KFR-26GW分體掛壁式無氟家用空調(diào)設(shè)計(jì)

1、湘潭大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目： KFR-26GW分體壁掛式無氟家用冷暖空調(diào)設(shè)計(jì)計(jì)算學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 熱能與動力工程 學(xué) 號： 2009501615 姓 名： 段振坤 指導(dǎo)教師： 吳淑英 完成日期： 2012.05.27 一、設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一臺KFR32GW分體掛壁式無氟家用冷 暖空調(diào)器，名義制冷量Q0=2600W，名義制熱量Q1=3600W，工質(zhì)為R410A。二、設(shè)計(jì)目的：通過房間空調(diào)器的設(shè)計(jì)，綜合應(yīng)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，分析和解決問題，掌握家用空調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的基本方法和技能，了解家用空調(diào)器的發(fā)展趨勢，為今后更好的從事相關(guān)工作和學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。三、設(shè)計(jì)步驟：1）設(shè)計(jì)

2、工況和設(shè)計(jì)參數(shù)的確定2）制冷循環(huán)的熱力計(jì)算3）壓縮機(jī)的選擇 4）熱泵循環(huán)熱力計(jì)算5）冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算6）蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算7）毛細(xì)管的選擇計(jì)算8）四通換向閥的選擇9）風(fēng)機(jī)及配用電機(jī)的選擇10）制冷劑充灌量的計(jì)算11）無氟家用冷暖空調(diào)熱力經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)核算12）管路及輔助設(shè)備的選擇四、設(shè)計(jì)成果：1、壓縮機(jī)本設(shè)計(jì)選用西安慶安制冷設(shè)備股份有限公司的空調(diào)用A系列YZC-A090RY2全封閉滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)。參數(shù)如下：名義制冷量：3580W電源：DC3600rpm能效比：3.22、冷凝器本設(shè)計(jì)采用強(qiáng)迫對流式空冷冷凝器。其結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。參數(shù)如下：傳熱管：紫銅管，10×0.5mm翅片：厚度0.15mm

3、，波紋行整張鋁制套片 節(jié)距：2mm迎風(fēng)面管心距S1=25mm管簇排列采用正三角形叉排冷凝器廠：500mm冷凝器寬：86.6mm冷凝器高：262.5mm空氣流通方向上的管排數(shù)：4迎風(fēng)面上管排數(shù)：10冷凝器傳熱系數(shù)：34.64W/m2·K圖2 空冷式冷凝器主題結(jié)構(gòu)示意圖3、蒸發(fā)器本設(shè)計(jì)采用強(qiáng)制對流的直接蒸發(fā)式蒸發(fā)器。結(jié)構(gòu)與冷凝器相近。參數(shù)如下：傳熱管：紫銅管，10×0.5mm翅片：厚度，連續(xù)整體式鋁套片 節(jié)距：1.8mm迎風(fēng)面管心距S1=25mm管簇排列采用正三角形叉排蒸發(fā)器長：550mm蒸發(fā)器寬：43.3mm蒸發(fā)器高：237.5mm空氣流通方向上的管排數(shù)n:2迎風(fēng)面上管排數(shù)N

4、：9蒸發(fā)器分路數(shù)：3蒸發(fā)器傳熱系數(shù)：43.56W/m2·K4、節(jié)流裝置本設(shè)計(jì)選用毛細(xì)管作為節(jié)流裝置。參數(shù)如下：di=1.8mm，L=1.7mm （圖解法選型）5、四通換向閥本設(shè)計(jì)選用型號為DFH5的四通換向閥。參數(shù)如下：名義容量：4500W進(jìn)氣接管外徑尺寸：8mm排氣接管外徑尺寸：10mm6、風(fēng)機(jī)及配用電機(jī)（1）室外風(fēng)機(jī)，本設(shè)計(jì)選擇軸流式風(fēng)機(jī)。FZL型系列軸流式通風(fēng)機(jī)，型號為350FZL-02型。參數(shù)如下：風(fēng)機(jī)： 臺數(shù)：1臺 風(fēng)量：18000m3/h（30m3/min）全壓：100Pa風(fēng)葉直徑：350mm 配用電機(jī)： 轉(zhuǎn)速：1400r/min電動機(jī)輸入功率：100W電壓：220V相數(shù)

5、：1相頻率：50Hz（2）室內(nèi)風(fēng)機(jī)，本設(shè)計(jì)選擇貫流式風(fēng)機(jī)。型號為GL40×260型。參數(shù)如下： 風(fēng)機(jī)： 臺數(shù)：2臺葉輪名義直徑：40mm葉輪長度：260mm 配用電機(jī)：電機(jī)輸入功率：15W室內(nèi)風(fēng)機(jī)與室外風(fēng)機(jī)的大致結(jié)構(gòu)分別如圖3和圖4圖3 軸流風(fēng)機(jī)示意圖圖4 貫流風(fēng)機(jī)示意圖五、設(shè)計(jì)計(jì)算 （一）設(shè)計(jì)工況選定1、房間空調(diào)器工作的環(huán)境溫度的確定 根據(jù)GB/T 7725-2004中的4.2.4，對于熱泵型空調(diào)器通常工作的環(huán)境溫度為-7-43（T1氣候類型），取參數(shù)如下：2、室內(nèi)外空氣狀態(tài)參數(shù)的確定制冷運(yùn)行： 室內(nèi)干求溫度27 室內(nèi)濕球溫度19 室外干球溫度35 室外濕球溫度24制熱運(yùn)行： 室內(nèi)

