1、中國(guó)計(jì)量學(xué)院制冷系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)四門三溫冰箱設(shè)計(jì)小組成員：趙玲倩 12熱能3班 1200203302 李甜甜 12熱能3班 1200203311 章姣姣 12熱能2班 1200203219 潘雅翡 12熱能2班 1200203222 指導(dǎo)老師：王玉剛2015. 07. 08組員分工：姓名工作成績(jī)趙玲倩系統(tǒng)選型與整體尺寸設(shè)計(jì)；制冷系統(tǒng)熱力計(jì)算及壓縮機(jī)選型；毛細(xì)管長(zhǎng)度確定李甜甜負(fù)荷計(jì)算；繪制整體圖紙潘雅翡冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算章姣姣蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算3目錄1 冰箱制冷系統(tǒng)21.1 冰箱制冷系統(tǒng)的組成及分布21.2 冰箱制冷原理41.3 冰箱系統(tǒng)工作過(guò)程51.4 制冷劑的選擇52.冰箱的熱負(fù)荷計(jì)算72.1冰箱的設(shè)計(jì)

2、條件72.2熱負(fù)荷計(jì)算方法83 制冷系統(tǒng)熱力計(jì)算及壓縮機(jī)的選型173.1 制冷系統(tǒng)的熱力計(jì)算173.2 壓縮機(jī)選型21 4.1計(jì)算過(guò)熱段及飽和段熱負(fù)荷224.2過(guò)熱段和飽和段傳熱溫差224.3自然對(duì)流表面?zhèn)飨禂?shù)f234.4輻射傳熱系數(shù)234.5冷凝器的傳熱面積244.6冷凝器整體尺寸245 蒸發(fā)器的選擇265.1蒸發(fā)器的分類265.2蒸發(fā)器的作用及工作過(guò)程265.3實(shí)際綜合換熱系數(shù)K的確定275.4冷藏室蒸發(fā)器設(shè)計(jì)275.5冷凍室蒸發(fā)器設(shè)計(jì)285.6軟冷凍室蒸發(fā)器設(shè)計(jì)286 毛細(xì)管的選擇306.1 毛細(xì)管的工作原理及選擇方法306.2 毛細(xì)管長(zhǎng)度的確定301 冰箱制冷系統(tǒng)1.1 冰箱制冷系統(tǒng)的

3、組成及分布?jí)嚎s式電冰箱的制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、干燥過(guò)濾器、毛細(xì)管和蒸發(fā)器等五部分組成。制冷系統(tǒng)各部件在冰箱中的分布如下：圖1-1 壓縮式冰箱制冷系統(tǒng)圖在系統(tǒng)的整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，壓縮機(jī)的功用是補(bǔ)充能量，把蒸發(fā)器中的低溫低壓的氟利昂蒸汽壓縮為高溫高壓的過(guò)熱蒸汽，送入冷凝器中，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟。冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，它的功用是把高溫高壓的蒸汽冷凝成為高壓常溫的液體，并放出大量的熱量。干燥過(guò)濾器的功用是吸收氟利昂中的水分，防止冰堵，以及過(guò)濾制冷系統(tǒng)中的雜質(zhì)，防止臟堵。毛細(xì)管的功用也有兩個(gè)方面，其一是節(jié)流，控制制冷系統(tǒng)的氟利昂循環(huán)量；其二是降壓，保證冷凝器中的壓力滿足冷凝壓力同時(shí)蒸發(fā)器中的壓力滿足蒸

4、發(fā)壓力。蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)制取冷量的地方，是液態(tài)氟利昂蒸發(fā)汽化為氣體，吸收大量汽化熱的場(chǎng)所。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，壓縮機(jī)所消耗的功(電能)起了補(bǔ)償作用，使制冷劑氟利昂不斷從低溫物體中吸并向高溫物體放熱，從而完成冰箱制冷系統(tǒng)的整個(gè)循環(huán)。1.2 冰箱制冷原理1.2.1冰箱類型及特點(diǎn) 該冰箱采用直接冷卻式壓縮式制冷系統(tǒng)。直冷式冰箱，是利用冰箱內(nèi)空氣自然對(duì)流的方式來(lái)冷卻食品的。蒸發(fā)器安裝在冰箱背部，蒸發(fā)器周圍的空氣要與蒸發(fā)器產(chǎn)生熱交換，空氣把熱量傳遞給蒸發(fā)器，蒸發(fā)器把冷量傳遞給空氣。空氣吸收冷量后，溫度下降，密度增大，向下運(yùn)動(dòng)。冰箱內(nèi)下部的空氣要與被冷卻食品產(chǎn)生熱交換，食品把熱量傳遞給空氣，空氣得到熱量后

5、，溫度回升，密度減少，又上升到蒸發(fā)器周圍，把熱量傳遞給蒸發(fā)器。冷熱空氣就這樣循環(huán)往復(fù)地自然對(duì)流從而達(dá)到制冷目的。按結(jié)構(gòu)分，該壓縮式冰箱為四門三溫冰箱。冷藏室采用對(duì)開(kāi)門，溫度控制在5左右；冷凍室溫度控制在-18左右；軟冷凍室溫度控制在-10左右。1.2.2壓縮式冰箱制冷原理 冰箱制冷系統(tǒng)理論循環(huán)過(guò)程熱力圖如圖1-2 所示。圖1-2 理論制冷循環(huán)p-h圖系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、毛細(xì)管、蒸發(fā)器組成，用管道連成一個(gè)封閉的系統(tǒng)。工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)與被冷卻對(duì)象發(fā)生熱交換，吸收冰箱內(nèi)空氣和物體的熱量并汽化，產(chǎn)生的低壓蒸氣被壓縮機(jī)吸入，壓縮后以高壓排出。壓縮過(guò)程需要消耗能量。壓縮機(jī)排出的高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)在冷凝器內(nèi)被

