所受的影響越小。翅片效率與霜層厚度有關，與相對濕度無關，霜層越厚，翅片效率越高，但霜層越厚，制冷量越小。因此考慮到結(jié)霜工況，應設計成變片距，這樣可以延長冷風機的除霜周期，節(jié)約能源，因為冷風機的結(jié)霜厚度沿風向是逐漸減薄的。同時，翅片片距的選中，考慮結(jié)霜工況運行，片距應取大一些。5. 冷風機所配風機風量的校核：冷風機所配風機是按其標準工況下的風量、風壓來選配的。只有風機運行在這樣的工況下，才能使冷風機發(fā)揮其設計性能。因此當選用冷風機時，除了確定冷卻面積外，還要校核所需風量、風壓。這里的關鍵是確定空

13、氣在流程中所遇的阻力，如果標準風量與所需風量吻合，而實際阻力大于風機的標準全風壓，如何差別較大，將導致風量聚減，冷風機冷卻性能惡化，這時要考慮替換原冷風機所配風機，使其全壓在保證風量的前提下克服空調(diào)器的沿程阻力，因此一定要認真處理好這一問題。這個問題處理不當，是許多凍結(jié)間達不到設計要求的根本原因。設計時按噸位配冷卻面積及配風量是純經(jīng)驗的東西，計算沿程阻力盡可能準確時，一定不要丟掉任何局部阻力項，這也是選風機時易被忽視的一個問題7。 總之，工程設計選型人員應盡可能的了解冷風機的各種結(jié)構(gòu)參數(shù)，充分分析考慮影響冷風機性能的因素及需要注意的一些問題，盡可能選用新型高效節(jié)能產(chǎn)品，并進行熱工校核計算，而不

14、僅僅是憑借經(jīng)驗選型。1.3冷風機的最新發(fā)展1.3.1冷風機設計的新發(fā)展 自從上個世紀30年代空氣冷卻裝置在國外首次投入工業(yè)使用以來，在石油化工及冶金工業(yè)中得到迅速應用，我國也于1963年開始對空氣冷卻裝置進行研究，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，空氣冷卻裝置已有最初的單純的大型工業(yè)應用拓展到各個領域的廣泛使用。 冷風機發(fā)展到今天，其設計已經(jīng)處于成熟階段，當前對冷風機設計的研究主要有對其制冷循環(huán)的改進、低溫冷風機結(jié)霜融霜特性的研究和改進、經(jīng)濟性的優(yōu)化、舒適性的改進和適用范圍的拓寬等傳統(tǒng)的研究領域；以及與現(xiàn)代控制技術(shù)相結(jié)合對其自動控制的研究等新興領域【8】。比如，通過建立模型、進行大量實驗得到最佳的循環(huán)回路設計

15、方式；開發(fā)形式多樣的融霜技術(shù)；使用變頻節(jié)能技術(shù)；采用自動化的除霜控制技術(shù)等。在具體的工藝與設計上主要是采用變片距，或整體熱浸鋅工藝，使鋼管和翅片緊密接觸，管片形成一體，以提高傳熱效率，并增強防腐性能，增長產(chǎn)品使用壽命；使用先進的軸流風機，并進行CAD優(yōu)化設計，拓寬風機的高效運行區(qū)，以節(jié)省能耗，延長使用壽命，并降低噪音，提高效率，增大通風量和壓力；開發(fā)多種結(jié)構(gòu)形式的冷風機和管組，以適用不同場合的應用；采用變片距優(yōu)化組裝的方式，以減少風阻，增強傳熱效果；等等。1.3.2冷風機設計方法的新發(fā)展 由于傳統(tǒng)設計方法在冷風機設計上的諸多不便，隨著計算機輔助設計的迅速發(fā)展，二維及三維設計方法迅速的在冷風機設

16、計行業(yè)得到了應用。 當前計算機輔助設計方法正從二維進入三維時代，三維設計軟件可以為我們提供一種直觀快捷的設計途徑。但是由于三維設計軟件在制冷行業(yè)的應用時間尚短，雖然有諸如autoCAD、Pro/E、Solidworks、UG等大量的三維設計軟件已經(jīng)冷風機的設計中得到使用，但是還缺乏專業(yè)的制圖工具。 因此當前冷風機設計方法上的研究，集中于對上述軟件進行二次開發(fā)，開發(fā)出相關的專用軟件程序，使得設計趨于參數(shù)化、標準化，變得更加簡單準確：只需根據(jù)循環(huán)參數(shù)計算出相關的設計參數(shù)，然后通過人機對話框確定圖形的主要尺寸，源程序即可邊計算圖形的尺寸邊調(diào)用相關軟件的繪圖指令進行圖形繪制，生成相應的圖形；同時，若要