6、干球溫度20 室內(nèi)濕球溫度15（最大） 室外干球溫度-7 室外濕球溫度-83、房間暖空調(diào)運(yùn)行參數(shù)的確定根據(jù)文獻(xiàn)2P289表7-11和P290表7-14，選取參數(shù)如下：蒸發(fā)溫度t0=7.2冷凝溫度t0=54.4有效過熱度5有效過冷度5吸氣溫度20（二）制冷循環(huán)的熱力計(jì)算1、循環(huán)參數(shù)及壓焓圖名義工況下，制冷循環(huán)參數(shù)及室內(nèi)。外空氣參數(shù)如下：蒸發(fā)溫度7.2，冷凝溫度54.4，膨脹閥前液體溫度46.1，出口溫度15，吸氣溫度20；室內(nèi)干球溫度27，濕球溫度19.5，室外干球溫度35，濕球溫度24。根據(jù)條件回執(zhí)循環(huán)的p-h圖，如圖所示。 圖2-1 循環(huán)過程在p-h圖上的表示 各點(diǎn)參數(shù)值，根據(jù)軟件制冷劑物性

7、參數(shù)，輸入已知參數(shù)值，計(jì)算，得循環(huán)個特點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)如下表1：狀態(tài)點(diǎn)p/MPat/h/(kJ/kg)v/(m3/kg)10.99587.21154331204390.02923.350588.7475354.4304446.128452、熱力計(jì)算（1）基本性能指標(biāo)的計(jì)算單位質(zhì)量制冷量q0(kJ/kg) q0=h1-h5=h1-h4=433-284kJ/kg=149kJ/kg單位理論功0(kJ/kg)0=h2-h1=475-439 kJ/kg=36 kJ/kg 制冷系數(shù)00=q00=14936=4.14容積系數(shù)vv=1-c(pkp0)1/k-1式中，c相對余隙容積，取為1.2% pk冷凝壓力（排氣

8、壓力）（Pa） p0蒸發(fā)壓力（吸氣壓力）（Pa） k工質(zhì)等熵指數(shù)，取1.33v=0.9821壓力損失系數(shù)pp=1溫度系數(shù)TT=ATk-B（T1-T0）式中，Tk冷凝溫度 T0蒸發(fā)溫度 T1壓縮機(jī)前吸氣溫度對R410A：A=2.57×10-3，B=1.06×10-3，所以，T=0.8279泄露系數(shù)l近似取l=v=0.9821輸氣系數(shù)=vpTl=0.7985壓力比=pkp0=3.38(2)當(dāng)總制冷量Q0已給定，設(shè)計(jì)或選配壓縮機(jī)制冷劑的循環(huán)量qm qm=Q0q0 =2.6149=0.0174kg/s壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量qv,sqv,s=qmv1=0.0174×0.029=

9、5.05×10-3m3/s壓縮機(jī)的理論輸氣量qv,thqv,th= qv,s=5.05×10-40.7985=6.32×10-4 m3/s求出的qv,th的數(shù)值可作為設(shè)計(jì)或選配壓縮機(jī)的依據(jù)。（3）計(jì)算壓縮機(jī)的功率壓縮機(jī)的理論功率PtPt=qm0=0.0174×36=0.63kW壓縮機(jī)的指示效率ii=Tl1+1.5(psm+pdm-1k)h2-h1v1式中，v1吸入點(diǎn)比體積，單位m3/kg 壓力比 psm、pdm吸、排氣閥平均壓力降，單位Pa h1、h2壓縮開始及終了時的比焓，單位為J/kg k工質(zhì)的等熵指數(shù)取k=1.33, psm=0, pdm=0.1p

10、k則i=0.8127壓縮機(jī)的機(jī)械效率m取m=0.95壓縮機(jī)的指示功率PiPi=Pti=0.630.8127=0.775KW壓縮機(jī)的軸功率PePe=Piim=0.7750.8127×0.95=1.003KW電動機(jī)效率mo取mo=0.88電效率elel=immo=0.679輸入電功率PelPel=Ptel=0.630.679=0.928KW（4）實(shí)際制冷系數(shù)s的計(jì)算s=0im=4.14×0.8127×0.95=3.19（三）壓縮機(jī)的選擇1、壓縮機(jī)類型的選擇由于滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)效率高，可靠性高，零部件少。功耗小，省電，綜合起來，更適合空調(diào)器的需要。因此，本設(shè)計(jì)選用滾動轉(zhuǎn)

11、子式壓縮機(jī)。2、壓縮機(jī)型號選擇因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)工況與壓縮機(jī)的測試工況一致，所以所選壓縮機(jī)不用在經(jīng)過測試。根據(jù)額定制冷量，查文獻(xiàn)，選用西安慶安制冷設(shè)備股份有限公司的空調(diào)用A系列YZC-A090RY2全封閉滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)，針對工質(zhì)R410A，額定制冷量為2850W，電源為DC3600rpm，均能滿足設(shè)計(jì)要求。（四）熱泵循環(huán)熱力計(jì)算空調(diào)機(jī)由制冷向制熱的轉(zhuǎn)變主要是靠四通換向閥改變制冷劑在系統(tǒng)中的流路，故其計(jì)算參照制冷循環(huán)熱力計(jì)算。計(jì)算方法參照文獻(xiàn)8P21。1、 單位吸熱量qe(kJ/kg)qe=h1-h5=433-284=149kJ/kg2、 單位理論功0(kJ/kg)0=h2-h1=475-439

