BCD-550WT间冷式家用冰箱制冷系统设计(共24页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上题 目：直冷式冰箱课程设计 学生姓名： 王登超 学 号： 学 院： 海运与港航建筑工程学院 班 级： A12建环 指导教师： 韩志 目录 1 电冰箱的总体布置设计条件：使用环境条件：冰箱周围环境温度=32，相对湿度=755%。箱内温度：冷冻室不高于-18，冷藏室平均温度=5。箱内有效容积：总容积为550L，其中冷冻室为185L，冷藏室为365L。箱体结构：外形尺寸为736mm×890mm×1770mm（宽×深×高）。绝热层用聚氨酯发泡，其厚度根据理论计算和冰箱厂的实践经验选取，其值如表1所示，箱体结构图如图1所示。表1 电冰箱各面的绝热层厚度 （mm）箱面顶面左侧面右侧面背面门体底面冷冻室526265726252冷藏室426542526242图1 箱体结构图2 电冰箱的热负荷计算2.1冷冻室热负荷1）冷冻室箱体漏热量 因为通过箱体结构形成热桥的漏热量不用计算，所以冷冻室箱体漏热量只包括箱体隔热层漏热量和通过箱门与门封条漏热量两部分。冷藏室箱体漏热量的计算也如此。箱体隔热层漏热量 箱体隔热层漏热量按式计算，式中 计算时箱外空气对箱体外表面传热系数取11.3W/()，箱内壁表面对空气的表面传热系数取1.16W/（），隔热层材料的热导率取0.03W/（）。各传热面的传热量计算见表2。表2 冷冻室箱体各表面传热量箱面计算值顶面左侧面右侧面背面门体底面面积0.2111.4981.4980.4290.4290.211传热系数0.5350.4540.4340.3940.4540.535传热温差/505023605050传热量Q/W5.64434.00514.95310.1429.7385.644箱体隔热层漏热量为以上各箱体传热量的总和。通过箱门与门封条漏热量冷冻室箱体漏热量为2)冷冻室开门漏热量 电冰箱冷冻室内容积取0.185，开门次数为每小时两次，空气的比体积取0.9，进入箱内空气达到规定温度时的降温降湿比焓差值如下式：冷冻室开门漏热量为3）贮物热量 水的初始温度取25，实冰的温度取-2，水的质量。则式中 c、r、-水的比热容、水的溶化热、冰的比热容。因其它热量不计，则冷冻室热负荷为2.2冷藏室热负荷1）冷藏室箱体漏热量箱体隔热层漏热量 冷藏室箱体隔热层漏热量的计算以及时所有参数取值与冷冻室热负荷计算时相同。各传热表面的传热量计算见表3。表3 冷藏室箱体各表面的传热量箱面计算值顶面左侧面右侧面背面门体底面面积0.3671.4981.4980.7430.7430.367传热系数0.4250.4340.4250.5350.4540.415传热温差/27-2327272727传热量Q/W4.211-14.95317.19014.7089.1084.211箱体隔热层漏热量为通过箱门与门封条漏热量冷藏室箱体漏热量为2）冷藏室开门漏热量 电冰箱冷藏室内容积取0.365，开门次数为每小时三次，空气的比体积为0.9，进入箱内空气达到规定温度时的降温降湿比焓差值为冷藏室开门漏热量为3）贮物热量 水的质量，其余参数与冷冻室计算相同。冷藏室热负荷为电冰箱的总热负荷为2.3箱体外表面凝露校核 箱体外表面凝露校核也分冷冻室和冷藏室进行。（1）冷冻室 冷冻室绝热层厚度最薄处在顶面与底面，计算时取箱外空气对箱体表面的表面传热系数为11.63，传热系数K值为0.535，环境温度为32，箱内空气温度为-18，则外表面温度 在环境温度32，相对湿度75%下查空气的h-d图，其露点温度为28.2，由此可见，冷冻室绝热层厚度最薄处的顶表面温度大于露点温度，故不会凝露。（2）冷藏室冷藏室顶面底面和右侧面的绝热层厚度最薄，因此只要对它们进行露点校核即可。计算时取传热系数K为0.425，环境温度为32，箱内空气温度为5，其余参数与冷冻室校核计算相同，则外表面温度可见，冷藏室表面同样不会凝露。根据以上计算可知，本设计中冰箱采用上述绝热层厚度在外表面不会出现凝露现象。3制冷循环热力计算3.1 制冷系统的压焓图计算时采用图2所示的压焓图，图中将制冷剂在毛细管内的节流和进一步过冷过程分别用-4和3-表示。作图时，假定工质的过冷过程已经在工质进入毛细管前完成（此假定对以后的计算并无影响）。图2 电冰箱制冷系统压焓图3.2制冷系统的额定工况表4 制冷系统的额定工况工况参数冷凝温度蒸发温度回气温度过冷温度设计例值52-2332（80）17参数来源环境温度加上冷凝传热温差冷冻室温度减去传热温差蒸气进入压缩机壳体前状态，括号值为实际吸入气缸前的过热蒸气环境温度减去过冷度3.3热物性参数列表根据设计冰箱确定的工况和选用的制冷剂，运用压焓图或热力性质表或计算公式求取有关压力、各点比焓值和过热蒸气比体积，将各参数列于表5中。