制冷系統(tǒng)性能測試試驗臺設計講解

1、本科畢業(yè)設計（論文）題目制冷循環(huán)性能測試試驗臺學生姓名XXXX專業(yè)班級04熱能與動力工程2班學號XXXXXXXXXX別XX學院指導老師（職稱）XXXXXX教授完成時間2XXX-6-6制冷循環(huán)性能測試實驗臺近20年來，制冷和空調(diào)技術得到了飛速的發(fā)展和廣泛應用。從人們的日常生活 到國民經(jīng)濟的各部門，從傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)到高新技術產(chǎn)業(yè)，從國防科技到航空航天，到處都 離不開制冷技術及其設備。本文簡單介紹單級蒸汽壓縮式制冷循環(huán)性能測試實驗臺的設計中的幾個問題： 新 型綠色制冷劑的使用，熱力循環(huán)的計算，蒸發(fā)器和冷凝器的設計計算，制冷循環(huán)附件 的選型，各種熱工測量儀器的選型及安裝使用要求，以及制冷技術的發(fā)展和展望。本

2、實驗臺選用最有前途的綠色制冷劑 R134a,廣東美芝制冷設備有限公司的全封 閉壓縮機，及各種性能優(yōu)良的控制設備和熱工測量儀器制冷循環(huán)性能測試實驗臺的作用，顧名思義是用實驗的方法去測試各種實際因素 對循環(huán)的影響，以便更好的分析研究實際循環(huán)的各種不完善因素和應作出的改進。用本實驗臺能研究高壓液體過冷、是否有回熱、壓縮機吸氣過熱（有用及無用過熱）等 因素對循環(huán)的影響關鍵詞 制冷循環(huán)/實驗臺/新型制冷劑/測試技術/環(huán)保I制冷循環(huán)性能測試實驗臺ABSTRACTThisarticlesimplyintroducedthein design several questions: New green refr

3、igerant use, the calculation of the thermodynamic energy circulation, evaporator and condenser computatio nair-conditioner appendix choice, as well as heat pump room air-conditioner development and forecast.The air conditioning is as the name suggests carries on the adjustment to the air parameter,

4、in order to cause the environment to suit our request. With development of our country national economy and the improvement of the people's lives level people's living conditions condition request also in gradually enhancement. Therefore the air conditioning holds the very important position

5、 in the daily life. Also causes the air conditioning technology in the unceasing enhancement, achieves the people to the environment request. The heat pump room air-conditioner both can make cold and heat, can satisfy the requests of the winter and summer, so it gets a fast development. The air-cond

6、itioner is facing the miniaturization, the energy conservation, the intellectualization, is artistic, the health direction develops.In recent years, along with the housing condition change, some users stemming from saved spatial the consideration, started to purchase' ' one-drivers-two"

7、 air-conditioners, the promotion pulls as soon as tows two air-conditioners the development and the improvement.KEY WORDS The heat pump , One-drivers-two air-conditioner, New green refrigerant, Energy conservation, Environmental protectionii制冷循環(huán)性能測試實驗臺目錄摘要 .第一章 緒論 .x1.1 蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力的運行調(diào)整與節(jié)能 .x1.2 冷凝溫度和

8、冷凝壓力的運行調(diào)整與節(jié)能. . x第二章制冷系統(tǒng)主要部件的設計.x2.1 制冷劑的選用.x2.2 熱力循環(huán)計算 .x2.3 蒸發(fā)器的設計計算 .x2.4 冷凝器的設計計算 .x2.5 膨脹閥的選型計算 .x2.6 壓縮機的選型計算 .x第三章制冷系統(tǒng)輔助部件的選型 .x3.1 截止閥的選型 .x3.2 干燥過濾器的選型 .x3.3 電磁閥的選型 .x3.4 安全閥的選型 .x3.5 液視鏡的選型 .x第四章制冷系統(tǒng)測試儀器及控制部件的選型 .x4.1 溫度測量儀器的選型 .x4.2 壓力測量儀器的選型 .x4.3 流量測量儀器的選型.x4.4 壓力控制器的選型.x4.5 溫度控制器的選型.x第

9、五章 實驗臺的設計與搭建 .x5.1 實驗臺大小的確定及布置 .x5.2 實驗臺的搭建.x總結(jié) .:x致謝 .X參考文獻 .X附錄 .X2制冷循環(huán)性能測試實驗臺第一章 緒 論制冷技術的發(fā)展水平是衡量一個國家國民經(jīng)濟和人民生活水平的重要標志。隨著我國科學技術的飛速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的提高，人民生活的改善，制冷行業(yè)獲得 了極其迅猛的發(fā)展。但長期以來我國經(jīng)濟增長仍是以資源高消耗和犧牲環(huán)境為代價的 粗放型經(jīng)濟增長模式。統(tǒng)計資料表明，我國總能源利用率僅為 40%,這只相當于歐美 日發(fā)達國家六、七十年代的水平。制冷行業(yè)是國民經(jīng)濟中大耗能行業(yè)之一，制冷裝置 的能耗在我國總耗能中的比重還在逐年上升。因此，制