12、=36 kJ/kg3、 單位實(shí)際功e(kJ/kg)e=eim=360.8127×0.95=46.61 kJ/kg4、電機(jī)輸入單位理論功elel=0m0=46.610.88=52.97 kJ/kg5、壓縮機(jī)實(shí)際排氣狀態(tài)焓值h2(kJ/kg)h2=h1+el =439+52.97×0.9=486.7 kJ/kg6、單位制熱量qh(kJ/kg)qh=h2-h4=486.7-284=202.7 kJ/kg7、循環(huán)制熱系數(shù)hh=qh'el=202.752.97=3.828、壓縮機(jī)質(zhì)量流量qma(kJ/kg)qma=qvtvvse=2.6×0.98213600

13、5;0.029=0.02kg/s9、熱泵制熱量Qh(W) Qh= qma qh=0.02×202.7=4.054KW=4054W10、壓縮機(jī)的軸功率Pe(W)Pe= qmae=0.02×46.61=0.9322KW=932.2W11、電動機(jī)輸入功率Pel(W)Pel= qmael=0.02×52.97=1.059KW=1059W(五)冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算1、冷凝器類型選擇本次設(shè)計(jì)選用強(qiáng)迫對流空冷式冷凝器（如圖2）。其原因如下：首先，空冷式冷凝器不需要用水，冷卻系統(tǒng)更為簡單，省去了水處理及除水垢方面的費(fèi)用。因此，隨著近年來，水資源日趨緊張，所以已經(jīng)大量使用空冷式冷凝器。其

14、次，強(qiáng)制對流用于小型空調(diào)制冷裝置，空氣以2 3m/s的迎面風(fēng)速橫向掠過管束帶走制冷劑的冷凝熱，由于空氣側(cè)的放熱系數(shù)極低，為強(qiáng)化傳熱，在傳熱管上加有肋片。2、冷凝器計(jì)算由有關(guān)溫度參數(shù)及冷凝熱負(fù)荷確定各有關(guān)溫度參數(shù)其取值見表二 表2 冷凝器溫度參數(shù)表項(xiàng)目參數(shù)值（）項(xiàng)目參數(shù)值（）冷凝溫度tk54.4進(jìn)出口空氣溫差ta2-ta110進(jìn)口空氣干球溫度ta135出口空氣干球溫度ta245對數(shù)平均溫差m=(ta2-ta1)/ (tk-ta1)/(tk-ta2)=(45-35)/ (54.4-35)/(54.4-45)=13.8根據(jù)R410A的壓焓圖，將冷凝的焓差與蒸發(fā)的焓差相比得到冷凝負(fù)荷系數(shù)，C0=1.2

15、3，則冷凝負(fù)荷Qk=C0Q0=1.23×2850W=3619.5W翅片管簇結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇及計(jì)算選擇10×0.5的紫銅管為傳熱管，選用的翅片是厚度=0.15的波紋型整張鋁制套片。取翅片節(jié)距S=2，迎風(fēng)管心距S1=25，管簇排列采用正三角形叉排。每米管長各有關(guān)傳熱面積分別為：1、每米管長翅片側(cè)面面積aaf=2S1S2-(/4)Dd2/Sf =2(0.0252×32-4×0.01032)/0.002m2/m=0.4579m2/m注：翅片一般有一次翻邊，且利用翻邊保證均勻的翅片節(jié)距，則翅片根部外沿直徑db=d0+2d =10+2×0.15=10.3;又波

16、紋片側(cè)面積與平片側(cè)面積誤差很小，按平面計(jì)算。2、每米管長翅片間管面面積abab=db(Sf-f)/Sf =×0.0103×(0.002-0.00015)/0.002m2/m =0.0299m2/m3、每米管長翅片側(cè)總面積a0f因翅片厚度f較小，翅頂面積忽略不計(jì)，則a0f= af+ ab=0.4579+0.0299m2/m=0.4878m2/m4、每米管長管內(nèi)面積aiai=di=×0.009m2/m=0.0283m2/m由文獻(xiàn)5P201附錄8干空氣的熱物理性質(zhì)（p=1.01325×105）查得空氣在平均溫度tm=4，該條件下，Cpa=1005J/(kg&#

17、183;k)、 a=0.0276W/(m·k) 、a=16.96×10-6m2/s,在進(jìn)風(fēng)溫度ta1=35條件下，a=1.1465kg/m3冷凝器所需空氣體積流量qv=Qk/a Cpa(ta1-ta2)=3619.5/(1.1465×1005×10)= 0.3141m3/s選取迎面風(fēng)速y=2.5m/s,則迎風(fēng)面積Ay=qv/y=0.3141/2.5=0.12m2取冷凝器迎風(fēng)面寬度即有效單管長l，則冷凝器的迎風(fēng)面高度H=Ay/l,對叉排管簇，迎風(fēng)面上的管排數(shù)分別為N=H/S1-1/2由于冷凝器有效單管長l、迎風(fēng)面高度H、迎風(fēng)面排管數(shù)N這三個量互相聯(lián)系，且它

