制冷循环系统的热力计算
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19.8
Q1
1970
Q2
2500
Q3
3000
Q4
3720
qm1
0.492
qm2
0.356
Q
2169.7327784
2639.3630401
4820.2451765
17253.296792
利用以上表达式，经Excel试算，得知夏季蒸发器，也即冬季冷凝器的大致尺寸为
b
s
h
sf
δf
Байду номын сангаасS1
n
l
H
0.025
0.02
⑵空气流量
⑶夏季时此换热器作为冷凝器：
查表得知此时对应的温度为39.5℃。
平均温度 ，
平均温差 ，
，
3部件设计
3.1气体冷却器和蒸发器形式为管带式，此形式的换热器在耐压和换热方面有较大的优势。根据参考文献2，空气流过管带式换热器时当量表面传热系数α[W/(m2.k)]
①
②
③
g—空气在流通截面上的流量密度，kg/(m2.s)
u—空气平均温度下的动力粘度，N.s/m2
Cp—空气平均温度下的比定压热容，J/(kg.K)
λ—空气在平均温度下的热导率，W/(m.K)
d—当量直径，m
δf—翅带厚度，m
C
0.1758
0.5057
0.3333
0.3133
1.9908
0.5268
管带式换热器的形式如图：
b—椭圆扁管宽度 Sf—翅片间距
制冷循环系统的热力计算是根据确定的蒸发温度，冷凝温度，液态制冷剂的再冷度和压缩机的吸汽温度等已知条件.通过压焓图，求出各状态点的参数以及相关数值.
图1CO2跨临界循环系统图
图2跨临界 压焓图
1循环参数
跨临界co2空调设计工况制冷量为2.8 kw，制热量为3kw，制冷剂为R744，蒸发温度取为0℃，冷却器出口温度取为40℃。指示效率 0.75,机械效率 。
单位压缩功为66.67kJ/kg,制冷剂循环量为0.018kg/s,所以压缩功为66.67*0.018=1.2kW,取输气系数为0.7，从而压缩机排量可得：
3.3膨胀阀选型：
系统制冷量为2.8kW,即2800/3300=0.84冷吨，故选用容量为1冷吨的膨胀阀。
3.4连接管的选型：
由于换热器为扁椭圆形截面，而压缩机接口为圆形，所以选择橡胶管为连接管，耐压胶管。
⑵制冷剂流量
⑶制热系数
⑷热力完善度
⑸以冬季制冷剂流量为标准时夏季的制冷量
通过改变压缩机转速来改变循环流量，从而满足夏天制冷，冬天制热的工况。
2.3换热器计算
实际工况参数
夏季制冷设计工况为32℃，设计降到25℃，冬季制热设计工况为5℃，设计升到20℃。
㈠夏季蒸发器
25℃焓值为298.422kJ/kg,18℃焓值为291.394kJ/kg，20℃焓值为293.402kJ/kg
查资料(参考文献1)知，根据冷却压力对循环的影响，最佳冷却压力与冷凝器出口温度的关系式为：
Pk=-0.71471+0.27243 tk(MPa)式中：32℃≤tk≤48℃.
根据冷凝器出口温度为40℃，计算得最佳冷凝压力为10MPa.
根据吸气过热度对循环的影响，利用回热提高点1的过热度使循环的性能系数增大，但是过热度不是任意可以提高的。由于传热温差的存在，点1的温度总是低于点3的温度。由此假定点1的过热度为15℃。
δf
0.0002
0.0002
n5
-0.5268
s1
0.035
0.045
λ
0.026
n
11
5
Pr
0.7
l
0.55
0.55
<0.6
u
1.82E-05
H
0.385
0.225
<0.4
de
0.0055072463768
0.0063865546218
F
0.7865
Δt1
2.49
Δt2
21.3
Δt3
38.9
Δt4
由压缩机指示效率ηi=0.75，得h2=(h2s-h1)/ηi+h1=520.67kJ/kg.