10、冷裝置的節(jié)能就成為了我國節(jié)能工作中的重要一環(huán)，也是擺在從事制冷行業(yè)這一工作人員面前的一個重大課題。制冷裝置的選型和匹配對節(jié)能至關重要，但由于工業(yè)制冷裝置，往往容量大，用冷情況 復雜，制冷裝置的實際運行參數(shù)往往偏離設計參數(shù)，耗能增加。因此制冷裝置運行過 程中的及時調(diào)整，能使制冷裝置在最經(jīng)濟合理的工況條件下安全可靠地運行，同時達到產(chǎn)冷量最大，耗功最省，運行效率最高的目的。研究表明，通過精心操作調(diào)整， 制冷裝置的節(jié)能效果可達4 O%。這說明操作調(diào)整對于制冷裝置的節(jié)能極其重要，另 一方面，也說明了國內(nèi)的制冷裝置在運行調(diào)整方面存在很大問題漏洞。下面即簡略地談幾點制冷裝置在運行控制中的節(jié)能技術方法1.1

11、蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力的運行調(diào)整與節(jié)能蒸發(fā)溫度與蒸發(fā)壓力蒸發(fā)溫度是制冷裝置運行中最重要的參數(shù)之一，蒸發(fā)溫度是指制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)沸騰時的溫度，由于相應的蒸發(fā)壓力是對應的，蒸發(fā)溫度升高， 蒸發(fā)壓力也升高。在一定的冷凝壓力下，提高蒸發(fā)溫度將使制冷系統(tǒng)的壓縮比減少、 壓縮機的輸氣系數(shù)增大，單位容積制冷量急劇增加，功耗減少，這對節(jié)能是十分有利 的。1.1.1 蒸發(fā)溫度的選擇各種類型制冷裝置的蒸發(fā)溫度， 應選擇在什么溫度下運行最經(jīng)濟合理， 這就是蒸 發(fā)溫度的選擇。蒸發(fā)溫度的選擇是根據(jù)各類制冷裝置，生產(chǎn)工藝需要的溫度而選定的。 因為熱量在傳遞過程中，存在著一定的溫差，要達到生產(chǎn)工藝所需的溫度，則制冷裝 置的蒸發(fā)

12、溫度必須低于生產(chǎn)工藝需要的溫度，不同的制冷方式，所取溫差的大小也各 不相同。1.1.2 溫差的選擇制冷方式不同，其溫差分三種情況選定：被冷卻物（冷媒）是強制循環(huán)的水或鹽水時，其溫差取5c左右，如空調(diào)冷水機組、制冰鹽水機組等。被冷卻物是自然對流的空氣時，其溫差取1015c ,如排管式冷庫。被冷卻物是強制循環(huán)的空 氣時，其溫差取510c ,如風機排管式冷庫、風機排管式空調(diào)等。1.1.3 蒸發(fā)溫度如何調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度調(diào)節(jié)，在實際操作中是控制蒸發(fā)壓力，即調(diào)節(jié)低壓壓力表的壓力值，操 作中通過調(diào)節(jié)熱力膨脹閥（或節(jié)流閥）的開度來調(diào)節(jié)低壓壓力的高低。膨脹閥開啟度增 大，蒸發(fā)溫度升高，低壓壓力也升高，制冷量就會增大

13、；如果膨脹閥開啟度小，蒸發(fā) 溫度降低，低壓壓力也降低，制冷量就會減少。在規(guī)定的范圍內(nèi)什么是最經(jīng)濟、最合 理的運行溫度和壓力，這就必須了解蒸發(fā)溫度變化對制冷量的影響。1.1.4 影響蒸發(fā)溫度變化的因素在制冷裝置實際運行過程中，蒸發(fā)溫度的變化是很復雜的，它除了直接受膨脹閥 （節(jié)流閥）控制外，與被冷卻對象的熱負荷、蒸發(fā)器的傳熱面積和壓縮機的容量有關。這三個條件某一個發(fā)生變動時，制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力和溫度必然發(fā)生相應的變化，因此操作人員要保證蒸發(fā)溫度在規(guī)定范圍內(nèi)穩(wěn)定運行，就需要及時地了解蒸發(fā)溫度的變化，根據(jù)蒸發(fā)溫度的變化規(guī)律，適時地、正確地進行蒸發(fā)溫度的調(diào)節(jié)。熱負荷的變化對蒸發(fā)溫度的影響所謂熱負荷，即指

14、被冷卻物的放熱量。熱負荷的變化就是被冷卻物放熱量大小的 變化。制冷裝置在運行過程中，熱負荷的變化是經(jīng)常發(fā)生的。當熱負荷增大時，其它 條件不變的情況下，蒸發(fā)溫度就會升高，低壓壓力也會升高，吸氣的過熱度也會加大。 這種情況下只能開大膨脹閥，增大制冷劑的循環(huán)量，而不能因為低壓壓力升高關小膨 脹閥，降低低壓壓力。這樣做將會使吸氣過熱度更大，排氣溫度升高，運行條件惡 化。調(diào)節(jié)膨脹閥時，每次調(diào)節(jié)量不應過大，調(diào)節(jié)后必須經(jīng)過一定時間的運行，才能反 映出熱負荷與制冷量是否平衡。制冷壓縮機能量的變化對蒸發(fā)溫度的影響當增加制冷壓縮機的能量時，壓縮機的吸氣量就相應增加，在其它條件不變的情況下，就會出現(xiàn)高壓升高，低壓降

15、低，蒸 發(fā)溫度也會隨之下降。為了繼續(xù)保持生產(chǎn)工藝需要的蒸發(fā)溫度，就要開大膨脹閥，使 低壓壓力上升到規(guī)定范圍。制冷壓縮機加大能量運行一段時間后， 隨著被冷卻物溫度 的下降，蒸發(fā)溫度、低壓壓力也會逐漸降低（膨脹閥不作任何調(diào)節(jié)），這是因為被冷卻 物溫度下降熱負荷減少的緣故。這種情況下不應誤認為壓力下降，是供液量不足去開 大膨脹閥，增加供液量，而是應關小膨脹閥，減少制冷壓縮機能量運行，否則，則會 出現(xiàn)能量過大，供液量過大使制冷機組出現(xiàn)帶液運行或奔油事故的發(fā)生。傳熱面積發(fā)生變化對蒸發(fā)溫度的影響傳熱面積主要是指蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積，傳熱面積的變化主要是指蒸發(fā)面積大小發(fā) 生的變化。在完整的制冷裝置中，蒸發(fā)面積通