18、們的值影響到后面流通方向管排數(shù)n的校核，所以留到后面與流通方向管排數(shù)n一起計(jì)算，這里只列出公式。進(jìn)行傳熱計(jì)算確定所需傳熱面積Aof、翅片總管長L及空氣流通方向上管排數(shù)n，若采用整張波紋翅片及密翅片的叉排管簇，則空氣側(cè)傳熱系數(shù)由文獻(xiàn)3公式（6-11）乘以1.1再乘以1.2進(jìn)行計(jì)算。預(yù)計(jì)冷凝器在空氣流通方向上的管排數(shù)n=4，則翅片寬度b=4S1cos30°=4×0.025×32m=0.0866m微元最窄截面的當(dāng)量直徑de=2(S1-db)(Sf-f)/(S1-db)+ (Sf-f)=2×(25-10.3)(2-0.15)/(25-10.3)+(2-0.15)

19、=3.3=0.0033m最窄截面風(fēng)速max=S1Sfy/(S1-db)(Sf-f)=25×2×2.5/(25-10.3)(2-0.15)=4.6m/s因?yàn)閎/de=0.0866/0.0033=26.24Ref=max de/a=4.6×0.0033/(17.4×10-6)=872.4查文獻(xiàn)3表6-25和表6-26，用插入法求得=0.15，n=0.623,C=1.151,m=-0.210,則空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)aef=CadeRefn(bde)m×1.1×1.2 =1.151×0.15×0.02760.0033

20、5;872.40.623×(26.4)-0.210×1.1×1.2 =64.09W/(m2·k)因?yàn)閠k=54.4，通過軟件制冷劑物性參數(shù)計(jì)算可得R410A的飽和液物性：=0.073W/（m·），=870.78kg/m3,=162.71×103J/kg, =0.75×10-4Pa·s則物性集合系數(shù)BB=（32g/）0.25式中，冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù) 冷凝液的密度 制冷劑的比潛熱 冷凝液的動力黏度所以，B=（0.0733×870.782×9.81×162.71×1030.75

21、15;10-4）0.25 =1582.9則制冷劑在管內(nèi)凝結(jié)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)ki=0.683Bdi-0.25(tk-twi)-0.25 =0.683×1582.9×0.009-0.25×(54.4- twi)-0.25 =3510（54.4- twi)-0.25翅片相當(dāng)?shù)母叨扔晌墨I(xiàn)3公式6-16計(jì)算得，h=d0/2(S1/d0-1)1+0.35(C S1/d0)式中，C=1.063是由于按等邊三角形叉排排列h=0.012(0.0252-1)1+0.35(1.0630.0252)m=0.01m取鋁片熱導(dǎo)率=203W/m·K,由文獻(xiàn)3公式6-15計(jì)算翅片參數(shù)m，

22、即m=2aoff=2×64.69203×0.00015=64.88m-1由文獻(xiàn)3公式6-14計(jì)算翅片效率即f=th(mh')mh'=th(64.88×0.01)64.88×0.01=0.88表面效率由文獻(xiàn)3公式6-13計(jì)算得即0=（aff+ab）/(af+ab) =(0.4579×0.88+0.0299)/(0.4579+0.0299) =0.887忽略各有關(guān)污垢熱阻及接觸電阻的影響，則twi=tw0=tw,將計(jì)算所得有關(guān)各值代入文獻(xiàn)3公式6-20kiai(tk-tw)= of0aof(tw-tm)式中，tw壁面平均溫度 tw0

23、外壁面溫度 twi內(nèi)壁面溫度 tm空氣進(jìn)出口平均溫度tm=（ta1+ta2）/2=(35+45)/2=39所以，3510×0.0283（54.4-tw）0.75=64.88×0.887×0.4878(tw-39)(54.4-tw)0.75=0.2826(tw-39)選取適當(dāng)?shù)膖w，使上式左右兩邊相等，用試湊法，解上式得tw=49.9代入文獻(xiàn)3公式6-17中，則R410A在管內(nèi)的凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為ki=3510(54.4-49.9)-0.25W/m2·K=2409 W/m2·K取管壁與翅片間接觸電阻rb=0.004m2·K/W,空氣側(cè)塵

24、埃垢層熱阻r0=0.0001 m2·K/W,紫銅管熱導(dǎo)率=393W/（m·K）文獻(xiàn)3公式6-21計(jì)算冷凝器的總傳熱系數(shù)K0=1/(1/ki)(aof/ai)+( /)(aof/am)+r0+rb+1/(of0)式中，紫銅管壁厚 am紫銅管每米管長平均面積am=2(di+d0)= 2(0.009+0.01)m=0.0298所以K0=112409×0.48780.0283+0.0005393×0.48780.0298+0.0001+0.004+164.09×0.887W/m2·K =34.64 W/m2·K冷凝器的所需傳熱面積A

25、of=Qk/(K0m)=3619.5/(34.64×13.8)=7.57m2所需有效翅片管總長L=Aof/aof=7.57/0.4878=15.5m空氣流通方向上的管排數(shù)n=LlN對有效單管長l、迎風(fēng)面高度H、迎風(fēng)面管排數(shù)N、空氣流通方向管排數(shù)n進(jìn)行組合計(jì)算，計(jì)算結(jié)果，列于表3表3 組合計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目來源或計(jì)算公式方案1方案2方案3方案3方案5方案6有效單管長l(m)選取0.700.650.600.550.500.45迎風(fēng)面高度H（m）H=Ayl 0.170.180.200.210.240.26迎風(fēng)面上管排數(shù)NN=HS1-126788910空氣流通方向管排數(shù)nn=LlN3.73.43.