17、改變圖形的形狀，可以使用對話框重新輸入一組數(shù)據(jù)重畫即可。這樣只要有初始的設計要求參數(shù)，就能快速繪制出滿足要求的圖形，這既可避免重復的勞動、提高工作效率和繪圖質(zhì)量，游客實現(xiàn)對設計的比較分析，并與計算軟件對接形成完整的CAD系統(tǒng)5。1.4現(xiàn)在存在的問題 冷風機的設計已經(jīng)趨于成熟，但是還存在著一些亟待解決的問題。比如，冷風機風量的測試和計算手段尚不完善，生產(chǎn)廠家都沒有完整的測試數(shù)據(jù)；隨著能源的日益緊張，冷風機的節(jié)能優(yōu)化問題也亟待解決；目前針對冷風機設計進行的二次開發(fā)，所開發(fā)出來的軟件都屬于個人或者單一方面的設計，沒有標準化的三維參數(shù)化設計軟件；等等。1.5本文的設計思路和方法及任務 通過對文獻的閱讀

18、和分析，可以清楚的了解到冷風機的制冷原理及設計思路和方法，以及三維設計方法在冷風機設計中的應用和發(fā)展。對于冷風機的三維設計，首先要根據(jù)設計要求進行相關的熱力計算并依據(jù)計算結(jié)果進行尺寸的設計計算，并根據(jù)計算所得到的數(shù)據(jù)應用三維設計軟件pro/e對冷風機進行三維設計。 本課題主要的任務是，以pro/engineer軟件為平臺，進行冷風機三維設計。建立了合理的裝配計劃，實現(xiàn)了不見得自動裝配、約束識別及裝配干涉分析。第二章 冷空氣參數(shù)計算 人工制冷是指借助于制冷裝置，以消耗機械能或電磁能、熱能、太陽能的呢過形式的能量為代價，把熱量從低溫系統(tǒng)向高溫系統(tǒng)轉(zhuǎn)移而得到低溫，并維持這個低溫。目前常用的制冷方式有

19、蒸汽壓縮式制冷、蒸汽吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷、吸附式制冷、電熱制冷、磁制冷、渦流管制冷和熱聲制冷等，其中最為常用的是蒸汽壓縮式制冷。蒸汽壓縮式制冷是利用氣體的節(jié)流效應，通過絕熱膨脹來制冷的。蒸汽壓縮式制冷由分為單機蒸汽壓縮式制冷循環(huán)和多級蒸汽壓縮式制冷循環(huán)及其許多發(fā)展形式，這里為了研究方便，采用最簡單的單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)。單機壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)主要由壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器四大部件組成，如下圖所示。對制冷劑蒸汽只進行一次壓縮，故稱為單機蒸汽壓縮7-8。 圖1-1制冷系統(tǒng)原理圖 整個循環(huán)過程主要由壓縮過程、冷凝過程、節(jié)流過程以及蒸發(fā)過程四個過程組成，每個過程在不同的部件中完成，制冷劑

20、在每個過程中的狀態(tài)又各不相同。 對于冷風機的設計計算，要對循環(huán)的主要參數(shù)進行設計計算，并主要關注與蒸發(fā)器相關的循環(huán)參數(shù)。 在冷風機的設計過程中,首先要根據(jù)所給條件計算出冷空氣參數(shù),冷空氣參數(shù)是冷風機設計計算的基礎和依據(jù)，其計算結(jié)果直接影響冷風機的選型和設計，因此其計算要求較高的精度，具有重要的意義。冷空氣計算主要是依據(jù)相關經(jīng)驗公式和查表所得進行的。計算的內(nèi)容可大概分為回風參數(shù)和送風參數(shù)，回風參數(shù)是冷風機蒸發(fā)器的進口空氣參數(shù)，送風參數(shù)是冷風機的出口空氣參數(shù)也即要進入室內(nèi)的空氣參數(shù)；計算主要涉及冷空氣的焓值、含濕量、密度、粘度、飽和蒸汽壓等。2.1制冷循環(huán)相關計算2.11已知條件已知：回風干球溫度

