压缩机热力计算

压缩机吸气热量计算公式在工业生产中，压缩机是一种非常重要的设备，它可以将气体压缩成高压气体，用于各种工艺过程中。

在压缩机的运行过程中，会产生大量的热量，这些热量需要得到合理的处理和利用。

因此，了解压缩机吸气热量的计算公式是非常重要的。

吸气热量是指在压缩机吸气过程中，气体由于外界压力对其做功而吸收的热量。

在实际工程中，吸气热量的计算是非常复杂的，需要考虑到很多因素，比如压缩机的类型、工作条件、气体的性质等等。

但是，一般情况下，我们可以利用一些简化的方法来计算压缩机吸气热量。

首先，我们需要了解一些基本的概念。

在理想气体状态方程中，气体的压力、体积和温度之间存在着一定的关系，即 PV=nRT，其中P为压力，V为体积，n为气体的摩尔数，R为气体常数，T为温度。

在压缩机吸气过程中，气体会从低压力、低温度的状态变为高压力、高温度的状态，这个过程中会产生热量。

一般情况下，我们可以利用以下的公式来计算压缩机吸气热量：Q = m Cp (T2 T1)。

其中，Q为吸气热量，单位为焦耳（J）或千焦（kJ）；m为气体的质量，单位为千克（kg）；Cp为气体的定压比热容，单位为焦耳/千克·开（J/kg·K）；T2为气体的入口温度，T1为气体的出口温度。

在这个公式中，气体的质量和定压比热容是气体的基本性质，可以通过气体的物性表来查找；入口温度和出口温度是压缩机吸气过程中的温度，可以通过传感器来测量得到。

通过这个公式，我们就可以比较准确地计算出压缩机吸气热量。

当然，上面的公式是一个比较理想化的情况，实际工程中还需要考虑到一些其他的因素。

比如，在压缩机吸气过程中，会有一定的压降和温度变化，这些都会对吸气热量的计算产生影响。

此外，气体的性质也会对吸气热量的计算产生影响，不同的气体具有不同的定压比热容，这也需要进行修正。

除了上面的简化方法之外，还有一些更为复杂的计算方法，比如利用热力学循环分析来计算吸气热量。

这些方法可以更加准确地计算出吸气热量，但是需要更多的气体性质参数和工艺参数，计算过程也更为繁琐。

压缩机物料及热量平衡计算（原创版）目录一、压缩机物料及热量平衡计算的概念和重要性二、压缩机的热力性能和计算1.排气温度和压缩终了温度的定义和计算2.压缩过程中的热量变化三、压缩机物料平衡计算的方法1.基于物质守恒定律的计算方法2.基于能量守恒定律的计算方法四、压缩机热量平衡计算的方法1.基于热力学第一定律的计算方法2.基于热力学第二定律的计算方法五、压缩机物料及热量平衡计算的实际应用和意义正文一、压缩机物料及热量平衡计算的概念和重要性压缩机是工业生产中常见的一种设备，它通过提高气体的压力来实现气体的储存和运输。

在压缩机的工作过程中，气体的物质和能量都会发生改变，因此，对压缩机物料及热量平衡计算的研究具有重要的理论和实际意义。

二、压缩机的热力性能和计算1.排气温度和压缩终了温度的定义和计算压缩机级的排气温度是在该级工作腔排气法兰接管处测得的温度。

压缩终了温度是工作腔内气体完成压缩过程后的温度。

2.压缩过程中的热量变化在压缩过程中，气体的热量会发生变化。

为了研究这种变化，需要对压缩过程中的热量进行平衡计算。

三、压缩机物料平衡计算的方法1.基于物质守恒定律的计算方法物质守恒定律是指在一个封闭系统中，物质的总量保持不变。

因此，可以根据物质守恒定律来计算压缩机中的物料平衡。

2.基于能量守恒定律的计算方法能量守恒定律是指在一个封闭系统中，能量的总量保持不变。

因此，可以根据能量守恒定律来计算压缩机中的物料平衡。

四、压缩机热量平衡计算的方法1.基于热力学第一定律的计算方法热力学第一定律是指在一个封闭系统中，气体的内能变化等于系统对外做的功与从外界传入的热量之和。

因此，可以根据热力学第一定律来计算压缩机中的热量平衡。

2.基于热力学第二定律的计算方法热力学第二定律是指在一个封闭系统中，气体的内能变化等于系统对外做的功与从外界传入的热量之和，且系统的熵增加。

因此，可以根据热力学第二定律来计算压缩机中的热量平衡。

五、压缩机物料及热量平衡计算的实际应用和意义压缩机物料及热量平衡计算在实际应用中具有重要意义，它可以帮助我们了解压缩过程中的物料和热量变化，为优化压缩过程提供理论依据。

压缩机的热⼒性能和计算§2.2.1压缩机的热⼒性能和计算⼀、排⽓压⼒和进、排⽓系统（1）排⽓压⼒①压缩机的排⽓压⼒可变，压缩机铭牌上的排⽓压⼒是指额定值，压缩机可以在额定排⽓压⼒以内的任意压⼒下⼯作，如果条件允许，也可超过额定排⽓压⼒⼯作。

