冷藏车制冷机的选型计算

玻璃纤维增强复合材料冷藏车制冷机的选型计算

玻璃纤维复合材料冷藏汽车是指装备有玻纤增强复合材料隔热厢体和制冷装置，用于冷藏运输的厢式汽车。复合材料隔热厢体内外面均采用玻纤增强复合材料(FRP)，厢板内部复合硬质聚氨酯(PU)泡沫，在相同厚度下，该材料导热系数要比金属蒙皮的隔热厢板低，因此复合材料冷藏车正逐步成为当今冷藏车的主流产品。目前，冷藏车常用的制冷装置是蒸汽压缩式制冷机，制冷机的制冷量代表着冷藏车的冷藏运输能力。在冷藏车的设计中，当确定了厢体的外形尺寸和厢板的厚度后，正确选择匹配的制冷机是冷藏车能否满足使用要求的关键。制冷机的选型一般可以通过计算来确定，冷藏车的正常使用要求在外界环境温度为+30°C 条件下，冷藏车厢内温度要保持在-20°C 。在此工作条件下，冷藏车厢体与外界环境的热交换量Q 大致包括以下四部分：

一、 通过复合材料厢板传入厢内的热量Q 1 (W)

()∑−=n w i i T T F K Q 1 (1)

式中：

K i - 复合材料厢板传热系数，

W/m ²•K,包括前板传热系数K 前、侧板传热系数K 侧、 顶板传热系数K 顶、地板传热系数K 地和后门传热系数K 后； F i - 复合材料厢板有效传热面积，m ²，包括前板传热面积F 前、侧板传热面积F 侧、 顶板传热面积F 顶、地板传热面积F 地和后门传热面积F 后； T w - 外界环境温度，°C ，这里为30°C ； T n - 厢内温度，°C ，这里为-20°C 。

(1) 首先计算K i

n

w

i

i Ki ααλδ1

1

1

++=

∑ (2)

式中：

αw - 车厢外表面放热系数，当车厢外表面空气相流动速度 V ≤2.56m/s 时， αw = 29 W/m ²•K ，当V ＞2.56m/s 时，V w *5.1767.5+=α W/m ²•K ， 当冷藏车以90km/h 速度行使时，则αw = 93.17 W/m ²•K ；

αn - 车厢内表面放热系数，当车厢内空气为自然对流时，αn = 7~9 W/m ²•K ， 当车厢内空气为强制循环时，αn = 17~24 W/m ²•K ；

δ i - 复合材料厢板各层材料厚度，其中玻璃钢面板厚度 δ 玻 =0.005m,

PU 泡沫厚度：前板 δPU 前 =0.1m ，侧板 δPU 侧 =0.065m ，顶板 δPU 顶=0.1m ， 地板 δPU 地 =0.065m ，后门板 δPU 后 =0.065m ；

λ i - 复合材料厢板各层材料的热导率，经热工测试，玻璃钢面板热导率 λ 玻=0.2

W/m •K,容重为45kg/m ³的PU 泡沫 λ PU =0.022 W/m •K ；

将上述各项数值代入公式(2)，则可以算出各块厢板的K i 值(其中αw 取93.17 W/m ²•K ， αn 取24 W/m ²•K)：

K 前 =

0.216 W/m •K K 侧 =

0.33 W/m •K K 顶 =

0.216 W/m •K K 地 =

0.33 W/m •K K 后 =

0.33 W/m •K

(2) 计算各块厢板有效传热面积F i

in iw i F F F *= (3)

式中： F i w - 复合材料厢板外侧传热面积，m ²; F i n - 复合材料厢板内侧传热面积，m ²; 设:

复合材料厢体外长为L ，外宽为W ，外高为 H (单位为 m) 前板、顶板厚0.105m 侧板、地板、后门板厚 0.070m 则 ()()175.0*14.0**−−=H W H W F F 后前、

()()14.0*175.0**−−=W L W L F F 地顶、

()()175.0*175.0**−−=

H L H L F 侧

(3) 计算Q 1

将各项K i 值、F i 值以及T w 和T n 代入公式(1)，最终可得：

()()()()]14.0*175.0**175.0*14.0**[*8.101−−+−−=W L W L H W H W Q

()()()()14.0*175.0**175.0*175.0***2[*5.16−−+

−−+W L W L H L H L

+()()14.0*175.0**−−W H W H ] (4)

二、 车厢换气带入厢内的热量 Q 2 (W)

()()[]n n w w n w X X L T T C V Q ϕϕρβ−+−=

*3600

1

2 (5)

式中： ρ - 车厢内空气密度，kg/m ³; β - 车厢漏气倍数，按国家标准ZB T52 003-87，对A 类厢体来说，当厢体传热面积 > 40

m ², β ≤ 1.2 h -1，当厢体传热面积 在20~ 40 m ²之间, β ≤ 1.5 h -1

，当厢体传热面积 < 20m ², β ≤ 2.1 h -1 ; V - 车厢容积，m ³; C - 空气的定压比热容，J/kg •K;

L - 水蒸气的气化潜热，J/kg;

ϕ w - 车厢外空气的相对湿度，%；

ϕ n - 车厢内空气的相对湿度，%；

X w - 车厢外饱和空气的含湿量，kg/kg (干空气)； X w - 车厢内饱和空气的含湿量，kg/kg (干空气)；

对于符合ZB T52 003-87标准的A 类冷藏厢体，实际计算中常用如下经验公式： Q 2 = 0.1 Q 1

三、 太阳辐射进入厢体的热量 Q 3 (W)

()

24

3Z

T T F K Q w f f p −= (6) 式中： K p - 车厢平均传热系数，W/m ²•K ； F f - 车厢受太阳辐射的面积，m ²，一般取车厢传热面积的35~50%； T f - 太阳辐射条件下，F f 表面的平均温度，一般取T f = T w +20°C ； Z- 每昼夜日照时间，一般取12~16h ； 实际计算时常用如下经验公式： Q 3 = 0.15Q 1

四、装卸货物开门时带入厢体的热量 Q4 (W)

14Q Q β= (7) 式中： β - 开门频率系数，运输途中基本不开门的，β=0.25;每天开门6次以下的，β=0.5;每天 开门7~12次的，β=0.75;每天开门12次以上的，β=1。这里我们取β=0.5。

综上所述，冷藏厢体总的热交换量Q= Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4

= Q 1 + 0.1Q 1 + 0.15Q1 +0.5 Q 1

=1.75 Q 1

制冷机制冷能力一般用 -20/+30°C 情况下的制冷功率Q 0来表达，选择制冷机时必须保证：

λ

Q

Q ≥

0 (8)

式中： λ - 制冷机运转率，一般取λ ≤ 0.75

按照上述计算方法，我们对一些常见车型复合材料冷藏车的制冷机进行了计算选型，立表附后，供参考。