21、：0 回風相對濕度：90% 送風干球溫度：-3 送風相對濕度：95% 大氣壓： 10132Pa 制冷量： 5.4kw 制冷劑： R222.12相關計算1. 查表得R22的汽化潛熱為210.55kJ/kg2. 制冷劑循環(huán)量： (2-1)代入數(shù)據(jù)計算有，制冷劑循環(huán)量為115.412kg/h2.2冷空氣參數(shù)計算1. 熱力學溫度： T=t+273.15 (2-2) 回風溫度：273.15送風溫度：270.152. 水蒸氣飽和壓力： (2-3) 其中，P：水蒸氣飽和壓力 ：大氣壓力 T：冷空氣溫度 ：零度（273.15）帶入數(shù)據(jù)得：回風溫度下水蒸氣飽和壓力：611.32Pa 送風溫度下水蒸氣飽和壓力：4

22、90.34Pa3. 含濕量： (2-4)其中，d：含濕量 ：大氣壓力 ：水蒸氣飽和壓力 ：相對濕度代入數(shù)據(jù)得：回風含濕量：3.40g/kg 送風含濕量：2.87g/kg4. 焓值： (2-5) 其中，h：焓值 t：干球溫度 d：含濕量代入數(shù)據(jù)得：回風焓值：8.49kJ/kg 送風焓值：4.14kJ/kg5. 空氣密度： (2-6)其中，：空氣密度 ：大氣壓力 ：水蒸氣飽和壓力 T：空氣溫度 ：相對濕度代入數(shù)據(jù)得：回風溫度下的空氣密度：1.29 送風溫度下的空氣密度：1.306. 動力粘度： (2-7) 其中，：動力粘度 T：氣體溫度 ：絕對零度代入數(shù)據(jù)得：回風動力粘度： 送風動力粘度： 7.

23、運動粘度： (2-8)其中，V：運動粘度 ：動力粘度 ：空氣密度帶入數(shù)據(jù)得：回風運動粘度： 送風運動粘度： 8. 定壓比熱容： (2-9)其中，：定壓比熱容 d：含濕量代入數(shù)據(jù)得：回風定壓比熱容：1. kJ/(kg) 送風定壓比熱容：1. kJ/(kg)9. 空氣導熱率： 查表得：回風導熱率：0.02442 W/(m) 送風導熱率：0. W/(m)10. 空氣平均溫度： 11. 空氣比容： 12. 平均含濕量：g/kg 13. 平均定壓比熱容： kJ/(kg) 14. 風量： 帶入數(shù)據(jù)有 2.3本章小結(jié)及計算匯總冷空氣參數(shù)的計算是冷風機的依據(jù)，在對制冷循環(huán)計算的基礎上通過相關的經(jīng)驗公式計算出冷

24、空氣的各項參數(shù)，通過這些參數(shù)可以大概確定蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。表2-1 制冷循環(huán)計算匯總表回風運動粘度 1.399*10(-5)m2/s送風運動粘度1.314*10(-5)m2/s回風定壓比熱容1.kJ/(kg*)送風定壓比熱容1.kJ/(kg*)回風導熱率0.02442W/(m*)送風導熱率0.W/(m*)風量3442.55048m3/h制冷劑循環(huán)量115.412kg/h第三章 蒸發(fā)器初步設計計算 蒸發(fā)器是冷風機的核心部件，制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)沸騰吸熱，熱量通過管壁由管外空氣傳入制冷劑循環(huán)，再由風機將冷空氣吹出而獲得冷風。蒸發(fā)器設計的好壞與否直接關系著冷風機的性能，蒸發(fā)器設計中要考慮到制冷劑的流量、

25、空氣量、蒸發(fā)溫度等及由這些因素產(chǎn)生的風阻、結(jié)霜等問題。本章進行蒸發(fā)器的初步計算，即蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的初步設計及翅片形式的初步計算。蒸發(fā)器擬采用純銅管和鋁片組成的套片管干式蒸發(fā)器。套片管廣泛應用于氟利昂制冷機的換熱器上，其結(jié)構(gòu)形式如下圖，即在整張的鋁片或銅片上（這里采圖2-1翅片管實例用鋁片）按一定規(guī)律沖壓出用來穿換熱管的圓孔，這樣，鋁片或銅片就形成換熱管的肋片。其中沖壓出來的圓孔有翻邊，起作用是增大肋片與換熱管的接觸面積，并保持一定的肋片間距。肋片可以是整張鋁片或銅片，也可以由幾張拼湊而成（這里采用整張鋁片）。組裝肋片的時候，為了保證鋁片與換熱管之間的緊密接觸，一般采用1010MPa的優(yōu)雅或誰呀脹管

