冷風(fēng)機(jī)的三維設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘 要本論文主要介紹了冷風(fēng)機(jī)的應(yīng)用及其設(shè)計(jì)方法，開篇介紹了冷風(fēng)機(jī)的應(yīng)用及其發(fā)展情況，闡述了冷風(fēng)機(jī)的基本工作原理，構(gòu)造，特點(diǎn)，以及冷風(fēng)機(jī)所特有的一些優(yōu)缺點(diǎn)，討論了三維設(shè)計(jì)方法的產(chǎn)生、發(fā)展及其在冷風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。簡(jiǎn)要地介紹了冷風(fēng)機(jī)的主要選型方法，給出了本課題需要完成的任務(wù)。之后介紹了冷風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算的相關(guān)內(nèi)容，給出了冷風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算和校核的具體步驟，并針對(duì)一個(gè)特定的工況進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算和校核，最后簡(jiǎn)單介紹了一些常用的三維設(shè)計(jì)軟件，并重點(diǎn)敘述了Pro/E軟件的特點(diǎn)、發(fā)展及入門知識(shí)，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(fēng)機(jī)的三維圖形。通過這個(gè)設(shè)計(jì)過程可以看出，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比較，

2、三維設(shè)計(jì)直觀方便，大大減輕了手工設(shè)計(jì)時(shí)的工作量和出錯(cuò)率，節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：冷風(fēng)機(jī)；三維設(shè)計(jì)；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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)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(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)方面。 冷風(fēng)機(jī)是通過機(jī)內(nèi)壓縮機(jī)、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(fēng)機(jī)將冷空氣吹入需要制冷的地方1。由冷風(fēng)機(jī)的制冷原理不難看出，冷風(fēng)機(jī)具有許多諸如空調(diào)等其它制冷設(shè)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(fēng)保鮮的場(chǎng)合，尤其是食品儲(chǔ)存方面，這也使得它在許多領(lǐng)域具有不可或缺的低位。 冷風(fēng)機(jī)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(chǔ)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(jī)械、電子、水電等行業(yè)工藝性冷卻加工原料和場(chǎng)所的冷卻需要，可以說它存在于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域中。 由于冷風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參

8、數(shù)對(duì)其運(yùn)行的安全性和運(yùn)行效率的影響都很大，而冷風(fēng)機(jī)的制冷劑在循環(huán)過程中不斷發(fā)生相變，使得其整個(gè)制冷循環(huán)的各項(xiàng)參數(shù)變動(dòng)較大。使用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法很難快速、準(zhǔn)確的確定出符合要求設(shè)計(jì)參數(shù)，這就必然會(huì)增長(zhǎng)設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)成本，需要較高的人力和物力投入2。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)、計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的深入發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。尤其是近幾年來，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)由二維逐漸向三位發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)可以完整的模擬出我們想要設(shè)計(jì)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(shí)的場(chǎng)景尺度模型，制作出幾乎可以以假亂真的工程、實(shí)物效果圖，同時(shí)利用動(dòng)畫技術(shù)模擬出運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過程，能

9、夠更直觀的看到設(shè)計(jì)的最終效果3。這些手段可以大大的提高設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)速度，降低設(shè)計(jì)投入?；谝陨蟽牲c(diǎn)，隨著三維設(shè)計(jì)軟件的不斷成熟，冷風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)也逐步步入三位參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)代，即冷風(fēng)機(jī)的三維設(shè)計(jì)，三維軟件的使用使得制冷循環(huán)的設(shè)計(jì)更加直觀，大大增加了設(shè)計(jì)的精確度，降低了工作量提高了工作質(zhì)量。1.2冷風(fēng)機(jī)的選型冷風(fēng)機(jī)作為生產(chǎn)生活中重要的制冷設(shè)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(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。冷風(fēng)機(jī)的性能好壞直接影響到整個(gè)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(yùn)行工況所決定的。作為工程設(shè)計(jì)人員，在了解冷風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提條件下，必需正確掌握冷風(fēng)機(jī)選型方法，