②压缩机的排⽓压⼒是由排⽓系统的压⼒（也称背压）所决定，⽽排⽓系统的压⼒⼜取决于进⼊排⽓系统的压⼒与系统输⾛的压⼒是否平衡，如图2-20所⽰。

③多级压缩机级间压⼒变化也服从上述规律。

⾸先是第⼀级开始建⽴背压，然后是其后的各级依次建⽴背压。

（2）进、排⽓系统如图所⽰。

①图a的进⽓系统有⽓体连续、稳定产⽣，进⽓压⼒近似恒定；排⽓压⼒也近似恒定，运⾏参数基本恒定。

②图b的进⽓系统有⽓体连续、稳定产⽣，进⽓压⼒近似恒定；排⽓系统为有限容积，排⽓压⼒由低到⾼逐渐增加，⼀旦达到额定值，压缩机停⽌⼯作。

③图c的进⽓系统为有限容积，进⽓压⼒逐渐降低；排⽓系统压⼒恒定，⼀旦低于某⼀值，压缩机停⽌⼯作。

④图d的进、排⽓系统均为有限容积，压缩机⼯作后，进⽓压⼒逐渐降低；排⽓系统压⼒不断升⾼，当进⽓系统低于某⼀值或排⽓系统⾼于某⼀值，压缩机停⽌⼯作。

⼆、排⽓温度和压缩终了温度（1）定义和计算压缩机级的排⽓温度是在该级⼯作腔排⽓法兰接管处测得的温度，计算公式如下：压缩终了温度是⼯作腔内⽓体完成压缩机过程，开始排⽓时的温度，计算公式如下：排⽓温度要⽐压缩终了温度稍低⼀些。

（2）关于排⽓温度的限制①汽缸⽤润滑油时，排⽓温度过⾼会使润滑油黏度降低及润滑性能恶化；另外，空⽓压缩机中如果排⽓温度过⾼，会导致⽓体中含油增加，形成积炭现象，因此，⼀般空⽓压缩机的排⽓温度限制在160°C以内，移动式空⽓压缩机限制在180°C以内。

