冰柜設計計算書學院：能源與環境學院專業：熱能與動力工程系班級：熱能103班姓名：學號：目錄整體計算流程圖 -2-1冰柜的總體布置 -3-2冰柜熱負荷計算 -3-2.1箱體漏熱量 -3-2.2開門漏熱量 -4-2.3儲物熱量 -5-2.4其它熱量 -5-2.5總熱負荷 -5-3箱體絕熱層厚度校核 -5-4制冷系統熱力計算 -6-4.1制冷系統額定工況 -6-4.2熱物性參數列表 -6-4.3循環各性能指標計算 -8-5壓縮機選型及熱力計算 -8-5.1壓縮機參數計算 -8-5.2壓縮機選用 -11-5.3壓縮機工作系數校核 -11-5.4冰柜耗電量預算 -11-6翅片管式冷凝器設計計算 -11-6.1有關溫度參數及冷凝熱負荷擬定 -11-6.2翅片管簇構造參數選擇及計算 -12-6.3傳熱計算 -13-6.4冷凝器外形尺寸擬定 -14-6.5風機的選擇計算 -15-7蒸發器的設計 -15-7.1冰柜蒸發器設計計算 -15-7.2制冷劑在管內的表面傳熱系數 -15-7.3管板式蒸發器空氣表面傳熱系數 -16-7.4冷凍室蒸發器蒸發面積擬定 -18-8毛細管的計算及選型 -18-8.1毛細管的長度計算 -18-8.2毛細管校核 -19-9制冷劑的充注 -19-9.1按額定工況法計算 -19-9.2制冷劑充注量校核 -20-10成果 -21-11總結 -22-參考文獻 -23-附圖一 -24-外觀尺寸圖 -24-附圖二 -25-控制電路圖 -25-整體計算流程圖1冰柜的總體布置根據所提出的任務給出設計條件:使用環境條件:冰柜周邊環境溫度ta=32℃,相對濕度ψ=75±5％箱內溫度:不高于-18℃.箱內有效容積:302.5L制冷系統為單級蒸汽壓縮式制冷系統,冷卻方式采用直冷式,蒸發器采用暗盤管(類似于板管式),冷凝器采用翅片管式冷凝器,采用毛細管作為節流元件.制冷系統圖見附件箱體構造:外形尺寸1200mm×670mm×950mm(寬×深×高)。絕熱層用聚氨酯發泡，其厚度根據理論計算和冰箱廠的實踐經驗選用，其值如表1-1，箱體構造見附圖。表1-1箱面門體側面底面冷凍室70601006）潤滑油選用合成聚酯油作為系統潤滑油7）干燥過濾器選用由課本有關R134a系統干燥過濾器的經驗，選用XH7型干燥過濾器2冰柜熱負荷計算冰柜熱負荷在冰柜設計中是一種重要參數，它與冰柜的箱體構造、冰柜的內容積，箱體絕熱層的厚度和絕熱材料的優劣等因素有關。熱負荷涉及：箱體漏熱量Q1、開門漏熱量Q2、貯物熱量Q3和其它熱量Q4。即Q=Q1+Q2+Q3+Q42.1箱體漏熱量箱體漏熱量Q1箱體漏熱量涉及，通過箱體隔熱層的漏熱量Qa，通過箱門和門封條的漏熱量Qb，通過箱體構造形成熱橋的漏熱量Qc。即Q1=Qa+Qb+Qc（1）箱體隔熱層的漏熱量Qa，由于箱體外殼鋼板很薄，而其熱導率λ值很大，因此熱阻很小，可無視不計。內殼多用ABS或HIPS塑料板真空成形，最薄的四周部位只有1.0mm。塑料熱阻較大，可將其厚度一起計入隔熱層，因此箱體的傳熱可視為單層平壁的傳熱過程。即Qa=KA(t1-t2)式中A箱體外表面積，單位為m2。傳熱系數K(單位為W／(m2·K))為式中α1——箱外空氣對箱體外表面的表面傳熱系數，單位為W／(m2·K)；α2——內箱壁表面對箱內空氣的表面傳熱系數，單位為W／(m2·K)；δ——隔熱層厚度，單位為m；λ——隔熱材料的熱導率，單位為W／(m·K)。