26、23.50.43.4分析組合計(jì)算所得出的結(jié)果和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，為了保證室外機(jī)組的軸流式風(fēng)機(jī)給冷凝器送風(fēng)均勻，宜選取方案6，且方案6的外形更加美觀。因此，迎風(fēng)面上的管排數(shù)為10，所以最終所設(shè)計(jì)的冷凝器迎風(fēng)面高H=10×25+12.5=262.5mm=0.2625m(六)蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算本設(shè)計(jì)采用直接蒸發(fā)式空氣冷卻器，并采用強(qiáng)制對流方式。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：1、 結(jié)構(gòu)緊湊，安裝尺寸小；2、 不用載冷劑，而直接靠液態(tài)制冷劑的蒸發(fā)來冷卻空氣，冷損失少，且房間降溫速度快，啟動運(yùn)行時間短。3、 管理方便，易于實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過程自動化。1、蒸發(fā)器進(jìn)口空氣狀態(tài)參數(shù)蒸發(fā)器進(jìn)口處空氣干求溫度t1g=27，濕球溫度

27、t1s=19.5，查得，空氣的h-d圖，得蒸發(fā)器進(jìn)口處濕空氣的相對濕度=48%，比焓值h1=56kJ/kg（干空氣），含濕量d1=11.3g/kg（干空氣）。2、風(fēng)量及風(fēng)機(jī)的選擇蒸發(fā)器所需風(fēng)量一般按每KW冷量取0.05m3/s的風(fēng)量，故蒸發(fā)器風(fēng)量為 qv=2.85×0.05=0.1425m3/s=513 m3/h3、蒸發(fā)器進(jìn)、出口空氣焓差及出口處空氣焓差值蒸發(fā)器進(jìn)、出口空氣焓差h=h1-h2=Q0/(qv)=2.85/(1.2×0.22)=10.79kJ/kg蒸發(fā)器出口處空氣焓值h2=h1-h=56-10.76 kJ/kg = 45.21kJ/kg設(shè)蒸發(fā)器出口處空氣的相對濕

28、度2=90%，則蒸發(fā)器出口處空氣的干球溫度t2g=17.05，含濕量d2=11.05/kg。將h-d圖上空氣的進(jìn)、出口狀態(tài)點(diǎn)1、2相連，并延長與飽和線相交，得t3=，h3=kJ/kg。4、選定蒸發(fā)器的機(jī)構(gòu)參數(shù)采用強(qiáng)制對流的直接蒸發(fā)式蒸發(fā)器，連續(xù)整體式鋁套片。紫銅管為10×0.5mm，翅片選用f=0.15mm的鋁套片，翅片間距Sf=1.8mm。管束按正三角形叉排排列，垂直于流動方向管間距S1=25mm,鋁片熱導(dǎo)率=203W/（m·K）。5、計(jì)算幾何參數(shù)翅片為平直套片，考慮套片后的管外徑為db=D0+2f=(10+2×0.15)mm=10.3mm以圖6-1示出的計(jì)算單

29、元為基準(zhǔn)記性計(jì)算，沿氣流流動方向的管間距為S2=S1cos30°=25×32mm=21.56mm每米管長翅片的外表面積a f=2(S1·S2-4db2) ×11000sf =225×26.15-4×(10.3)2 ×11000×1.8m2/m =0.5088 m2/m每米管長翅片間的管子表面積ab=db(Sf-f) ×11000Sf =×10.3×(1.8-0.15) ×11000×1.8 m2/m=0.0321 m2/m每米管長的總外表面積aof=af+ab=0.

30、5088+0.0321 m2/m=0.5409 m2/m每米管長的外表面積ab0=db×1=×0.0103×1 m2/m=0.0324 m2/m由以上計(jì)算可得aof/ab0=0.5409/0.0324=16.694每米管長的內(nèi)表面積ai=di×1=×0.009×1 m2/m=0.0283 m2/m肋化系數(shù)= aof/ai=0.5409/0.0283=19.11肋通系數(shù)它是指每米肋管外表面與迎風(fēng)面積之比，即a= aof/S1=0.5409/0.025=21.64凈面比它是指最窄流通斷面積與迎風(fēng)面積之比，即=(S1-db)(S f-f)/

31、（S1Sf）=（0.025-0.0103）（0.0018-0.00015）0.025×0.0018=0.5396、計(jì)算空氣側(cè)干表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（1）空氣的物性空氣的平均溫度為tf=(ta1+ta2)/2=(27+17.05)/2=22由文獻(xiàn)6附錄5大氣壓力（p=1.01325×105Pa）下干空氣的熱物理性質(zhì)查得空氣在22下的物性為：f=1.197kg/m3Cpf=1005J/(kg·K)prf=0.7026vf=15.25×10-6m/s(2)最窄截面處空氣流速取迎風(fēng)風(fēng)速f=2.5m/s,則最窄面處流速為max=f/=2.5/0.539m/s=4.6m/s

