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1、 摘要 R22（CHF2Cl，二氟一氯甲烷）是目前應(yīng)用十分普遍的一種制冷劑，其ODP 為0.034，GWP為1700，由于它含有氯原子，對(duì)臭氧層有破壞作用，即將被禁用。從對(duì)環(huán)境的長(zhǎng)期影響來(lái)看, 自然工質(zhì)比合成工質(zhì)具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，比如R1270（俗稱(chēng)丙烯）。 丙烯優(yōu)點(diǎn)是易于獲得，價(jià)格低廉，凝固點(diǎn)低，對(duì)金屬不腐蝕。丙烯可燃, 消耗臭氧潛能值為零, 環(huán)保性能好，對(duì)人體的毒性也近于零毒性，飽和蒸汽壓接近R22。丙烯的單位容積制冷量和COP與R22接近, 壓縮比和排氣溫度也低于R22，這有利于提高壓縮機(jī)的運(yùn)行壽命。 隨著科學(xué)不斷地發(fā)展，新型制冷劑將逐步取代R22等對(duì)環(huán)境有破壞的制冷劑。本文

2、的內(nèi)容是設(shè)計(jì)出以R1270為工質(zhì)的分體式家用空調(diào)器，制冷量為3500W。首先選以R22作工質(zhì)的壓縮機(jī)型號(hào)，我選擇的的型號(hào)是SL211CV,然后進(jìn)行熱力計(jì)算，算得制冷量為3747W，冷凝熱負(fù)荷為4707W。冷凝器的迎風(fēng)面積為0.3957m2，蒸發(fā)器的迎風(fēng)面積為0.4997m2。節(jié)流裝置選用直徑2mm，長(zhǎng)1.46m的毛細(xì)管，最后用SolidWorks繪制室外機(jī)三維圖。 關(guān)鍵詞：R22 ，R1270，替代工質(zhì)，空調(diào)，設(shè)計(jì) III ABSTRACT R22 (CHF2C)is a very common application of refrigerant, the ODP is

3、 0.034, GWP is 1700, because it contains chlorine atoms, has damaging effects on the ozone layer, is about to be disabled. From long-term impact on the environment, the synthesis of natural refrigerant than refrigerant has unparalleled advantages, such as R1270 (commonly known as propylene). P

4、ropylene advantage of easy access, low cost, low freezing point, non-corrosive metal. Propylene flammable, zero ozonedepleting potential, good environmental performance, the toxicity of the human body may be close to zero toxicity, saturation vapor pressure close to R22. Propylene refregeration unit

5、 volume and the R22 and COP close to the compression ratio and exhaust temperature is also lower than the R22, which is conducive to enhance the operational life of the compressor. With the continuous development of science, the new refrigerant R22 will be gradually replaced by damage to the e

6、nvironment, such as refrigerants. This article is designed for the working fluid in the R1270 home split air conditioners, refrigeration capacity of 3500W. First elected to conduct a qualitative R22 compressor models, I chose to model is the SL211CV, and then proceed to the heat, the cooling capacit

7、y can be said for the 3747W, condensing heat load of 4707W. Condenser area of the wind 0.3957m2, evaporator area of the wind 0.4997m2. Selection of cutting device diameter 2mm, length of capillary 1.46m, and finally with SolidWorks of three-dimensional graph drawing outdoor unit. Key words：R22

8、，R1270，substitute，air conditioning，project 常用符號(hào)表 A 面積，m2 L 長(zhǎng)度，m r 熱阻，半徑，氣化潛熱，℃/W，m，J/kg d 直徑，含濕量，m，g/kg α 換熱系數(shù)，W/(m2K) T 溫度，℃ ρ 密度，kg/m3 u 流速，m/s μ 動(dòng)力粘度，kg/(ms) Cp 比熱容，kJ/(kg℃） λ 導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2℃) Q 熱量，J υ 運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s V 風(fēng)量，m3/s η 效率 q 單位制冷量，kJ/kg β 板片螺

9、旋角,肋化系數(shù) Re 雷洛數(shù) δ 厚度，mm Nu 努塞爾數(shù) σ 表面張力，N/m v 風(fēng)速，m/s ε 壓縮比 h 焓值，kJ/kg V 比容，m3/kg t 溫度，℃ P 壓力，Pa G 質(zhì)量流量，kg/s i 比焓值，kJ/kg w 迎面風(fēng)速，m/s ξ 析濕系數(shù) ψ 阻力增強(qiáng)系數(shù) deq 當(dāng)量直徑，m 目錄 摘要 I ABSTRACT II 常用符號(hào)表 III 一、緒論 1 1. 課題研究背景及意義 1 （1）氟利昂對(duì)環(huán)境的影響 1 （2）R22的應(yīng)用現(xiàn)狀 2

10、 2.R22替代物的相關(guān)研究 3 （1）R22替代工質(zhì)的研究 3 （2）R22替代工質(zhì)的循環(huán)特性分析 5 二、空調(diào)器設(shè)計(jì) 10 1.空調(diào)器壓縮機(jī)選擇及熱力計(jì)算 10 （1）壓縮機(jī) 10 （2）壓縮機(jī)選型 10 （3）壓縮機(jī)校核及熱力計(jì)算[18] 11 2.冷凝器設(shè)計(jì) 13 （1）冷凝器結(jié)構(gòu) 13 （2）選擇冷凝器 14 （3）冷凝器設(shè)計(jì) 17 3.蒸發(fā)器設(shè)計(jì) 22 （1）蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu) 22 （2）冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的干式蒸發(fā)器的計(jì)算 24 4.節(jié)流機(jī)構(gòu)的選擇 31 （1）制冷劑液體膨脹過(guò)程分析 31 （2）節(jié)流機(jī)構(gòu)的選擇及計(jì)算過(guò)程 32 三、總結(jié)和展望 35

11、 1.總結(jié) 35 2.展望 36 致謝 37 附錄 38 參考文獻(xiàn) 39 一、緒論 1. 課題研究背景及意義 （1）氟利昂對(duì)環(huán)境的影響 1974年，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的莫利納（M.J.Molina）與羅蘭（F.S.Rowland） 教授發(fā)表了關(guān)于臭氧耗損與氯氟烴類(lèi)物質(zhì)(Chlorofluorocarbon，簡(jiǎn)稱(chēng)CFCs)的研究結(jié)果：CFCs類(lèi)物質(zhì)擴(kuò)散至同溫層后，在短波紫外線(xiàn)UV-A的照射下分解形成高活性的氯自由基，通過(guò)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，催化分解臭氧分子，從而破壞臭氧層。1985年，英國(guó)科學(xué)家法爾曼（J.C.Farman）等人總結(jié)他們?cè)谀蠘O哈雷灣觀測(cè)站（Halley Bay）

12、的觀測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了南極上空的臭氧空洞，證實(shí)了這一理論的正確性。1985年臭氧空洞的最大面積約為1400萬(wàn)平方公里。到2006年10月，臭氧空洞最大面積已經(jīng)發(fā)展到2745萬(wàn)平方公里。值得慶幸的是，觀測(cè)數(shù)據(jù)和模式計(jì)算表明，全球平均臭氧層耗損量目前已經(jīng)趨于穩(wěn)定。 CFCs與HCFCs（氫氟氯烴，hydrochlorofluorocarbon）物質(zhì)除了耗損臭氧外，還是一種“溫室氣體”。盡管其排放量遠(yuǎn)不及CO2，但由于CFCs和HCFCs的大氣壽命長(zhǎng)，所以它對(duì)全球氣候變暖的貢獻(xiàn)仍然可觀。1990年左右，CFCs、HCFCs 和HFCs（氫氟烴，hydrofluorocarbon）的CO2當(dāng)量排放總量