②氮、氨⽓压缩机考虑到润滑油的性能，排⽓温度⼀般限制在160°C以内。

③压缩氯⽓时，对湿氯⽓的排⽓温度限制在100°C，⼲氯⽓的排⽓温度限制在130°C。

压缩机频率功耗计算公式压缩机是工业生产中常用的设备，用于将气体或蒸汽压缩成高压气体。

在压缩机的运行过程中，功耗是一个重要的参数，它直接影响着设备的运行成本和能源消耗。

因此，了解压缩机功耗的计算公式对于优化设备运行、节约能源具有重要意义。

压缩机功耗的计算公式可以通过以下步骤进行推导：1. 首先，我们需要了解压缩机的工作原理。

压缩机在工作时需要消耗能量，这些能量主要用于压缩气体或蒸汽。

根据热力学原理，我们可以将压缩机的功耗分解为压缩功和传递功两部分。

2. 压缩功是指将气体或蒸汽从低压状态压缩到高压状态所需要的功率。

它可以通过以下公式进行计算：压缩功 = (P2 V2 P1 V1) / (η t)。

其中，P1和V1分别代表气体或蒸汽的初始压力和体积，P2和V2分别代表气体或蒸汽的最终压力和体积，η代表压缩机的等效效率，t代表压缩的时间。

3. 传递功是指将压缩好的气体或蒸汽传递到需要的地方所需要的功率。

它可以通过以下公式进行计算：传递功 = P2 V2 / (η t)。

其中，P2和V2分别代表气体或蒸汽的最终压力和体积，η代表传递效率，t代表传递的时间。

4. 综合考虑压缩功和传递功，压缩机的总功耗可以通过以下公式计算：总功耗 = 压缩功 + 传递功。

通过以上公式，我们可以清晰地了解压缩机功耗的计算原理。

在实际应用中，为了更准确地计算压缩机的功耗，我们还需要考虑一些其他因素，如压缩机的运行时间、温度、湿度等环境因素，以及气体或蒸汽的物性参数等。

除了理论计算外，压缩机功耗的实际测量也是非常重要的。

通过实际测量，我们可以验证理论计算的准确性，发现并解决设备运行中的问题，进一步优化设备的运行效率和节约能源。

在实际工程中，压缩机功耗的优化是一个复杂的问题，需要综合考虑设备的设计、运行和维护等多个方面。

通过合理的设备选择、优化的运行方式、定期的维护保养等措施，可以有效地降低压缩机的功耗，提高设备的运行效率，降低生产成本，实现节能减排的目标。

一．制冷工况下的热力计算初始参数制冷量：Q0=51.1kw R22冷凝温度：tk=54.4蒸发温度：t0=7.2节流前温度：t7=46.1(液体过冷△tg=8.3)进冷凝器前温度：t10=100吸气温度：t3=35其中：吸气管路有效过热度△tp=11.1,无效过热度△tv=16.7 输气系数：λ=0.8(初取)指示效率：ηi=0.8(初取)状态参数表如下点号压力(Mpa) 温度(度) 焓(kj/kg) 比容1 0.6251 7.2 407.92 18.3 416.03 35 428.5 0.0445 2.176 104.0 466.07 46.1 257.75810 100 463.0a单位制冷量：q0=h2-h7=416.0-257.758=158.242kj/kgb单位容积制冷量：qv=q0/v3=158.242/0.044=3596.41kj/m*3c单位理论功：w0=h5-h3=466.0-428.5=37.5kj/kgd单位指示功：wi=w0/ηi=37.5/0.8=46.875kj/kgh4=h3+wi=428.5+46.875=475.375kj/kge制冷系数：εi=q0/wi=158.242/46.875=3.376f冷凝器单位热负荷：qk=h10-h7=463.0-257.758=205.242kj/kgg工制流量：qm=Q0/q0=51.1/158.242=0.3229kg/sh输气量：qvs=qm*v3=0.3229*0.044=1.4209E-2(m*3/s)qvh=qvs/λ=1.4209E-2/0.8=1.7761E-2(m*3/s)i压缩机消耗的功率：P0=qm*w0=0.3229*37.5=12.11kwPi=qm*wi=0.3229*46.875=15.14kwj冷凝器热负荷：Qk=qk*qm=205.242*0.3229=66.27kw(基准)Qk=Q0+Pi=51.1+15.14=66.24kw(校核)k热力完善度：εc=tc/(ta-tc)=280.35/(54.4-7.2)=5.94ηci=εi/εc=3.264/5.94=0.5495二．制冷工况下室外测换热器的设计计算初始参数制冷量：Q0=51.1kw冷凝器热负荷：Qk=66.27kw冷凝温度：tk=54.4蒸发温度：t0=7.2进口空气干球温度：ta1=35进口空气湿球温度：ta1’=24进出口温差：△ta=10出口干球温度：ta2=451.空气容积流量Va=Qk/(ρa*Cpa*△ta)=66.27/(1.29*1.010*10.)=5.086(m*3/s) (其中: ρa= 1.29,Cpa=1.010)2.翅片管束(带内螺纹)结构参数及计算外径：d0=9.52mm平均壁厚：σ=0.35mm底壁厚：σw=0.3+-0.25mm肋高：Hf=0.2+-0.25mm槽底宽：B2=0.25+-0.025肋顶角：а=40o每米肋数：n=60外翅片厚度：σf=0.12mm翅片节距：sf=2.3mm纵向节距：s1=22mm横向节距：s2=25.4mm单位管长的翅片表面积ff：ff=2*(s1*s2-π/4*db*db)/sf=2*(0.022*0.0254-π/4*0.00976*0.00976)/0.0023=0.421(m*2/m)其中：db=d0+2*σf=9.52+2*0.12=9.76mm单位管长肋片管基表面积：fb=π*db*(1-σf/sf)=π*0.00976*(1-0.12/2.3)=0.0291(m*2/m) 单位管长肋片管总表面积ft：ft=ff+fb=0.421+0.0291=0.450(m*2/m)单位管长内螺纹管的内表面积fi：fi=n*(Pi-2*Hf*lg(а/2)+2*Hf/cos(а/2))=60*(0.387-2*0.2*lg20o+2*0.2/cos20o)*1E-3=0.074(m*2/m)其中：Pi=2*Hf*sin(а/2)+B2=2*0.2*sin20o+0.25=0.387mm肋化系数：β=(ff+fb)/fi=0.450/0.0278=16.2(按内表面为光管计算)肋化系数：β=(ff+fb)/fi=0.450/0.074=6.08(按内表面为肋片管计算)3.分路数及分路制冷剂流量的计算制冷剂质量流量：mr=0.3229kg/s初步估计热流密度：qi=3800W/m*2查表4-6,取单根管子制冷剂质量流量：g=220kg/(m*m*s)则制冷剂总流通面积：A=mr/g=0.3229/220=1.677E-3(m*2)单根管子的流通面积：Ai=π*di*di/4=π*(9.52-0.7)**2/4=6.11E-5管子的分路数：Z=A/Ai=1.4677E-3/6.11E-5=24.02=24每路管子的制冷剂质量流量：md=mr/Z=0.3229/24=1.0946E-2kg/s4.