采用新工质的单元式空调机参数化计算机辅助设计

文章编号:　1005—0329(2002)12—0054—04采用新工质的单元式空调机参数化计算机辅助设计王鹏英(上海工程技术大学,上海　200336)摘　要:　介绍了采用新工质的单元式空调机参数化计算机辅助设计的方法、特点和内容,同时对采用新工质(R134a )和R22的单元式空气调节机的设计结果进行了分析比较,结果表明,采用新工质的单元式空气调节机性能会达到或超过采用R22的单元式空气调节机。

关键词:　单元式空气调节机;新工质;R134a ;参数化计算机辅助设计中图分类号:　T B6 文献标识码:　AP arametric Computer Aided Design of U nitary Air Conditioner U sing Alternative R efrigerantWang PengyingAbstract :　The method ,characteristics and contents of the computer aided design of unitary air conditioner using alternative refrigerant was introduced.The design results of the unitary air conditioner using HFC -134a and HCFC -22respectively was compared and ana 2lyzed.The results show that the performance of the unitary air conditioner using HFC -134a is better than or at least as g ood as that of the the unitary air conditioner using HCFC -22.K eyw ords :　unitary air conditioner ;HFC -134a ;alternative refrigerant ;parametric computer aided design1　引言本文介绍采用C AD 设计单元式空气调节机的一种途经,并采用R134a 作为替代R22的新工质。

设计的单元式空气调节机是一种不带加湿的非热泵型空气调节机。

主要内容包括制冷系统四大件及通风设备和管路等的设计计算与蒸发器、冷凝器、整体机等的结构图绘制。

并用F oxPro 应用软件及Autolisp 语言编制了单元式空气调节机计算机辅助设计软件,以帮助设计人员减少设计中的重复工作,提高设计效率,优化设计结果,缩短开发新一代单元式空调机的设计时间。

2　参数化C AD 设计方法及特点本C AD 是在微机上开发的。

所需操作环境为586以上微机,32M 以上内存,中文Win98/2000。

整个C AD 由设计计算和绘图两部分组成。

两者以Windows 98/2000为公共平台,设计计算部分采用F oxPro for Windows 编程;绘图部分以Auto 2C AD 14/2000为子平台,以Autolisp 为开发工具,进行参数化绘图。

由于F oxPro 与AutoC AD 是两个相对独立的部分,两者数据无法直接传递,为此通过图1所示的中介数据文本文件来传递计算、绘图程序间的数据,从而实现参数化设计。

图1　程序间的数据传递方法设计计算采用常规工程设计方法。

要查询的大量参数事先用F oxPro 编制的数据库存入计算机,用最小二乘法把需要查阅的曲线拟合成公式。

软件运行时,用户只需按照显示器屏幕上的提示,选取相应的参数或菜单即可在约10min 内完成所有设计计算及有关图纸的绘制。

收稿日期:　2002—06—193　C AD 设计计算设计计算部分采用划分模块的编程方法,主要由一个单元式空调机设计计算总模块与制冷循环热力计算、压缩机选型计算、蒸发器设计计算、冷凝器设计计算、节流装置计算及选配、风机选用计算、管路及辅助设备计算、打印计算结果、整机绘图数据调用、打印计算结果九个分模块组成。

各分模块既可作为整体计算的一部分,也可单独运行。

整个系统通过数据在数据文件和数据库中的传递连接起来,设计计算整体结构及数据流程见图2,图2也表示了设计计算各模块程序的执行顺序,数据库1～7为存放各模块计算结果的.db f 文件,数据文件1～5为存放与绘图有关的.txt 文件。

图2　设计计算整体结构及数据流程4　设计计算模块的说明(1)制冷循环热力计算模块的作用是根据所选的制冷工质(为便于比较,这里工质为R22、R134a )、工况参数及空调机制冷量,算出制冷循环的各项性能指标,为压缩机、蒸发器、冷凝器、节流机构的设计或选配提供原始数据。