13、出現(xiàn)峰值7.50.4Gta CO2當(dāng)量/年，到2000年左右，下降為2.50.2GtaCO2當(dāng)量/年，相當(dāng)于同期全球化石燃料燃燒所產(chǎn)生排放的10%。 CFCs在1987年制定的《蒙特利爾協(xié)議書(shū)》中被限制使用，到目前為止，R11、 R12等具有較高臭氧破壞潛能值ODP（Ozone Depletion Potential）的CFCs類(lèi)物質(zhì)已被基本禁用。由于R22、R401A等HCFCs類(lèi)物質(zhì)中也含有氯原子，仍然會(huì)對(duì)臭氧層有一定的破壞作用，故在1993年制定的《哥本哈根修正案》中也被限制使用。對(duì)于R134a、R407C，R410A等不含有氯原子的HFCs類(lèi)物質(zhì)，由于具有較高的全球變暖潛能值GW

14、P（Global Warming Potential），1997年制定的《京都議定書(shū)》將HFCs列為6種溫室氣體之一。[1] （2）R22的應(yīng)用現(xiàn)狀 R22（CHF2Cl，二氟一氯甲烷）是目前應(yīng)用十分普遍的一種制冷劑，其ODP 為0.034（取R11的ODP為1，后同），GWP為1700（取CO2的GWP為1，100 年，后同）。不同的國(guó)家對(duì)R22的禁用時(shí)間有很大的差別，表1-1中列出了一些國(guó)家對(duì)R22的禁用日程。 我國(guó)政府于2003年4月正式簽署《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)（哥本哈根修正案）》，也就是說(shuō)我國(guó)已正式承諾將遵守逐步禁用HCFCs（包括R22）的國(guó)際義務(wù)。該修

15、正案規(guī)定，對(duì)于發(fā)展中國(guó)家，于2040年完全淘汰HCFCs。 表1-1示出了我國(guó)每年HCFCs的生產(chǎn)和消費(fèi)情況，從圖中可以看出，1998年之后，我國(guó)HCFCs的生產(chǎn)和消費(fèi)呈每年遞增。2005年我國(guó)HCFCs的生產(chǎn)和消費(fèi)分別為32.8萬(wàn)t和22.1萬(wàn)t，其中R22的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到26萬(wàn)t，由此表明R22在我國(guó)制冷空調(diào)領(lǐng)域中的應(yīng)用占有相當(dāng)大的份額。面對(duì)國(guó)際上積極從事R22替代研究以及加速淘汰R22的大趨勢(shì)，我國(guó)作為空調(diào)器生產(chǎn)大國(guó)，在空調(diào)器出口銷(xiāo)售快速增長(zhǎng)的形勢(shì)下，如果強(qiáng)調(diào)我國(guó)尚有30多年時(shí)間才能最終淘汰R22的話(huà)，必然會(huì)在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中失去很多機(jī)會(huì)。[2] 表1-1 一些國(guó)家對(duì)R22的禁用日程

16、 國(guó)家 禁用日程（年） 禁用范圍 歐盟 2015 全面 瑞典 1998 新設(shè)備中禁用所有HCFCs 德國(guó) 2000 新設(shè)備中禁用R22 奧地利 2002 新設(shè)備中禁用所有HCFCs 瑞士 2005 新設(shè)備中禁用所有HCFCs 意大利 2008 新設(shè)備中禁用所有HCFCs 新西蘭 2015 新設(shè)備中禁用所有HCFCs 日本 2010 新設(shè)備中禁用R22 綜上所述，雖然R22有很多優(yōu)良的特性，但是終究會(huì)被淘汰。因此我們開(kāi)展 R22循環(huán)性能分析及其替代工質(zhì)研究，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。 圖1-1 我國(guó)每年HCFCs的生產(chǎn)和消費(fèi)情況

17、 2.R22替代物的相關(guān)研究 （1）R22替代工質(zhì)的研究 1）純工質(zhì) 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局和技術(shù)研究院通過(guò)對(duì)元素周期表的研究發(fā)現(xiàn)，能夠用于蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的物質(zhì)集中在的51種化合物：15種碳?xì)浠衔铩?種氧化物、3種硫化物、19種氟利昂、4種其他化合物。其中最有可能作為R22替代工質(zhì)的是碳?xì)浠衔锛胺何镔|(zhì)。[3] ①R134a 周德信[4]等通過(guò)建立單相區(qū)和兩相區(qū)毛細(xì)管模型，研究了R134a代替R22后的毛細(xì)管的質(zhì)量流量隨冷凝溫度、過(guò)冷度、毛細(xì)管直徑和長(zhǎng)度的變化規(guī)律，在相同的條件下，R22的質(zhì)量流量比R134a大。陳嘉澍等2006年實(shí)驗(yàn)研究了家用熱泵熱水器采用R22和R134a

18、作為制冷工質(zhì)時(shí)的加熱效果和性能系數(shù)，結(jié)果表明：R134a系統(tǒng)將90L水加熱到50℃需要的時(shí)間比R22多40分鐘；R22系統(tǒng)的性能系數(shù)COP（Coefficient of Performance，性能系數(shù)）比R134a高23.1%。 ②碳?xì)浠衔铮℉ydrocarbon，HCs） 目前替代R22的碳?xì)浠衔镏饕斜椋≧290）、丙烯（R1270）等。截止到2000年，在德國(guó)冰箱和冷藏設(shè)備采用HCs作制冷劑的占到了90%以上，歐洲平均達(dá)到25%左右。[5] 用R290替代R22其各種熱力學(xué)性質(zhì)比較接近。對(duì)制冷系統(tǒng)的毛細(xì)管進(jìn)行改進(jìn)后的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明：改進(jìn)毛細(xì)管后用R290替代R22的3種國(guó)

19、產(chǎn)家用空調(diào)器COP系數(shù)分別提高了12.81%、19.03%、14.61%。在小型空調(diào)系統(tǒng)中，R1270在制冷量、COP和壓縮機(jī)排氣溫度等方面也優(yōu)于R22。以R290、R1270作為熱泵工質(zhì)，在不同的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和載熱流體的溫度下，COP、制冷量和制熱量均與R22相當(dāng)或略?xún)?yōu)。將R290應(yīng)用于大型螺桿機(jī)組的試驗(yàn)結(jié)果也表明，采用R290的能效比（EER）與R22的相當(dāng)，可見(jiàn)R290完全能夠作為R22的直接替代工質(zhì)。對(duì)R290的可燃性研究表明，R290的燃燒和爆炸需要2個(gè)條件，即與空氣的混和濃度要在2.5%～8.9%之間，溫度在810℃以上，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，2個(gè)小概率事件同時(shí)出現(xiàn)的概率幾乎為零。[6]

20、 2）混合工質(zhì) 2003年8月，美國(guó)國(guó)家環(huán)保局公布了具有法定強(qiáng)制力的SNAP計(jì)劃“第18號(hào)公告”。公告認(rèn)可的新一批環(huán)保制冷劑替代物中，除發(fā)泡劑行業(yè)選用R245fa純 凈物以外，其余所有的新制冷劑替代物均為混合物。[7]由此可見(jiàn)，對(duì)混合工質(zhì)的研究是當(dāng)前制冷劑替代研究的核心內(nèi)容之一。 ①R407C（R32/R125/R134a，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)23%/25%/52%)。非共沸混合制冷劑，ODP為0，GWP值為1700。[8]R407C的溫度滑移為5.7℃，蒸發(fā)潛熱比R22大6%左右，吸氣比容比R22高4%～6%，蒸發(fā)壓力比R22低5.6%，排氣溫度比R22系統(tǒng)低8～10℃，性能系數(shù)比R22低2%

