冷风机设计计算

第二章冷空气参数计算

人工制冷是指借助于制冷装置，以消耗机械能或电磁能、热能、太阳能的呢过形式的能量为代价，把热量从低温系统向高温系统转移而得到低温，并维持这个低温。目前常用的制冷方式有蒸汽压缩式制冷、蒸汽吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸附式制冷、电热制冷、磁制冷、涡流管制冷和热声制冷等，其中最为常用的是蒸汽压缩式制冷。蒸汽压缩式制冷是利用气体的节流效应，通过绝热膨胀来制冷的。

蒸汽压缩式制冷由分为单机蒸汽压缩式制冷循环和多级蒸汽压缩式制冷循环及其许多发展形式，这里为了研究方便，采用最简单的单级蒸气压缩式制冷循环。单机压缩式制冷循环系统主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四大部件组成，如下图所示。对制冷剂蒸汽只进行一次压缩，故称为单机蒸汽压缩。整个循环过程主要由压缩过程、冷凝过程、节流过程以及蒸发过程四个过程组成，每个过程在不同的部件中完成，制冷剂在每个过程中的状态又各不相同。

对于冷风机的设计计算，要对循环的主要参数进行设计计算，并主要关注与蒸发器相关的循环参数。

在冷风机的设计过程中,首先要根据所给条件计算出冷空气参数,冷空气参数是冷风机设计计算的基础和依据，其计算结果直接影响冷风机的选型和设计，因此其计算要求较高的精度，具有重要的意义。冷空气计算主要是依据相关经验公式和查表所得进行的。计算的内容可大概分为回风参数和送风参数，回风参数是冷风机蒸发器的进口空气参数，送风参数是冷风机的出口空气参数也即要进入室内的空气参数；计算主要涉及冷空气的焓值、含湿量、密度、粘度、饱和蒸汽压等。

2.1制冷循环相关计算

2.11已知条件：

已知：回风干球温度：0℃回风相对湿度：90%

送风干球温度：-3℃送风相对湿度：95%

大气压： 10132Pa 制冷量： 5.4kw

制冷剂： R22

2.12相关计算：

1.查表得R22的汽化潜热为210.55kJ/kg

2.制冷剂循环量：

代入数据计算得，制冷剂循环量为115.412kg/h

2.2冷空气参数计算

1.热力学温度： T=t+273.15

回风温度：273.15

送风温度：270.15 2.水蒸气饱和压力：

2195768

.2)1(4287.0)1(50475.1lg

028.5)1(79574.10lg 10

1010

10)

1(76955.452969.840

00--⨯⨯+-⨯⨯+⨯--⨯=-

⨯-⨯

--T

T

b

T T T

T

P

T

T

P

其中，P ：水蒸气饱和压力 P b

：大气压力

T ：冷空气温度 T 0：绝对零度 带入数据得：回风温度下水蒸气饱和压力：611.32Pa 送风温度下水蒸气饱和压力：490.34Pa 3.含湿量：

其中，d ：含湿量 P b

：大气压力

P a

：水蒸气饱和压力 ϕ：相对湿度

代入数据得：回风含湿量：3.40g/kg 送风含湿量：2.87g/kg 4.空气密度：

其中，ρ：空气密度 P b

：大气压力

P a

：水蒸气饱和压力 T ：空气温度

ϕ：相对湿度

代入数据得：回风温度下的空气密度：1.29m kg 3

/ 送风温度下的空气密度：1.30m kg 3/

5.动力粘度：

其中，μ：动力粘度 T ：气体温度 T 0：绝对零度

代入数据得：回风动力粘度：105

7268.1-⨯s m /2

送风动力粘度：105

7135.1-⨯s m /2

6.运动粘度：

其中，V ：运动粘度 μ：动力粘度 ρ：空气密度

带入数据得：回风运动粘度：105339.1-⨯s Pa ⋅ 送风运动粘度：105314.1-⨯s Pa ⋅ 7.定压比热容：

其中，C p ：定压比热容 d ：含湿量 代入数据得：回风定压比热容：1.008843009 kJ/(kg ⋅℃) 送风定压比热容：1.008406308 kJ/(kg ⋅℃) 8.导热率：

查表得：回风导热率：0.02442 W/(m ⋅℃) 送风导热率：0.024174 W/(m ⋅℃)

9.空气平均温度：

5.123

0-=-℃ 10.空气比容：kg m /77098409.030.129.123

=+

11.平均含湿量：134455045.32

87

.24.3=+g/kg

12.平均定压比热容：

008624659.12

008406308

.1008843009.1=+ kJ/(kg ⋅℃) 13.风量：

带入数据有 555048.344214

.449.8360077098409.04.5=-⨯⨯=

风量h m /3

2.3本章小结

冷空气参数的计算是冷风机的依据，在对制冷循环计算的基础上通过相关的经验公式计算出冷空气的各项参数，通过这些参数可以大概确定蒸发器的结构数据。

第三章蒸发器初步计算

蒸发器是冷风机的核心部件，制冷剂在蒸发器内沸腾吸热，热量通过管壁由管外空气传入制冷剂循环，再由风机将冷空气吹出而获得冷风。蒸发器设计的好坏与否直接关系着冷风机的性能，蒸发器设计中要考虑到制冷剂的流量、空气量、蒸发温度等及由这些因素产生的风阻、结霜等问题。本章进行蒸发器的初步计算，即蒸发器结构的初步设计及翅片形式的初步计算。

蒸发器拟采用纯铜管和铝片组成的套片管干式蒸发器。套片管广泛应用于氟利昂制冷机的换热器上，其结构形式如下图，即在整张的铝片或铜片上（这里采用铝片）按一定规律冲压出用来穿换热管的圆孔，这样，铝片或铜片就形成换热管的肋片。其中冲压出来的圆孔有翻边，起作用是增大肋片与换热管的接触面积，并保持一定的肋片间距。肋片可以是整张铝片或铜片，也可以由几张拼凑而成（这里采用整张铝片）。组装肋片的时候，为了保证铝片与换热管之间的紧密接触，一般采用10~10MPa的优雅或谁呀胀管，或用带钢珠的推杆压入馆管内，利用钢珠与圆管内径的过盈度来机械胀管，后者胀管均匀，接触热阻小，且可以省去管内清洗和干燥的麻烦，因而，这里采用后者。

干式蒸发器具有许多优点：（1）当使用与润滑油互溶的制冷剂R22、R11

等时，只要管内制冷剂的流速大于4m/s，就可以将润滑油带回压缩机。（2）充注的制冷剂量比较少，只为管内容积的40%左右，约为满液式蒸发器的1/3~1/2或更少。（3）对于载冷剂为水的蒸发器，蒸发温度在0℃附近时，不致发生冻结事故，而且载冷剂在管外，冷量损失少。（4）可以使用热力膨胀阀工业，比使用浮球阀简单可靠。

3.1蒸发器结构初步规划

3.11蒸发器结构的初步假定

1.管道：材料：纯铜光管管外径： 9.52mm

管内径： 8.52mm 管壁厚： 0.5mm