2012-2013学年第二学期
制冷课程设计
分体式冷暖房间空调器设计
教师姓名：
学院：动力工程学院
专业：热能与动力工程
目录
《制冷及低温原理》课程设计任务书 (3)
空调用制冷技术课程设计说明书 (4)
一、工况 (4)
1.制冷 (4)
2.制热 (5)
二、压缩机的选择 (6)
三、蒸发器 (7)
四、冷凝器 (15)
五、毛细管的设计 (23)
六、管路设计 (23)
七、辅助设备 (24)
八、附图 (25)
九、参考文献 (28)
《制冷及低温原理》课程设计任务书
一、设计类型：《制冷及低温原理》课程设计
二、设计任务：分体式冷暖房间空调器设计
设计一拖一分体式冷暖房间空调器设计（不采用电辅助加热）。进行制冷系统的方案设计和热力计算，选配制冷压缩机（定频），设计室外和室内换热器，完成辅助设备的计算和选用，制冷系统管路设计。根据设计规范命名空调器的型号，并确定其能效等级。
三、设计依据：
1.《房间空气调节器GBT7725-2004》
2.《GB 12021.3-2010房间空气调节器能效限定值及能效等级》
3.《压缩机选型设计规范》
4.《流路设计规范》
5.《毛细管冷媒量匹配设计规范》
6.《制冷系统保护设计规范》
7.设计原始资料
空调用制冷技术课程设计说明书
类型：气候环境T1
结构形式：分体式F 挂壁式G 制冷机组代号W
主要功能：热泵型R
冷却方式：空冷式
压缩机控制方式：定频型
条件：房间空调器的额定冷量:3986W
制冷剂:R134a
型号命名：KFR-39GW/Bp
一、工况：
1.制冷:
蒸发温度:t0=5℃，冷凝温度:t k=48℃,
过热度:7℃，过冷度:8℃
制冷循环图：
点号 p/Mpa t/℃ h/(kJ/kg) v/(m3/kg)
0 0.3498 5 400.00
1 0.3498 1
2 406.77 0.06022
2 1.2542 58 434.03
3 1.254240256.23
热力计算
1压缩比：P2/p1= 1.2542/0.3498=3.59
2单位质量制冷量：q0=h1-h4=h1-h3=406.77-256.23=150.54kJ/kg 3单位容积制冷量：q zv=q0/v1=150.54/0.06022=2499.83kJ/m3
4理论比功：w=h2-h1=434.03-406.77=27.26kJ/kg
5指示比功：wi=w/ηi=h2s-h1=27.26/0.9=30.29kJ/kg
6压缩机排气管处制冷剂气体的比焓：
h2s=wi +h1=30.329+406.77=437.10kJ/kg 7理论性能系数：cop=q0/w=150.54/27.26=5.52
8指示性能系数：copi=q0/wi=150.54/30.289=4.97
9制冷剂循环的质量流量：qm=0/q0=3986/150.54=0.02648kg/s 10实际输气量：qvs=qm*v1=0.026.48*0.06022=1.59*10-3m3/s 11理论输气量：qvh=qvs/λ=1.59*10-3/0.98=1.62*10-3m3/s 12压缩机消耗的理论功率：P=qm*w=26.48*10-3*27.26=722.10w 13压缩机指示功率：Pi=P/ηi=722.10/0.9=802.30w
14卡诺循环性能系数：copc=TL/(TH-TL)=(273+5)/(48-5)=6.46
15指示循环效率：η=copi/copc=4.97/6.46=78%
2.制热：
蒸发温度:t0-3℃，冷凝温度:t k46℃,
过热度:7℃，过冷度:8℃，
点号 p/Mpa t/℃ h/(kJ/kg) v/(m3/kg)
0 0.2627 -3395.47
1 0.26274 401.83 0.0793
2 1.1894 57 434.17
3 1.189438 253.12
热力计算
1压缩比：P2/p1=1.1894/0.2627=4.528
2单位质量吸热量：q0=h1-h4=h1-h3=148.71kJ/kg
3单位容积吸热量：q zv=q0/v1=148.71/0.0793=1875.3kJ/m3
4冷凝器单位制热量：qk=h2s-h3=437.83-253.12=184.64kJ/kg 5理论比功：w=h2-h1=434.17-401.83=32.34kJ/kg
6指示比功：wi=w/ηi=h2s-h1=32.34/0.9=35.93kJ/kg
h2s=wi+h1=35.93+401.83=437.83kJ/kg 7理论性能系数：cop=qk/w=184.64/32.34=5.71
8指示性能系数：copi=qk/wi=184.64/35.93=5.14
9制冷循环的制热量：Qk=qk*qm=184.64*26.48*10-3=4889.27W 10实际输气量：qvs=qm*v1=26.8*10-3*0.0793=2.126*10-3m3/s 11理论输气量：qvh=qvs/λ=2.126*10-3/0.98=2.17*10-3m3/s 12压缩机消耗的理论功率：P=qm*w=26.8*10-3*32.34=866.7w 13压缩机指示功率：Pi=P/ηi=866.7/0.9=963w