16、常是固定不變的，但是在實際運行操作 中，由于供液不足或者蒸發(fā)器內(nèi)積油，蒸發(fā)面積是不斷發(fā)生變化的。蒸發(fā)面積的增、 減對蒸發(fā)溫度的影響與熱負荷的增、減對蒸發(fā)溫度的影響是基本相似的。當蒸發(fā)面積 增加時，蒸發(fā)溫度就會升高；當蒸發(fā)面積減少時，蒸發(fā)溫度就會降低。為了保持需要的溫度，就應調(diào)節(jié)能量和膨脹閥，對蒸發(fā)器進行放油清理，以保持傳熱面積與制冷 量的相對平衡。1.2 冷凝溫度和冷凝壓力的運行調(diào)整與節(jié)能1.2.1 冷凝溫度和冷凝壓力冷凝溫度也是制冷裝置運行中最重要的參數(shù)之一，冷凝溫度是指制冷劑在冷凝器中由氣態(tài)冷凝成飽和液態(tài)時的溫度，它于相應的冷凝壓力是對應的，冷凝溫度升高，冷凝壓力也升高。一般在特定的制冷系

17、統(tǒng)中，冷凝壓力升高，壓縮比增大，壓縮 機的壓縮功增大，制冷效率降低，在標準工況下，冷凝溫度每上升10C,制冷量下降10%,軸功率增加20%。另外，冷凝溫度過高，還將引起壓縮機排氣壓力過高，排氣 溫度升高，這對壓縮機的安全運行十分不利，容易造成事故。反之，冷凝壓力降低， 系統(tǒng)的耗電量減少。因此，制冷系統(tǒng)在較低的冷凝壓力下運行，一般認為可以獲得節(jié) 能效果。1.2.2 冷凝溫度的確定冷凝溫度的確定與冷凝器的型式有關， 對于水冷式冷凝器，冷凝溫度決定于冷卻 水的溫度、流量、流速、冷凝面積、壓縮機的排氣量以及空氣濕度、油污、水垢等影 響冷凝器傳熱效率的各種因素，一般情況下，水冷式冷凝器的冷凝溫度比冷卻水

18、出口 溫度高46c。風冷式冷凝器的冷凝溫度主要決定于空氣溫度、空氣流速、冷凝面 積、壓縮機的排氣量及影響冷凝器傳熱效率的各種因素。風冷式冷凝器的冷凝溫度比空氣溫度高812C。綜上可見，冷凝溫度受到許多因素影響，但是從節(jié)能角度，在設計時應適當選取較高的冷凝溫度，即配置較大的冷凝換熱面積，達到節(jié)能運行的目的。從操作調(diào)節(jié)的角度，應控制制冷裝置在盡可能低的冷凝溫度下運行，以提高制冷效率，降低運行費用。1.2.3 冷凝溫度如何調(diào)節(jié)在實際運行中，冷凝溫度的變化，主要受環(huán)境溫度影響較大，夏季環(huán)境溫度升高， 冷凝溫度也會升高，在環(huán)境溫度一定的情況下，如何通過操作調(diào)節(jié)，使冷凝溫度和壓 力工作在合理的范圍之內(nèi)，實

19、現(xiàn)降低能耗的目的，主要應從以下幾個方面入手：冷凝溫度的高低與冷卻介質(zhì)量的大小和溫度的高低直接相關，在實際操作中，通常通過調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)量的大小或溫度的高低來控制冷凝溫度的高低。冷卻介質(zhì)量大或溫度低，冷凝溫度和壓力將降低，制冷機的功耗也降低。但是此時冷凝溫度和壓力的 降低是以水泵和風機功耗增加為代價的。 因此，對于集中式制冷系統(tǒng)，在部分載荷時， 應特別注意控制調(diào)節(jié)冷凝系統(tǒng)水泵或風機，避免無效的功耗。也就是說，冷凝溫度和 壓力的降低固然可使壓縮功減少，但此時冷凝溫度的降低若一味是以冷卻介質(zhì)溫度的 降低、流量和流速的增加，即水泵、風機耗功增加為代價的，則不一定是經(jīng)濟的作法。因為制冷裝置的總能耗包括了壓

20、縮機的能耗、水泵和風機的能耗。因此，在冷凝 溫度和壓力合理的范圍之內(nèi)，通過調(diào)節(jié)減少冷卻介質(zhì)的流量、流速或者適當提高水溫， 使冷凝溫度和壓力適當升高，由于減少了冷凝動力的消耗，這時制冷系統(tǒng)的總能耗也可能降低，獲得總體節(jié)能的效果。適當升高制冷裝置冷凝溫度也可達到節(jié)能效果的 提出，標志著人們對冷凝溫度的控制有了更深入的認識，這與國外的研究結(jié)果是一致的。近年來，國外許多風冷冷凝器，采用了部分負荷調(diào)節(jié)或調(diào)速裝置，即在部分負荷 時，停止部分風機運行或降低風機轉(zhuǎn)速，減少空氣流量，此時冷凝壓力雖有所升高， 但包括風機在內(nèi)的總電耗下降，達到節(jié)能效果。制冷系統(tǒng)中水泵、冷卻塔的開啟臺數(shù)與制冷負荷要匹配。水泵、冷卻塔