32、(3)干表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)干表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可用文獻(xiàn)3公式6-47計(jì)算4=0.0014+0.2618（maxd0/vf）-0.4(aof/ab0)-0.15=0.0014×0.2618×（4.6×0.0103）/（15.25×10-6）×16.694-0.15=0.008280=4fmax Cpf/（ prf）2/3 =0.00828×1.197×4.6×1005/0.70260.667W/(m2·K)=58.05 W/(m2·K)7、確定空氣在蒸發(fā)器內(nèi)的狀態(tài)變化過程根據(jù)給定的空氣進(jìn)出口溫度濕空氣的h-d

33、圖（圖6-2）可得，h1=56kJ/kg,h2=45.21kJ/kg,d1=11.3g/kg,d2=11.05g/kg。在圖6-2上連接空氣的進(jìn)出口狀態(tài)點(diǎn)1和點(diǎn)2，并延長與飽和空氣線（=1.0）相交于點(diǎn)，該點(diǎn)的參數(shù)是h=43.3kJ/kg, t=15.4，d=10.7g/kg。在蒸發(fā)器中空氣的平均比焓為hm=h+(h1-h2)/ (h1-h)/(h2- h) =43.3+(56-45.21)/ 56-43.345.21-43.3=48.99kJ/kg 在h-d圖上按過程線與hm=48.99kJ/kg線的交點(diǎn)讀得tm=20.5，dm=11.1g/kg。析濕系數(shù)可由下式確定=1+2.46（dm-d

34、）/(tm-t)=1+2.4611.1-10.720.5-15.4=1.198、循環(huán)空氣量的計(jì)算qm,da=Q0/(h1-h2)=2.85×360056-45.21kg/h=950.88 kg/h進(jìn)口狀態(tài)下干空氣的比體積可由下式確定v1=RaT1(1+0.0016d1)/Pb=287×(273+27)(1+0.0016×11.3)101325m3/kg=0.865 m3/kg故循環(huán)空氣的體積流量為qv,a=qm,dav1=950.88×0.865m3/h=822.51 m3/h9、空氣側(cè)當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)j=0(faf+ab)/(af

35、+ab)對于三角形叉排排列的平直套片管束，翅片效率可由文獻(xiàn)3公式6-25計(jì)算，叉排是翅片可視為六角形，而且此時翅片的長邊距離和短邊距離之比AB=1。且m=B/db=25/10.3=2.4,故=1.27mAB-0.3=1.27×2510.31-0.3=2.579肋片折合高度為h=db2(-1)(1+0.35) =10.32×(2.579-1)(1+0.352.579)mm=10.828mmm=20ff=2×58.05×1.09237×0.15×10-3m-1=62.34m-1故在凝露工況下的翅片效率為f=th(mh')mh

36、9;=th(58.28×10.828×10-3)58.28×10.828×10-3=0.8714當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為j=1.09×58.05×(0.8854×0.5088+0.03210.5088+0.0321)W/(m2·K)=60.72 W/(m2·K)10、管內(nèi)R410A蒸發(fā)時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算查文獻(xiàn)5附表8，得R410A在t0=7.2時的物性為：飽和液體比定壓熱容Cpl=1.5604kJ/kg·K飽和液體焓hl=212.29kJ/kg飽和蒸汽焓hg=424.51J/kg飽和液體密度l=11

37、40 kg/m3飽和蒸汽密度g=38kg/m3汽化熱=210.04kJ/kg飽和壓力Ps=1.001×103kPa液體黏度l=155.51×10-6Pa·s液體熱導(dǎo)率l=0.099W/(m·K)液體普朗特?cái)?shù)Prl=2.19R410A在管內(nèi)蒸發(fā)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可由文獻(xiàn)1P115公式4-5計(jì)算i=lC1(C0)C2(25Fr1)C5+C3(b0)C4Ffll=0.023g1-xDl0.8Prl0.4lDiC0=(1-xx)0.8(gl)0.5B0=qgrFr1=g29.8l2Di式中，i管內(nèi)沸騰的兩相表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，單位為W/（m2·K）l液相單獨(dú)流過

38、管內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，單位為W/（m2·K）C0對流特征數(shù)B0沸騰特征數(shù)Frl液相弗勞德數(shù)g質(zhì)量流率，單位為kg/(m2·K)x干度Di管內(nèi)徑，單位為mml液相動力黏度，單位為Pa·sl液相熱導(dǎo)率，單位為W/（m·K）Prl液相普朗特?cái)?shù)g氣相密度，單位為kg/m3l液相密度，單位為kg/m3q熱流密度，單位為W/m2r汽化潛熱，單位為J/kgFfl取決于制冷劑性質(zhì)的無量綱系數(shù)，按文獻(xiàn)1表4-2，各種制冷劑Ffl的取值，所以取Ffl=2.2上式中C1、C2、C3、C4和C5為常數(shù)，它們的值取決于C0的大小當(dāng)C00.65 C1=1.1360 C2=-0.9 C

39、3=667.2 C4=0.7 C5=0.3當(dāng)C00.65 C1=0.6683 C2=-0.2 C3=1058.0 C4=0.7 C5=0.3以下開始代數(shù)計(jì)算：首先計(jì)算R410A進(jìn)入蒸發(fā)器是的干度x1，可由文獻(xiàn)7P84 3-53計(jì)算hs=hgx1+(1-x1)h1R410A在蒸發(fā)器入口處的hs=284kJ/kg,t0=7.2，則x1=（hs-hl）/(hg-hl) =(284-212.29)/(424.51-212.290) =0.338又知出口干度x2=1.0，則R410A的總質(zhì)量流量為qm=Q0×3600(x2-x1)=2.85×3600210.04×(1-0.