在進行箱體隔熱層捕熱量計算時，要注意到冷凍室和冷藏室的隔熱層厚度是不同的，應采用分段計算相加后的Qa值。另外，采用壁板盤管式冷凝器的冰柜，箱體后壁面的表面溫度近似取為冷凝溫度tk，也需另外計算該部分漏熱量。（2）通過箱門與門封條進入的漏熱量Qb由于Qb值很難用計算法計算，普通根據經驗數據給出，可取Qb為Qa的15％值。（3）箱體構造部件的漏熱量Qc箱體內外殼體之間支撐辦法不同，Qc值也不同，因此同樣也不易通過公式計算。普通可取Qc值為Qa值的3％左右?，F在采用聚氨酯發泡成型隔熱構造的箱體，無支撐架形成的冷橋，因此Qc值可不計算。2.2開門漏熱量開門漏熱量Q2根據家用冰箱使用狀況，近似取開門次數每小時1次，假定每次開門箱內空氣全部被置換成箱外空氣，則開門漏熱量Q2可按下式計算式中VB—電冰箱內容積，單位為m3n—開門次數;Δh—進入箱體空氣達成規定溫度時的比焓差，單位為kJ/kgva—空氣的比體積，單位為m3/kg由各值計算的=9.9666W2.3儲物熱量儲物熱量冰柜的儲物熱量無明確規定的原則，普通按電冰箱原則的“制冰能力”項提出的“以電冰箱的內容積0.5％的25℃水，在2h內結成實冰”的規定進行計算。實冰的具體溫度按-2℃至-5℃取值。儲物熱量Q3按下式計算式中m—水的質量，單位kgc—水的比熱容，c=4.19kJ/(kg·K)r—水的凝固熱（冰的融解熱），r=333kJ/kgcb—冰的比熱容，cb=2kJ/(kg·K)t1t2—水的初始溫度和凍結終了溫度，單位為℃計算得=92.798W2.4其它熱量其它熱量Q4這里所說的其它熱量，是指多種加熱器、冷卻電扇電機的散發熱量，可將其電耗功率折算熱量計入。另外，還要考慮開門時漏入的熱量，因此，在冰柜箱體熱負荷計算時，為了安全起見普通還增加10~15%的余度，即以1.1~1.15Q的熱負荷進行設計。2.5總熱負荷總熱負荷QQ=Q1+Q2+Q3+Q4=175.034W3箱體絕熱層厚度校核設計箱體絕熱層時，預先參考國內外冰箱的有關資料設定其厚度，并計算出箱體表面溫度。如果箱體表面溫度tw低于露點溫度，則會在箱體表面上產生凝露現象，因此箱體表面溫度tw必須高于露點溫度td，最低程度tw>0.2℃+td在達成穩定傳熱狀態后的表面溫度tw能夠由下式計算：=30.476℃>27℃式中tw—箱體外表面溫度，單位為℃t1—箱外空氣溫度，單位為℃t2—箱內空氣溫度，單位為℃α0—箱外空氣對箱體外表面的表面傳熱系數，單位為W/(m2·K)K—傳熱系數，單位為W/(m2·K)查設計氣候條件下冰箱的露點溫度為27℃，計算以下式所示=30.476℃>27℃因此箱體厚度適宜4制冷系統熱力計算4.1制冷系統額定工況表2-1制冷系統的額定工況工況參數冷凝溫度蒸發溫度回氣溫度過冷溫度設計例值54.4-2532（80）17參數來源環境溫度加上冷凝傳熱溫差冷凍室溫度減去傳熱溫差蒸氣進入壓縮機殼體前狀態，括號值為實際吸入氣缸前的過熱蒸氣環境溫度減去過冷度4.2熱物性參數列表根據設計冰柜擬定的工況和選用的制冷劑，運用壓焓圖或熱力性質表或計算公式求取有關壓力、各點比焓值和過熱蒸氣比體積，將各參數列于表2-2中，制冷系統壓焓圖如圖2-1。