21、風機運行 的能耗所占的比重雖然不大，但由于其使用的頻率高，累計能耗還是十分可觀的。每 年35個月，也就是說每年只有35個月水泵、冷卻塔處于滿負荷運行狀態(tài)，更多的 時候冷卻水系統(tǒng)具有較大裕量。如何合理地調(diào)節(jié)水泵、冷卻塔的開啟臺數(shù)，使之與制 冷負荷相匹配，這是水泵、冷卻塔節(jié)能的關鍵。首先，在選用水泵、冷卻塔時應根據(jù) 實際情況進行合理的選擇水泵揚程不宜富裕過大；冷卻塔風機配置要合理。另外，制 冷操作人員應能根據(jù)制冷機的開啟臺數(shù)及其排氣壓力和溫度的變化合理地調(diào)節(jié)水泵、冷卻塔風機的開啟臺數(shù)。亦可根據(jù)水溫的變化，通過溫感控制或電機的變頻控制來自 動調(diào)節(jié)水泵、冷卻塔風機的開啟臺數(shù)。保持換熱面積的清潔，消除影

22、響熱交換的因素，即及時除垢、放油、排除不凝結(jié) 氣體；另一方面，就是控制冷卻介質(zhì)的流量、流速，保證冷卻介質(zhì)均勻地流過換熱表 面；還要特別注意冷卻水在冷凝器中分配的均勻性。除上述之外，充分利用晝夜溫差 引起的夜間熱負荷降低，冷卻水溫度、冷凝溫度降低，制冷裝置夜間運行可獲得節(jié)能 效益。同時由于夜間電網(wǎng)處于低谷期，電價比正常期和高峰期低得多，因此，制冷裝 置夜間運行，特別是深夜運行，不僅能夠節(jié)能，同時電價低，企業(yè)可以獲得明顯的經(jīng)濟效益，而且對電力網(wǎng)的削峰填谷具有重要的經(jīng)濟效益和社會效益。另外，采用多 級分段制冷工藝使制冷裝置在各個時段中采用不同的運行參數(shù)，降低傳熱溫差和利用連續(xù)變溫調(diào)節(jié)時制冷系數(shù)大的原

23、理，以不增加投資實現(xiàn)實際制冷凍結(jié)過程的節(jié)能也都具有較為明顯的經(jīng)濟效益?？傊评溲b置在運行過程中，由于熱負荷的變化、能量的變化、傳熱面積的變化，都會影響冷凝溫度、蒸發(fā)溫度、排氣溫度的變化，要 保證各種運行參數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)運行， 就要適時正確地進行操作調(diào)整，但操作調(diào)整 的前提必須掌握正確的運行參數(shù)，否則，就不能實現(xiàn)制冷裝置安全可靠，經(jīng)濟合理的 運行。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源短缺矛盾更加突出，能源已成為影響經(jīng)濟發(fā)展的重要因素， 世界各國都對節(jié)能提出了更高的要求，并采取了相應的政策措施，我國也已制定了“十一五”期間單位6口宿長耗降低20%的性能源控制目標，這些都表明了能源價格 仍會有明顯上漲的趨勢。因

24、此，從總體上講，除了選擇設計合理、配套的節(jié)能設備， 適當增加初期一次性投資，降低運行費用外，更應該通過制冷裝置的及時運行調(diào)整， 在不增加投資的情況下，實現(xiàn)制冷裝置的經(jīng)濟運行，制冷裝置的經(jīng)濟運行可使增加的 投資回收期逐漸縮短，獲得較高的綜合經(jīng)濟效益。另外，目前一些企業(yè)，特別是許多鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型冷藏加工企業(yè)，普遍存在技術力量薄弱，只注重生產(chǎn)經(jīng)營管理，對制冷系 統(tǒng)操作調(diào)整的重要性認識不足，運行維護管理情況普遍較差，這些是我們制冷行業(yè)急需解決的問題。在實際的制冷系統(tǒng)操作調(diào)節(jié)中，我們不僅應該把制冷系統(tǒng)調(diào)整到合 理的運行范圍，滿足制冷工藝的要求，維持制冷系統(tǒng)的安全正常運行，而且還可以進 一步將制冷系統(tǒng)調(diào)整在最佳

25、運行狀態(tài)，實現(xiàn)高效節(jié)能的運行目的，提高節(jié)能水平。 參考文獻：11張建一席0冷裝置節(jié)能技術【Ml . jB京：機械工業(yè)出版社，1999.21陳汝東.制冷技術與應用.第二版【Ml 上海：同濟大學出版社，2006.第二章制冷系統(tǒng)主要部件的設計2.1 制冷劑的選用蒸汽壓縮式制冷中的制冷劑有多種。 按照制冷劑的組成分類，有單一制冷劑和混 合制冷劑；按制冷劑物質(zhì)的化學類別分類，主要有無機物、氟利昂和碳氫化合物三類； 按物質(zhì)的來源分類，有天然制冷劑和人工合成制冷劑。蒸汽壓縮式制冷技術的發(fā)展，始終與它所使用的制冷劑的變更密切相關。選用什么物質(zhì)做制冷劑，只要從一下三個方面考慮：是否有好的制冷性能；是否 實用；該