40、338)=73.78kg/h作為迭代計(jì)算得初值，取qi=12000W/m2。R410A在管內(nèi)的質(zhì)量流速g=125kg/(m2·s),則總流通截面積為A=qmg×3600=73.78125×3600=1.639×10-4m2每根管子的有效流通截面Ai=di24=×0.0092/4m2=6.35×10-5m2蒸發(fā)器的分路數(shù)Z=AAi=1.639×10-46.35×10-5=2.58去Z=3，則每一分路中R410A的質(zhì)量流量為qm,d=qm/Z=73.78/3kg/h=24.59kg/h每一分路中R410A在管內(nèi)的實(shí)際質(zhì)

41、量流速gi=qm,d3600×Ai=24.593600×6.35×10-5kg/(m2·s)=111.5 kg/(m2·s)于是，B0=qigi=12111.5×210.04kg/(m2·s)=5.124×10-4C0=(1-xx)0.8×(gl)0.5=(1-x1+x22x1+x22)0.8×(gl)0.5 =(1-0.6690.669)0.8×(381140)0.5 =0.1040.65所以 C1=1.1360 C2=-0.9 C3=667.2 C4=0.7 C5=0.3Frl=g

42、i2l2gdi=111.5211402×9.81×0.009=0.108349Rel=gi(1-x)dil=111.5×(1-0.669)×0.009155.51×10-6=2135.9l=0.023(Rel)0.8(Prl)0.4ldi =0.023×(2135.9)0.8×(2.19)0.4×0.0990.009=159.57i=159.57×1.1360×(0.104)-0.9×(25×0.108349)0.3+667.2×(5.124×10-4)0

43、.7×2.2 W/(m2·K) =3039.34W/(m2·K)11、傳熱溫差的初步計(jì)算m=ta1-ta2ta1-t0ta2-t0=27-17.0527-7.217.05-7.2=14.2512、傳熱系數(shù)的計(jì)算K0=1i+rf+1j式中，rf考慮外表面積積灰等所形成的附加熱阻，對于空調(diào)用蒸發(fā)器，可取rf=0.0003-0.0001m2·K/W,所以取rf=0.0002 m2·K/W,故K0=119.113039.34+0.0002+153.86W/(m2·K)=43.56 W/(m2·K)13、核算設(shè)定的qi值q0=K0m=

44、43.56×14.25W/m2=620.73 W/m2qi=q0=19.11×620.73=11862 W/m2偏差qi-qi'qi×100%=12000-1186212000×100%=1.15%計(jì)算表明，設(shè)定的qi初值12000W/m2與核算的11788W/m2較接近，偏差小于2.5%，故設(shè)定有效。14、蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)尺寸的確定蒸發(fā)器所需的表面?zhèn)鳠崦娣eAi=Q0qi=285012000m2=0.2375 m2Ao=Q0qo=2850620.73m2=4.6m2蒸發(fā)器所需傳熱管總長lt=A0'f=4.60.5409=8.5m迎風(fēng)面積Af=

45、qv,af=822.512.5×3600m2=0.1m2取蒸發(fā)器長（即每根肋管的有效長度）L=550mm，蒸發(fā)器高H=230mm。已選定垂直于氣流方向的管間距為S1=25mm,故垂直于氣流方向的每排管子數(shù)為N=HS1=23025=9.2 取為9則最終所設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器的高為H=9×25+12.5=237.5mm實(shí)際迎風(fēng)面積Af=0.55×0.2375=0.13m2深度方向（沿氣流流動方向）為2排，共布置18根傳熱管，傳熱管的實(shí)際總長度為lt=0.55×18=9.9m蒸發(fā)器寬（即沿氣流方向的平板長）B=2S2=2×21.65=43.3m(七)節(jié)流裝置

46、的選擇計(jì)算毛細(xì)管是最簡單的節(jié)流裝置，它無運(yùn)動部件，不易發(fā)生故障，運(yùn)行可靠。適合于蒸發(fā)溫度變化范圍很小、負(fù)荷比較穩(wěn)定的制冷設(shè)備，如家用冰箱、房間空調(diào)器、除濕機(jī)等小型全封閉式制冷裝置。因此，本設(shè)計(jì)選用毛細(xì)管作為節(jié)流裝置。1、毛細(xì)管的選擇計(jì)算為制冷設(shè)備選配節(jié)流用毛細(xì)管時，一定要使毛細(xì)管的長度、內(nèi)徑與制冷裝置的工況條件相匹配。目前選配毛細(xì)管的方法，一般用計(jì)算法或圖解法初步估算毛細(xì)管的內(nèi)徑和長度，然后用實(shí)驗(yàn)方法確定毛細(xì)管最佳尺寸。在本設(shè)計(jì)中由于條件有限，不能夠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所以只能選用圖解法進(jìn)行初步估算初步估算毛細(xì)管的內(nèi)徑和長度實(shí)際應(yīng)用中，選擇毛細(xì)管時，首先計(jì)算毛細(xì)管的相對流系數(shù)，表示每根毛細(xì)管的實(shí)際流量q