6、水冷卻，凝結(jié)成高壓液體。高壓液體流經(jīng)毛細(xì)管時(shí)節(jié)流，變成低壓、低溫蒸氣，進(jìn)入蒸發(fā)器，其中的低壓液體在蒸發(fā)器中汽化制冷。如此周而復(fù)始。1.3 冰箱系統(tǒng)工作過(guò)程制冷系統(tǒng)工作過(guò)程如下：常溫液態(tài)制冷劑被毛細(xì)管節(jié)流，降低壓力和溫度，制冷劑由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)過(guò)程中吸收了冰箱內(nèi)空間的熱量，蒸發(fā)器表面逐漸地結(jié)了霜，箱內(nèi)溫度逐漸下降；已蒸發(fā)吸熱后的制冷劑蒸氣被已運(yùn)轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)吸回，壓縮后成為高壓力、高溫度蒸汽，再排入冷凝器中將熱量散發(fā)到空氣中而液化；通過(guò)干燥過(guò)濾器濾除可能攜帶的污垢或水分，經(jīng)毛細(xì)管節(jié)流降壓，回到開(kāi)始的過(guò)程，依次連續(xù)循環(huán)制冷。壓縮式冰箱制冷系統(tǒng)工作過(guò)程示意圖如圖1-3 所示。循環(huán)可簡(jiǎn)述為：蒸發(fā)壓縮冷凝節(jié)流

7、四個(gè)過(guò)程。圖1-3 壓縮式冰箱制冷系統(tǒng)示意圖1.4 制冷劑的選擇該冰箱選用R600a制冷劑，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）冰箱R600a制冷劑不但對(duì)臭氧層無(wú)破壞作用，且無(wú)溫室效應(yīng)，符合“蒙特利爾協(xié)議書(shū)”要求，是較好R12制冷劑的替代品之一。（2）因?yàn)楸銻600a制冷劑系統(tǒng)運(yùn)行壓力低，所以使用R600a制冷劑的冰箱噪聲較小。（3）生產(chǎn)冰箱R600a氟利昂的成本較低。（4）制造冰箱R600a制冷劑的過(guò)程中其損失較小，且每臺(tái)冰箱充灌R600a制冷劑量少，只要50g左右就行。（5）冰箱R600a制冷劑對(duì)其系統(tǒng)材料無(wú)特殊要求，且系統(tǒng)運(yùn)行可靠。  缺點(diǎn)是：  （1）因?yàn)镽600a制冷劑的可燃性

8、，所以如果使用冰箱R600a制冷劑不當(dāng)，容易造成燃燒并爆炸。  （2）在冰箱R600a制冷劑的生產(chǎn)過(guò)程中需投入安全防爆措施。2.冰箱的熱負(fù)荷計(jì)算2.1冰箱的設(shè)計(jì)條件電冰箱的總體布置是電冰箱設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。必須全面的考慮這個(gè)問(wèn)題。本設(shè)計(jì)的總體布置是以GB8059.1-7-87為標(biāo)準(zhǔn)。本文的設(shè)計(jì)條件為：(1)使用環(huán)境條件：冰箱周圍環(huán)境溫度ta=32，相對(duì)濕度=75±5%。(2)箱內(nèi)溫度：冷凍室平均溫度-18，冷藏室平均溫度5,軟冷凍室平均溫度-10。(3)蒸發(fā)器表面溫度-30，冷凝器溫度52。(4)制冷系統(tǒng)為單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)，冷卻方式采用直冷式，蒸發(fā)器采用管板式蒸發(fā)器

9、，冷凝器采用絲管式冷凝器，采用毛細(xì)管作為節(jié)流元件。本設(shè)計(jì)以R600a為制冷工質(zhì)。表2-1熱負(fù)荷計(jì)算參數(shù)分類設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)溫度()冷凍室t1-18冷藏室t25軟冷凍室t3-10環(huán)境ta32傳熱系數(shù)(W/(m2·K)冷凍室/軟冷凍室30冷藏室15環(huán)境10導(dǎo)熱系數(shù)(W/(m·K)P/U發(fā)泡層0.02門封條0.08表2-2間室容積表間室名稱容積（L）冷藏室300冷凍室110軟冷凍室90表2-3間室壁厚表（mm）間室名稱左側(cè)右側(cè)頂部背部底部門體冷藏室505050707070冷凍室704070707070軟冷凍室4070707070702.2熱負(fù)荷計(jì)算方法在一般情況下，為了簡(jiǎn)化熱負(fù)荷的計(jì)