表5 热物性参数列表（工质R134a）参数列表符号单位参数来源设计值冷凝压力1.3851蒸发压力0.1168出蒸发器时饱和蒸气比焓383.45进压缩机前过热蒸气比焓430.16进压缩机前过热蒸气比体积0.208进气缸前过热蒸气比焓473.45进气缸前过热蒸气比体积0.243排出过热蒸气温度116.705冷凝温度下饱和蒸气比焓423.224排出过热蒸气比焓值579.998制冷剂过冷至32时比焓244.72毛细管节流前液体比焓（17）223.38蒸发器入口制冷剂比焓223.38定熵压缩蒸气比焓值（32）494.94定熵压缩蒸气比焓值（80）549.283.4.循环各性能指标计算（1）单位制冷量（2）单位体积制冷量（3）单位等熵压缩功（4）制冷系数（5）单位冷凝热量（6）制冷剂循环量式中Q-电冰箱的总热负荷值。（7）冷凝器热负荷（8）压缩机实际吸入过热蒸气量4 冷凝器设计计算冷凝器的总热负荷。冷凝温度，压缩机机壳出口制冷剂蒸气温度可假设为80，箱体底部化霜水盘中不设预冷盘管，设置门框防露管，制冷剂出防露管温度为32，空气温度为32。（1）有关温度参数及实际冷凝热负荷确定 各有关温度参数取值见表6。表6 温度参数项目参数值/项目参数值/冷凝温度52进出口空气温差8进口空气干球温度32出口空气干球温度40对数平均温差冷凝器热负荷,现取防露管中放出热量占总热负荷的40%，则实际冷凝热负荷。（2）翅片管簇结构参数选择及计算 冷凝器采用强制通风空冷式冷凝器，选择的紫铜管为传热管，选用的翅片是厚度的波纹型整张铝制套片。取翅片节距，迎风面上管中心距，管簇排列采用正三角形叉排。每米管长各有关传热面积分别为取当地大气压力为101.32，由空气热物理性质表，在空气平均温度条件下，、，在进风温度条件下，。冷凝器所需空气体积流量选取迎面风速，则迎风面积取冷凝器迎风面宽度即有效单管长，则冷凝器的迎风面高度迎风面上管排数取整数排，则迎风面上管排数。（3）进行传热计算，确定所需传热面积，翅片管总长L及空气流通方向上的管排数n，采用整张波纹翅片及密翅距的叉排管簇的空气侧传热系数由式（3-10）（小型制冷装置设计指导，P90）乘以1.1再乘以1.2计算预计冷凝器在空气流通方向上的管排数n=4，则翅片宽度微元最窄截面的当量直径最窄截面风速因为 查表3-18和表3-19（小型制冷装置设计指导，P90），用插值法求得、，、，则空气侧表面传热系数制冷剂R134a在水平管内凝结的表面传热系数由式（3-18）（小型制冷装置设计指导，P93）计算其中， 查冷凝温度下制冷剂液体的动力粘度，则查冷凝温度下液体和蒸气的比体积、。则于是由于，故、。查冷凝温度下，、，则翅片当量高度由式（3-15）（小型制冷装置设计指导，P91）计算式中，等边三角形叉排。取铝片热导率，由式（3-14）（小型制冷装置设计指导，P91）计算翅片参数m，即由式（3-13）（小型制冷装置设计指导，P91）计算翅片效率表面效率由式（3-12）（小型制冷装置设计指导，P91）计算忽略各有关污垢热阻及接触热阻的影响，则，将计算所得有关各值带人式（3-20）（小型制冷装置设计指导，P93）即解上式得。取管壁与翅片间接触热阻、空气侧尘埃垢层热阻、紫铜管热导率，由式（3-21）（小型制冷装置设计指导，P94）计算冷凝器的总传热系数其中，则 冷凝器所需传热面积所需有效翅片管总长空气流通方向上的管排数取整数排，与计算空气侧表面传热系数时预计的空气流通方向上的管排数相符。冷凝器实际有效管长实际传热面积较传热计算所需传热面积大22.1%，能满足冷凝负荷的传热要求。实际迎风面积实际迎面风速与所取迎面风速相近。（4）风机的选择计算 动压 静压 风机采用电动机直接传动，则传动效率；取风机全压效率，则电动机输入功率风机风量为145.7，输入功率为1.51W，风压为22.4Pa。选取风机。5 蒸发器设计计算（1）选定蒸发器的结构参数 传热管选用的纯铜管，肋片选用缝隙式铝片，肋片节距。条缝高度，条缝宽度。管簇为正三角形排列，管间距；沿气流方向的管排数N=2排，则沿气流方向肋片长度。取迎面风速。（2）肋片管各部分传热面积的计算管外肋片面积肋间管外表面积管外总表面积管内表面积肋化系数当量直径最窄流通面积与迎风面积之比（3）计算空气侧干表面传热系数1）空气的物性空气的平均温度为空气在-18下的物性为2）最窄截面处空气流速3）干表面传热系数雷诺数为管外空气表面传热系数的计算按附录D-1（制冷原理与装置，P336）的计算公式。