26、，或用帶鋼珠的推桿壓入館管內(nèi)，利用鋼珠與圓管內(nèi)徑的過盈度來機械脹管，后者脹管均勻，接觸熱阻小，且可以省去管內(nèi)清洗和干燥的麻煩，因而，這里采用后者。干式蒸發(fā)器具有許多優(yōu)點10：（1）當使用與潤滑油互溶的制冷劑R22、R11等時，只要管內(nèi)制冷劑的流速大于4m/s，就可以將潤滑油帶回壓縮機。（2）充注的制冷劑量比較少，只為管內(nèi)容積的40%左右，約為滿液式蒸發(fā)器的1/31/2或更少。（3）對于載冷劑為水的蒸發(fā)器，蒸發(fā)溫度在0附近時，不致發(fā)生凍結(jié)事故，而且載冷劑在管外，冷量損失少。（4）可以使用熱力膨脹閥工業(yè)，比使用浮球閥簡單可靠。3.1蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)初步規(guī)劃3.11蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的初步假定1. 管道：材料：

27、純銅光管 管外徑： 9.52mm 管內(nèi)徑： 8.52mm 管壁厚： 0.5mm 管道排列方式：正三角形排列 熱導率： 203.5 管排數(shù)： 7 每排管數(shù)：14 管間距： 25.4mm2. 翅片：材料： 鋁 翅片間距：4.5mm 翅片厚度： 0.2mm 翅片形式：開窗式，親水膜處理3.12蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的初步計算1. 最窄流通面積與迎風面積之比: (3-1)其中，：最窄流通面積與迎風面積之比 S:管間距 D: 銅管外徑 ：翅片間距 ：翅片厚度代入數(shù)據(jù)得：最窄流通面積與迎風面積之比為0.597412. 最窄截面處流速：4.4m/s（根據(jù)經(jīng)驗，通常取3-6m/s）3. 最窄截面面積： (3-2)代入數(shù)據(jù)

28、有，4. 迎風面積： (3-3)其中，A:迎風面積 A：最窄截面面積 ：最窄流通面積與迎風面積之比代入數(shù)據(jù)得：迎風面積：0.364 5. 翅片總高度： (3-4)其中，H：翅片總高度 n：每排管束 S：管間距代入數(shù)據(jù)得：翅片總高度：0.3556 m6. 翅片沿氣流方向長度： (3-5) 其中，L：翅片沿氣流方向長度 n：每排管束 S：管間距代入數(shù)據(jù)得：翅片沿氣流方向長度：0.154 m7. 每根管子長度（即翅片寬度）： (3-6) 代入數(shù)據(jù)有：8. 換熱管總長度： (3-7)代入數(shù)據(jù)有：9. 迎面風速： (3-8) 帶入數(shù)據(jù)有：3.2肋片管參數(shù)及關內(nèi)外表面積計算1. 六角形肋片單側(cè)表面積： (

29、3-9)其中，：六角形肋片單側(cè)表面積 D：銅管外徑 S：管間距代入數(shù)據(jù)得：六角形肋片單側(cè)表面積為：2. 每米管子上肋片數(shù)： (3-10)代入數(shù)據(jù)有：個3. 每米管長肋片表面積： (3-11)代入數(shù)據(jù)有：4. 每米管長銅管表面積： (3-12)其中，：每米管長銅管表面積 D：銅管外徑 ：翅片厚度 n：每米管子上肋片數(shù)代入數(shù)據(jù)得：每米管長銅管表面積：5. 每米管長總外表面積： (3-13)帶入數(shù)據(jù)有：6. 總外表面積： (3-14)代入數(shù)據(jù)有：7. 肋片表面積： (3-15)帶入數(shù)據(jù)有：8. 銅管總外表面積： (3-16)代入數(shù)據(jù)有：9. 銅管內(nèi)徑：8.52mm10. 總內(nèi)表面積： (3-17)其