铜管外套波纹片的有效换热系数计算初取迎风面风速:uf=3.4m/s根据公式6-9,9.52mm,铜管外套波纹片的有效传热系数：αo=C*λ/do*Re**0.625*(F/Fn)**-0.375*Pr**0.33=0.45*0.0272/0.00976*3168.36**0.625*(0.45/0.0291)** -0.375*0.71**0.33=63.40W/(m*m*K)其中,错排管束系数：C=0.45空气的导热系数：λ=0.0272W/(m*K)管子外径：do=0.00952m雷诺数：Re=wmax*do/ν=3168.36空气在最窄截面处的流速：wmax=uf*σσ=A/Amin=sf*s2/((s2-db)*(sf-δf))=1.713空气的运动粘性系数：ν=17.5E-6(m*m/s)每米肋管总外表面积：F=0.45每米基管可见表面积：Fn=0.02915.肋片效率的计算当量肋片高：h=db/2*(ρ-1)(1+0.35*lnρ)=0.00976/2*(2.6466-1)(1+0.35*ln2.6466)=0.01077(m) 其中：ρ=1.27*B/db*sqrt(L/B-0.3)=1.27*22/9.76*sqrt(2/sqrt(3.0)-0.3)=2.6466铝片的导热率：λ f=203W/(m*K)肋片效率：ηf = tanh(m*h)/(m*h)=0.8339其中：m=sqrt(2*αo/(λf*δf))=sqrt(2*63.40/203/0.12E-3)=73.23肋片管效率：ηs=1-ff/ft*(1-ηf)=1-0.421/0.45*(1-0.8339)=0.846.冷凝侧表面换热系数计算(按光管计算,内肋乘以系数2.0)进出口气体质量流速：ggi=220kg/m*m*s, ggo=0kg/m*m*s进出口液体质量流速：gli=0kg/m*m*s, glo=220kg/m*m*s 从而：gg=110kg/m*m*s, gl=110kg/m*m*s查蒸汽表得：ρl=1082.2kg/m*3,ρg=86.6kg/m*3,μ=2.1E-4Pa*s 从而：Re=di*(gl+gg*sqrt(ρl/ρg))/ μ=8.82E-3*(110+110*sqrt(1082.2/86.6))/2.1E-4=2.0951E4<55000从而：φ=5.03*Re**0.3333=5.03*25.784=138.62查R22的物性参数：t=54.4时,Pr=3.8416, λl=0.07268W/m*k 从而：Nu=φ*Pr**0.3333=217.09从而：αc=λl*Nu/di=0.07268*217.09/8.82E-3=1788.92W/m*m*K冷凝侧表面换热系数: αi=2*αc= 2.0*1788.92=3577.8W/m*m*K 7.对数平均传热温差的计算Θm=(ta2-ta1)/ln((tk-ta1)/(tk-ta2))=13.88.传热系数的计算初取制冷剂侧的污垢热阻：ri=1.5E-4(m*m*k/W)初取空气侧的污垢热阻：ro=3.5E-4(m*m*k/W)铜的导热率：λf=380W/(m*K)以内表面光滑为基准,计算换热系数：Ko=1/((1/αi+ri)*ft/fi+δt/λt*ft/fm+ro+1/ ηs/αo)=38.37W/(m*m*K)内肋片管换热系数X1.2：K0=1.2*38.37=46.0W/(m*m*K)9.计算传热面积F0=Qk/K0/Θm=66.27E3/46.0/13.8=104.40(m*m)10.计算所需肋片管总长Lt=F0/ft=104.40/0.45=232.0m11.确定冷凝器结构尺寸取垂直与空气流动方向的管排数：NL=72取沿气流方向的管排数：Ns=4从而冷凝器宽度：Lb= Lt/(NL*Ns)=232.0/288=0.806m从而冷凝器高度：La=NL*s2=72*0.0254=1.83m12.校核迎风风速迎风面积：Af=La*Lb=0.806*1.83=1.476(m*m)实际迎风风速：wf=Va/Af=5.086/1.476=3.44m/s风速误差：Δ=0.04/3.4=1.2%13.热流密度校核qi=Qk/Lt/fi=66.27/232.0/0.074=3860W/m*214.计算空气的流动阻力ΔP=C*0.1107*(l/de)*(ρ*wmax)**1.7=97.4Pa其中差排系数：C=1.2每根肋管沿气流方向的长度：L=4*0.022=0.088m当量直径：de=2*(s1-db)*(sf-δf)/ (s1-db+sf-δf)=2*(22-9.76)*(2.3-0.12)/(22-9.76+2.3-0.12)*1E-3 =3.7E-3m密度：ρ=1.29kg/m*3最小截面流速：wmax=uf*σ=3.4*1.713=5.824三．制冷工况下室内测换热器的设计计算初始参数制冷量：Q0=51.1kw冷凝器热负荷：Qk=66.27kw冷凝温度：tk=54.4蒸发温度：t0=7.2进口空气干球温度：ta1=27进口空气湿球温度：ta1’=19.5出口空气干球温度：ta2=15.4出口空气相对湿度：φ=85%1.翅片管束(带内螺纹)结构参数及计算外径：d0=9.52mm平均壁厚：σ=0.35mm底壁厚：σw=0.3+-0.25mm肋高：Hf=0.2+-0.25mm槽底宽：B2=0.25+-0.025肋顶角：а=40o每米肋数：n=60外翅片厚度：σf=0.12mm翅片节距：sf=2.1mm纵向节距：s1=22mm横向节距：s2=25.4mm单位管长的翅片表面积：ff=2*(s1*s2-π/4*db*db)/sf=2*(0.022*0.0254-π/4*0.00976*0.00976)/0.0021=0.461(m*2/m)其中：db=d0+2*σf=9.52+2*0.12=9.76mm单位管长肋片管基表面积：fb=π*db*(1-σf/sf)=π*0.00976*(1-0.12/2.1)=0.0289(m*2/m) 单位管长肋片管总表面积：ft=ff+fb=0.421+0.0289=0.490(m*2/m)单位管长内螺纹管的内表面积fi：fi=n*(Pi-2*Hf*lg(а/2)+2*Hf/cos(а/2))=60*(0.387-2*0.2*lg20o+2*0.2/cos20o)*1E-3=0.074(m*2/m)其中：Pi=2*Hf*sin(а/2)+B2=2*0.2*sin20o+0.25=0.387mm 肋化系数：β=(ff+fb)/fi=0.490/0.0278=17.63(按内表面为光管计算) 肋化系数：β=(ff+fb)/fi=0.490/0.074=6.62(按内表面为肋片管计算) 2.确定空气在流过蒸发器时的状态：进口空气干球温度：ta1=27进口空气湿球温度：ta1’=19.5进口空气相对湿度：φ1=50%进口空气含湿量：d1=11.1g/kg干空气进口空气焓值：h1=55.895kj/ kg干空气出口空气干球温度：ta2=15.4出口空气湿球温度：ta2’=14出口空气相对湿度：φ2=85%出口空气含湿量：d2=9.3/g/kg干空气出口空气焓值：h2=39.19kj/ kg干空气近蒸发器壁面处的空气温度：tw=12近蒸发器壁面处的空气含湿量：dw=8.75g/kg干空气近蒸发器壁面处的空气焓值：hw=34.08kj/ kg干空气平均参数点焓值：hw=h2+(h1-h2)/ln((h1-hw)/(h2-hw))=45.590kj/ kg干空平均参数点温度： tm=20平均参数点含湿量：dm=9.8g/kg干空气3.