10、算，將總熱負(fù)荷分成間室負(fù)荷、門封條負(fù)荷、開(kāi)門漏熱量及貯物熱量幾部分。2.2.1 間室熱負(fù)荷在冰箱熱傳導(dǎo)過(guò)程中，由于不能徹底絕熱，總有熱量從冰箱外部傳入內(nèi)部，間室負(fù)荷和門封條負(fù)荷通常被認(rèn)為是總熱負(fù)荷的主要來(lái)源。單位時(shí)間冰箱間室的熱量可由如下公式計(jì)算而得：Qc=（2-1）式中，Qc傳熱量，單位為W。傳熱系數(shù)，單位為W/(m2·K)。間室的傳熱面積，單位為m2。間室的內(nèi)外溫差，單位為。傳熱系數(shù)K的確定：K值的大小根據(jù)不同的傳熱材料而確定，在冰箱的結(jié)構(gòu)中，從內(nèi)到外，依次為ABS板，P/U發(fā)泡層，鋼板，但ABS板和鋼板的厚度遠(yuǎn)小于P/U發(fā)泡層的厚度。為了簡(jiǎn)化K值的計(jì)算，僅考慮P/U發(fā)泡層的厚度

11、。傳熱系數(shù)K值由以下公式計(jì)算而得：（2-2）c箱體與箱內(nèi)空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/(m2·K)。w周圍空氣與箱體的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/(m2·K)。lP/U發(fā)泡層的厚度，單位為m。fP/U發(fā)泡層導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/(m·K)。在實(shí)際的制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常將計(jì)算出的熱負(fù)荷加上一個(gè)安全系數(shù)。本文中給計(jì)算值加上20%的間室安全系數(shù)。因此間室總熱負(fù)荷的計(jì)算公式為：Qgasketg =Qc+(Qc×0.2)（2-3）1.冷凍室間室熱負(fù)荷冷凍室和環(huán)境的對(duì)流換熱系數(shù)及發(fā)泡層導(dǎo)熱系數(shù)分別為：c =30W/(m2·K)，w=10W/(m2·K)

12、，f=0.02W/(m·K)。計(jì)算中長(zhǎng)度用L表示，寬度用W表示，厚度用l表示，面積用A表示。（1）左側(cè)，L=0.5m,W=0.71m,l=0.07m, = 72.4。計(jì)算左側(cè)面積：A=L·W=0.5×0.71= 0.355m2（2-4）左側(cè)傳熱系數(shù)：=0.275229358W/(m2·K)（2-5）左側(cè)傳熱量：Q=KAT=0.275229358×0.355×72.4=7.073944954W（2-6）(2)右側(cè)，L=0.5m,W=0.71m,l=0.04m,= 8。計(jì)算右側(cè)面積：A=L·W=0.5×0.71= 0.

13、355m2（2-7）右側(cè)傳熱系數(shù)：=0.46875W/(m2·K)（2-8）右側(cè)傳熱量：Q=KAT=0.46875×0.355×8=1.33125W（2-9）(3)頂部，L=0.31m,W=0.5m,l=0.07m,= 23。計(jì)算頂部面積：A=L·W=0.31×0.5= 0.155m2（2-10）頂部傳熱系數(shù)：=0.275229358 W/(m2·K)（2-11）頂部傳熱量：Q=KAT= 0.275229358×0.155×23= 0.981192661W（2-12）(4)背部，L=0.31m,W=0.71m,l=

14、0.07m, = 50。計(jì)算背部面積：A=L·W =0.31×0.71= 0.2201m2（2-13）背部傳熱系數(shù)：= 0.275229358 W/(m2·K) （2-14）背部傳熱量：Q=KAT = 0.275229358×0.2201×50= 3.028899083W（2-15）(5)底部，L=0.31m,W=0.5m,l=0.07m, = 50。計(jì)算底部面積：A= L·W =0.31×0.5= 0.155m2（2-16）底部傳熱系數(shù)：= 0.275229358W/(m2·K) （2-17）底部傳熱量：Q=KA

15、T = 0.275229358×0.155×50=2.133027523W（2-18）(6)門體，L=0.31m,W=0.71m,l=0.07m, = 50計(jì)算門體面積：A= L·W =0.31×0.71= 0.2201m2（2-19）門體傳熱系數(shù)：=0.275229358 W/(m2·K) （2-20）門體傳熱量：Q=KAT= 0.275229358×0.2201×50=3.028899083W（2-21）2.冷藏室間室熱負(fù)荷冷藏室和環(huán)境的對(duì)流換熱系數(shù)及發(fā)泡層導(dǎo)熱系數(shù)分別為c =15W/(m2·K)，w =10W

16、/(m2·K)，f=0.02W/(m·K)。計(jì)算中長(zhǎng)度用L表示，寬度用W表示，厚度用l表示，面積用A表示。（1）左側(cè)（右側(cè)相同），L=0.5m,W=0.86m,l=0.07m, = 47。計(jì)算左側(cè)面積：A= L·W =0.5×0.86=0.43m2（2-22）左側(cè)傳熱系數(shù)：=0.375W/(m2·K) （2-23）左側(cè)傳熱量：Q=KAT=0.375×0.43×47=7.57875 W（2-24） (2)頂部，L=0.7m,W=0.5m,l=0.05m, = 27。計(jì)算頂部面積：A= L·W =0.7×0.