21、左右。由于溫度滑移，為了獲得與R22相近的工作參數(shù)，有必要調(diào)整和擴(kuò)大熱交換器的面積。且R407C與礦物油不相溶，需要使用脂類(lèi)POE或聚醚類(lèi)PVE冷凍油，并且需要嚴(yán)格控制系統(tǒng)中的水分和雜質(zhì)。 ②R410A(R32/Rl25，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)50%/50%)。近共沸混合制冷劑，無(wú)毒不可燃，屬安全性制冷劑，ODP=0，GWP=2000。R410A的容積制冷量、能效比以及質(zhì)量流量都與R22非常接近，溫度滑移小于0.1℃，運(yùn)行較穩(wěn)定。但是由于R410A的冷凝壓力比R22增大60%，不能使用壁厚小于0.7mm的銅管做配管；設(shè)備需改用POE酯類(lèi)油，殘留雜質(zhì)與水分要少；制冷系統(tǒng)采用分子篩作為干燥劑。在傳熱性能和性

22、能系數(shù)方面R410A要優(yōu)于R407C，但其蒸氣壓力要高于R407C。[9] ③自然工質(zhì)的混合物 采用液化石油氣LPG（Liquefied Petroleum Gas）作為制冷劑的系統(tǒng)其壓縮比和耗功比R134a低5.5%和4.3%，但是COP卻比R134a高7.6%。且有相對(duì)的安全性，可以直接充灌原R22系統(tǒng)，且在較高的蒸發(fā)溫度下要比R22節(jié)約能源。一些文獻(xiàn)中還研究了其他的替代工質(zhì)，比如：R1270/R290、R290/R600和R290/R600a等，均得到了很好效果。 ④其他混合工質(zhì) D.B.Jabaraj[10]等對(duì)采用R407C/R290/R600a為制冷劑的窗式空調(diào)器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)

23、研究，結(jié)果表明，在不更改潤(rùn)滑油的情況下，制冷量方面新工質(zhì)比R22提高9.54～12.76%，而COP上比R22提高11.91～13.24%。 由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%的R290和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的R152a組成的混和制冷劑是一種對(duì)環(huán)境危害很小，溫度滑移很小，具有合適的壓比和COP，潤(rùn)滑特性很好的優(yōu)良近共沸制冷劑，用于替代R22各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于R407C和R410A。 但是上述R22的替代工質(zhì)在循環(huán)性能、實(shí)用性和環(huán)境可接受性方面均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，尚未有完美的替代方案。[11] （2）R22替代工質(zhì)的循環(huán)特性分析 1）替代工質(zhì)的基本熱物理性質(zhì) 由于對(duì)HCFC限用日期的臨近，R22的替代物研究

24、也更為緊迫。目前，作為 R22的替代工質(zhì)主要有以下幾種。 ①R134a R134a的沸點(diǎn)為-26.07℃，凝固點(diǎn)為-103.3℃，屬于中溫制冷劑。無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、不燃燒、不爆炸。與礦物性潤(rùn)滑油不相溶，必須采用聚脂類(lèi)合成油（如聚烯烴乙二醇）。與丁腈橡膠不相溶，須改用聚丁腈橡膠作密封元件。吸水性較強(qiáng)，且易與水反應(yīng)生成酸，腐蝕制冷機(jī)管路及壓縮機(jī)，故對(duì)系統(tǒng)的干燥度提出了更高的要求，系統(tǒng)中的干燥劑應(yīng)換成XH-7或XH-9型分子篩，壓縮機(jī)線(xiàn)圈及絕緣材料須加強(qiáng)絕緣等級(jí)。R134a對(duì)大氣臭氧層無(wú)破壞作用，但仍有一定的溫室效應(yīng)。 ②R290（丙烷） R290是目前用作制冷劑替代研究最多的碳?xì)浠衔镏?/p>

25、一。它的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度-42.09℃，凝固溫度為-187.67℃，屬于中溫制冷劑。它廣泛存在于石油、天然氣中，提取成本低，易于獲得。它與目前廣泛使用的礦物油、金屬材料相溶。對(duì)干燥劑、密封材料無(wú)特殊要求。氣化潛熱大，熱導(dǎo)率高，流動(dòng)阻力小，壓縮機(jī)排氣溫度低。但它易燃易爆，空氣中可燃極限為體積分?jǐn)?shù)2.5%～8.9%，故對(duì)電子元件和電氣部件均應(yīng)采用防爆措施。R290化學(xué)性質(zhì)很不活潑，難溶于水。[12] ③R1270（丙烯） 丙烯優(yōu)點(diǎn)是易于獲得，價(jià)格低廉，凝固點(diǎn)低，對(duì)金屬不腐蝕，對(duì)大氣臭氧層無(wú)破壞作用。但是其最大缺點(diǎn)也是易燃易爆，因此，將R1270作為制冷劑時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)保持正壓，以防空氣漏入系統(tǒng)而引起

26、爆炸。與潤(rùn)滑油能夠溶解，使?jié)櫥驼扯冉档?，因此需要選用粘度較大的潤(rùn)滑油。另外由于R1270為不飽和碳?xì)浠衔?，其化學(xué)性質(zhì)活潑，在水中溶解度極小，易溶于酒精和其他有機(jī)溶劑。[13] ④R717（氨） 氨的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-33.33℃，凝固溫度為-77.66℃，氨的壓力適中，流動(dòng)阻力小，熱導(dǎo)率大，價(jià)格低廉，對(duì)大氣臭氧層無(wú)破壞作用。氨的主要缺點(diǎn)是毒性較大、可燃、可爆、有強(qiáng)烈的刺激性氣味、等熵指數(shù)較大，若系統(tǒng)中含有較多空氣時(shí)，會(huì)引起爆炸，因此氨制冷系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有空氣分離器，及時(shí)排除系統(tǒng)內(nèi)的空氣及其它不凝性氣體。 ⑤R407C（R32/R125/R134a，質(zhì)量分?jǐn)?shù)23/25/52） R407C是

27、三元非共沸混合制冷劑。對(duì)臭氧層無(wú)破壞作用，但是其GWP較高。它的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-43.63℃。它在制冷能力和壓力特性上與R22比較接近。主要缺點(diǎn)是蒸發(fā)時(shí)的溫度滑移明顯。[14]在殼管式冷凝器中，R407C在殼側(cè)凝結(jié)，其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也大大低于純制冷劑或共沸混合制冷劑的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 ⑥R410A和R410B（R32/R125，質(zhì)量分?jǐn)?shù)A：50/50；B：45/55） 它是近共沸混合制冷劑。對(duì)臭氧層無(wú)破壞作用，但是其GWP也比較高。標(biāo)準(zhǔn) 沸點(diǎn)為-51.44℃，相變溫度滑移僅0.1℃左右，可以忽略。R410A的壓力較高，因?yàn)樗母呙芏群透邏毫?，用管徑小得多的管道仍能保證壓降合理。R410A具有良好

28、的傳熱特性和流動(dòng)特性，制冷效率較高。 表1-2給出了R22及其幾種主要替代工質(zhì)的基本物理性質(zhì)，圖1-2為各工質(zhì)在-10～50℃范圍內(nèi)的飽和蒸氣壓曲線(xiàn)。 表1-2 理論循環(huán)不同制冷劑的性能指標(biāo) 圖1-2 R22及其幾種主要替代工質(zhì)的飽和蒸汽壓曲線(xiàn) 從圖1-2中可以看出，在-10～50℃范圍內(nèi)，R410A和R410B的泡點(diǎn)線(xiàn)和露點(diǎn)線(xiàn)幾乎是重合的，但是要比R22高很多；而R134a的飽和蒸氣壓曲線(xiàn)要低于R22；其余四種與R22相當(dāng)，但是R407C的泡點(diǎn)線(xiàn)和露點(diǎn)線(xiàn)相差較大，也即溫度滑移較大，當(dāng)出現(xiàn)泄露和充灌制冷劑時(shí)就很難保證其成分的一致性，R717與R22最為接近。[15] 2）