26、物質(zhì)逸散到大氣中是否對環(huán)境帶來不利影響。(1)制冷性能制冷劑制冷性能的好壞，要看它在制冷機要求的工作條件(即溫度 瓦、)下， 是否有滿意的理論循環(huán)特性。這取決于制冷劑的熱力性質(zhì)。人們期望的是：它冷凝壓 力不太高；蒸發(fā)壓力在常壓以上或不要逼大氣壓低得太多； 壓力比適中；排氣溫度不 太高；單位制冷量大；循環(huán)的性能系數(shù)高；傳熱性好(導熱系數(shù)大、比熱容大) ；流 動性好(粘性小)。(2)實用性為了便于實用，制冷劑的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性要好，在制冷循環(huán)過程中不分解 不變質(zhì)，對機器設備的材料無腐蝕，與潤滑油不起化學反應。還希望它安全：無毒， 無害，燃燒性和爆炸性小。另外，來源廣、價格便宜也是考慮的重要方面

27、。(3)環(huán)境可接受性將環(huán)境可接受性列為選用制冷劑的考察指標，而且作為硬指標，是 20世紀80 年代后期提出的。針對保護大氣臭氧層和減少溫室效應的環(huán)境保護要求， 制冷劑的臭 氧破壞指數(shù)必須為零，溫室效應指數(shù)應盡可能小。制冷劑選定后，根據(jù)它本身性質(zhì)，又反過來要求制冷系統(tǒng)在流程安排、結(jié)構(gòu)設計及運行操作等方面與之適應。這些都須在充分掌握制冷劑性質(zhì)的基礎上恰當?shù)奶幚?。按蒙特利爾條約和隨后的修正條約，表中 CFC類已被,如汰，HCFCfe正在被淘汰。 依照臭氧破壞指數(shù) OD刻0的要求，原有的主導制冷劑 R11、R12、R502和R22的替 代物只能有兩類選擇：合成姓中不含氯的物質(zhì)（即 HFCffi FC類

28、）和天然物質(zhì)。R134a的熱力性質(zhì)與R12最接近，是第一個被提出來的非臭氧破壞物質(zhì)，它是 高溫和中溫制冷裝置中替代R12的重要制冷劑，在冰箱冷柜和汽車空調(diào)這兩類裝置中 已經(jīng)并將繼續(xù)用R134a取代R12,大型離心式冷水機組中也有使用 R134a的產(chǎn)品。本 試驗臺制冷系統(tǒng)將采用R134a為制冷劑。表1中溫制冷情況下CFC-12和HFC-134a理論性能的對照CFC-12和HFC-134a的熱循環(huán)比較CFC-12HFC-134a制冷劑（以CFC-12為參照物）10099.7COP （性效系數(shù)）3.553.43壓縮機排氣溫度 C （ T ）排氣壓力 kpa （ psia ）86.8(188.2)13

29、49(195.6)83.1(181.5)1473(213.7)壓比4.14.7注：溫度如下：冷凝器：54.4 C蒸發(fā)器：1.7°C壓縮機入口：26.7 C膨脹閥：51.7 C表2 HFC-134a物理性能的數(shù)據(jù)物性單位HFC-134a化學名/1,1,1, 2-四氟乙烷分子式/CH2FCF3分子量/102.03沸點（1atm ）C-26.1冰點C-103.0臨界溫度C101.1臨界壓力Kpa(1b/in2abs)4060(588.9)臨界體積M3/kg(ft3/1b)0.00194(0.0311)臨界密度Kg/m3(1b/ft3)515.3(32.17)密度，（液體）， 25°

30、; CKg/cm3(1b/ft3)1206(75.28)密度，（飽和蒸氣）沸點下Kg/cm3(1b/ft3)5.25(0.328)熱容（液體），25° CKJ/kg.k(Btu/(1b)F)1.44(0.339)熱容（恒壓蒸汽），25° C , 1atmKJ/kg.k(Btu/(1b)0.852(0.204)蒸汽壓力，25° CKpa(bar)666.1(6.661)蒸發(fā)熱，沸點下KJ/kg(Btu/1b)217.2(93.4)導熱率,25° C :液體氣體（1atm ）W/mk(Btu/hr.ftF)0.0824(0.0478)0.0145(0.008

31、36粘度，25° C :液體氣體（1atm ）mpa.s(cp)0.2020.012HFC-134a在水中溶解度，25° C , 1atmwt%0.15水在 HFC-134a 的溶解度，25° Cwt%0.11空氣中可燃性極限，1atmVOL%無自燃溫度C770臭氧消耗潛值/0鹵代烷全球溫室效應HGWP （ CFC-11 的 HGWP=1 ）/0.28GWP ( 100yr.ITH 對 CO2 , GWP=1 )/1200有害物質(zhì)管理法備案情況/已報道/包括毒卜AEL* （ 8和12小時TWA ）可允許的空氣 暴露濃度Ppm(v/v)1000表3HFC-134a穩(wěn)

32、定性（與金屬和冷凍油）的實驗數(shù)據(jù)冷凍油礦物油礦物油UCONRO-W-6602(a)美孚EALArctic32 (b)CastrolIcematicSW100 (b)粘度 cst(40 °C)30.712513429.4108.8制冷劑R-12R-12HFC-134aHFC-134aHFC-134a評價：純油000油/制冷劑44000銅22000鐵33000鋁22000粘度變化%純凈NDND<1-3.14.3%帶有制冷劑NDND-12.7-36.2-27.1分解產(chǎn)物分析HFC-134a(ppm)NDND<7<3<0.3氟化物（ppm ）ND420<0.7&