R22所采用的热力性质计算方程式及有关数据均取自文献[1];R134a 所采用的热力性质计算方程式及有关数据均取自文献[2]。

其它说明详见文献[3]。

(2)压缩机选型计算模块的作用是根据选定的制冷工质、工况参数及空调机制冷量等,选配合适的压缩机。

为此建立了11个分别存放R134a 用的半封闭、全封闭压缩机、R22用的开启式、半封闭、全封闭压缩机样本参数的数据库。

压缩机型号取自最新的产品样本,见文献[4～9]。

由于国家标准规定的单元式空调机的设计工况为5/40℃和5/50℃。

而R22用的国产压缩机样本上给出的是空调工况(712/5414℃)下的制冷量。

所以在设计中,R134a 用的压缩机根据制冷量来选型,而R22用的压缩机除美优乐全封闭压缩机根据制冷量来选型外,其余则根据理论输气量来选型。

(3)蒸发器设计计算模块的作用是根据选定的制冷工质、工况参数及空气调节机制冷量等,确定蒸发器结构参数、管内外流体的流动阻力、传热系数、传热面积及实际传热量等。

采用翅片管式蒸发器,蒸发器采用文献[10]规定的结构参数,传热管采用正三角形交叉排列方式。

设计计算主要包括传热计算、结构设计计算、流动阻力计算等。

通过校核传热面积是否满足换热要求、传热系数和管内流动阻力是否在文献[10]规定的范围内来判断设计的合理性。

(4)冷凝器设计计算模块的作用是根据冷凝器的热负荷、选定的制冷工质、工况参数等,确定冷凝器型式及结构参数、传热面积、流动阻力等。

采用文献[10]规定的冷凝器结构参数。

设计计内容与方法与蒸发器设计计算模块相似。

(5)节流装置计算及选配模块:单元式空调机节流装置可以采用毛细管和热力膨胀阀两种型式。

因此本模块的作用是根据选定的制冷工质、工况参数、空气调节机制冷量、蒸发器分路数、节流前后压力差、蒸发器管内制冷剂的流动阻力等确定节流装置型式。

若采用毛细管为节流装置,则需确定其长度和内径;若采用热力膨胀阀为节流装置,则需确定热力膨胀阀的型式和规格。

在热力膨胀阀选配设计中,建立了4个存放热力膨胀阀性能参数的数据库,热力膨胀阀型号取自文献[11,12],设计时根据名义容量来选择热力膨胀阀规格。

(6)风机选用计算模块:根据标准规定,在单元式空气调节机所需要的风量和风压范围内,其通风系统宜采用离心式通风机。

而对风冷冷凝器,可以采用轴流式通风机。

因此本模块的作用是根据所需要的风量及风压,确定单元式空气调节机通风系统用的离心风机型号、台数;若采用风冷冷凝器,则还需确定风冷冷凝器用的轴流风机型号、台数。

本次风机选用是根据选用件表进行选用的。

为此先建立了2个存放风机样本参数的数据库,风机型号取自文献[13,14],设计时根据风量与风压来选择风机型号、台数。

(7)管路及辅助设备计算模块的作用是先根据管道总压力损失的许可值,选择吸气管、排气管与液管的管材并确定其管径大小;然后根据干燥过滤器接管直径、电磁阀阀门通径与液管直径是否匹配的原则来确定干燥过滤器、电磁阀具体型号;最后根据蒸发器容积、冷凝器容积估算制冷剂充注量。

在干燥过滤器、电磁阀选配中,建立了2个存放干燥过滤器、电磁阀样本参数的数据库,干燥过滤器、电磁阀型号分别选用文献[11]中的实芯干燥过滤器与直动电磁阀。

(8)整机绘图数据调用模块的作用是将整机绘图需要的数据从以上各模块存放计算结果的数据库中取出并转存到有关的文本文件。

(9)打印计算结果模块:以上模块全部运行后,可运行本模块程序将所有计算结果以表格形式打印输出。

5　C AD绘图绘图部分内容主要由压缩机绘图程序、蒸发器绘图程序、冷凝器绘图程序、风机绘图程序及整机绘图程序等组成,程序全部用C AD软件中的Autolisp语言编制,各程序独立运行,使用者无需输入任何绘图数据,只需根据屏幕提示选取制冷剂类型,并随机键入一点,即可获得所需的图形,完全实现了参数化绘图。

各绘图程序运行方式基本相同,运行框图见图3,各绘图程序功能可详见文献[3]。

　实例分析以制冷量为14kW的单元式空气调节机的设计为例,制冷剂分别采用R22和R134a,冷凝器采用水冷套管式,节流装置采用热力膨胀阀,单元式空气调节机设计工况为:蒸发温度为5℃;冷凝温度为40℃;过热度为5℃,过冷度为5℃。

为进行比较,两台空调机采用相同结构的蒸发器和冷凝器,蒸发器和冷凝器结构参数如下:图3　绘图程序运行框图(1)蒸发器:管间距S1=25mm,管径d o= 11mm,肋片节距e=118mm,壁厚δ=015mm,肋片厚度h d=0120mm,肋管排数N c=4排,每排管数n=14根,分路数Y=7,流程数N=8,每通路管长L x=6111m,迎面风速W y=215m/s,迎风面积A y=0127m2,实际传热面积F c1=2213m2,蒸发器长×宽×高=0109m×0176m×0135m。

(2)冷凝器:肋片外径d=1819mm,肋高h= 115mm,肋片厚f=013mm,肋片距e=111mm,内径d i=14mm,外径d o=1519mm,肋尖角φ= 010349rad,套管外径D o=32mm,外管厚度δ1= 215mm,套管并联数n=2,实际盘管总长度L s= 12148m,盘管直径D=250mm,每一套管的盘管数n0=8圈,套管式冷凝器总高H=512mm,实际传热面积F ts=2148m2。

部分计算结果,见表1。

分析计算结果可得出以下几点:(1)从制冷循环理论和实际制冷系数看, R134a的值较R22大。

(2)从单位容积制冷量来看,R22值明显大于R134a值。

可见采用R134a作为替代工质后,压缩机尺寸将增加,进气管尺寸也较大。

(3)从压比来看,R134a的压比较R22高。

(4)从理论功率来看,R134a的值比R22要小些。

(5)从蒸发器计算结果看,在相同工况和结构参数下,R134a管内流动阻力比R22大,但R134a 管内放热系数比R22大,采用R134a时蒸发器传热系数比采用R22时大,因此采用R134a的空调机能制取更多的冷量。