29、 理論循環(huán)的性能分析 不同制冷劑理論循環(huán)的性能指標(biāo)見(jiàn)表1-3。 表1-3 理論循環(huán)不同制冷劑的性能指標(biāo) 從表中可以看出R410A和R410B在單位容積制冷量方面要比R22大將近45%，COP比R22小8%，但是其冷凝壓力和蒸發(fā)壓力要比R22高將近60%。R717在單位質(zhì)量制冷量方面要明顯高于R22，但是其消耗的單位理論功也要明顯高于R22，另外其排氣溫度、壓縮比也要高于R22。碳?xì)渲评鋭㏑290和R1270在單位質(zhì)量制冷量方面要比R22高75%左右，而消耗的單位理論功也比R22高80%左右，因此其COP要稍低于R22。R134a在單位容積制冷量方面比R22低36%，在冷凝壓力和蒸發(fā)

30、壓力上也要比R22低將近40%。而R407C與R22在各個(gè)性能指標(biāo)上都比較接近。 在不考慮其他影響因素的情況下，空調(diào)工況下與R22性能比較接近的替代工質(zhì)為R407C、R1270、R290。 R407C在制冷能力和壓力特性上與R22最接近，替代更便于實(shí)現(xiàn)，因此替代時(shí)對(duì)現(xiàn)有R22設(shè)備所必需的改動(dòng)最少。唯一的主要變動(dòng)是改用聚合脂類(lèi)油代替原來(lái)R22所用的礦物油。主要缺點(diǎn)是蒸發(fā)時(shí)的溫度滑變明顯（約5℃）。使用時(shí)的分餾對(duì)維修保養(yǎng)帶來(lái)困難，因?yàn)楹茈y保證泄露和經(jīng)過(guò)幾次補(bǔ)灌后系統(tǒng)中的成分能維持不變。其COP比R22稍低，但是可以適當(dāng)?shù)奶岣哐h(huán)的過(guò)冷度來(lái)提高其COP。且實(shí)際因素對(duì)R407C制冷循環(huán)性能的影響與

31、R22比較接近。 R1270的單位質(zhì)量制冷量為R22的1.81倍，但是其單位理論功為R22的1.83倍，因此COP也略小于R22。R290的COP雖然大于R22，但是單位容積制冷量也要比R22小14%。排氣溫度R1270和R290分別比R22低8℃和14℃，其壓縮比也要小于R22。壓力特性與R22也比較接近。在小型空調(diào)中，制冷劑循環(huán)量?。ù蠹s為R22的一半左右），而且高壓部分要放置在室外，因此也可以考慮作為R22的直接替代物。另外如果對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝改進(jìn)并采用新型密封材料，會(huì)極大地減少泄露的可能性。[16] 對(duì)于R134a，其COP雖然比R22大2%，但是單位容積制冷量要比R22小35

32、%， 需要增大壓縮機(jī)的排氣容積，對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行擴(kuò)容，同時(shí)也為了降低壓降，必須采用管徑比較大的換熱器。另外由于其冷凝壓力和蒸發(fā)壓力分別比R22小33%和40%，所以對(duì)換熱器及管道壓力方面的要求也相應(yīng)降低。其排氣溫度比R22低13℃，可以防止?jié)櫥瑮l件惡化，潤(rùn)滑油結(jié)焦等問(wèn)題，保證在高溫地區(qū)的正常運(yùn)行。 對(duì)于R717，其單位質(zhì)量制冷量為R22的6.6倍，COP比R22大1%，單位容積制冷量也要比R22大10%，但是其排氣溫度要比R22高31℃。而且其制冷循環(huán)性能受實(shí)際因素的影響要遠(yuǎn)大于R22。另外氨在潤(rùn)滑油中的溶解度很小，油進(jìn)入系統(tǒng)后，會(huì)在換熱器的傳熱表面上形成油膜，影響傳熱效果。 R410A和R

33、410B雖然在單位質(zhì)量制冷量、單位理論功、壓縮比、排氣溫度方 面與R22相當(dāng)，但是COP要明顯小于R22，冷凝壓力和蒸發(fā)壓力要比R22高60% 左右，而其單位容積制冷量比R22大50%。因此采用R410A和R410B的系統(tǒng)，必 須重新設(shè)計(jì)壓縮機(jī)，強(qiáng)化系統(tǒng)部件結(jié)構(gòu)，但是可以選用管徑較小的換熱器和連接管道，另外還可以通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化提高COP。 二、空調(diào)器設(shè)計(jì) 1.空調(diào)器壓縮機(jī)選擇及熱力計(jì)算 （1）壓縮機(jī) 壓縮機(jī)作為整個(gè)空調(diào)器的核心，相當(dāng)于整個(gè)空調(diào)器的心臟。壓縮機(jī)將制冷劑在制冷系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行制冷循環(huán)過(guò)程中，由蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱后的低溫、低壓飽和氣體制冷劑，從蒸發(fā)器經(jīng)吸氣管(回氣管)吸入

34、壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓力氣態(tài)制冷劑，并經(jīng)過(guò)排氣管排出，送入冷凝器冷卻，再經(jīng)毛細(xì)血管降壓節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)，如此循環(huán)進(jìn)行。家用空調(diào)器多采用旋轉(zhuǎn)活塞式和渦旋式兩種型式的壓縮機(jī)。[17] （2）壓縮機(jī)選型 圖2-1 R22理論循環(huán)圖 R22工況點(diǎn) ： 蒸發(fā)溫度 t0=7℃ 吸氣溫度 t3=18℃ 蒸發(fā)壓力 P0=0.6215MPa 冷凝溫度 tk=55℃ 過(guò)冷溫度 t4=50℃ 冷凝壓力 Pk=2.1751MPa 各個(gè)狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)如下表： 表2-1 R22的狀態(tài)參數(shù)表 溫度 （K） 壓力 （MPa） 密度(k

35、g/m^3) 比焓 (kJ/kg) 比熵 (kJ/kg-K) 1 280.15 0.62151 90.715 263.12 1.2253 2 280.15 0.62151 26.345 407.54 1.7409 3 291.15 0.62151 24.842 415.91 1.7702 4 358.93 2.1715 77.841 449.19 1.7702 5 323.15 2.1715 1084.9 263.12 1.2070 單位制冷量為： 初步選用型號(hào)為SL211CV的壓縮機(jī)

36、 其參數(shù)如下表： 表2-2 壓縮機(jī)型號(hào)表 型號(hào) 用途 冷媒 排氣量 電源 制冷能力 備注 W COP SL211CV T1工況 R-22 21.1ml/rev 220-240V/50Hz/1PH 3540 3.05 CCC/TUV 其理論排氣量為 實(shí)際排氣量 輸氣系數(shù) （3）壓縮機(jī)校核及熱力計(jì)算[18] 用R1270作工質(zhì)時(shí)： 蒸發(fā)溫度 t0=7℃ 吸氣溫度 t3=12℃ 蒸發(fā)壓力 P0=0.7166MPa 冷凝溫度 tk=50℃ 過(guò)冷溫度 t4=45℃ 冷凝壓力 Pk=2.0542MPa 熱力循環(huán)圖

37、如下： 圖2-2 R1270理論循環(huán)圖 循環(huán)各點(diǎn)參數(shù)為： 表2-3 R1270狀態(tài)參數(shù) 溫度 （度） 壓力 （MPa） 比體積(kg/m^3) 比焓 (kJ/kg) 比熵 (kJ/kg-K) 1 7 0.7166 317.749 2 7 0.7166 15.080 584.10 2.3710 3 12 0.7166 0.068493 592.987 2.4024 4 64.379 2.0542 0.024741 645.986 2.4024 5 45 2.0542 317.749

38、 單位制冷量 壓比 由此知, 所以用R1270作為工質(zhì)時(shí)，壓縮系數(shù)即為l=0.884. 實(shí)際排氣量為 ： 制冷劑流量為： 所以實(shí)際制冷量為： 因此所選的壓縮機(jī)符合要求。 由所選擇的壓縮機(jī)參數(shù)知道：COP=3.05，可取壓縮機(jī)電效率ηe=0.85， ηm=0.92 則壓縮機(jī)的電功率為 實(shí)際功率為 實(shí)際單位功 所以 壓縮機(jī)指示效率為： 則冷凝器熱負(fù)荷為: 2.冷凝器設(shè)計(jì) （1）冷凝器結(jié)構(gòu) 冷凝器是制冷裝置的主