10、以滿足工程設(shè)計(jì)使用要求。關(guān)于選型問題，需要注意一下幾點(diǎn)4-6。1. 了解冷風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)：冷風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱工計(jì)算。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dāng)量管長(zhǎng)等；熱工計(jì)算主要包括確定風(fēng)量、換熱面積、蒸發(fā)溫度以及換熱溫差，以及不同運(yùn)行工況下的冷量等。工程設(shè)計(jì)中，由于廠家生產(chǎn)的冷風(fēng)機(jī)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)固定，因此我們只需對(duì)其熱工計(jì)算校對(duì)，確保能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2. 注意冷風(fēng)機(jī)在使用溫度的限制：使用溫度的高度不僅影響冷風(fēng)機(jī)內(nèi)蒸發(fā)溫度的高低，并與其傳熱系數(shù)成正比。同時(shí)，在某一蒸發(fā)溫度下，由于冷風(fēng)機(jī)蒸發(fā)盤管每通路的內(nèi)徑、管長(zhǎng)是受壓降限制的，冷風(fēng)機(jī)的制冷能力是有上下限的

11、，選擇時(shí)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(yīng)注意。3. 溫差的選擇：溫差是冷風(fēng)機(jī)熱交換的動(dòng)力，長(zhǎng)采用對(duì)數(shù)平均溫差。溫差大，熱交換強(qiáng)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(dāng)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(yùn)行費(fèi)用，需要通過一定的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析予以確定。4. 結(jié)霜工況：當(dāng)冷風(fēng)機(jī)在0及其以上條件工作，冷風(fēng)機(jī)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(dāng)冷風(fēng)機(jī)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(shí)間推移，霜層的不斷增厚，霜的密度和導(dǎo)熱系數(shù)在結(jié)霜過程中不斷變化。當(dāng)空

12、氣溫度和霜層厚度一定時(shí)，翅片溫度的變化隨相對(duì)濕度的增大而增大；相對(duì)濕度一定時(shí)，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(guān)，與相對(duì)濕度無關(guān)，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(yīng)設(shè)計(jì)成變片距，這樣可以延長(zhǎng)冷風(fēng)機(jī)的除霜周期，節(jié)約能源，因?yàn)槔滹L(fēng)機(jī)的結(jié)霜厚度沿風(fēng)向是逐漸減薄的。同時(shí)，翅片片距的選中，考慮結(jié)霜工況運(yùn)行，片距應(yīng)取大一些。5. 冷風(fēng)機(jī)所配風(fēng)機(jī)風(fēng)量的校核：冷風(fēng)機(jī)所配風(fēng)機(jī)是按其標(biāo)準(zhǔn)工況下的風(fēng)量、風(fēng)壓來選配的。只有風(fēng)機(jī)運(yùn)行在這樣的工況下，才能使冷風(fēng)機(jī)發(fā)揮其設(shè)計(jì)性能。因此當(dāng)選用冷風(fēng)機(jī)時(shí)，除了確定冷卻面積外，還要校核所需風(fēng)量、風(fēng)壓。這里的關(guān)鍵是確定空

13、氣在流程中所遇的阻力，如果標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量與所需風(fēng)量吻合，而實(shí)際阻力大于風(fēng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)全風(fēng)壓，如何差別較大，將導(dǎo)致風(fēng)量聚減，冷風(fēng)機(jī)冷卻性能惡化，這時(shí)要考慮替換原冷風(fēng)機(jī)所配風(fēng)機(jī)，使其全壓在保證風(fēng)量的前提下克服空調(diào)器的沿程阻力，因此一定要認(rèn)真處理好這一問題。這個(gè)問題處理不當(dāng)，是許多凍結(jié)間達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的根本原因。設(shè)計(jì)時(shí)按噸位配冷卻面積及配風(fēng)量是純經(jīng)驗(yàn)的東西，計(jì)算沿程阻力盡可能準(zhǔn)確時(shí)，一定不要丟掉任何局部阻力項(xiàng)，這也是選風(fēng)機(jī)時(shí)易被忽視的一個(gè)問題7。 總之，工程設(shè)計(jì)選型人員應(yīng)盡可能的了解冷風(fēng)機(jī)的各種結(jié)構(gòu)參數(shù)，充分分析考慮影響冷風(fēng)機(jī)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(jìn)行熱工校核計(jì)算，而不