30、中，A：總內(nèi)表面積 d：銅管內(nèi)徑 L：換熱管總長度代入數(shù)據(jù)得：總內(nèi)表面積：2.68 11. 外表面積與內(nèi)表面積之比： (3-18)代入數(shù)據(jù)有：3.3本章小結(jié)及計算匯總本章的主要目的是根據(jù)上一章所算參數(shù)確定蒸發(fā)器的基本形式基本參數(shù)，并在此基礎上計算出與蒸發(fā)器、翅片相關的各個參數(shù)，為下一章?lián)Q熱系數(shù)的計算提供依據(jù)。表3-1 蒸發(fā)器初步設計計算匯總表每根管長度1043mm管數(shù)98排列方式7*14換熱管總長度102.214m管外徑9.52mm管內(nèi)徑8.52mm肋片表面積21.724m2銅管表面積2.865m2總外表面積24.59m2總內(nèi)邊面積2.68m2迎面風速2.63m/s第四章 蒸發(fā)器換熱相關計算及

31、校核 蒸發(fā)器與冷凝器是制冷系統(tǒng)中的重要換熱設備，兩者的流動和傳熱特性對整個制冷系統(tǒng)的性能指標有重大影響。這些換熱設備中包含有導熱、對流換熱、相變傳熱等多種傳熱方式。 在制冷系統(tǒng)中使用的換熱設備，其形式主要是間壁式換熱器，即冷、熱流體通過固體壁面進行熱量交換的換熱器（這里所涉及的蒸發(fā)器即為間壁式圓管傳熱換熱器）。右圖所示為一典型的通過單層圓管的換熱過程。圓管兩側(cè)分別是熱流體和冷流體，冷熱流體通過圓管壁實現(xiàn)熱量交換。這樣一個傳熱過程包括串聯(lián)著的三個環(huán)節(jié)8：（1）熱流體與壁面高溫側(cè)的對流換熱；（2）從壁面高溫側(cè)到壁面低溫側(cè)的固體壁導熱；（3）壁面低溫側(cè)與冷流體的對流換熱。在本文設計中，高溫側(cè)隨著溫度

32、的降低可能會有小水滴析出甚至產(chǎn)生霜層而變?yōu)橄嘧儌鳠幔蜏貍?cè)則為有相變的換熱過程，因此這三個過程要使用不同的公式分別計算。 在蒸發(fā)器運行過程中，污垢對傳熱系數(shù)有一定的影響。換熱器在運行一段時間后，會在換熱器表面形成一些污垢。污垢的導熱性能十分差，所以，在換熱器表面形成污垢后，使換熱器的實際換熱量減小，削弱了換熱器的實際換熱能力。因此，在換熱器的設計中應當考慮污垢的影響。但是，換熱器表面上污垢的種類、成分及其性質(zhì)與換熱器使用條件及工質(zhì)本身特性有關，很難得到理論分析結(jié)果。目前的設計數(shù)據(jù)多來自實驗，且實驗條件不同是，數(shù)據(jù)會有較大的差異。為了分析研究污垢的影響，引入污垢系數(shù)。本文所有污垢系數(shù)是查閱相關

33、資料后根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)所得9-11。此外，由于管外換熱溫度已經(jīng)低于冷空氣的露點溫度，因此冷卻過程中會有小水滴析出，用濕系數(shù)表示熱濕交換中全熱量與顯熱量的比值，它表示因濕交換而增大了的換熱量。換句話說，濕冷卻時的全熱量就等于干冷卻（等濕冷卻）的顯熱量的倍。因此，增大析濕系數(shù)，就意味著增大潛熱量交換，增大除濕量12-15。因此要對析濕系數(shù)進行計算。另一方面，由于小水滴的出現(xiàn)，就會導致霜層的出現(xiàn)，霜層和污垢一樣，也會影響換熱過程，所以也要對霜層參數(shù)進行計算。最后，對比校核計算所得的理論內(nèi)外表面積與上一章蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)初步設計中的內(nèi)外表面積以及臨界質(zhì)量流速，來確定設計是否合理，如果合理則可以進一步進行蒸發(fā)器的