33、lt;72.2熱力循環(huán)計算2.2.1 設計工況的選擇所謂工況，是指制冷系統(tǒng)的工作條件。用來作為比較制冷機型能參考狀態(tài)的工況 一般應包括制冷機的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、過冷溫度、過熱溫度、吸氣過熱溫度等。 與名義參數(shù)相應的溫度條件稱為名義工況。我國標準“JB/T766695制冷和空調(diào)設備名義工況一般規(guī)定”規(guī)定了容積式制冷壓縮機及機組和壓縮冷凝機組、容積式和離 心式冷水機組、單元式空調(diào)機、房間空調(diào)器等的名義工況。為了使用方便，一般都給 出了這些名義工況的參數(shù)，這些參數(shù)為客戶提供了參考依據(jù)和制冷機或制冷壓縮機的 性能參數(shù)。所以根據(jù)國家提供的名義工況初步擬定本設計的制冷系統(tǒng)的工作條件。所用的制冷劑為R13

34、4a,工況初步定為：蒸發(fā)器內(nèi)冷凍水溫tc=-2C,傳熱溫差4 t=4 C ;冷凝器內(nèi)冷卻水溫tw=32C,傳熱溫差 t=5C；節(jié)流前過冷度 tG=5C,有用回熱4 tr=5C蒸發(fā)器出口過熱3 02.2.2 熱力計算循環(huán)過程p-h圖如下圖所示:R134a在制冷工況下熱力循環(huán)狀態(tài)點的參數(shù)如下表所示7P /barT/CV /(m3/kg)H /(kJ/kg)S/(kJ/kg . k)02.33-6393.312.3320.08939401.171.7532s9.3851.2431.339.3830240.8R134心制冷工況下的熱力循環(huán)計算8 9:(1)單位質(zhì)量制冷量：(1-1)q。=h0-h4=3

35、93.3-240.8=152.5kJ/kg(2)單位容積制冷量:q zvq0152.5.1 - 0.08939=1706kJ/kg(1-2)64(3)單位理論功:(1-3)w= h2s-h1=431.3-401.17=30.13 kJ/kg(4)指示比功:Wi30.130.75= 40.17kJ/kg(1-4)(1-5)(1-6)(1-7)(1-8)_0q。2kW.152.5kJ/kg =0.013114kg /s(1-9)(5)冷凝器入口的制冷劑比始h2因：Wi =h2 -h1 所以h2 =wi h1 =40.17 - 401.17 =441.34kJ/kg(6)性能系數(shù)理論化 COP =的

36、=152 =5.06 w 30.13指示值:COPi - =152 =3.80wi 40.17(7)冷凝器的單位熱負荷：qk =h2 -h3 =441.34 -240.8 = 200.54kJ/kg(8)制冷劑循環(huán)的質(zhì)量流量:(9)實際輸氣量和理論輸氣量qvs =qmv1 =0.013114 m 0.08939 =1.172 m 10m3/s(1-10)1.172 10，m3 s33.qvh=qvs=-=1.465x10 m /s(1-11)0.8(10)壓縮機消耗的理論功率和指示功率p=qm w =0.013114M30.13=0.395kW(1-12)Pi =p川=0.395/0.75 =

37、0.527kW(1-13)(11)冷凝器熱負荷ek=qmqk =0.013114 M200.54 =2.629kW(1-14)(12)熱力完善度卡諾循環(huán)的性能系數(shù)為(1-15)(1-16)”.273 32S-TH-TL =F)=8.97因此，指示循環(huán)的效率為=i COPi COPc =3.8.8.97 =0.4242.3蒸發(fā)器的設計計算制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱汽化，從而實現(xiàn)制冷的目的。為了使蒸發(fā)器效率高、體積 小，蒸發(fā)器應具有高的傳熱系數(shù)。由于液體沸騰時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)遠大于蒸汽與管壁問 的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，故在設計蒸發(fā)器的時候要盡量使液體與管壁接觸，并盡快將沸騰產(chǎn)生的氣體排走。為保證壓縮機正常運

38、轉(zhuǎn)，制冷劑離開蒸發(fā)器時不允許有液滴。 實際系統(tǒng)中，有時在蒸發(fā)器出口處安裝氣-液分離器，使壓縮機得到進一步的保護。蒸發(fā)器的類型很多，按制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的充滿程度及蒸發(fā)情況進行分類， 主要 有三種：干式蒸發(fā)器、再循環(huán)式蒸發(fā)器和滿液式蒸發(fā)器。干式和再循環(huán)式蒸發(fā)器中， 制冷劑在管內(nèi)進行流動沸騰換熱，而滿液式蒸發(fā)器中，制冷劑在管間的大空間沸騰， 可作為飽和池沸騰進行計算分析。本測試臺選用具有阻力相對較小、結(jié)構(gòu)緊湊、金屬消耗量低、傳熱面積可通過調(diào) 整片數(shù)靈活變更等優(yōu)點的板式換熱器。板式換熱器有組裝式和整體釬焊式兩種。其中組裝式由若干片壓制成型的波紋狀 金屬傳熱板片疊加而成，板四角開有角孔，相鄰板片之間用特

39、制的密封墊片隔開， 使 冷-熱流體分別由一個角孔流入，間隔的在板間沿著由墊片和波紋所設定的流道流動， 然后從另一對角線角孔流出，如圖所示，組裝式板式換熱器具有拆裝清洗方便的優(yōu)點 ，但耐壓能力有限。整體釬焊式板式換熱器的換熱板片于組裝式相同，板片端部整體 釬焊，承壓能力高，但清洗不便，使用時應注意保證流體的清潔。一般單個整體釬焊 式換熱器的換熱能力較組裝式小。傳熱板片是板式換熱器的關鍵元件，不同型式的板片直接影響到傳熱系數(shù)、流動 阻力和耐壓能力。板片的材料通常為不銹鋼，國內(nèi)有的廠家采用鋁合金板片。 板片波 紋形狀有人字形、水平波紋形、鋸齒形等。目前，換熱板片多采用人字形。板式換熱 器是目前緊湊式