各点参数
t0
℃
p0
bar
h0
kJ/kg
t1
℃
p1
bar
h1
kJ/kg
t2
℃
p2
bar
h2s
kJ/kg
h2
kJ/kg
0
35
432
15
35
454
100
100
504
520.67
t3
℃
p3
bar
h3
kJ/kg
t4
℃
p4
bar
h4
kJ/kg
t5
℃
p5
bar
h5
kJ/kg
40
100
314
36
100
296
0
35
296
2热力计算
2.1夏季热力计算
⑴单位质量制冷量
⑵单位理论功
⑶单位容积制冷量
单位冷凝热
⑷制冷循环质量流量
⑸压比π
p2/p1 = 100/35 = 2.86
⑹性能系数COP
⑺热力完善度η
2.2冬季热力计算
⑴实际单位冷凝热
⑴平均温度
，
平均温差Δ ，
，
⑵空气流量
=0.398kg/s
⑶冬季时此换热器作为冷凝器，
经查表知此时对应的温度为28.4℃。
平均温度 ，
平均温差 ，
，
㈡冬季蒸发器
5℃的焓值为278.343kJ/kg,1℃的焓值为274.329kJ/kg,32℃的焓值为305.455kJ/kg
⑴平均温度
，
平均温差 ,
,
由回热器热平衡计算，h1-h0=h3-h4，推得h4=296kJ/kg,查压焓图得t4=36℃.过冷度为4℃.点4到点5的过程为等焓节流过程，得点5的状态：t5=0℃,h5=h4=296kJ/kg.
点1到点2s过程为等熵压缩，p2s=10MPa，从而确定点2s的状态：t2s=100℃,h2s=504kJ/kg.
h—椭圆扁管高度 δf—翅片厚度
S—波形翅片高度 S1—椭圆扁管间距
L—椭圆扁管长度 H—换热器高度
N—椭圆扁管排数
Excel计算表格概况如图，
c
0.1758
b
0.04
0.025
n1
0.5057
s
0.01
0.02
n2
0.3333
h
0.025
0.025
n3
0.3133
sf
0.004
0.004
n4
1.9908
0.025
0.004
0.0002
0.045
5
0.55
0.225
S1=s+h,H=s1*n,
同样，利用以上表达式，经Excel试算，得知冬季蒸发器，也即夏季冷凝器的大致尺寸为
b
s
h
sf
δf
S1
n
l
H
0.04
0.01
0.025
0.004
0.0002
0.035
11
0.55
0.385
3.2压缩机选型：轿车正常行驶速度为40km/h,压缩机正常转速n=1800r/min,
Q1
1970
Q2
2500
Q3
3000
Q4
3720
qm1
0.492
qm2
0.356
Q
2169.7327784
2639.3630401
4820.2451765
17253.296792
利用以上表达式，经Excel试算，得知夏季蒸发器，也即冬季冷凝器的大致尺寸为
b
s
h
sf
δf
Байду номын сангаасS1
n
l
H
0.025
0.02
⑵空气流量
⑶夏季时此换热器作为冷凝器：
查表得知此时对应的温度为39.5℃。
平均温度 ，
平均温差 ，
，
3部件设计
3.1气体冷却器和蒸发器形式为管带式，此形式的换热器在耐压和换热方面有较大的优势。根据参考文献2，空气流过管带式换热器时当量表面传热系数α[W/(m2.k)]
①
②
③
g—空气在流通截面上的流量密度，kg/(m2.s)
u—空气平均温度下的动力粘度，N.s/m2
Cp—空气平均温度下的比定压热容，J/(kg.K)
λ—空气在平均温度下的热导率，W/(m.K)
d—当量直径，m
δf—翅带厚度，m
C
0.1758
0.5057
0.3333
0.3133
1.9908
0.5268
管带式换热器的形式如图：
b—椭圆扁管宽度 Sf—翅片间距
制冷循环系统的热力计算是根据确定的蒸发温度，冷凝温度，液态制冷剂的再冷度和压缩机的吸汽温度等已知条件.通过压焓图，求出各状态点的参数以及相关数值.