39、要熱交換設(shè)備之一。它的任務(wù)是通過(guò)環(huán)境介質(zhì)（水或空氣）將壓縮機(jī)排出的高壓過(guò)熱制冷劑蒸氣冷卻、冷凝成為飽和液體，甚至過(guò)冷液體。在大型制冷機(jī)中，有的設(shè)置專(zhuān)用過(guò)冷器與冷凝器配合使用，使制冷劑液體過(guò)冷，以增大制冷機(jī)的制冷量，提高其經(jīng)濟(jì)性。[19] 冷凝器按冷卻方式可分為三類(lèi)：水冷式冷凝器，空氣冷卻式冷凝器，蒸發(fā)式冷凝器。 1) 水冷式冷凝器 這種型式的冷凝器是用水作為冷卻介質(zhì)帶走制冷劑冷凝時(shí)放出的熱量。冷卻水可以一次性使用．也可以循環(huán)使用。用循環(huán)水時(shí)，必須配有冷卻塔或冷水池，保證水不斷得到冷卻。水冷式冷凝器主要有殼管式和套管式兩種結(jié)構(gòu)型式。 2) 空氣冷卻式冷凝器 空氣冷卻式冷凝器以空氣為冷卻

40、介質(zhì)，制冷劑在管內(nèi)冷凝，空氣在管外流動(dòng)，吸收管內(nèi)制冷劑蒸氣放出的熱量。由于空氣的換熱系數(shù)較小，管外（空氣側(cè)）常常要設(shè)置肋片，以強(qiáng)化管外換熱。這種冷凝器迄今僅用于氟利昂制冷機(jī)，多用于家用和商用空調(diào)器（機(jī)）、氣車(chē)及鐵路車(chē)輛用空調(diào)裝置、冷藏運(yùn)輸式制冷裝置以及電冰箱、冷藏柜等。隨著日益增加的節(jié)能要求和分布式供冷供熱系統(tǒng)的發(fā)展，尤其是中、大型風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組的發(fā)展，空氣冷卻式冷凝器呈現(xiàn)向大負(fù)荷發(fā)展的態(tài)勢(shì)。目前，空氣冷卻式空調(diào)機(jī)組的制冷量可達(dá)200—300kW。[20] 3) 蒸發(fā)式冷凝器 蒸發(fā)式冷凝器以水和空氣作為冷卻介質(zhì)。它利用水蒸發(fā)時(shí)吸收熱量使管內(nèi)制冷劑蒸氣凝結(jié)。水經(jīng)水泵提升再由噴嘴噴淋到傳熱

41、管的外表面，形成水膜吸熱蒸發(fā)變成水蒸氣，然后被進(jìn)入冷凝器的空氣帶走。未被蒸發(fā)的水滴則落到下部的水池內(nèi)。箱體上方?jīng)]有擋水柵，用于阻擋空氣中的水滴散失。該冷凝器空氣流量不大，耗水量也很少。對(duì)于循環(huán)水量在60~80L/h的蒸發(fā)式冷凝器．其空氣流量約為100~200m3/h；補(bǔ)水量約3~5L/h。為防止傳熱管外壁面結(jié)垢，對(duì)循環(huán)水應(yīng)進(jìn)行軟化處理后使用。 （2）選擇冷凝器 現(xiàn)在的任務(wù)是要設(shè)計(jì)一臺(tái)制冷量為3747W，我們選用空氣冷卻式冷凝器進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，就能滿(mǎn)足相關(guān)的性能要求。 空氣冷卻式冷凝器按空氣流動(dòng)的方式不同，分為空氣自由運(yùn)動(dòng)和空氣強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)兩種型式。[21] 圖2-3 空氣自由

42、運(yùn)動(dòng)型絲管式冷凝器 圖2-4 空氣強(qiáng)制流動(dòng)酌空冷冷凝器 1-肋片 2-傳熱管3-上封扳4-左端板5-進(jìn)氣集管 6-彎頭7-出液集管 8-下封板 9-前封板 10—通風(fēng)機(jī) 11一裝配螺釘 1) 空氣自由運(yùn)動(dòng)的空氣冷凝器：該冷凝器利用空氣在管外流動(dòng)時(shí)吸收制冷劑排放的熱量后，密度發(fā)生變化引起空氣的自由流動(dòng)而不斷地帶走制冷劑蒸氣的凝結(jié)熱。它不需要風(fēng)機(jī)，沒(méi)有噪聲，多用于小型制冷裝置，如電冰箱等。目前應(yīng)用普遍的是絲管式結(jié)構(gòu)的空氣自由運(yùn)動(dòng)式冷凝器。如圖2-3所示：它在蛇形傳熱管的兩側(cè)焊有Φ1.4-Φ1.6mm的鋼絲，旨在加大管外傳熱面積，提高空氣側(cè)表面的傳熱系數(shù)。鋼絲間距離可以根

43、據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般為4-10mm范圍。傳熱管一般采用Φ4-Φ10mm復(fù)合鋼管（管外鍍銅，又稱(chēng)做邦迪管），以保證其與鋼絲的良好焊接性能。 由于鋼絲豎直焊接在水平蛇管外，與熱空氣升力方向一致，使空氣具有良好的流動(dòng)性，獲得最佳的傳熱效果，一般傳熱系數(shù)可15~17.5W/(m2K)。 2) 空氣強(qiáng)制流動(dòng)的空冷冷凝器：如圖2-4所示，它由一組或幾組套有肋片的蛇管組成。制冷劑蒸氣從上部集管進(jìn)入蛇管，其管外肋片用以強(qiáng)化空氣側(cè)換熱，補(bǔ)償空氣表面換熱系數(shù)過(guò)低的缺陷。肋片一般采用δ=0.1~0.4mm鋁片制成，套在Φ5~Φ16mm銅管外，由彎頭連接成蛇管管組。肋片根部用二次翻邊與管外壁接觸，經(jīng)機(jī)械或液壓脹管

44、后，二者緊密接觸以減少其傳熱熱阻。一般肋片距離在2~4mm范圍。由低噪聲風(fēng)機(jī)迫使空氣流過(guò)肋片間隙，通過(guò)肋片及管外壁與管內(nèi)制冷劑蒸氣進(jìn)行熱交換，將其冷凝成為液體。這種冷凝器的傳熱系數(shù)較空氣自由流動(dòng)型冷凝器高，約為25~50W/(m2K)。適用于中、小型氟利昂制冷裝置。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、換熱效果好、制造簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。純銅管鋁肋片空氣強(qiáng)制流動(dòng)熱交換器的典型結(jié)構(gòu)參數(shù)：一般60kW以下的裝置多采用φ10mm純銅管，管間距25mm；或φ12mm純銅管，管間距35mm，管壁厚度為δ=0.5~1mm；其肋管排列方式可順排，也可叉排；肋片間距在1.4~2.5mm范圍。其空氣強(qiáng)制流動(dòng)速度，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用考慮一般將其迎面風(fēng)

45、速控制在2.5~3.5m/s范圍內(nèi)。冷凝溫度tk和空氣進(jìn)出冷凝器的溫差，對(duì)冷凝器的性能具有不可小視的影響。一般tk越高，傳熱溫差會(huì)越大，傳熱面積將隨傳熱溫差增大而減小。由此會(huì)引起壓縮機(jī)功耗增大，排氣溫度上升。所以綜合各方面影響因素考慮，tk與進(jìn)風(fēng)口溫度之差應(yīng)控制在15度左右；空氣進(jìn)出冷凝器的溫差一般取8~10℃。在結(jié)構(gòu)方面，沿空氣流動(dòng)方向的管排數(shù)愈多，則后面排管的傳熱量愈小，使換熱能力不能得到充分利用。為提高換熱面積的利用率，管排數(shù)以取2～6排為好。 （3）冷凝器設(shè)計(jì) 根據(jù)制冷量大小，我們要設(shè)計(jì)的是空氣強(qiáng)制流動(dòng)的空冷冷凝器。 制冷劑蒸氣在空冷冷凝器中要經(jīng)歷狀態(tài)變化的過(guò)熱蒸