17、5= 0.35m2（2-25）頂部傳熱系數(shù)：= 0.375 W/(m2·K) （2-26）頂部傳熱量：Q=KAT =0.375×0.35×27= 3.54375W（2-27）(3)背部，L=0.7m,W=0.86m,l=0.07m, = 27。計(jì)算背部面積：A= L·W =0.7×0.86= 0.602m2（2-28）背部傳熱系數(shù)：= 0.272727273 W/(m2·K) （2-29）背部傳熱量：Q=KAT = 0.272727273×0.602×27= 4.432909091 W(2-30）(4)底部,L=0

18、.7m,W=0.5m,l=0.07m, = -23.計(jì)算底部面積：A= L·W =0.7×0.5= 0.35m2(2-31）底部傳熱系數(shù)：=0.272727273 W/(m2·K) (2-32）底部傳熱量：Q=KAT = 0.272727273×0.35×（-23）=-2.195454545 W(2-33）(5)門體,L=0.7m,W=0.86m,l=0.07m, = 27。計(jì)算門體面積：A= L·W =0.7×0.86= 0.602m2(2-34）門體傳熱系數(shù)：= 0.272727273 W/(m2·K) (2-

19、35）門體傳熱量：Q=KAT = 0.272727273×0.602×27= 4.432909091 W(2-36）3.軟冷凍室間室熱負(fù)荷軟冷凍室和環(huán)境的對(duì)流換熱系數(shù)及發(fā)泡層導(dǎo)熱系數(shù)分別為：c =30 W/(m2·K)，w =10 W/(m2·K)，f=0.02 W/(m·K)。計(jì)算中長(zhǎng)度用L表示，寬度用W表示，厚度用l表示，面積用A表示。（1）左側(cè)，l=0.04m, = -8。計(jì)算左側(cè)面積：A= 0.29025m2左側(cè)傳熱系數(shù)：=0.46875 W/(m2·K) (2-37）左側(cè)傳熱量：Q=KAT=0.46875×0.29

20、025×（-8）=-1.0884375 W(2-38）(2)右側(cè)，l=0.07m, = 72.4。計(jì)算右側(cè)面積：A=0.29025 m2右側(cè)傳熱系數(shù)： = = 0.275229358 W/(m2·K) (2-39）右側(cè)傳熱量：Q=KAT=0.275229358×0.29025×72.4= 5.783697248 W(2-40）(3)頂部，L=0.31m,W=0.5m,l=0.07m, = 15。計(jì)算頂部面積：A= L·W =0.31×0.5= 0.155m2(2-41）頂部傳熱系數(shù)：= 0.275229358 W/(m2·K

21、) (2-42）頂部傳熱量：Q=KAT= 0.275229358×0.155×15= 0.639908257W(2-43）(4)背部，L=0.31m,W=0.71m,l=0.07m, = 42。計(jì)算背部面積：A= L·W =0.31×0.71= 0.2201m2(2-44）背部傳熱系數(shù)：= 0.275229358 W/(m2·K) (2-45）背部傳熱量：Q=KAT= 0.275229358×0.2201×42= 2.544275229W(2-46）(5)底部，L=0.31m,W=0.5m,l=0.07m, = 42。計(jì)算底

22、部面積：A= L·W =0.31×0.5= 0.155m2(2-47）底部傳熱系數(shù)：= 0.275229358 W/(m2·K) (2-48）底部傳熱量：Q=KAT= 0.275229358×0.155×42= 1.791743119W(2-49）(6)門體，L=0.31m,W=0.71m,l=0.07m, = 42。計(jì)算門體面積：A= L·W =0.31×0.71= 0.2201m2(2-50）門體傳熱系數(shù)：= 0.275229358 W/(m2·K) (2-51）門體傳熱量：Q=KAT= 0.275229358

23、×0.2201×42=2.544275229 W(2-52）2.2.2門封條熱負(fù)荷單位時(shí)間通過(guò)冰箱門封條的傳熱可由如下公式計(jì)算而得：Q = gL(2-53）式中，g門封條導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/(m·K)。L門封條總長(zhǎng)，單位為m。（1）冷凍門封條熱負(fù)荷L = (0.71 + 0.31)×2 = 2.04m (2-54）又因?yàn)間 =0.08 W/(m·K)，=50，因此Q = 0.08×2.04×50 = 8.16W (2-55）（2）冷藏左門封條熱負(fù)荷（右門相等）L = (0.86 + 0.35)×2 = 2. 42m

24、 (2-56）又因?yàn)間 =0.08 W/(m·K)，=27。因此Q = 0.08×2.42×27 =5.2272W (2-57）（3）軟冷凍門封條熱負(fù)荷L = (0.71 + 0.31)×2 = 2.04m (2-58）又因?yàn)間 =0.08 W/(m·K)，=42。因此Q = 0.08×2.04×42 = 6.8544W (2-59）2.2.3開(kāi)門漏熱量的計(jì)算假定每次開(kāi)冰箱門時(shí)向內(nèi)空氣全部被置換為箱外空氣，則開(kāi)門漏熱量可用下式計(jì)算。(2-60）式中，V電冰箱內(nèi)容積，單位為m3。n開(kāi)門次數(shù)。h進(jìn)入箱內(nèi)空氣達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)的比焓差