析湿系数ξ=1+2.46*(dm-dw)/(tm-tw)=75.6%4.计算流过蒸发器的空气质量流量m=Q0/(h1-h2)=51.1/(55.895-39.19)=3.06(kg/s)5.计算进口状态下的干空气比体积v1=Ra*T1*(1+0.0016*d1)/pb=0.8639(m*3/kg)其中空气的气体常数：Ra=8.314/0.029=286.69状态1点处的空气热力学温度：T1=300K大气压力：pb=1.01325E5Pa6.计算空气的体积流量V=m*v1=3.06*0.8639=2.64(m*3/s)7.分路数及分路制冷剂流量的计算制冷剂质量流量：mr=0.3229kg/s初步估计热流密度：qi=4000W/m*2查表4-6,取单根管子制冷剂质量流量：g=220kg/(m*m*s)则制冷剂总流通面积：A=mr/g=0.3229/220=1.4677E-3(m*2)单根管子的流通面积：Ai=π*di*di/4=π*(9.52-0.7)**2/4=6.11E-5 管子的分路数：Z=A/Ai=1.4677E-3/6.11E-5=24.02(取Z=24)每管子中制冷剂的质量流量：md=mr/Z=0.3229/24=1.345E-2kg/s 8.管外侧当量表面传热系数计算初取迎风面风速：uf=2.4m/s根据公式6-9,9.52mm,铜管外套波纹片的有效传热系数：αo=C*λ/do*Re**0.625*(F/Fn)**-0.375*Pr**0.33=0.45*0.0257/0.00976*2522.08**0.625*(0.49/0.0289)** -0.375*0.71**0.33=48.95W/(m*m*K)其中错排管束系数：C=0.45空气的导热系数：λ=0.0257W/(m*K)管子外径：do=0.00952m雷诺数：Re=wmax*do/ν=2522.08空气在最窄截面处的流速：wmax=uf*σ=2.4*1.722=4.1328m/sσ=A/Amin=sf*s2/((s2-db)*(sf-δf))=1.722 空气的运动粘性系数：ν=15.6E-6(m*m/s)每米肋管总外表面积：F=0.49每米基管可见表面积：Fn=0.0289凝露状态下的肋片效率：ηfw=tanh(mw*h)/(mw*h)=0.8350其中当量肋片高：h=db/2*(ρ-1)(1+0.35*lnρ)=0.00976/2*(2.6466-1)(1+0.35*ln2.6466)=1.077E-2(m)ρ=1.27*B/db*sqrt(L/B-0.3)=1.27*22/9.76*sqrt(2/sqrt(3.0)-0.3)=2.6466 铝片的导热率：λf=203W/(m*K)mw=sqrt(2*αo*ξ/(λf*δf))=sqrt(2*48.95*1.323/(203*0.00012))=72.92当量表面传热系数：αj=ξ*αo*((ηfw*ff+fb)/ft)=54.71W/(m*m*K)9.蒸发侧表面换热系数计算 (按光管计算,内肋乘以系数1.8)αr=2.7*q**0.6*g**0.2/di**0.2*(pe/pcr)**0.343=1454.37W/(m*m*K)其中热流密度（初定）：q=4000W/m*2管子内径：di=8.82E-3mm蒸发压力：pe=0.6251Mpa制冷剂临界压力：pcr=4.986Mpa制冷剂质量流速：g=220kg/m*m*s表面换热系数：αi=1.8*αr=1.8*1454.37=2908.74W/m*m*K 10.对数平均传热温差的计算Θm=(ta2-ta1)/ln((t0-ta1)/(t0-ta2))=13.1611.传热系数的计算初取制冷剂侧的污垢热阻：ri=1.5E-4(m*m*k/W)初取空气侧的污垢热阻：ro=1.5E-4(m*m*k/W)铜的导热率：λf=380W/(m*K)以内表面光滑为基准,计算换热系数：Ko=1/((1/αi+ri)*ft/fi+δt/λt*ft/fm+ro+1/αo)=36.86W/(m*m*K) 内肋片管沸腾换热系数X1.2：K0=1.2*35.88=44.23W/(m*m*K)12.计算传热面积F0=Q0/K0/Θm=87.79(m*m)13.计算所需肋片管总长Lt=F0/ft=87.79/0.49=179.160m14.确定蒸发器结构尺寸取垂直与空气流动方向的管排数：NL=36取沿气流方向的管排数：Ns=4从而蒸发器宽度：Lb= Lt/(NL*Ns)=179.16/144=1.244m从而蒸发器高度：La=NL*s2=36*0.0254=0.914m15.校核迎风风速迎风面积：Af=La*Lb=1.244*0.914=1.135(m*m)实际迎风风速：wf=Va/Af=2.64/1.135=2.33(m/s)风速误差：Δ=0.07/2.4=2.9%16.热流密度校核qi=Q0/Lt/fi =51.1/178.80/0.074=3862W/m*217.计算空气的流动阻力ΔP=C*0.1107*(l/de)*(ρ*max)**1.7=53.87Pa其中，差排系数：C=1.2每根肋管沿气流方向的长度：L=4*0.022=0.088m当量直径：de=2*(s1-db)*(sf-δf)/ (s1-db+sf-δf)=2*(22-9.76)*(2.3-0.12)/(22-9.76+2.3-0.12)*1E-3 =3.7E-3m密度：ρ=1.29kg/m*3最小截面流速：max=uf*σ=2.4*1.713=4.1112m/s四.制热工况下的热力计算初始参数(除霜系数η,待定)制热量：Qh=54.02kW (由热力计算决定)冷凝温度：tk=45蒸发温度：t0=0进冷凝器前温度：t10=86节流前温度：t7=40(液体过冷△tg=5)吸气温度：t3=25其中:吸气管路有效过热△tp=5,无效过热△tv=22输气系数：λ=0.8(初取)指示效率：ηi=0.8(初取)状态参数表如下点号压力(Mpa) 温度(度) 焓(kj/kg) 比容1 0.4976 0 405.3612 5 409.53 25 423.5 0.0545 1.7290 91 459.06 45 417.3087 40 249.6869 45 256.39610 86 455.0a单位制热量：qh=qe+wi=157.314+48.125=205.439kj/kg(校核) 单位制热量：qh=h10-h7=455.0-249.686=205.314kj/kg(基准) b蒸发器单位热负荷：qe=h2-h8=409.5-249.686=159.814jkj/kg c单位理论功：w0=h5-h3=459.0-423.5=35.5kj/kgd单位指示功：wi=w0/ηi=35.5/0.8=44.375kj/kge 4点处h值：h4=h3+wi=423.5+44.375=467.875kj/kgf制热系数：εh=qh/wi=205.314/44.375=4.6268g工制流量：qm=qvs/v3=1.4209E-2/0.054=0.2631kg/sh制热量：Qh=qh*qm=205.314*0.2631=54.02kW(基准)制热量：Qh=Pi+Qe=11.675+42.047=53.72kW(校核)i压缩机消耗的功率：P0=qm*w0=0.2631*35.5=9.340kwPi=qm*wi=0.2631*44.375=11.675kwj蒸发器负荷：Qe=qm*qe=0.2631*159.814=42.047kwk热力完善度：εc=tc/(ta-tc)=273.15/45=6.07ηci=εh-1/6.07=3.6268/6.07=0.5975五.