40、換熱器中單位體積換熱能力最高的換熱器之一，當兩側(cè)工質(zhì)為水時， 傳熱系數(shù)可高達5000-7000W m2 k,由于氟利昂類制冷劑在板片間流動沸騰時表面?zhèn)?熱系數(shù)較水強迫對流換熱時小，作用此類制冷劑的蒸發(fā)器時，換熱器的傳熱系數(shù)低于 此值。蒸發(fā)器的傳熱計算蒸發(fā)器的制冷量為2000W,制冷劑為R134a,蒸發(fā)溫度為-6 C,蒸發(fā)器出口為-3C 的過熱蒸汽，R134a質(zhì)量流量：0.013114kg/s , 蒸發(fā)器入口處制冷劑干度x=0.3 冷凍水進口溫度：2c ,出口溫度：-2C(1)選擇整體釬焊板式換熱器為蒸發(fā)器參數(shù)：接口直徑為25.4mm長 a=77mm寬 b=100mm 高 h=300mm板片20

41、片，共19個流道，其中9個R134a流道，10個冷凍水流道(2)水流量：由0c時水的物性：比定壓熱容 Cp=4.2m 103J/Kg K332M10 w =4.2父10 m 4 C，m=0.119kg/s A qm w =0.119kg/s(3)計算平均溫差：蒸發(fā)段：由換熱器一側(cè)主要以蒸發(fā)溫度-6C為主所以可將其作為R134a的進口溫度，出口因有3c的過熱而為-3C&max =&，in t r, out = 2 -(- 3)= 5 C1m mint w , out t r, in7 -(- 6)二4 C對數(shù)平均溫差:八t- tmax min 七)r maxlnt minN =4

42、.4 CIn 4(4)體積流量:水的體積流量:qm,w q v,w = w0.119kgs4 3.3 =1.19 10 m . s 1000kg/m制冷劑體積流量:液相:qvjq m,r0.O3kg s1380kg/m3= 0.94 103m3s氣相:qV,v_ qm,r 二770.013kg s'316.50kg/m33= 0.79 10 m s(5)換熱器換熱面積：每塊板面積：. 一 ， 一 一 一 一一 2Ai = bh = 0.1m 0.3m = 0.03m整個蒸發(fā)器有效換熱面積：一一 一2A =(20 -1)Ai F9 0.03 =0.57m(5)傳熱系數(shù)計算：查AISI31

43、6板片材料，具厚度為0.4mm板de=2 =4.5mm單通道橫截面積：3AS=b、=0.1m 2.25 10 m=2.25 10 m2水的流速：=2.25mm ,當量直徑qv,w10Az1.19 10-m3/s10 2.25 10-m2= 0.053m/s根據(jù)水的平均溫度查表得其物性為:密度： ：=999.94kg/m3比定壓熱容： Cp =4.2kJ/kg k熱導率： =0.584W /(m2 k)運動粘度：、=1.22 10-6m2/s普朗特數(shù)：pr =8.77則有：Rew_ _ 3，w de 0.053 4.5 10-1.22 10上= 195.511Nuw =0.2121ReW78pr

44、3 =0.2121 195.50.78 8.773=24.37由 Nu = hde / 九得 h = KNu / de所以hw0.584 24.370.0045= 3162.7W /(m2k)制冷劑側(cè)分兩段：蒸發(fā)段和過熱段1）蒸發(fā)段平均溫度就是蒸發(fā)溫度：-6 C,此溫度時R134a的物性為3：l =1384kg / m_3:v =16.92kg /mr =196kJ / kg l = 0.097W /(m k)2 v =0.0125W /(m k)l =250 10 加 s v =11.4 10 -6 pa sprl =3.8prv =0.8沸騰的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為：hre =hrl 88Bo0.

45、5 r,er,l式中角標r代表制冷劑，e代表蒸發(fā)，l代表液相又因為Bo =q.'Gr其中：熱流密度：q =-0 = 200嗎=3508.7W/mJ Nur,s =0.2121Re°.78Pr3 =0.2121 2534.20.78 0.8% =124.7A 0.57m2再二期玄C qm，r 0.013kg /s2質(zhì)里流率： G = =4-2 = 6.42kg / m s9As 9 2.25 10 m所以:3508.7W / m26.42kg/m2 s 196000J/kg3= 2.78 10液相表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):hr,ll 0.780.33 ,ave、0.14=0.2092 Re

46、 pr () dewall一、，K.可認為一也近似為1wallc GdeRe =6.42 0.0045m250 10*pa s= 115.6所以：hrl =0.2092 0.097W/m k 1 15.60.78 3.80.33W/m2 k =392.7W/m2 k 0.0045m1hr,e =392.7W/m2 k 88 (2.78 10“)2W/m2 k=1822W/m2 k2)過熱段過熱段為單相氣體流動，由平均溫度查制冷劑R134a過熱蒸汽圖有：=16.67kg/m3 =0. 0 124W/mN=11.4M10"Pa s Pr= 0. 8 而2_ _ _c Gde 6.42kg