47、m與標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管流量qma之比值，即=qm/qma。式中，毛細(xì)管的相對流系數(shù)qm每根毛細(xì)管的實(shí)際流量qma標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管流量qm的數(shù)值由熱力計(jì)算中求得的制冷劑循環(huán)量除以蒸發(fā)器的分路數(shù)而獲得，由前面的計(jì)算可知，制冷劑循環(huán)量qm=17.4×10-3kg/s=62.64kg/h蒸發(fā)器分路數(shù)Z=3則，每根毛細(xì)管的實(shí)際流量qm=62.643kg/h=20.88kg/hqma的數(shù)值由標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管圖可查得。在本設(shè)計(jì)中，pl=0.625MPa=6.25×105Pa，to=5，查文獻(xiàn)3P244圖6-42，得qma=17kg/h所以，=20.8817=1.2在=1.2做一水平線，在圖中找到A、B、C、

48、D、E、F、G、H、I，9個點(diǎn)，這9個點(diǎn)分別表示在供液能力相同的情況下的9組毛細(xì)管尺寸，列表4如下表4 毛細(xì)管尺寸表點(diǎn)號di(mm)L(mm)(mm)A1.50.5333B1.60.8500C1.71.2706D1.81.7944E1.92.21158F2.031500G2.24.82182H2.47.43083I2.6103846經(jīng)過比較，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)取值，選取D組的毛細(xì)管尺寸，di=1.8mm，L=1.7mm。實(shí)際調(diào)試后，在綜合原材料規(guī)格及運(yùn)行效果調(diào)整并確定毛細(xì)管尺寸。（八）四通換向閥的選擇本設(shè)計(jì)為熱泵型分體掛壁式空調(diào)，必須裝有四通換向閥以實(shí)現(xiàn)夏季制冷和冬季制熱的轉(zhuǎn)換。1、四通換向閥的容量和選

49、用我們選用時要選用推薦最大容量略大于本設(shè)計(jì)制冷量、制熱量的產(chǎn)品。根據(jù)以上選用原則，查文獻(xiàn)8P162表7-8四通換向閥型號規(guī)格，選擇型號為DFH5的四通換向閥，名義容量4500W，進(jìn)氣接管外徑尺寸8mm，排氣管外徑尺寸10mm。（九）風(fēng)機(jī)及配用電機(jī)的選擇1、概述在房間空調(diào)器中，為了強(qiáng)化管外空氣側(cè)的換熱，增加氣側(cè)換熱系數(shù)，對冷凝器和蒸發(fā)器均采用強(qiáng)迫對流，見表5。表5 風(fēng)機(jī)列表風(fēng)機(jī)類型特點(diǎn)軸流式風(fēng)機(jī)效率較高，風(fēng)量大，噪聲大，風(fēng)壓較低，適用于配用空冷式冷凝器貫流式風(fēng)機(jī)它的轉(zhuǎn)子較長，出風(fēng)均勻，風(fēng)壓低，噪聲小，使用于分體式空調(diào)機(jī)組中的室內(nèi)機(jī)組本設(shè)計(jì)的任務(wù)就是給室內(nèi)、室外機(jī)組選擇合適的風(fēng)機(jī)及配用電機(jī)。室外風(fēng)

50、機(jī)（選擇軸流式）由于冷凝器的迎風(fēng)面寬度為L=500mm，高度H=262.5mm，所以平行安裝一臺風(fēng)機(jī)比較適宜。查文獻(xiàn)1P315表7-37 FZL型系列軸流式通風(fēng)機(jī)性能表選用350FZL-02型軸流式通風(fēng)機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)，見表6。表6 軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)表型號電動機(jī)風(fēng)機(jī)電壓V相數(shù)頻率Hz功率W轉(zhuǎn)速r/min風(fēng)量m3/min風(fēng)壓Pa聲功率級dB質(zhì)量kg350FZL-02220150100140030100582.7室內(nèi)風(fēng)機(jī)（選擇貫流式）由于蒸發(fā)器長L=550mm,寬B=43.3mm，所以串聯(lián)連接兩臺貫流式風(fēng)機(jī)為宜，中間以電動機(jī)相連查文獻(xiàn)1P316，選取GL40×260型貫流式通風(fēng)機(jī)兩臺，葉輪名

51、義直徑40mm，葉輪長度260mm。電機(jī)輸入功率15W（十）制冷劑充灌量的計(jì)算采用毛細(xì)管后制冷系統(tǒng)的制冷劑充灌量一定要準(zhǔn)確，因?yàn)槊?xì)管的阻力值與充灌量有密切關(guān)系。對于小型空調(diào)器而言，由于沒有貯液器，故系統(tǒng)內(nèi)制制冷劑的充注量對制冷劑的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行起著重要作用。充注量過少，蒸發(fā)器只有部分管壁得到濕潤，蒸發(fā)器面積不能得到充分利用，蒸發(fā)量下降，吸氣壓力降低，蒸發(fā)器出口制冷劑過熱度增加，這不僅使循環(huán)的制冷量下降，而且還會使壓縮機(jī)的排氣溫度升高，傳熱溫差減小，嚴(yán)重時甚至?xí)a(chǎn)生壓縮機(jī)的液擊現(xiàn)象，而且會使冷凝器內(nèi)冷凝后的制冷劑液體不能及時排出，使冷凝器的有效傳熱面積減少，導(dǎo)致冷凝壓力升高，壓縮機(jī)耗功增加。由此可知，在一定工況下，系統(tǒng)內(nèi)存在