制热工况下内外测换热器的校核计算初始参数制热量：Qh=54.02kw蒸发器热负荷：Qe=42.04kw冷凝温度：tk=45蒸发温度：t0=0进口空气干球温度：ta1=21进出口温差：△ta=15.78出口干球温度：ta2=36.781.进出口传热温差△ta=Qk/(ρa*Cpa*Va)=54.02/(1.29*1.005*2.64)=15.78(m*3/s)(其中：ρa= 1.29,Cpa=1.005)2.翅片管束(带内螺纹)结构参数及计算外径：d0=9.52mm平均壁厚：σ=0.35mm底壁厚：σw=0.3+-0.25mm肋高：Hf=0.2+-0.25mm槽底宽：B2=0.25+-0.025肋顶角：а=40o每米肋数：n=60外翅片厚度：σf=0.12mm翅片节距：sf=2.1mm纵向节距：s1=22mm横向节距：s2=25.4mm单位管长的翅片表面积：ff=2*(s1*s2-π/4*db*db)/sf=2*(0.022*0.0254-π/4*0.00976*0.00976)/0.0021=0.461(m*2/m)其中：db=d0+2*σf=9.52+2*0.12=9.76mm单位管长肋片管基表面积：fb=π*db*(1-σf/sf)=π*0.00976*(1-0.12/2.1)=0.0289(m*2/m) 单位管长肋片管总表面积：ft=ff+fb=0.421+0.0289=0.490(m*2/m)单位管长内螺纹管的内表面积fi：fi=n*(Pi-2*Hf*lg(а/2)+2*Hf/cos(а/2))=60*(0.387-2*0.2*lg20o+2*0.2/cos20o)*1E-3=0.074(m*2/m)其中：Pi=2*Hf*sin(а/2)+B2=2*0.2*sin20o+0.25=0.387mm肋化系数：β=(ff+fb)/fi=0.490/0.0278=17.63(按内表面为光管计算) 肋化系数：β=(ff+fb)/fi=0.490/0.074=6.62(按内表面为肋片管计算) 3.铜管外套波纹片的有效换热系数计算迎风面风速：uf=2.4m/s根据公式6-9,9.52mm,铜管外套波纹片的有效传热系数：αo=C*λ/do*Re**0.625*(F/Fn)**-0.375*Pr**0.33=0.45*0.0257/0.00976*2733.0**0.625*(0.49/0.0289)**-0.375*0.71**0.33=48.95W/(m*m*K)其中,错排管束系数：C=0.45空气的导热系数：λ=0.0257W/(m*K)管子外径：do=0.00952m雷诺数：Re=wmax*do/ν=2522.08空气在最窄截面处的流速：wmax=uf*σ=2.4*1.722=4.1328m/sσ=A/Amin=sf*s2/((s2-db)*(sf-δf))=1.722空气的运动粘性系数：ν=15.6E-6(m*m/s)每米肋管总外表面积：F=0.49每米基管可见表面积：Fn=0.02894.肋片效率的计算ηfw=tanh(mw*h)/(mw*h)=0.8690其中当量肋片高：h=db/2*(ρ-1)(1+0.35*lnρ)=0.00976/2*(2.6466-1)(1+0.35*ln2.6466)=1.077E-2(m)ρ=1.27*B/db*sqrt(L/B-0.3)=1.27*22/9.76*sqrt(2/sqrt(3.0)-0.3)=2.6466铝片的导热率：λf=203W/(m*K)mw=sqrt(2*αo /(λf*δf))=sqrt(2*48.95/(203*0.00012))=63.39 肋片管效率：ηs=1-ff/ft*(1-ηf)=1-0.461/0.49*(1-0.8690)=0.87675.冷凝侧表面换热系数计算(按光管计算,内肋乘以系数2.0)进出口气体质量流速：ggi=220kg/m*m*s, ggo=0kg/m*m*s进出口液体质量流速：gli=0kg/m*m*s, glo=220kg/m*m*s从而：gg=110kg/m*m*s, gl=110kg/m*m*s查蒸汽表得：ρl=1082.2kg/m*3,ρg=86.6kg/m*3,μ=2.1E-4Pa*s 从而：Re=di*(gl+gg*sqrt(ρl/ρg))/ μ=8.82E-3*(110+110*sqrt(1082.2/86.6))/2.1E-4=2.095E4<55000从而：φ=5.03*Re**0.3333=5.03*27.135=138.62查R22的物性参数：t=45时,Pr=3.725, λl=0.0765W/m*k 从而：Nu=φ*Pr**0.3333=214.87从而：αc=λl*Nu/di=0.0765*214.87/8.82E-3=1863.67W/m*m*K冷凝侧表面换热系数：αi=2*αc==3727.34W/m*m*K6.对数平均传热温差的计算Θm=(ta2-ta1)/ln((tk-ta1)/(tk-ta2))=14.797.传热系数的计算初取制冷剂侧的污垢热阻：ri=1.5E-4(m*m*k/W)初取空气侧的污垢热阻：ro=1.5E-4(m*m*k/W)铜的导热率：λf=380W/(m*K)以内表面光滑为基准,计算换热系数Ko=1/((1/αi+ri)*ft/fi+δt/λt*ft/fm+ro+1/ ηs/αo)=32.87W/(m*m*K)内肋片管换热系数×1.2：K0=1.2*32.36=39.44W/(m*m*K)8.计算传热面积F0=Qh/K0/Θm=54.02E3/39.44/14.79=92.03(m*m)9.与按制冷工况计算的换热面积相比，略偏大5%，因此为满足制热工况要求，需对室内机进行调整，如下：所需肋片管总长Lt=F0/ft=92.03/0.49=187.82m蒸发器结构尺寸取垂直与空气流动方向的管排数：NL=36取沿气流方向的管排数：Ns=4从而蒸发器宽度：Lb= Lt/(NL*Ns)=187.82/144=1.304m从而蒸发器高度：La=NL*s2=36*0.0254=0.914m迎风面积：Af=La*Lb=1.304*0.914=1.19(m*m)实际风量：Va = wf *Af=2.33*0.96=2.778(m*3/s)10.计算空气的流动阻力ΔP=C*0.1107*(l/de)*(ρ*max)**1.7=53.87Pa其中，差排系数：C=1.2每根肋管沿气流方向的长度：L=4*0.022=0.088m当量直径：de=2*(s1-db)*(sf-δf)/ (s1-db+sf-δf)=2*(22-9.76)*(2.3-0.12)/(22-9.76+2.3-0.12)*1E-3 =3.7E-3m密度：ρ=1.29kg/m*3最小截面流速：max=uf*σ=2.4*1.722=4.1328m/s。