14、僅僅是憑借經(jīng)驗(yàn)選型。1.3冷風(fēng)機(jī)的最新發(fā)展1.3.1冷風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的新發(fā)展 自從上個(gè)世紀(jì)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(yīng)用，我國也于1963年開始對(duì)空氣冷卻裝置進(jìn)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(yīng)用拓展到各個(gè)領(lǐng)域的廣泛使用。 冷風(fēng)機(jī)發(fā)展到今天，其設(shè)計(jì)已經(jīng)處于成熟階段，當(dāng)前對(duì)冷風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的研究主要有對(duì)其制冷循環(huán)的改進(jìn)、低溫冷風(fēng)機(jī)結(jié)霜融霜特性的研究和改進(jìn)、經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化、舒適性的改進(jìn)和適用范圍的拓寬等傳統(tǒng)的研究領(lǐng)域；以及與現(xiàn)代控制技術(shù)相結(jié)合對(duì)其自動(dòng)控制的研究等新興領(lǐng)域【8】。比如，通過建立模型、進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)得到最佳的循環(huán)回路設(shè)計(jì)

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(dòng)化的除霜控制技術(shù)等。在具體的工藝與設(shè)計(jì)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(qiáng)防腐性能，增長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命；使用先進(jìn)的軸流風(fēng)機(jī)，并進(jìn)行CAD優(yōu)化設(shè)計(jì)，拓寬風(fēng)機(jī)的高效運(yùn)行區(qū)，以節(jié)省能耗，延長(zhǎng)使用壽命，并降低噪音，提高效率，增大通風(fēng)量和壓力；開發(fā)多種結(jié)構(gòu)形式的冷風(fēng)機(jī)和管組，以適用不同場(chǎng)合的應(yīng)用；采用變片距優(yōu)化組裝的方式，以減少風(fēng)阻，增強(qiáng)傳熱效果；等等。1.3.2冷風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法的新發(fā)展 由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在冷風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)上的諸多不便，隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的迅速發(fā)展，二維及三維設(shè)計(jì)方法迅速的在冷風(fēng)機(jī)設(shè)

16、計(jì)行業(yè)得到了應(yīng)用。 當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法正從二維進(jìn)入三維時(shí)代，三維設(shè)計(jì)軟件可以為我們提供一種直觀快捷的設(shè)計(jì)途徑。但是由于三維設(shè)計(jì)軟件在制冷行業(yè)的應(yīng)用時(shí)間尚短，雖然有諸如autoCAD、Pro/E、Solidworks、UG等大量的三維設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)冷風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)中得到使用，但是還缺乏專業(yè)的制圖工具。 因此當(dāng)前冷風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法上的研究，集中于對(duì)上述軟件進(jìn)行二次開發(fā)，開發(fā)出相關(guān)的專用軟件程序，使得設(shè)計(jì)趨于參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化，變得更加簡(jiǎn)單準(zhǔn)確：只需根據(jù)循環(huán)參數(shù)計(jì)算出相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)，然后通過人機(jī)對(duì)話框確定圖形的主要尺寸，源程序即可邊計(jì)算圖形的尺寸邊調(diào)用相關(guān)軟件的繪圖指令進(jìn)行圖形繪制，生成相應(yīng)的圖形；同時(shí)，若要

17、改變圖形的形狀，可以使用對(duì)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(shè)計(jì)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(fù)的勞動(dòng)、提高工作效率和繪圖質(zhì)量，游客實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的比較分析，并與計(jì)算軟件對(duì)接形成完整的CAD系統(tǒng)5。1.4現(xiàn)在存在的問題 冷風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)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(fēng)機(jī)風(fēng)量的測(cè)試和計(jì)算手段尚不完善，生產(chǎn)廠家都沒有完整的測(cè)試數(shù)據(jù)；隨著能源的日益緊張，冷風(fēng)機(jī)的節(jié)能優(yōu)化問題也亟待解決；目前針對(duì)冷風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行的二次開發(fā)，所開發(fā)出來的軟件都屬于個(gè)人或者單一方面的設(shè)計(jì)，沒有標(biāo)準(zhǔn)化的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件；等等。1.5本文的設(shè)計(jì)思路和方法及任務(wù) 通過對(duì)文獻(xiàn)的閱讀