46、氣區(qū)、飽和區(qū)過(guò)冷液體區(qū)。此三個(gè)區(qū)域制冷劑的物理性質(zhì)和換熱機(jī)理有所不同，其表面換熱系數(shù)也不一樣。其在過(guò)熱蒸氣區(qū)的表面換熱系數(shù)比飽和蒸氣區(qū)要低，但傳熱溫差卻比飽和蒸氣區(qū)要大，以致該兩區(qū)內(nèi)單位面積熱流量qF幾近相等。而在過(guò)冷液體區(qū)qF要低一些，不到總傳熱量的10％。所以在設(shè)計(jì)時(shí)將其制冷劑在空冷器內(nèi)換熱的全過(guò)程都按飽和蒸氣區(qū)對(duì)待，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算。[22] 1) 設(shè)計(jì)條件 表2-4 設(shè)計(jì)條件 項(xiàng)目 數(shù)值 單位 室外進(jìn)風(fēng)溫度 35 ℃ 出風(fēng)溫度 42 ℃ 冷凝溫度 50 ℃ 過(guò)冷度 5 ℃ 室內(nèi)進(jìn)風(fēng)干球溫度 27 ℃ 室內(nèi)進(jìn)風(fēng)濕球溫度 19.5 ℃ 蒸發(fā)溫度

47、 7 ℃ 過(guò)熱度 5 ℃ 壓縮機(jī)指示效率 0.752 　 制冷量 3747.2 W 制冷劑 R1270 　 根據(jù)材料和工藝設(shè)備狀況，采用傳熱管為Φ9.53mm0.35mm純銅管，肋片為平直套片（鋁片），片厚δf=0.12mm，片寬L=44mm。 2） 冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算 ①冷凝熱負(fù)荷的確定：從上一節(jié)的熱力計(jì)算知冷凝器熱負(fù)荷： ②冷凝器結(jié)構(gòu)的初步規(guī)劃及有關(guān)參數(shù)：管排方式采用正三角形排列，管間距，排間距；肋片間距；沿氣流方向的管排數(shù)。因此，各部分單位管長(zhǎng)的面積為： 肋片面積 肋間基管表面積 肋管外總表面積 肋管內(nèi)表面積 肋化系數(shù)

48、③空氣進(jìn)出冷凝器的溫差及風(fēng)量： 溫差 風(fēng)量 式中，空氣平均密度；比熱容；運(yùn)動(dòng)粘度；熱導(dǎo)率 ④肋片效率及空氣側(cè)換熱系數(shù)：根據(jù)肋片參數(shù)，冷凝器的空氣最小流通面積與迎風(fēng)面積之比： 考慮降噪、節(jié)能等因素，假設(shè)迎風(fēng)面風(fēng)速則最小流通面風(fēng)速 當(dāng)量直徑 空氣的雷諾數(shù) 單元空氣流道長(zhǎng)徑比 根據(jù)流體橫向流過(guò)肋片管簇的整張平套片換熱計(jì)算公式中： 所以管外的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 對(duì)于叉排管有， 肋片當(dāng)量高度 肋片特性參數(shù)， 其中為鋁肋片的熱導(dǎo)率。 肋片效率 冷凝器外表面效率 ⑤管內(nèi)R1270冷凝時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：首先設(shè)管壁溫度 ，則平均溫度，由此

49、查得工質(zhì)在此溫度下： 潛熱rs=281720J/Kg , rs0.25= 23.039；飽和液體密度為r=458.53kg/m3；液態(tài)熱導(dǎo)率l=0.098267W/（mk）;制冷劑運(yùn)動(dòng)粘度ν=0.000000163㎡/s得 ，代入式中得： ⑥由熱平衡關(guān)系求解管壁溫度：忽略薄壁銅管熱阻和管與肋片間接觸熱阻，則管內(nèi)外熱平衡關(guān)系為： 即 整理得 由試湊法得，此值與所假設(shè)的近似相等，證明假設(shè)合適。 ⑦計(jì)算所需要的傳熱面積：以管外面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)： ，， ⑧求平均溫差： ⑨所需管外傳熱面積及結(jié)構(gòu)參數(shù)： 管外面積， 所需肋片管總長(zhǎng)度 若

50、取冷凝器每列管數(shù)20根，總管數(shù)202=40根，以單管有效長(zhǎng)度0.76m計(jì)算，其總有效管長(zhǎng)為400.76=30.4m，裕度為11.58%，冷凝器高度為（20+0.5）25.4mm=520.7mm。冷凝器迎風(fēng)面積為：Af=0.760.5207=0.3957m2。實(shí)際的迎面風(fēng)速，與所假設(shè)風(fēng)速相符，設(shè)計(jì)合理。 ⑩空氣的流動(dòng)阻力及風(fēng)機(jī)選配(光管肋片A=0.007，粗糙肋片A=0.0133)： 阻力： 取12Pa。 則該冷凝器需要配用風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量（即33.258）， 風(fēng)機(jī)全壓： 取。 3.蒸發(fā)器設(shè)計(jì) （1）蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu) 蒸發(fā)器按其冷卻的介質(zhì)不同分為冷卻液體載冷劑的蒸發(fā)器和冷卻空

51、氣的蒸發(fā)器。根據(jù)供液方式的不同，有滿(mǎn)液式、干式、循環(huán)式和噴淋式等。 其中干式蒸發(fā)器是一種制冷劑液體在傳熱管內(nèi)能夠完全氣化的蒸發(fā)器。其傳熱管外側(cè)的被冷卻介質(zhì)是載冷劑(水)或空氣，制冷劑則在管內(nèi)吸熱蒸發(fā)，其流量約為傳熱管內(nèi)容積的20％～30％。增加制冷劑的質(zhì)量流量，可增加制冷劑液體在管內(nèi)的濕潤(rùn)面積。同時(shí)其進(jìn)出口處的壓差隨流動(dòng)阻力增大而增加，以至使制冷系數(shù)降低。 干式蒸發(fā)器按其冷卻介質(zhì)的不同分為冷卻液體介質(zhì)型和冷卻空氣介質(zhì)型兩類(lèi)。 其中冷卻空氣的干式蒸發(fā)器按空氣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分又有冷卻自由運(yùn)動(dòng)空氣的蒸發(fā)器和冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的蒸發(fā)器兩種型式。 冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的蒸發(fā)器（又稱(chēng)冷風(fēng)機(jī)）：由于光管式空氣

52、冷卻器傳熱系數(shù)K很低，為加強(qiáng)空氣側(cè)的換熱，往往需要在管外設(shè)置肋片以提高傳熱系數(shù)值。但是在一般情況下，設(shè)置肋管后因片距較小會(huì)引起較大的流動(dòng)阻力，必須采取措施強(qiáng)制空氣以一定的流速通過(guò)肋片管簇，以便于獲得較好的換熱效果。這種蒸發(fā)器多用于空氣調(diào)節(jié)裝置、大型冷藏庫(kù)，以及大型低溫環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)合。 圖2-5為冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的蒸發(fā)器及其肋片管型式。由肋片管組成的立方體蛇形管組，四周?chē)袚醢?，所圍成的肋片管空間為空氣流道，在通風(fēng)機(jī)作用下，空氣以一定速度流經(jīng)肋片管外肋片間隙，將熱量傳給管內(nèi)流動(dòng)的制冷劑而降溫。因空氣為強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)，傳熱系數(shù)較冷卻排管高，當(dāng)空氣流速為3~8m/s時(shí)，傳熱系數(shù)K值為18~35W/(m2K