第一部分 热力计算一、 初始条件1. 排气量： Q N =20Nm 3/min2. 压缩介质： 天然气气体组分：CH 4:94%；CO 2:0.467%；N 2:4.019%；C 2H 6:1.514% 3. 相对湿度： ψ=100%4. 吸入压力： P S 0=0.4 MPa 绝对压力5. 排出压力： P d 0=25.1 MPa 绝对压力6. 大气压力： P 0 =0.1 MPa 绝对压力7. 吸入温度： t S 0=35℃T S 0=308°K8. 排气温度： t d 0=45℃T d 0=318°K9. 压缩机转速： n=740rpm 10. 压缩机行程： S=120mm 11. 压缩机结构型式： D 型 12. 压缩级数： 4级13. 原动机： 低压隔爆异步电机;与压缩机直联 14. 一级排气温度： ≤130℃ 二、 初步结构方案 三、 初始条件换算以下计算压力均为绝对压力 Q= Q N ×P 0×T S 0／P S 0-ψ×P sa ×T 0进气温度状态下的饱和蒸汽压为P sa =0.005622 MPa P 0 =0.1MPa T 0=273°K其余参数详见初始条件..Q= 20×0.1×308／0.4-1×0.005622×273=5.72m 3/min 四、 级数的选择和各级压力要求为四级压缩总压缩比ε0=014S d P P =0.425.1=62.75ε10=ε20=ε30=ε40=475.62=2.8145 求出各级名义压力如下表查各组分气体绝热指数如下：CH 4: 94% K=1.308； CO 2: 0.467% K=1.30 N 2: 4.019% K= 1.40； C 2H 6: 1.514% K=1.19311-K =∑1r i -Ki ＝11.3080.94- ＋1.310.00467- ＋11.40.04019- ＋11.1930.01514- =3.2464得K1=K2=K3=K4=1.308一级进气温度t S1=35℃;考虑回冷不完善;二三四级进气温度取t S2=六、 计算各级排气系数 λH =λV λP λT λg 1. 容积系数λV(1) 相对余隙容积a;取a 1=0.2；a 2=0.2；a 3=0.2；a 4=0.2 (2) 膨胀过程的多变指数m;m 1=1+0.75K-1=1+0.751.308-1=1.231 m 2=1+0.88K-1=1+0.881.308-1=1.271 m 3=m 4= K=1.308 (3) λV1=1－a 1111m ε－1=1－0.2231.112.8145－1=0.736 λV2=1－a 2212m ε－1=1－0.2 271.118145.2－1=0.749λV3=1－a 3313m ε－1=1－0.2308.118145.2－1=0.759λV4=1－a 44140m ε－1=1－0.2 308.111458.2－1=0.7592. 压力系数λP ;取λP1=0.98；λP2=0.99；λP3=1；λP4=13. 温度系数λT ;取λT1=0.96；λT2=0.96；λT3=0.96；λT4=0.964.H d 035℃时饱和蒸汽压P sa1= 0.005622MPa;40℃时饱和蒸汽压P sa2= P sa3= P sa4=0.007374MPa ψp sa1ε1=1×0.005622×2.8145=0.0175> P sa2 则μd 1=1μd2=22021110sa S sa S P P P P ⨯-⨯-ϕϕ×0120S S P P = 007374.011258.1005622.014.0⨯-⨯-×4.01258.1=0.992μd3=33031110sa S sa S P P P P ⨯-⨯-ϕϕ×0130S S P P = 007374.011686.3005622.014.0⨯-⨯-×4.01686.3=0.988μd4=44041110sa S sa S P P P P ⨯-⨯-ϕϕ×0140S S P P = 007374.01918.8005622.014.0⨯-⨯-×4.0918.8=0.987中间级均无抽气;则μ01=μ02=μ03=μ04=1八、 计算气缸行程容积 V t 0V t10=Q1101λμμd ⋅=5.72×632.011⨯=9.05 m 3/min V t20=Q 2202λμμd ⋅0210S S P P 012S S T T =5.72×656.0992.01⨯×1258.14.0×308313=3.12 m 3/min V t30=Q 3033λμμ⋅0310S S P P 0103S S T T =5.72×678.0988.01⨯×1686.34.0×308313=1.07 m 3/min V t40=Q 4404λμμd ⋅0410S S P P 014S S T T =5.72×687.0987.01⨯×918.84.0×308313=0.375 m 3/min 九、 确定活塞杆直径1.初步确定各级等温度功率N is 和最大功率NN is1=601000·P s10·Q ·ln ε0=601000×0.4×5.72×ln2.8145=39.5KW 因一二三四级压力比相同则N is1=N is2 =N is3= N is4=39.5KW两列等温功率相等;列最大功率N=is is2is1N N η+=6.039.55.93+=132KW其中等温效率ηis 由查表2-9求得..2.确定活塞杆直径根据最大的功率查表2-10;初步选取活塞杆直径为d=60mm.. 十、 计算气缸直径一、二级气缸均为轴侧单作用的轴侧容积;应考虑活塞杆的影响..D 10=20t1V 4d sni+π=20.0617400.129.054+⨯⨯⨯⨯π=0.365m D 20=20t2V 4d sni+π=20.0617400.123.124+⨯⨯⨯⨯π=0.220m三、四级气缸均为盖侧单作用的盖侧容积..D 30=sniπ0t3V 4=17400.121.074⨯⨯⨯⨯π=0.124mD 40=sniπ0t4V 4=17400.120.3754⨯⨯⨯⨯π=0.073m圆整后气缸直径D 1=360㎜、D 2=220㎜、D 1=125㎜、D 2=75㎜十一、 修正各级公称压力和温度1.确定各级实际行程容积V tV t1=()4221d D -π．S ．n=()406.036.022-π ×0.12×740=8.79 m 3/minV t2=()4222d D -π．S ．