图1CO2跨临界循环系统图
图2跨临界 压焓图
1循环参数
跨临界co2空调设计工况制冷量为2.8 kw，制热量为3kw，制冷剂为R744，蒸发温度取为0℃，冷却器出口温度取为40℃。指示效率 0.75,机械效率 。
单位压缩功为66.67kJ/kg,制冷剂循环量为0.018kg/s,所以压缩功为66.67*0.018=1.2kW,取输气系数为0.7，从而压缩机排量可得：
3.3膨胀阀选型：
系统制冷量为2.8kW,即2800/3300=0.84冷吨，故选用容量为1冷吨的膨胀阀。
3.4连接管的选型：
由于换热器为扁椭圆形截面，而压缩机接口为圆形，所以选择橡胶管为连接管，耐压胶管。
⑵制冷剂流量
⑶制热系数
⑷热力完善度
⑸以冬季制冷剂流量为标准时夏季的制冷量
通过改变压缩机转速来改变循环流量，从而满足夏天制冷，冬天制热的工况。
2.3换热器计算
实际工况参数
夏季制冷设计工况为32℃，设计降到25℃，冬季制热设计工况为5℃，设计升到20℃。
㈠夏季蒸发器
25℃焓值为298.422kJ/kg,18℃焓值为291.394kJ/kg，20℃焓值为293.402kJ/kg
查资料(参考文献1)知，根据冷却压力对循环的影响，最佳冷却压力与冷凝器出口温度的关系式为：
Pk=-0.71471+0.27243 tk(MPa)式中：32℃≤tk≤48℃.
根据冷凝器出口温度为40℃，计算得最佳冷凝压力为10MPa.
根据吸气过热度对循环的影响，利用回热提高点1的过热度使循环的性能系数增大，但是过热度不是任意可以提高的。由于传热温差的存在，点1的温度总是低于点3的温度。由此假定点1的过热度为15℃。
δf
0.0002
0.0002
n5
-0.5268
s1
0.035
0.045
λ
0.026
n
11
5
Pr
0.7
l
0.55
0.55
<0.6
u
1.82E-05
H
0.385
0.225
<0.4
de
0.0055072463768
0.0063865546218
F
0.7865
Δt1
2.49
Δt2
21.3
Δt3
38.9
Δt4
由压缩机指示效率ηi=0.75，得h2=(h2s-h1)/ηi+h1=520.67kJ/kg.
各点参数
t0
℃
p0
bar
h0
kJ/kg
t1
℃
p1
bar
h1
kJ/kg
t2
℃
p2
bar
h2s
kJ/kg
h2
kJ/kg
0
35
432
15
35
454
100
100
504
520.67
t3
℃
p3
bar
h3
kJ/kg
t4
℃
p4
bar
h4
kJ/kg
t5
℃
p5
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h5
kJ/kg
40
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314
36
100
296
0
35
296
2热力计算
2.1夏季热力计算
⑴单位质量制冷量
⑵单位理论功
⑶单位容积制冷量
单位冷凝热
⑷制冷循环质量流量
⑸压比π
p2/p1 = 100/35 = 2.86
⑹性能系数COP
⑺热力完善度η
2.2冬季热力计算
⑴实际单位冷凝热
⑴平均温度
，
平均温差Δ ，
，
⑵空气流量
=0.398kg/s
⑶冬季时此换热器作为冷凝器，
经查表知此时对应的温度为28.4℃。
平均温度 ，
平均温差 ，
，
㈡冬季蒸发器
5℃的焓值为278.343kJ/kg,1℃的焓值为274.329kJ/kg,32℃的焓值为305.455kJ/kg
⑴平均温度
，
平均温差 ,
,
由回热器热平衡计算，h1-h0=h3-h4，推得h4=296kJ/kg,查压焓图得t4=36℃.过冷度为4℃.点4到点5的过程为等焓节流过程，得点5的状态：t5=0℃,h5=h4=296kJ/kg.
点1到点2s过程为等熵压缩，p2s=10MPa，从而确定点2s的状态：t2s=100℃,h2s=504kJ/kg.
h—椭圆扁管高度 δf—翅片厚度
S—波形翅片高度 S1—椭圆扁管间距
L—椭圆扁管长度 H—换热器高度
N—椭圆扁管排数
Excel计算表格概况如图，
c
0.1758
b
0.04
0.025
n1
0.5057
s
0.01
0.02
n2
0.3333
h
0.025
0.025
n3
0.3133
sf
0.004
0.004
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1.9908
0.025
0.004
0.0002
0.045
5
0.55
0.225
S1=s+h,H=s1*n,
同样，利用以上表达式，经Excel试算，得知冬季蒸发器，也即夏季冷凝器的大致尺寸为
b
s
h
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δf
S1
n
l
H
0.04
0.01
0.025
0.004
0.0002
0.035
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0.55
0.385
3.2压缩机选型：轿车正常行驶速度为40km/h,压缩机正常转速n=1800r/min,