53、)。冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的氨蒸發(fā)器一般采用Φ25~Φ38mm無(wú)縫鋼管外繞厚度為1mm的鋼片，片距約10mm左右，以防止空氣中的水分在低溫下凍成冰霜附著在肋片管外表面，影響空氣流通。同樣用途的氟利昂蒸發(fā)器常采用Φ10~Φ19mm圓銅管，外套厚度為0.15~0.2mm的鋁片(或銅片)，肋片間距為2~4mm。若用于0℃以下的蒸發(fā)溫度，其片距適當(dāng)加大約為6~15mm。蒸發(fā)器沿氣流方向的管排數(shù)在用于空氣調(diào)節(jié)時(shí)，其傳熱系數(shù)較大，管排數(shù)在2～8排范圍；用于冷庫(kù)或低溫試驗(yàn)裝置時(shí)因蒸發(fā)溫度低，傳熱系數(shù)小，一般在10～16排的范圍?？傊@種蒸發(fā)器具有結(jié)構(gòu)緊湊．傳熱效果好，可以改變空氣的含濕量，應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。但從

54、制造工藝要求分析，肋片與傳熱管的緊密接觸是提高其傳熱效果的關(guān)鍵。 圖2-5 冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的蒸發(fā)器及其肋片管型式 a)、蒸發(fā)器 b)、繞片管 c)、套片管 1-傳熱管 2-肋片 3-擋板 4-通風(fēng)機(jī) 5-集氣管 6-分液器 除上述兩種干式蒸發(fā)器外，許多小型制冷裝置結(jié)構(gòu)型式也不同。如電冰箱的吹脹式通道板蒸發(fā)器、冷板冷藏運(yùn)輸車(chē)中冷板充冷蒸發(fā)器以及食品陳列展示柜貨架式干式蒸發(fā)器等等。 （2）冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的干式蒸發(fā)器的計(jì)算 制冷裝置中，蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式、應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)其技術(shù)性能有重要影響，直接關(guān)系到裝置工作效率、設(shè)備投資和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。它是制冷裝置的研究與開(kāi)發(fā)的重要

55、內(nèi)容之一。制冷裝置的用途不同，蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式也不同，設(shè)計(jì)計(jì)算的方法也有所不同。盡管如此，他們?cè)趥鳠徇^(guò)程中所遵循的熱平衡原理是不變的。我們根據(jù)需要，可以為空調(diào)器選擇用冷卻式強(qiáng)制流動(dòng)空氣的干式蒸發(fā)器。[23] 1）設(shè)計(jì)目標(biāo) 設(shè)計(jì)一臺(tái)冷卻強(qiáng)制流動(dòng)空氣的干式蒸發(fā)器。該類(lèi)型蒸發(fā)器是一種制冷劑直接蒸發(fā)的空氣冷卻設(shè)備。由于體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，而得到廣泛應(yīng)用。 2）設(shè)計(jì)條件： 表2-5 設(shè)計(jì)條件 項(xiàng)目 數(shù)值 單位 室外進(jìn)風(fēng)溫度 35 ℃ 出風(fēng)溫度 42 ℃ 冷凝溫度 50 ℃ 過(guò)冷度 5 ℃ 室內(nèi)進(jìn)風(fēng)干球溫度 27 ℃ 室內(nèi)進(jìn)風(fēng)濕球溫度 19.5

56、 ℃ 蒸發(fā)溫度 7 ℃ 過(guò)熱度 5 ℃ 壓縮機(jī)指示效率 0.752 制冷量 3747.2 W 制冷劑 R1270 3）進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)規(guī)劃 ①傳熱管選用Ф9.53mm0.35㎜純銅管，內(nèi)徑di=8.83mm,肋片選用縫隙式 δf=0.12mm鋁片，肋片節(jié)距sf =1.8㎜。 ②管簇為正三角形排列，管間距s1=25.4㎜，沿氣流方向的管排數(shù)：N=2排，則肋片寬度L=44㎜。 ③考慮套片后的管外：db=d0+2δf=(9.53+20.12)㎜=9.77㎜；di=d0-0.352=8.83㎜； ④由R1270制冷循環(huán)計(jì)算得 單位制冷量q0=275.238k

57、J/kg；制冷劑流量Gd=0.0136kg/s； 蒸發(fā)器分路數(shù)Z=2 ，制冷劑單位面積流量gd=4Gd/（Zπdi2）=111.16kg/(㎡s)； 4）肋片管各部分傳熱面積計(jì)算 ①管外肋片面積： ②肋間管外表面積： ③管外總表面積: ④管內(nèi)表面積： ⑤肋化系數(shù)： ⑥當(dāng)量直徑deq： ⑦最窄流通面積與迎風(fēng)面積之比： 5）確定空氣在流經(jīng)蒸發(fā)器時(shí)的狀態(tài)變化過(guò)程[24] 由給定的進(jìn)風(fēng)參數(shù)查i-d圖，得，。根據(jù)風(fēng)量選擇 圖2-6 空氣處理過(guò)程的i-d圖 原則取設(shè)計(jì)風(fēng)量為： Va=0.86Q00.25=0.863747.20.25m3/h

58、=805.648m3/h ①進(jìn)口濕空氣的比體積： ②空氣的質(zhì)量流量： ③進(jìn)出口空氣的比焓差： ④出口空氣的比焓： 設(shè)取傳熱管壁面溫度tw=11℃，dw=8.16g/kg，查得iw=31.8kJ/kg。（取 ψw=100%）得空氣處理過(guò)程的飽和狀態(tài)點(diǎn)w，連接1-w與i2線(xiàn)相交于2點(diǎn)，得到蒸發(fā)器出口空氣狀態(tài)干球溫度t2=17.2℃，含濕量d2=9.25g/kg。 ⑤蒸發(fā)器中空氣的平均比焓： 則線(xiàn)于1-w線(xiàn)相交于m點(diǎn)，同時(shí)查得空氣的平均狀態(tài)參數(shù)為：，，，， 。 6）計(jì)算空氣側(cè)換熱系數(shù)[25] 取蒸發(fā)器管列數(shù)為12，單管有效長(zhǎng)度B=0.87m，蒸發(fā)器高度H=（

59、12+0.5）25.4㎜=317.5㎜（即0.3175m）。 ①迎面風(fēng)速，低于表中迎面風(fēng)速 推薦值，有利于降低室內(nèi)空氣流噪聲。 ②最窄通風(fēng)面風(fēng)速 ③雷諾數(shù) ④管外空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算。按附錄強(qiáng)制通風(fēng)肋片管外空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式： ⑤析濕系數(shù)： ⑥肋片效率 其中； 其中（又） 所以 故 ⑦空氣側(cè)當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 7）計(jì)算管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 其循環(huán)為：，，，。 根據(jù)氟利昂在管內(nèi)沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式 ， 8）計(jì)算管內(nèi)傳熱面積Ai： 取管內(nèi)污垢熱阻，管外污垢熱阻，則管外面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)為： 平均傳熱溫差：

60、計(jì)算：由熱平衡關(guān)系和可得： 得， 解方程，故 9）求所需傳熱管長(zhǎng)度L 10）計(jì)算有效管長(zhǎng)L′ (小于規(guī)劃管長(zhǎng)0.87m) 11）所需的管外傳熱面積A0 實(shí)際規(guī)劃的傳熱面積A0′ 裕度 （即15.91%） 傳熱面積裕度合適 12） 校核壁溫 由 ，比設(shè)定壁溫為11℃略有升高，設(shè)計(jì)合理。 13）風(fēng)側(cè)阻力計(jì)算[26] 干工況與析濕工況阻力的關(guān)系為 順排時(shí)：，為阻力增強(qiáng)系數(shù)，干工況下的阻力系數(shù) 故濕工況下 叉排阻力增加20%即 4.節(jié)流機(jī)構(gòu)的選擇 （1）制冷劑液體膨脹過(guò)程分析 在蒸氣壓縮制冷裝置中，制冷劑液體的