二、压缩机的选择
初选谷轮涡旋压缩机型号：ZB19KQE 台数1台
冷凝温度：45℃蒸发温度：5℃制冷量：4500W 输入功率：1270W
涡轮式压缩机容积效率λ高达95%以上，取λ=0.98，ηi=0.9
三、蒸发器
选择表面式蒸发器：
选用翅片管式换热器、双排
选定蒸发器的结构参数
选用?10 x 0.7mm的紫铜管，翅片选用厚为δf=0.2mm的铝套片，热导率为λf=237 W/(m·K)，翅片间距sf=1.8mm。管束按正三角形叉排排列，垂直于流动方向的管间距s1=25mm，沿流动方向的管排数nL=4，迎面风速uf=2.5m/s。
（1）计算几何参数
翅片为平直套片，考虑套片后的管外径为
db=d0 + 2δf=0.0104m
沿气流流动方向的管间距为
s2=s1cos30°=0.02m
沿气流方向套片的长度
L=4s2=0.08m
每米管长翅片的外表面面积
af=2(s1 *s2 - db2) =0.41m2/m
每米管长翅片间的管子表面面积
ab = πdb(sf –δf) =0.03m2/m
每米管长的总外表面面积
aof = af+ ab=0.44m2/m
每米管长的外表面面积
abo = πdb x 10.03m2/m
每米管长的内表面面积
ai=πdi x 1=0.03m2/m
每米管长平均直径处的表面面积
am = πdm x 1=0.03m2/m
由以上计算得
aof/abo=13.61
（2）计算空气侧干表面传热系数
1）空气的物性
空气的平均温度为
ta = =22.25℃
在此温度下的物性约为ρa= 1.1966kg/m3，cpa=1.005kJ/(kg·K)，
Pra =0.7026，νa=0.00001588m2/s
2）最窄界面处的空气流速
ωmax = ωf=4.71m/s
3）空气侧干表面传热系数
j =0.0014 + 0.2618=0.0085
==0.061kW/(m2·K)
（3）确定空气在蒸发器内的状态变化过程
根据给定的空气进出口温度，由湿空气的h – d图可得= 55.6kJ/kg
，= 40.7kJ/kg，= 11.1g/kg，=9.2g/kg
湿空气的状态变化
在图上连接空气的进出口状态点1和点2，并延长与饱和空气线相交于ω点，该点的参数是=29.5kJ/kg，=9℃，=7.13g/kg
在蒸发器中，空气的平均比焓为
=+ =47.11
在h – d图上按过程线与= 47.11线的交点读得= 21.4℃
，= 10g/kg
。析湿系数可由下式确定：
ξ=1.57
（4）循环空气是指计算
Φ
=963.06kg/h
进口状态上空气的比体积可上上式确定：
V1==0.87m3/kg
故循环空气的体积流量为
q v,a=qm*v1=834.09m3/h
（5）空气侧当量表面传热系数的计算
当量表面传热系数
ξη=0.084kW/(m2·K)
对于正三角菜叉排排列的平直套片管束，翅睛效率可由式（6-34）计算，
叉排翅片可视为正六角形，且此时翅片的长对边距离和短对边距离之比为=1，且=，故
ρ’=1.28=2.57
肋片折合高度为
ρρ=0.01m
=63.571/m
m=ξ
δλ
故在凝露工况下的翅片效率为
η（）=0.866
（6）管内制冷剂蒸发时表面传热系数的计算
R143a在t0=5℃时的物性为：饱和液体的比定压热容c p,l=1.34kJ/(kg·K)，饱和蒸气的比定压热容c p,g=0.94kJ/(kg·K)，饱和液体的密度：=1278.61kg/m3饱和蒸气的密度：ρg= 17.24kg/m3，汽化潜热：r=193.4kJ/kg，饱和压力ps=349.63kPa , 表面张力
σ=1.12N/m，液体的动力粘度μl= 0.000256Pa·s，蒸气的动力粘度μg = 0.00000842Pa·s，液体的导热率λl= 0.092715103W/(m·K)，蒸气的导热率λg= 0.012706055W/(m·K)，液体的普朗特数：Pr l =2.87，蒸气的普朗特数Pr v= 0.735。
R134a在管内蒸发的表面传热系数可由式（6-28）计算。已知R134a进入蒸发器时的干度x1= 0.16，出口干度x2=1，侧R134a的总质量流量为99.72kg/h作为迭代计算的初值，取qi=，R134a在管内的质量流速为，则总的流通截面面积为
=0.00025m2
每根管子的有效流通截面面积为
==5.8E-05m2
蒸发器的分路数
Z=A/=4.22
对Z向下取整为Z= 4，则每一分路中R134a的质量流量为
= =22.08kg/h
，
每一个分路中R134a在管内的实际质量流速为
=，105.598kg/(m2·s)
于是
==0.00058
计算hi时采用式（6-28），其中Co<0.65，C1=1.136 ，C2=-0.9 ，C3=667.2 ，C4=0.7 ，C5=0.3 ，对于R134a。
=2643.65W/(m2·K)
（7）传热温差的初步计算
先不计R134a的阻力对蒸发温度的影响，则有
Δ=16.8℃
（8）传热系数的计算