18、和分析，可以清楚的了解到冷風(fēng)機(jī)的制冷原理及設(shè)計(jì)思路和方法，以及三維設(shè)計(jì)方法在冷風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和發(fā)展。對(duì)于冷風(fēng)機(jī)的三維設(shè)計(jì)，首先要根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行相關(guān)的熱力計(jì)算并依據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算所得到的數(shù)據(jù)應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件pro/e對(duì)冷風(fēng)機(jī)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。 本課題主要的任務(wù)是，以pro/engineer軟件為平臺(tái)，進(jìn)行冷風(fēng)機(jī)三維設(shè)計(jì)。建立了合理的裝配計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)了不見得自動(dòng)裝配、約束識(shí)別及裝配干涉分析。第二章 冷空氣參數(shù)計(jì)算 人工制冷是指借助于制冷裝置，以消耗機(jī)械能或電磁能、熱能、太陽能的呢過形式的能量為代價(jià)，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(gè)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(yīng)，通過絕熱膨脹來制冷的。蒸汽壓縮式制冷由分為單機(jī)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)和多級(jí)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(jiǎn)單的單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)。單機(jī)壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器四大部件組成，如下圖所示。對(duì)制冷劑蒸汽只進(jìn)行一次壓縮，故稱為單機(jī)蒸汽壓縮7-8。 圖1-1制冷系統(tǒng)原理圖 整個(gè)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(gè)過程組成，每個(gè)過程在不同的部件中完成，制冷劑

20、在每個(gè)過程中的狀態(tài)又各不相同。 對(duì)于冷風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算，要對(duì)循環(huán)的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并主要關(guān)注與蒸發(fā)器相關(guān)的循環(huán)參數(shù)。 在冷風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)過程中,首先要根據(jù)所給條件計(jì)算出冷空氣參數(shù),冷空氣參數(shù)是冷風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)和依據(jù)，其計(jì)算結(jié)果直接影響冷風(fēng)機(jī)的選型和設(shè)計(jì)，因此其計(jì)算要求較高的精度，具有重要的意義。冷空氣計(jì)算主要是依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式和查表所得進(jìn)行的。計(jì)算的內(nèi)容可大概分為回風(fēng)參數(shù)和送風(fēng)參數(shù)，回風(fēng)參數(shù)是冷風(fēng)機(jī)蒸發(fā)器的進(jìn)口空氣參數(shù)，送風(fēng)參數(shù)是冷風(fēng)機(jī)的出口空氣參數(shù)也即要進(jìn)入室內(nèi)的空氣參數(shù)；計(jì)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(guān)計(jì)算2.11已知條件已知：回風(fēng)干球溫度

21、：0 回風(fēng)相對(duì)濕度：90% 送風(fēng)干球溫度：-3 送風(fēng)相對(duì)濕度：95% 大氣壓： 10132Pa 制冷量： 5.4kw 制冷劑： R222.12相關(guān)計(jì)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(jì)算有，制冷劑循環(huán)量為115.412kg/h2.2冷空氣參數(shù)計(jì)算1. 熱力學(xué)溫度： T=t+273.15 (2-2) 回風(fēng)溫度：273.15送風(fēng)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(fēng)溫度下水蒸氣飽和壓力：611.32Pa 送風(fēng)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(duì)濕度代入數(shù)據(jù)得：回風(fēng)含濕量：3.40g/kg 送風(fēng)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(fēng)焓值：8.49kJ/kg 送風(fēng)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(duì)濕度代入數(shù)據(jù)得：回風(fēng)溫度下的空氣密度：1.29 送風(fēng)溫度下的空氣密度：1.306. 動(dòng)力粘度： (2-7) 其中，：動(dòng)力粘度 T：氣體溫度 ：絕對(duì)零度代入數(shù)據(jù)得：回風(fēng)動(dòng)力粘度： 送風(fēng)動(dòng)力粘度： 7.

23、運(yùn)動(dòng)粘度： (2-8)其中，V：運(yùn)動(dòng)粘度 ：動(dòng)力粘度 ：空氣密度帶入數(shù)據(jù)得：回風(fēng)運(yùn)動(dòng)粘度： 送風(fēng)運(yùn)動(dòng)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(fēng)定壓比熱容：1. kJ/(kg) 送風(fēng)定壓比熱容：1. kJ/(kg)9. 空氣導(dǎo)熱率： 查表得：回風(fēng)導(dǎo)熱率：0.02442 W/(m) 送風(fēng)導(dǎo)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(fēng)量： 帶入數(shù)據(jù)有 2.3本章小結(jié)及計(jì)算匯總冷空氣參數(shù)的計(jì)算是冷風(fēng)機(jī)的依據(jù)，在對(duì)制冷循環(huán)計(jì)算的基礎(chǔ)上通過相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出冷