61、膨脹過(guò)程是通過(guò)節(jié)流機(jī)構(gòu)來(lái)完成的。其原因在于制冷劑液體的膨脹功很小，而且容積比很大，采用液體膨脹機(jī)在技術(shù)方面存在著較大的困難，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性比較差。 一般情況下，制冷劑液體在膨脹之前，應(yīng)呈飽和狀態(tài)或過(guò)冷狀態(tài)。膨脹之后到達(dá)兩相區(qū)，變成氣液混合物。制冷劑液體的膨脹特性隨節(jié)流裝置的通道形態(tài)不同而異。例如噴管(漸縮管或拉伐爾管)內(nèi)膨脹是接近等熵過(guò)程，而通過(guò)節(jié)流孔的膨脹則屬于接近等焓過(guò)程，制冷劑通過(guò)其他通道(如毛細(xì)管)的膨脹過(guò)程介于二者之間。如圖2-7所示，1－2a為接近等熵過(guò)程，1—2h為接近等焓過(guò)程、1－2t為介于二者之間的過(guò)程。由此分析可知制冷劑液體膨脹具有以下特點(diǎn)： 1)、液體通過(guò)膨脹后，溫度必然

62、降低。其膨脹過(guò)程的壓差越大，則溫度降低也越大。而且溫差同過(guò)程無(wú)關(guān)。其原因在于兩相區(qū)內(nèi)飽和溫度與飽和壓力呈對(duì)應(yīng)關(guān)系。 2)、膨脹過(guò)程具有盡可能大的比體積比，且隨壓比的增大而增大。從而使得比體積比有限的膨脹機(jī)難以實(shí)現(xiàn)。 3)、膨脹過(guò)程的等熵焓降很小(可利用的膨脹功很小)不加以利用損失也不會(huì)很大。因此在制冷裝置中均采用小孔或管道節(jié)流機(jī)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)液體制冷劑的膨脹制冷。[27] 圖2-7 制冷劑液體膨脹過(guò)程分析 a)、膨脹前為飽和液體 b)、膨脹前為過(guò)冷液體 （2）節(jié)流機(jī)構(gòu)的選擇及計(jì)算過(guò)程 制冷裝置的節(jié)流機(jī)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)制冷劑液體膨脹過(guò)程的同時(shí)，還具有以下兩方面的作用：一是將制冷機(jī)的高壓部

63、分和低壓部分分隔開(kāi)，防止高壓蒸氣串流到蒸發(fā)器中；二是對(duì)蒸發(fā)器的供液量進(jìn)行控制．使其保持適量的液體，使蒸發(fā)器換熱面積全面發(fā)揮作用。因其節(jié)流機(jī)構(gòu)無(wú)外功輸出，即無(wú)效率的概念可言。一般僅根據(jù)上述兩方面的功能來(lái)判斷其特性。 按照節(jié)流機(jī)構(gòu)的供液量調(diào)節(jié)方式可分為以下五個(gè)類(lèi)型：手動(dòng)調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)；用液位調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)；用蒸氣過(guò)熱度調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)；用電子脈沖進(jìn)行調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)；不進(jìn)行調(diào)節(jié)的節(jié)流機(jī)構(gòu)。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們選用毛細(xì)管作為節(jié)流機(jī)構(gòu)就可以滿(mǎn)足空調(diào)器的性能要求。 毛細(xì)管又叫節(jié)流管，其內(nèi)徑常為0.5～5mm，長(zhǎng)度不等，材料為銅或不銹鋼。由于它不具備自身流量調(diào)節(jié)能力．被看作為一種流量恒定

64、的節(jié)流設(shè)備。 毛細(xì)管節(jié)流是根據(jù)流體在一定幾何尺寸的管道內(nèi)流動(dòng)產(chǎn)生摩阻壓降改變其流量的原理，當(dāng)管徑一定時(shí)，流體通過(guò)的管道短則壓降小，流量大；反之，壓降大且流量小。在制冷系統(tǒng)中取代膨脹閥作為節(jié)流機(jī)構(gòu)。 根據(jù)毛細(xì)管進(jìn)口處制冷劑的狀態(tài)分為過(guò)冷液體、飽和液體和稍有氣化等情況。從毛細(xì)管的安裝方式考慮，制冷劑在其進(jìn)口的狀態(tài)按毛細(xì)管是否與吸氣管存在熱交換而分為回?zé)嵝秃蜔o(wú)回?zé)嵝蛢煞N。回?zé)嵝图疵?xì)管內(nèi)制冷劑在膨脹過(guò)程對(duì)外放熱；無(wú)回?zé)嵝图疵?xì)管內(nèi)制冷劑為絕熱膨脹。 制冷裝置中毛細(xì)管的選配有計(jì)算法和圖表法兩種。無(wú)論是哪種方法得到的結(jié)果．均只能是參考值。 ． 理論計(jì)算的方法是建立在毛細(xì)管內(nèi)有一定管

65、長(zhǎng)的亞穩(wěn)態(tài)流存在，其長(zhǎng)度受亞穩(wěn)態(tài)流的影響僅僅反映在摩阻壓降中相應(yīng)管長(zhǎng)流速的平均值um上；毛細(xì)管內(nèi)蒸氣的干度隨管長(zhǎng)的變化規(guī)律按等焓過(guò)程進(jìn)行；以及管內(nèi)摩擦因數(shù)按工業(yè)光滑管考慮等假設(shè)條件下，其毛細(xì)管長(zhǎng)度可由下式計(jì)算得到，即： 式中，G為每根毛細(xì)管的供液量，單位為kg/s；為毛細(xì)管通道截面積，單位為m2；g為重力加速度，單位為m/s2；Δui為所求管段進(jìn)出口截面流速差，單位為m/s；di為毛細(xì)管內(nèi)徑，單位為m；umi為所求管段進(jìn)出口截面流速平均值，單位為m/s；為摩阻系數(shù)，管內(nèi)為液相流動(dòng)時(shí)， ，其中為管內(nèi)表面相 對(duì)粗糙度；。管內(nèi)為兩相流動(dòng)時(shí)，。 考慮在管內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程存在干度x的變化應(yīng)對(duì)毛

66、細(xì)管按壓差分段(即Δpi)計(jì)算各管長(zhǎng)ΔLi，最后ΣΔLi即是理論計(jì)算的毛細(xì)管長(zhǎng)度。 圖2-8 制冷劑在毛細(xì)管中流動(dòng)時(shí)的壓力與溫度分布特性 設(shè)計(jì)用毛細(xì)管節(jié)流的制冷系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意： 1)、系統(tǒng)的高壓側(cè)不要設(shè)置貯液器，以減少停機(jī)時(shí)制冷劑遷移量，防止啟動(dòng)時(shí)發(fā)生“液擊”。 2)、制冷劑的充注量應(yīng)盡量與蒸發(fā)容量相匹配。必要時(shí)可在壓縮機(jī)吸氣管路上加裝氣液分離器。 3)、對(duì)初選毛細(xì)管進(jìn)行試驗(yàn)修正時(shí)，應(yīng)保證毛細(xì)管的管徑和長(zhǎng)度與裝置的制冷能力相吻合，以保證裝置能達(dá)到規(guī)定的技術(shù)性能要求。 4)、毛細(xì)管內(nèi)徑必須均勻。其進(jìn)口處應(yīng)設(shè)置干燥過(guò)濾器，防止水分和污物堵塞毛細(xì)管。[28] 毛細(xì)管尺寸計(jì)算過(guò)程如下： 初步確定毛細(xì)管直徑 可以查得節(jié)流后的干度 則有： 進(jìn)口速度 出口速度 在冷凝器出口查得 過(guò)冷液體動(dòng)力粘度為 則雷諾數(shù) 所以摩阻系數(shù) 管內(nèi)為兩相流動(dòng)所以 將以上數(shù)據(jù)代入 由此得出： 由此確定節(jié)流用一根毛細(xì)管： 三、總結(jié)和展望 1.總結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)首先介紹了目前空調(diào)使用的制冷劑