由于，则其中于是 （3）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，。在图3上连接空气进出口状态点1和点2，并延长与饱和空气线（）相交于w点，该点的参数是，。在蒸发器中空气的平均比焓为在h-d图上按过程线与线的交点读得，。析湿系数图3 湿空气的状态变化（5）循环空气量的计算进口状态下干空气的比体积故循环空气的体积流量为（6）空气侧当量表面传热系数的计算肋片效率为其中 其中 （又）式中，A、B分别为长对边距离和短对边距离。所以 故 空气侧当量表面传热系数（7）管内R134a蒸发时表面传热系数的计算R134a在时的物性为：饱和液体比定压热容 饱和蒸气比定压热容 饱和液体密度 饱和蒸气密度 气化热 饱和压力 表面张力 液体粘度 蒸气粘度 液体热导率 蒸气热导率 液体普朗特常数 平均干度 制冷剂R134a质量流量每根管的有效流通截面积蒸发器的分路数取，则每一分路中R134a在管内的实际质量流速每一分路中制冷剂的质量流量为总流通截面积R134a在管内蒸发的表面传热系数可由式（4-5）（小型制冷装置设计指导，P115）计算。设热流密度为，于是（8）传热温差的初步计算暂先不计R134a的阻力对蒸发温度的影响，则有（9）传热系数的计算取管内传热污垢热阻、管外污垢热阻、接触热阻以及导热热阻之和为，则以管外面积为基准的传热系数（10）核算假设的值管内热流密度计算表明，假设的初值3000与核算值3007.8较接近，偏差小于2.5%，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单管有效长度，蒸发器的高度为由此可得蒸发器的列数为有效管长实际总管长裕度满足换热条件。6压缩机热力计算及选型（1）设计工况下的输气系数设计工况参数如表4所示。其输气系数等于容积系数、压力系数、温度系数和泄漏系数的乘积。1）容积系数其中相对余隙容积c取0.025，膨胀系数m取1，冷凝压力取1385.1KPa，蒸发压力取116.8KPa，排气压力损失为0.1，则容积系数2）压力系数其中进气阀的压力损失，其余取值同容积系数，则压力系数3）温度系数系数取1.15，b取0.25，回气热力学温度取353K，冷凝热力学温度取325K，蒸发温度取-23，压缩机吸入前过热度4）泄漏系数 泄漏系数取0.99。输气系数为（2）理论输气量实际输气量，则（3）压缩机的制冷量（4）压缩机的功率1）理论绝热功率2）指示功率式中 指示效率，可以用下面公式计算：式中为采用摄氏温度为单位的蒸发温度，系数b凭经验选取。则指示功率3)摩擦功率其中为平均摩擦压力，取0.65MPa，为2.99，则摩擦功率4）压缩机的轴功率5）电功率和电机效率电功率 取电机效率，则选取压缩机7毛细管的计算及选型毛细管的长度用式（6-14）（小型制冷装置设计指导，P245）计算。制冷剂R134a的压力差，查制冷剂在饱和状态下的热力性质表，发现温度对液体比体积的影响不大，本设计所取温度为冷凝温度和蒸发温度的平均值，即，查得液体比体积，蒸气比体积，凭经验取干度x=0.1，则平均比体积其密度 14.5下液体粘度，气体粘度，则平均粘度。已知制冷工质循环量，选用内径1mm的毛细管，则制冷剂的流速雷诺数值为则毛细管长度8参考文献1 小型制冷装置设计指导；2 制冷原理与装置；3 制冷空调新工质：热物理性质的计算方法与实用图表。4 丁国良，张春路，赵力制冷空调新工质M第一版.上海：上海交通大学出版社，20035 金星鑫，卜玉坤，鲁晖，李丽华大学专业英语M第一版.北京：外语教学与研究出版社，20016 Gosney,W.B.Principles of Refrigeration.1st ed.Cambridge:Cambridge University Press, 1982.7 ASHRAE Handbook Committee.ASHRAE Handbook 1981 Fundmentals.Atlanta:ASHRAE INC,1981.8 Swers,R.Patel,Y.P.and Stewart,R.B.Proc.of ASHRAE Semiannual Meeting.New Orleans.19729 Rescorla,C.L.and Miller,D.K.Plant Engineering Handbook.2nd ed.New York:McGraw-Hill Book Co.INC,1959.10 吴业正，韩宝琦制冷原理及设备M第一版.西安：西安交通大学出版社，1987.专心-专注-专业