25、，單位為kJ/kg。空氣的比體積，單位為m3/kg。(1)冷凍室開(kāi)門漏熱量冷凍室內(nèi)容積取V=0.11m3，開(kāi)門次數(shù)為每小時(shí)一次，空氣比體積取0.9m3/kg，進(jìn)入箱內(nèi)空氣達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)的降溫降濕比焓差為：h=h32，75%h-18,100%=90-(-16.75)=106.75kJ/kg(2-61）冷凍室開(kāi)門漏熱量為：W(2-62）(2)冷藏室開(kāi)門漏熱量冷藏室內(nèi)容積取V=0.3m3，開(kāi)門次數(shù)為每小時(shí)一次，空氣比體積取0.9m3/kg，進(jìn)入箱內(nèi)空氣達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)的降溫降濕比焓差為：h=h32，75%h5,100%=90-18.4=71.6kJ/kg(2-63）冷藏室開(kāi)門漏熱量為：W(2-64）(

26、3)軟冷凍室開(kāi)門漏熱量軟冷凍室內(nèi)容積取V=0.09m3，開(kāi)門次數(shù)為每小時(shí)一次，空氣比體積取0.9m3/kg，進(jìn)入箱內(nèi)空氣達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)的降溫降濕比焓差為：h=h32，75%h-18,100%=90-(-16.75)=106.75kJ/kg(2-65）軟冷凍室開(kāi)門漏熱量為：W(2-66）2.2.4貯物熱量電冰箱的貯物熱量無(wú)明確規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，一般都按電冰箱標(biāo)準(zhǔn)中的“制冰能力”項(xiàng)提出的“以電冰箱內(nèi)容積0.5%的25水，在2h 內(nèi)結(jié)成實(shí)冰”的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。實(shí)冰的具體溫度在標(biāo)準(zhǔn)中也未提出，建議按-2-5取值。貯物熱量Q可按下式計(jì)算。(2-67）式中,m水(冰)的質(zhì)量，單位為kg。c水的比熱容，c=4.19

27、kJ/(kg·K)。r水的凝固熱(冰的熔解熱)，r=333kJ/kg。cb冰的比熱容，cb=2 kJ/(kg·K)。t1，t2水的初始溫度和凍結(jié)終了溫度，單位為。(1)冷凍室貯物熱量水的初始溫度t1取25，實(shí)冰的溫度t2 取-2，水的質(zhì)量：m=110×0.005=0.55kg(2-68）則：W(2-69）(2)冷藏室貯物熱量水的初始溫度t1取25，實(shí)冰的溫度t2取-2，水的質(zhì)量：m=150×0.005=0.75kg(2-70）則：Q=46.02W(2-71）(3)軟冷凍室貯物熱量水的初始溫度t1取25，實(shí)冰的溫度t2取-2，水的質(zhì)量：m=150×

28、;0.005=0.75kg(2-72）則：Q=46.02W(2-73）2.2.5冰箱熱負(fù)荷計(jì)算匯總表2-4冰箱負(fù)荷匯總表（W）熱負(fù)荷項(xiàng)目冷藏室冷凍室間室熱負(fù)荷20.52527.894門封條熱負(fù)荷5.1539.758開(kāi)門漏熱量3.3154.942貯物熱量46.0246.021.冷凍室總熱負(fù)荷：Qd=27.894×1.2+9.758+4.942+46.02=94.19W(2-74)2.冷藏室總熱負(fù)荷：Qc=20.525×1.2+5.153+3.315+46.02=79.118W(2-75)4.冰箱總熱負(fù)荷Q=94.19+79.118=173.306W(2-77)3 制冷系統(tǒng)熱力

29、計(jì)算及壓縮機(jī)的選型3.1 制冷系統(tǒng)的熱力計(jì)算表3-1 電冰箱標(biāo)準(zhǔn)工況蒸發(fā)溫度吸氣溫度冷凝溫度過(guò)冷溫度環(huán)境溫度-23.3±0.232.2±354.4±0.332.2±0.132.2±13.1.1系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)確定1.冷凝溫度tk冷凝溫度取決于冷卻介質(zhì)的溫度及冷凝器中冷卻介質(zhì)與制冷劑的傳熱溫差，傳熱溫差與冷凝器的冷卻方式和結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。電冰箱大多采用空氣自然對(duì)流冷卻方式，制冷劑的冷凝速度等于外界空氣溫度(即環(huán)境溫度)加上冷凝傳熱溫差。冷凝傳熱溫差Qk 般取1020，冷凝器的傳熱性能好可適當(dāng)取小的數(shù)值，例如采用風(fēng)速為23m/s 的風(fēng)冷卻時(shí)，傳熱溫差Qk

30、值可取812。2.蒸發(fā)溫度t0蒸發(fā)溫度一般取決于被冷卻物體的溫度及蒸發(fā)器中制冷劑與被冷卻物體的傳熱溫差Qe。電冰箱的蒸發(fā)溫度等于箱內(nèi)溫度減去傳熱溫差，一般傳熱溫差Qe取510。3.回氣溫度tg回氣溫度(即過(guò)熱溫度)取決于蒸氣離開(kāi)蒸發(fā)器時(shí)的狀態(tài)和回氣管的長(zhǎng)度。電冰箱采用全封閉壓縮機(jī)，一般以進(jìn)入殼體的狀態(tài)為吸氣狀態(tài)，可根據(jù)壓縮機(jī)標(biāo)定的工況選取，該值越低對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行越有利。4.過(guò)冷溫度ts過(guò)冷溫度取決于液體制冷劑在回氣管中進(jìn)行熱交換的程度。冷凝后的制冷劑在冷凝器末端已達(dá)到環(huán)境溫度值，再與回氣管進(jìn)行熱交換得到冷卻。一般過(guò)冷溫度等于環(huán)境溫度減去過(guò)冷度，過(guò)冷度可取1532。根據(jù)設(shè)計(jì)冰箱確定的工況和選用的制