34、具體選型設計，如果不合理則需要分析原因，作出相應的修正。4.1空氣側(cè)放熱系數(shù)計算1. 肋片高度： (4-1)其中，h：肋片高度 S：管間距 D：銅管外徑代入數(shù)據(jù)得：肋片高度：7.94mm2. 參數(shù)C和n：查表可得：C=0.205 n=0.653. 雷諾數(shù)： (4-2)其中，Re：雷諾數(shù) V：最窄截面處流速 D：銅管外徑 v:送風運動粘度代入數(shù)據(jù)得：雷諾數(shù)：3188.744. 放熱系數(shù)： (4-3) 其中， q：放熱系數(shù) C、n：參數(shù)（查表） ：翅片間距 D：銅管外徑 ：送風導熱率 h：肋片高度代入數(shù)據(jù)得：放熱系數(shù)：128.53 4.2管內(nèi)沸騰放熱計算1. 回路數(shù)：72. 質(zhì)量流速： (4-4)

35、其中，v：質(zhì)量流速 G：制冷劑循環(huán)量 N：回路數(shù) d：銅管內(nèi)徑代入數(shù)據(jù)得：質(zhì)量流速：80.33 3. R22分子量：86.48（查表）4. R22標準沸點：-40.8（查表）5. 參數(shù)c： （均以熱力學溫度表示） (4-5)代入數(shù)據(jù)有：6. 參數(shù)A1： 其中M為R22的分子量 (4-6)代入數(shù)據(jù)得：參數(shù)A1:0.1437. 放熱系數(shù)（假定質(zhì)量流速臨界流速）: (4-7)其中，q：放熱系數(shù) v：質(zhì)量流速 d：銅管內(nèi)徑代入數(shù)據(jù)得：放熱系數(shù)：870.45 4.3析濕系數(shù)：1. 壁面溫度（露點溫度）：-7 （約等于蒸發(fā)溫度）2. 壁面熱力學溫度：T=-7+273.15=266.15 (4-8)3. 相

36、對濕度：100%4. 飽和蒸汽壓： (4-9)其中，P：飽和蒸汽壓 ：大氣壓力 T：壁面熱力學溫度 ：絕對零度代入數(shù)據(jù)得：飽和蒸汽壓：362.2587Pa5. 露點濕度： (4-10) 其中，d：露點濕度 ：大氣壓力 ：飽和蒸汽壓 ：相對濕度代入數(shù)據(jù)得：露點濕度：2.2319g/kg6. 露點焓值： (4-11)其中，h：露點焓值 t：露點溫度 d：露點濕度代入數(shù)據(jù)得：露點焓值：-1.491kJ/kg7. 飽和濕蒸汽在壁面溫度時的含濕量： (4-12)其中，d：含濕量 ：大氣壓力 ：飽和蒸汽壓 ：相對濕度代入數(shù)據(jù)得：飽和濕蒸汽在壁面溫度時的含濕量：2.23 g/kg8. 0水蒸氣轉(zhuǎn)變成霜放出的

37、潛熱：2835 kJ/kg （查表）9. 霜的比熱容：2.05 kJ/(kg) （查表）10. 水蒸氣定壓比熱容：1.86 kJ/(kg) （查表）11. 析濕系數(shù)： (1-13) 其中，：析濕系數(shù) q：0水蒸氣轉(zhuǎn)變成霜放出的潛熱 ：水蒸氣定壓比熱容 ：霜的比熱容 t：空氣平均溫度 ：露點溫度 d：平均含濕量 d：飽和濕蒸汽在壁面溫度時的含濕量代入數(shù)據(jù)得：析濕系數(shù)：1.46314.4霜層系數(shù)計算1. 霜層表面溫度：-7 （近似等于蒸發(fā)溫度）2. 假定除霜周期：6 h3. 霜密度： (4-14)其中，：霜密度 t：霜層表面溫度 V：迎面風速代入數(shù)據(jù)得：霜密度：205.984. 析濕量： (4-1

38、5)其中，W：析濕量 G：風量 ：空氣比容 ：回風含濕量 ：送風含濕量代入數(shù)據(jù)得：析濕量：0. 5. 霜厚度： (4-16)其中，：霜厚度 W：析濕量 T：除霜周期 ：霜密度 A：總外表面積代入數(shù)據(jù)得：霜厚度：1.11 mm4.5肋效率計算1.2.3.4.5.肋片參數(shù)： (4-17)其中，m：肋片參數(shù) ：參數(shù)（寬徑比） q：放熱系數(shù) ：翅片厚度代入數(shù)據(jù)得：肋片參數(shù)：96.136. 肋片效率： (4-18)其中，：肋片效率 m：肋片參數(shù) r：半徑 ：參數(shù) Tanh（X）函數(shù)：代入數(shù)據(jù)得：肋片效率：0.77864.6傳熱系數(shù)計算1. 對數(shù)平均溫差 (4-19)其中，t：對數(shù)平均溫差 ：回風干球溫度