24、空氣的各項(xiàng)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(jì)算匯總表回風(fēng)運(yùn)動(dòng)粘度 1.399*10(-5)m2/s送風(fēng)運(yùn)動(dòng)粘度1.314*10(-5)m2/s回風(fēng)定壓比熱容1.kJ/(kg*)送風(fēng)定壓比熱容1.kJ/(kg*)回風(fēng)導(dǎo)熱率0.02442W/(m*)送風(fēng)導(dǎo)熱率0.W/(m*)風(fēng)量3442.55048m3/h制冷劑循環(huán)量115.412kg/h第三章 蒸發(fā)器初步設(shè)計(jì)計(jì)算 蒸發(fā)器是冷風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)將冷空氣吹出而獲得冷風(fēng)。蒸發(fā)器設(shè)計(jì)的好壞與否直接關(guān)系著冷風(fēng)機(jī)的性能，蒸發(fā)器設(shè)計(jì)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(fēng)阻、結(jié)霜等問題。本章進(jìn)行蒸發(fā)器的初步計(jì)算，即蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)及翅片形式的初步計(jì)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(yīng)用于氟利昂制冷機(jī)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(shí)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(shí)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(jī)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(diǎn)10：（1）當(dāng)使用與潤(rùn)滑油互溶的制冷劑R22、R11等時(shí)，只要管內(nèi)制冷劑的流速大于4m/s，就可以將潤(rùn)滑油帶回壓縮機(jī)。（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(duì)于載冷劑為水的蒸發(fā)器，蒸發(fā)溫度在0附近時(shí)，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(jiǎn)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(dǎo)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(jì)算1. 最窄流通面積與迎風(fēng)面積之比: (3-1)其中，：最窄流通面積與迎風(fēng)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(fēng)面積之比為0.597412. 最窄截面處流速：4.4m/s（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，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(fēng)面積： (3-3)其中，A:迎風(fēng)面積 A：最窄截面面積 ：最窄流通面積與迎風(fēng)面積之比代入數(shù)據(jù)得：迎風(fēng)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(zhǎng)度： (3-5) 其中，L：翅片沿氣流方向長(zhǎng)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(zhǎng)度：0.154 m7. 每根管子長(zhǎng)度（即翅片寬度）： (3-6) 代入數(shù)據(jù)有：8. 換熱管總長(zhǎng)度： (3-7)代入數(shù)據(jù)有：9. 迎面風(fēng)速： (3-8) 帶入數(shù)據(jù)有：3.2肋片管參數(shù)及關(guān)內(nèi)外表面積計(jì)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(gè)3. 每米管長(zhǎng)肋片表面積： (3-11)代入數(shù)據(jù)有：4. 每米管長(zhǎng)銅管表面積： (3-12)其中，：每米管長(zhǎng)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(zhǎng)銅管表面積：5. 每米管長(zhǎng)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(zhǎng)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(jì)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(chǔ)上計(jì)算出與蒸發(fā)器、翅片相關(guān)的各個(gè)參數(shù)，為下一章?lián)Q熱系數(shù)的計(jì)算提供依據(jù)。表3-1 蒸發(fā)器初步設(shè)計(jì)計(jì)算匯總表每根管長(zhǎng)度1043mm管數(shù)98排列方式7*14換熱管總長(zhǎng)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(fēng)速2.63m/s第四章 蒸發(fā)器換熱相關(guān)計(jì)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(shè)備，兩者的流動(dòng)和傳熱特性對(duì)整個(gè)制冷系統(tǒng)的性能指標(biāo)有重大影響。這些換熱設(shè)備中包含有導(dǎo)熱、對(duì)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(shè)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(jìn)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(shí)現(xiàn)熱量交換。這樣一個(gè)傳熱過程包括串聯(lián)著的三個(gè)環(huán)節(jié)8：（1）熱流體與壁面高溫側(cè)的對(duì)流換熱；（2）從壁面高溫側(cè)到壁面低溫側(cè)的固體壁導(dǎo)熱；（3）壁面低溫側(cè)與冷流體的對(duì)流換熱。在本文設(shè)計(jì)中，高溫側(cè)隨著溫度

32、的降低可能會(huì)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(gè)過程要使用不同的公式分別計(jì)算。 在蒸發(fā)器運(yùn)行過程中，污垢對(duì)傳熱系數(shù)有一定的影響。換熱器在運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)在換熱器表面形成一些污垢。污垢的導(dǎo)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(shí)際換熱量減小，削弱了換熱器的實(shí)際換熱能力。因此，在換熱器的設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)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(guān)，很難得到理論分析結(jié)果。目前的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)多來自實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)條件不同是，數(shù)據(jù)會(huì)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(guān)