31、冷劑，運(yùn)用壓焓圖或熱力性質(zhì)表或計(jì)算公式求取有關(guān)壓力、各點(diǎn)比焓值和過(guò)熱蒸氣比體積。計(jì)算時(shí)采用圖3-1 的壓焓圖：圖3-1 電冰箱的p-h圖表4-2 熱物性參數(shù)表（工質(zhì)R600a）參數(shù)名稱符號(hào)單位參數(shù)來(lái)源設(shè)計(jì)值冷凝壓力pkMPatk=54.4查熱力性質(zhì)表0.7741蒸發(fā)壓力p0MPat0=-23.3查熱力性質(zhì)表0.063出蒸發(fā)器時(shí)飽和蒸氣比焓h1kJ/kgt0=-23.3查熱力性質(zhì)表523.93進(jìn)壓縮機(jī)前過(guò)熱蒸汽比焓h1'kJ/kg32查熱力性質(zhì)圖612.4進(jìn)壓縮機(jī)前過(guò)熱蒸汽比體積1m3/kg32查熱力性質(zhì)圖0.683排出過(guò)熱蒸氣溫度t2s102.1932冷凝溫度下飽和蒸氣比焓h2kJ/k

32、gtk=54.4查熱力性質(zhì)表628.83排出過(guò)熱蒸氣比焓h2'kJ/kg780.48制冷劑在過(guò)冷至32時(shí)比焓h3kJ/kgtk=54.4查熱力性質(zhì)圖275.59毛細(xì)管節(jié)流前液體比焓（17）h3'kJ/kgtk=54.4查熱力性質(zhì)圖239.57蒸發(fā)器入口制冷劑比焓h4kJ/kgh4=h3'239.57定熵壓縮蒸氣比焓值（32）h2skJ/kgtk=54.4查熱力性質(zhì)圖728.043.1.2 性能指標(biāo)計(jì)算循環(huán)各性能指標(biāo)計(jì)算如下：（1） 單位制冷量(3-1)（2） 單位體積制冷量 (3-2) （3） 單位等熵比功(3-3)（4） 制冷系數(shù)(3-4)（5） 單位冷凝熱量(3-5

33、)（6） 制冷劑循環(huán)量(3-6)（7） 冷凝器熱負(fù)荷(3-7)（8） 壓縮機(jī)實(shí)際吸入過(guò)熱蒸氣量(3-8)3.1.3 設(shè)計(jì)工況下的輸氣系數(shù)設(shè)計(jì)工況參數(shù)如表3-2所示。其輸氣系數(shù)等于容積系數(shù)v、壓力系數(shù)p、溫度系數(shù)t和泄露系數(shù)e的乘積。1. 容積系數(shù)v(3-9)其中余隙容積c取0.025，膨脹系數(shù)m取1，冷凝壓力pk取1496.6kPa，蒸發(fā)壓力p0取115.15kPa，排氣壓力損失pk取0.1pk，則容積系數(shù)：(3-10)2.壓力系數(shù)p(3-11)其中進(jìn)氣閥的壓力損失p=0.05p0，其余取值同容積系數(shù)，則壓力系數(shù)：(3-12)3. 溫度系數(shù)t(3-13)系數(shù)a取1.15，b取0.25，回氣熱力

34、溫度T1取305K，冷凝熱力學(xué)溫度Tk取327.4K，蒸發(fā)溫度熱力學(xué)溫度T0取249.7，壓縮機(jī)吸入前過(guò)熱度：(3-14)(3-15)4. 泄漏系數(shù)e 泄漏系數(shù)e取0.995. 輸氣系數(shù)(3-16)3.1.4 理論輸氣量理論輸氣量Vh：(3-17)實(shí)際輸氣量Vs為2.06m3/h，則：(3-18)3.1.5 壓縮機(jī)的制冷量壓縮機(jī)的制冷量Q0：(3-19)3.2 壓縮機(jī)選型根據(jù)以上所求壓縮機(jī)理論輸氣量、壓縮機(jī)制冷量等參數(shù)，參照R600a制冷工質(zhì)設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)有關(guān)規(guī)格參數(shù)表，先選擇恩布拉科公司生產(chǎn)的型號(hào)為EGAS80CLP（密封往復(fù)式）壓縮機(jī)，氣缸容積11.14cm3，額定制冷量242W，輸入功率1