47、 /(m s) 0.0045mRe =-e =-仁2534.211.4 10 Pa sNur,。0.0125W/(m k) 124.7hrs =de0.0045m= 342.7W /(m2 k)3）污垢熱阻的確定：由于板式換熱器高度湍流，且水溫較高不易結(jié)垢，垢層一般比較薄.由經(jīng)驗知，板 式換熱熱阻不到管殼式換熱器的一半，在設計校核時其數(shù)值應不大于管殼式換熱器公 開發(fā)表的污垢熱阻的五分之一，即有222Rw =0.00012m k/W , Rre = 0.00006m2 k/W , Rrs = 0.00008m2 k/WI ,eI ,s4）總傳熱系數(shù)蒸發(fā)段：ke1一 1、1一 R R wre h

48、w'h r,e13162.7W /(m2221一 0.00012m2 k/W 0 0.00006m2 k/W -k)1822W/m2 k2= 961.54W/(m k)過熱段：k -1ks - 1、.Rw - Rr,s -hwhr,sI_2 22 0.00012m k/W 0 0.00008m3162.7W /(m2 k)k/W1342.7W/m2-2=307W /(m k)7)換熱面積：蒸發(fā)段：七=(1 -x)(h ''-h')qm,r =0.7 M(393kJ /kg -191kJ/kg)父 0.013=1.84kWAee _1.84 103Wke t 96

49、1.54W/m2 k 4.4k一 ,2=0.41m過熱段:Ass (2 -1.84) 103W _012m2 "ks. t -307W/m2 k 4.4 一 .總面積 A' =Ae As = 0.53m2 ：二 0.57m2所以選用此板式換熱器可以勝任傳熱負荷。8）流動阻力的計算板式換熱器的流動阻力主要包括摩擦阻力、局部阻力、加速阻力和重力阻力等等,采用的基本公式為,L :w2Lp =4f de2式中，L為流道長度，此處認為是0.524m1）摩擦阻力(a)水側(cè)Rew =562.3i 9.67f 二 0.22Rew9.670"22 = 2.40562.3pw =4 2

50、.400.524999.3 0.1519=12.90KPa0.0045(b)制冷劑側(cè):制冷劑的流量為0.062kg/s平均干度下的氣相質(zhì)量分數(shù):0.062 0.65/9 =4.478 10，平均干度下的液相質(zhì)量分數(shù):0.062 0.36/9 =2.411 10”氣相液相流速w/( m/ s)1.020.006499ReReeq p/Pa6714.3164.8642173.81035.30.1011.04406.97146.16Reeq = Re 1 -x +x表中：-：1臨界雷諾數(shù)為1000,則氣相為湍流，屬于*LT 型。馬丁尼列參數(shù)（6）Xlt2Pi146.16407.97=0.3583摩阻

51、分液相表觀系數(shù)LT2 -1 衛(wèi) -2 -1121 = 23.84Xlt Xlt20.5986 0.3583：Pr = lt2 P =23.84 146.16 = 3.484kPa2)流動阻力估算：在各項阻力中，最主要的是摩擦阻力，加速阻力及重力阻力很小，局部阻力約占 總阻力的10%60%,所以，冷凝的阻力可以按AP=(1.11.6)AP,計算，此處取系 數(shù)為1.3.則水側(cè)：Pw =1.3 12.90 =16.77kPa制冷劑側(cè) ,R =1.3 3.484 =4.529kPa通過計算，說明選用的板式換熱器板數(shù)取 20符合要求，壓降也比較小，可以接 受。2.4冷凝器的設計計算冷凝器是制冷機中的主要

52、熱交換設備之一。高壓過熱制冷劑蒸汽在冷凝器中發(fā)出 熱量后，凝結(jié)成飽和液體或進一步被冷卻為過冷液體。 冷凝器按冷卻方式可分為三類： 空氣冷卻式冷凝器，水冷式冷凝器，蒸發(fā)式和淋激式冷凝器。凝結(jié)換熱過程的熱阻主 要為凝結(jié)液膜的導熱，因而使凝結(jié)液體及時排出，或者液膜盡量變薄是強化凝結(jié)換熱 的主要出發(fā)點。當凝結(jié)換熱熱阻大于或相當于冷卻介質(zhì)對流換熱熱阻時，有必要考慮強化制冷劑蒸汽的凝結(jié)換熱，氟利昂水冷式冷凝器即屬于此種情況。本制冷系統(tǒng)選用臥式殼管式冷凝器。臥式殼管式冷凝器的基本結(jié)構(gòu)形式與殼管式蒸發(fā)器相似，也是由筒形外殼、管板、 管束和端蓋組成。制冷劑蒸汽在管外凝結(jié)，凝結(jié)液體從筒底流出，冷卻水在管內(nèi)多次 往

53、返流動。正常情況下筒下部只有少量液體，但也有一些小型冷凝器的筒體下部不裝 管束，筒體的下部用于存儲凝結(jié)液體，使設備簡化。本制冷系統(tǒng)采用氟利昂制冷劑，臥式殼管式冷凝器用銅管制造，且大多數(shù)采用滾 壓肋片管，以強化制冷劑側(cè)的凝結(jié)換熱。已知制冷劑R134a,冷凝熱負荷為2.5kw,冷凝溫度37C(1)管型選擇選取下表第三行所列低翅片管為傳熱管幾種低肋管的結(jié)構(gòu)參數(shù)序號規(guī)格/mmSf/mm6th/mmdi/mmdb/mmdt/mm<PA116X 1.51.250.2231.51112.8615.86-0.151.35216X 1.51.50.351.5111316-0.1341.347316X 1.51.20.41.3510.412.415.1-0.1391.384419X 1.51.10.251.51415.9