33、資料后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)溫度，因此冷卻過程中會(huì)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(shí)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(duì)析濕系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。另一方面，由于小水滴的出現(xiàn)，就會(huì)導(dǎo)致霜層的出現(xiàn)，霜層和污垢一樣，也會(huì)影響換熱過程，所以也要對(duì)霜層參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。最后，對(duì)比校核計(jì)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(shè)計(jì)中的內(nèi)外表面積以及臨界質(zhì)量流速，來確定設(shè)計(jì)是否合理，如果合理則可以進(jìn)一步進(jìn)行蒸發(fā)器的

34、具體選型設(shè)計(jì)，如果不合理則需要分析原因，作出相應(yīng)的修正。4.1空氣側(cè)放熱系數(shù)計(jì)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(fēng)運(yùn)動(dòng)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(fēng)導(dǎo)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)：-40.8（查表）5. 參數(shù)c： （均以熱力學(xué)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(diǎn)溫度）：-7 （約等于蒸發(fā)溫度）2. 壁面熱力學(xué)溫度：T=-7+273.15=266.15 (4-8)3. 相

36、對(duì)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(xué)溫度 ：絕對(duì)零度代入數(shù)據(jù)得：飽和蒸汽壓：362.2587Pa5. 露點(diǎn)濕度： (4-10) 其中，d：露點(diǎn)濕度 ：大氣壓力 ：飽和蒸汽壓 ：相對(duì)濕度代入數(shù)據(jù)得：露點(diǎn)濕度：2.2319g/kg6. 露點(diǎn)焓值： (4-11)其中，h：露點(diǎn)焓值 t：露點(diǎn)溫度 d：露點(diǎn)濕度代入數(shù)據(jù)得：露點(diǎn)焓值：-1.491kJ/kg7. 飽和濕蒸汽在壁面溫度時(shí)的含濕量： (4-12)其中，d：含濕量 ：大氣壓力 ：飽和蒸汽壓 ：相對(duì)濕度代入數(shù)據(jù)得：飽和濕蒸汽在壁面溫度時(shí)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(diǎn)溫度 d：平均含濕量 d：飽和濕蒸汽在壁面溫度時(shí)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(jì)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(fēng)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(fēng)量 ：空氣比容 ：回風(fēng)含濕量 ：送風(fēng)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(jì)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(jì)算1. 對(duì)數(shù)平均溫差 (4-19)其中，t：對(duì)數(shù)平均溫差 ：回風(fēng)干球溫度

39、 ：送風(fēng)干球溫度 ：蒸發(fā)溫度代入數(shù)據(jù)得：對(duì)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(dǎo)熱率： (4-20)其中，：霜的導(dǎo)熱率 ：霜密度代入數(shù)據(jù)得：霜的導(dǎo)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(dǎo)熱率 ：霜的導(dǎo)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(duì)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(jì)算正確 小于管內(nèi)質(zhì)量流速（由上文計(jì)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(jì)算匯總 本章利用各種經(jīng)驗(yàn)公式和計(jì)算方法在對(duì)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行大概設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)蒸發(fā)器的各項(xiàng)換熱相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)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(dǎo)出了總的傳熱系數(shù)，并對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行了校核計(jì)算，為下一章蒸發(fā)器的定型以及風(fēng)機(jī)、融霜管的設(shè)計(jì)、計(jì)算、選型打下基礎(chǔ)。表4-1 蒸發(fā)器換熱計(jì)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(fēng)機(jī)、融霜管的定型計(jì)算一臺(tái)完整的冷風(fēng)機(jī)應(yīng)包括蒸發(fā)器、風(fēng)機(jī)、融霜管及與其配套的電子控制8、制冷管道系統(tǒng)。冷風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)的功能是造成冷風(fēng)機(jī)內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流，增強(qiáng)換熱效果，同時(shí)室內(nèi)的空氣對(duì)流，是冷空氣分布均勻從而使室內(nèi)溫度場(chǎng)分布均勻；融霜管主要用于蒸發(fā)溫度低于或等于露點(diǎn)溫度的場(chǎng)合15，這是冷風(fēng)機(jī)銅管