n=()406.022.022-π ×0.12×740=3.12 m 3/minV t3=423D ⋅π．S ．n=4125.02⨯π×0.12×740=1.09 m 3/minV t4=424D ⋅π．S ．n=4075.02⨯π×0.12×740=0.392 m 3/min2.1.考虑损失后;计算各级气缸内实际压力及压力比;压力损失数值由图2-15查得;计算结果列表如下：十三、 计算轴功率1.实际排气量Q 0 = V t1×λ1=8.79×0.632=5.56 m 3/min2.实际等温功率N is = 601000·P s1·Q 0·ln S d P P=153.4KW3.绝热容积系数λV1＇=1－a 111'1m ε－1=1－0.2231.11037.3－1=0.71λV2＇=1－a 2212'm ε－1=1－0.2 271.113－1=0.712λV3＇=1－a 331'3m ε－1=1－0.2308.11913.2－1=0.747λV4＇=1－a 4414'm ε－1=1－0.2 308.1115.3－1=0.72 4.实际各级指示功率查表得1S Z =0.99; 1d Z =0.99; 2S Z =0.98; 2d Z =0.98; 3S Z =0.96; 3d Z =0.97; 4S Z =0.95; 4d Z =0.97.由于压缩机转速高;取压缩过程指数n i =绝热指数K=1.308.N id1= 601000·P s1·V t1·λv1＇·1-i i n n ·ii nn S d P P 111)''(--1·1112S d S Z Z Z ⋅+=52.8KWN id2= 601000·P s2·V t2·λv2＇·1-i i n n ·ii nn S d P P 122)''(--1·2222S d S Z Z Z ⋅+= 50.6KWN id3= 601000·P s3·V t3·λv3＇·1-i i n n ·ii nn S d P P 133)''(--1·3332S d S Z Z Z ⋅+= 50KWN id4= 601000·P s4·V t4·λv4＇·1-i i n n ·ii nn S d P P 144)''(--1·4442S d S Z Z Z ⋅+=52KW5.总的指示功率N id = N id3+ N id2+ N id3+ N id4=205.4KW十四、 计算轴功率取机械效率ηm =0.85N=midN η=85.04.205=241.6 KW 采用直联传动;传动效率;取ηd =1 N e ＇=16.241=241.6 KW 十五、 选用电动机据电动机额定功率等级;选取电机功率N=280KW功率储备=241.6241.6-802×100%=15.8%满足功率储备为5～15%的要求.. 十六、 计算等温指示效率和等温效率等温指示效率ηis-id =id is N N =4.2054.153=0.747 等温效率ηis =N N is =6.2414.153=0.635第二部分 动力计算一、 绘制各列气体力指示图图纸长度200mm=行程120mm m s =120/200=0.6图纸高度100mm=100000N mp=100000/100=1000N/mm 相对余隙容积a 在图纸上长度Sa 1= a 1×200=0.2×200=40mm Sa 2= a 2×200=0.2×200=40mm Sa 3= a 3×200=0.2×200=40mm Sa 4= a 4×200=0.2×200=40mm n1. 往复运动部件质量根据结构设计可知：连杆部件质量约为m l =40Kg ；十字头部件质量约为m c =25Kg ；两列活塞部件重量大致相等约为m p =70Kg ；往复运动部件总质量m s Ⅰ=m s Ⅱ=0.3×m l +m c =0.3×40+25+70=107Kg 2. 计算惯性力极大、极小值S=120mm; L=360mm; r=S/2=60mm=0.06m; λ= r/L=1/360=0.167 ω=30n⋅π=30740⨯π=77.5m/s两列惯性力极大值相等Ⅰmax =m s ·r ·ω2·1+λ=107×0.06×77.52×1+0.167=45000N45mm 两列惯性力极小值相等Ⅰmin = -m s ·r ·ω2·1 -λ= -107×0.06×77.52×1 -0.167= -32120N32.1mm -3λ·m s ·r ·ω2= -3×0.167×107×0.06×77.52= -19319N19.3mm 3. 列的往复惯性力图：三、 计算往复摩擦力:设定两列的往复摩擦力相等F f =0.6~0.7sn N m id 2100026011⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅⋅⋅η≈0.7×7400.12210002205.46010.851⨯⨯⨯⨯⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=6123N6.1mm 四、 列的活塞力图五、 计算各列切向力和法向力 六、 作综合切向力图1.计算旋转摩擦力:设定两列的旋转摩擦力相等F r =0.4~0.3sn N m id πη⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅⋅⋅111000260≈0.3×7400.1210002205.46010.851⨯⨯⨯⨯⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-π=2924N2.9mm 2.平均切向力Tm=Sm m A Tl ⨯⋅⋅π3.量的总切向曲线与横坐标所包围的面积A ≈21458mm 24.切向力图的长度比例尺m l =lS⋅π=400120⨯π≈0.9425切向力图的力比例尺m T =1000N/mm T m ≈53645N七、 作幅面图和矢量图 △f=5168 mm 2L=m l ·m T ·△f=0.9425×1000×5168/1000＝4871 由热力计算得到的平均切向力为：T m 、=snN mid πη160⋅⋅=7400.120.8511000205.460⨯⨯⨯⨯⨯π≈51972N误差△=mT m T Tm ''-×100%≈3.2% 误差没超过±5%;作图合格八、 计算飞轮矩 GD 2=3600·L/n 2·δ 取δ=1/100 GD 2=3600×7407404871⨯×100=3202.3 N.m 2。