35、86.42W，質(zhì)量10.86kg，電源電壓220V，頻率5060Hz。4冷凝器冷凝器采用箱壁式冷凝器，冷凝管用復(fù)合鋼管db=61.0mm。4.1計(jì)算過(guò)熱段及飽和段熱負(fù)荷查制冷劑R600a的熱力性質(zhì)圖表，當(dāng)溫度tk=54.4，=80,比焓h1835.47kJ/kg;當(dāng)tk=54.4，比焓h2628.83kJ/kg, t=32時(shí)的過(guò)冷液體比焓hg275.59kJ/kg。故可求得過(guò)熱段負(fù)荷占總熱負(fù)荷的百分?jǐn)?shù)為： 36.91% (4-1)則飽和段熱負(fù)荷占總熱負(fù)荷的百分?jǐn)?shù)即為1-。以此可根據(jù)總熱負(fù)荷值求得過(guò)熱段負(fù)荷和飽和段的熱負(fù)荷。Q=488.29W過(guò)熱段熱負(fù)荷 Q=488.29W， (4-2)飽和段的

36、熱負(fù)荷 =Q(1-)=488.29×(1-)=308.07W。 (4-3)4.2過(guò)熱段和飽和段傳熱溫差(1)過(guò)熱段傳熱溫差 制冷劑進(jìn)口溫度為過(guò)熱蒸氣溫度，終了溫度為飽和蒸氣溫度即冷凝溫度，忽略管壁熱阻，有 (4-4)則 (4-5)式中 過(guò)熱蒸氣溫度， =80； tk冷凝溫度，tk =54.4；ta空氣溫度，ta =32。(2)飽和段傳熱溫差 飽和段中，忽略管壁熱阻及因阻力而引起的溫度變化，管內(nèi)溫度即為冷凝溫度。 (4-6)則 =19.71 (4-7)4.3自然對(duì)流表面?zhèn)飨禂?shù)f （1）過(guò)熱段的自然對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 箱壁式冷凝器的空氣側(cè)自然對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)用米海耶夫經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,其中f肋

37、效率，對(duì)冰箱用箱壁式冷凝器，常取f=0.88。 表4-1空氣的B值表tm/B大氣壓力kpanaaaaaaa2030405098.06651.581.541.501.48101.3251.651.611.581.54 (4-8)其中B的定性溫度為平均溫度 (4-9)B取1.56,（2）飽和段自然對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) (4-10) , B取1.58 (4-11) (4-12)4.4輻射傳熱系數(shù)輻射傳熱系數(shù)由下式計(jì)算： (4-13)式中 黑度，箱壁式冷凝器=0.85（白漆）； Tw冷凝器外壁面平均熱力學(xué)溫度，單位為K； Tr室內(nèi)壁面平均熱力學(xué)溫度，單位為K；取298K m傳熱溫差，單位為。（1）過(guò)熱段的

38、輻射傳熱系數(shù) 過(guò)熱段壁面tw不是定值。現(xiàn)取 (4-14) (4-15)（2）飽和段的輻射傳熱系數(shù) 飽和段的壁面溫度， (4-16)其余參數(shù)同過(guò)熱段。 (4-17)4.5冷凝器的傳熱面積(1)冷凝器過(guò)熱段傳熱面積 其傳熱面積可按下式計(jì)算： (4-18)(2)冷凝器飽和段傳熱面積 其傳熱面積按下式計(jì)算： (4-19)(3)而冷凝器的傳熱面積為： (4-20)4.6冷凝器整體尺寸根據(jù)前面計(jì)算，冷凝器的面積為1.78m2,取蛇管有效寬度b=0.52m，則箱壁散熱的有效高度（單位為m） (4-21)取蛇管相鄰水平管管節(jié)距h=50mm, (4-22)則水平管根數(shù)： (4-23)考慮制冷劑蒸氣和液體從冷凝器

39、同一側(cè)進(jìn)去，取N=68根。可布置在冰箱兩側(cè)，每一面部部置34根。兩側(cè)面部置的高度： (4-24)側(cè)面實(shí)際部置冷凝器的高度：=(34-1)0.05=1.65m； (4-25)冷凝器管長(zhǎng)為：40.62m (4-26)而冷凝器的實(shí)際有效傳熱面積：×0.006×36.621.65×0.521.55 滿足冷凝熱負(fù)荷傳熱要求。5 蒸發(fā)器的選擇5.1蒸發(fā)器的分類 制冷裝置中的蒸發(fā)器通常有兩種分類方法。 一是按制冷劑的蒸發(fā)(沸騰)是在殼側(cè)進(jìn)行還是在管內(nèi)進(jìn)行來(lái)分類，在殼側(cè)進(jìn)行的稱為滿液式(沉浸式)蒸發(fā)器，在管內(nèi)進(jìn)行的稱為干式(直接膨脹式)蒸發(fā)器， 另一種分類方法是根據(jù)蒸發(fā)器所冷卻的

40、介質(zhì)來(lái)分，可以分為冷卻空氣式蒸發(fā)器和冷卻液體式蒸發(fā)器。 冷卻空氣式蒸發(fā)器(簡(jiǎn)稱空冷器)廣泛用于冰箱、冷藏柜、空調(diào)器及冷柜中。此類蒸發(fā)器多做成蛇管式，制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)，空氣在管外流過(guò)而被冷卻。通常將制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)的蒸發(fā)器成為干式蒸發(fā)器或直接膨脹式蒸發(fā)器。為了強(qiáng)化空氣側(cè)的換熱，管外側(cè)常裝有各類翅片，按引起空氣流動(dòng)的原因，又可分為自然對(duì)流式和強(qiáng)制對(duì)流式兩類型。自然對(duì)流式蒸發(fā)器有管板式、吹脹式、單脊翅片管式和冷卻排管幾種型式。 冷卻液體式蒸發(fā)器通常采用管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)形式，其它一些結(jié)構(gòu)如板翅式、套管式和盤管式等雖也有應(yīng)用，但應(yīng)用場(chǎng)合尚不普遍。一般用水、鹽水、有時(shí)還用三氯乙烯作載冷劑，制冷劑通過(guò)自身