39、 ：送風干球溫度 ：蒸發(fā)溫度代入數(shù)據(jù)得：對數(shù)平均溫差：5.36 2. 管內(nèi)表面污垢系數(shù)：0.00009 （查表）3. 霜的導熱率： (4-20)其中，：霜的導熱率 ：霜密度代入數(shù)據(jù)得：霜的導熱率：0.5474. 修正系數(shù)：0.88 （查表）5. 總傳熱系數(shù)： (4-21)其中，q：總傳熱系數(shù) ：管內(nèi)沸騰放熱系數(shù) ：空氣側(cè)放熱系數(shù) ：管內(nèi)表面污垢系數(shù) ：銅管壁厚 ：管壁導熱率 ：霜的導熱率 ：外表面積與內(nèi)表面積之比 ：霜厚度 ：傳熱修正系數(shù) ：肋片效率 A:總外表面積A：銅管總外表面積 A”:肋片表面積：析濕系數(shù)代入數(shù)據(jù)得：總傳熱系數(shù)：46.73 4.7換熱面積校核1. 管內(nèi)熱流密度： 代入數(shù)據(jù)

40、有：2. 所需管內(nèi)表面積： 代入數(shù)據(jù)有：3. 所需管外表面積： 代入公式有：4. 外表面積誤差： 代入數(shù)據(jù)得： 大于10%，充足的余量5. 內(nèi)表面積誤差： 代入數(shù)據(jù)得： 大于10%，充足的余量4.8臨界質(zhì)量流速校核1. 對R22制冷劑： e=10.12. 參數(shù)A1、A2： (4-13)其中，c：參數(shù)（上文） M：R22分子量 e：參數(shù)（上文）代入數(shù)據(jù)得：A1：0.143 A2：0.1393. 臨界質(zhì)量流速： (4-14) 其中，：臨界質(zhì)量流量 q：管內(nèi)熱流密度 A1、A2：參數(shù)（上文）代入數(shù)據(jù)得：臨界質(zhì)量流量：58.88 小于88.31，故管內(nèi)沸騰放熱系數(shù)計算正確 小于管內(nèi)質(zhì)量流速（由上文計算

41、為80.33），故質(zhì)量流速的公式選擇正確4.9本章小結(jié)及計算匯總 本章利用各種經(jīng)驗公式和計算方法在對蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)進行大概設計的基礎上，對蒸發(fā)器的各項換熱相關參數(shù)進行了詳細計算，包括管內(nèi)外的放熱系數(shù)、霜層參數(shù)、析濕系數(shù)、肋效率等，最終導出了總的傳熱系數(shù)，并對以上數(shù)據(jù)進行了校核計算，為下一章蒸發(fā)器的定型以及風機、融霜管的設計、計算、選型打下基礎。表4-1 蒸發(fā)器換熱計算匯總表空氣側(cè)放熱系數(shù)128.53w/(m2*s)管內(nèi)換熱系數(shù)870.45w/(m2*s)肋效率0.7786析濕系數(shù)1.4631析濕量0.kg/s霜厚度1.11mm外表面積誤差14.08%內(nèi)表面積誤差12.33%臨界質(zhì)量流速58.88kg/(m2*s) 第五章 蒸發(fā)器、風機、融霜管的定型計算一臺完整的冷風機應包括蒸發(fā)器、風機、融霜管及與其配套的電子控制8、制冷管道系統(tǒng)。冷風機的核心部件是蒸發(fā)器，制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱，通過管壁將熱量從管外空氣中帶入制冷循環(huán)并排到室外；風機的功能是造成冷風機內(nèi)的強制對流，增強換熱效果，同時室內(nèi)的空氣對流，是冷空氣分布均勻從而使室內(nèi)溫度場分布均勻；融霜管主要用于蒸發(fā)溫度低于或等于露點溫度的場合15，這是冷風機銅管