41、的蒸發(fā)吸收熱量，冷卻上述液體載冷劑，由液體載冷劑再向外輸出冷量。此類蒸發(fā)器又可分成兩大類，一類為滿液式蒸發(fā)器。它是制冷劑在管束外蒸發(fā)(沸騰)，載冷劑在管內(nèi)被冷卻。此類發(fā)器在小型制冷裝置中應(yīng)用較少，主要用于大中型制冷劑。另一類為管殼式干式蒸發(fā)器。制冷劑在管側(cè)蒸發(fā)，載冷劑在管側(cè)被冷卻。為了提高載冷劑的流速，增強(qiáng)傳熱，殼側(cè)一般裝有折流板5.2蒸發(fā)器的作用及工作過(guò)程 蒸發(fā)器實(shí)際上是一種伴隨有蒸發(fā)(沸騰)相變的熱交換器， 制冷劑液體通過(guò)蒸發(fā)器吸收被冷卻介質(zhì)(通常是水或空氣)的熱量蒸發(fā)(沸騰)為蒸汽。蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)制取冷量的地方，它在制冷系統(tǒng)中的作用是使液態(tài)氟利昂蒸發(fā)汽化為氣體，對(duì)外輸出冷量，吸收大量汽

42、化熱從而冷卻被冷卻介質(zhì)。 經(jīng)過(guò)節(jié)流后的低壓制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)處于濕蒸汽狀態(tài)，其中蒸汽的質(zhì)分?jǐn)?shù)一般占 10%左右，其余均為液體。隨著濕蒸汽在蒸發(fā)器內(nèi)流動(dòng)、吸熱，體逐步蒸發(fā)(沸騰)為蒸汽，含氣率不斷增加。對(duì)于滿液式蒸發(fā)器，制冷劑在殼側(cè)沸騰， 制冷劑離開(kāi)蒸發(fā)器時(shí)為干飽和蒸氣， 含氣率達(dá) 100%。 對(duì)于干式蒸發(fā)器，制冷劑在管內(nèi)沸騰，制冷劑離開(kāi)蒸發(fā)器時(shí)為過(guò)熱蒸氣。在蒸發(fā)器出口區(qū)域蒸氣因過(guò)熱而溫度顯著增加。在蒸發(fā)器出口保持制冷劑蒸氣有一定的過(guò)熱度可避免壓縮機(jī)產(chǎn)生液擊， 保證制冷系統(tǒng)有最大的制冷效應(yīng)， 但是通常過(guò)熱度均不大。從流體流動(dòng)布置而言，許多傳熱學(xué)教科書(shū)均指出逆流布置時(shí)有更佳的傳熱性能，但是考慮到制

43、冷劑在蒸發(fā)器中因壓降引起蒸發(fā)溫度的降低，故順流布置時(shí)冷熱流體間更易保持均勻的溫差。5.3實(shí)際綜合換熱系數(shù)K的確定采用近似計(jì)算法直接利用管板其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)ao在1114W/(m2.K)之間這一數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。對(duì)于制冷劑透過(guò)金屬管與外界空氣進(jìn)行換熱，制冷劑側(cè)換熱系數(shù)k一般在1000 W/(m2.K)以上，即熱阻R=1/k0.001 m2.K/W；對(duì)于銅管，熱阻R=壁厚/=0.001/398 m2.K/W）, 而對(duì)于鋁管，其熱阻也很小；對(duì)于空氣側(cè)，換熱系數(shù)一般在20 W/(m2.K)以內(nèi)，其熱阻遠(yuǎn)大于制冷劑側(cè)和管壁，最大的熱阻在空氣側(cè)，因此，可以不考慮管壁導(dǎo)熱熱阻和制冷劑側(cè)對(duì)流換熱熱阻，直接用表面?zhèn)鳠?/p>

44、系數(shù)作為管路的綜合換熱系數(shù)。5.4冷藏室蒸發(fā)器設(shè)計(jì)冷藏室管板式蒸發(fā)器選擇管徑為8mm的紫銅管，傳熱系數(shù)為13 W/(m2.K)，冷藏室溫度為5，蒸發(fā)溫度為-23.3，冷負(fù)荷為127.52W傳熱面積A（單位為m2）為A=Q0/K(ta-t0)=127.52/13（5+23.3）=0.35 m2 (ta冷藏室溫度，單位為；t0蒸發(fā)溫度，單位為) 蒸發(fā)器管長(zhǎng)l（單位為m）為l=A/d=0.35/0.008=13.9m 排管設(shè)計(jì)方案寬度：660mm 排數(shù)23 間距40mm 左右間隔20mm 5.5冷凍室蒸發(fā)器設(shè)計(jì) 冷凍室管板式蒸發(fā)器選擇管徑為8mm的紫銅管，傳熱系數(shù)為13 W/(m2.K)，冷凍室溫度為-18，蒸發(fā)溫度為