圖2-1冰柜制冷系統壓焓圖表2-2熱物性參數列表（工質R134a）參數列表符號單位參數來源設計值冷凝壓力1.4644蒸發壓力0.1064出蒸發器時飽和蒸氣比焓383.45進壓縮機前過熱蒸氣比焓430.43進壓縮機前過熱蒸氣比體積0.229進氣缸前過熱蒸氣比焓473.62進氣缸前過熱蒸氣比體積0.267排出過熱蒸氣溫度℃181.99冷凝溫度下飽和蒸氣比焓424.91排出過熱蒸氣比焓值592.17制冷劑過冷至32℃時比焓244.59毛細管節流前液體比焓（17℃）223.38蒸發器入口制冷劑比焓223.38定熵壓縮蒸氣比焓值（32℃）500.63定熵壓縮蒸氣比焓值（80℃）556.014.3循環各性能指標計算（1）單位制冷量（2）單位體積制冷量（3）單位等熵壓縮功（4）制冷系數（5）單位冷凝熱量（6）制冷劑循環量式中Q冰柜的總熱負荷值。（7）冷凝器熱負荷（8）壓縮機實際吸入過熱蒸氣量5壓縮機選型及熱力計算壓縮機選型除采用用熱力計算辦法外。首先求出設計工況的輸氣系數，并計算出壓縮機的理論輸氣量、壓縮機的制冷量、壓縮機的輸入功率，再查有關冰柜壓縮機的規格參數表，最后選用壓縮機。所選用壓縮機的制冷量必須等于或略不不大于設計值，其理論輸氣量和輸入功率也要同時滿足設計的規定。5.1壓縮機參數計算設計工況參數如表2-2所示。其輸氣系數、壓力系數、溫度系數和a泄露系數的乘積。容積系數其中相對余隙容積C取0.025，膨脹系數m取1，冷凝壓力取1469.6kPa，蒸發壓力取115.15kPa，排氣壓力損失為0.1，則容積系數=0.6465壓力系數其中進入閥的壓力損失=0.05，其它取值同容積系數，則壓力系數=0.921溫度系數系數a取1.15，b取0.25，回氣熱力學溫度取353K，冷凝熱力學溫度取327.4K，蒸發溫度取-25℃壓縮機吸入前過熱度=105K=0.876（4）泄露系數泄露系數取0.99輸氣系數為=0.6465×0.921×0.8765×0.99=0.5165理論輸氣量=1.746m3/h壓縮機的制冷量=698.74×1.746×0.5165=175W理論絕熱功率批示功率式中—批示功率，能夠用下面的公式計算：=0.695上式中的為采用攝氏溫度為單位的蒸發溫度，系數b憑經驗選用。則批示功率76.75/0.695=110.431W摩擦功率摩擦功率按下式計算：其中為平均摩擦壓力，取0.65MPa，為1.12，則摩擦功率=30.9W壓縮機的軸功率=110.431+30.9=141.33W電功率和電機效率取=0.82，則=141.33/0.82=172.36W5.2壓縮機選用根據以上求取的壓縮機理論輸氣量、壓縮機制冷量、電功率等參數，參考按R134a制冷工質設計的壓縮機有關規格參數表，根據《資料1》現選擇意大利生產的低回壓R134a冰柜壓縮機，型號為E1118CZA,額定制冷量182W，功率消耗為183.75W，氣缸容積為7.2cm3，尺寸高為151mm、寬140mm、長220mm，壓縮機名義工況下的質量流量0.001137kg/s,冷凝器熱負荷395.1989W5.3壓縮機工作系數校核冰柜箱體漏熱量為56.4w，壓縮機額定制冷量為182W，工作系數為滿足壓縮機工作系數30%-35%的規定。5.4冰柜耗電量預算選定壓縮機后來，即能夠根據壓縮機的耗電量預算冰柜的耗電量。壓縮機功率W計算公式以下：W壓縮機耗電量P計算：W=1.36kW.h/24h即壓縮機耗電量為1.36度/天。6翅片管式冷凝器設計計算6.1有關溫度參數及冷凝熱負荷擬定各有關溫度參數取值見下表對數平均溫差℃=16.9℃由壓縮機選型可知，冷凝器熱負荷395.1989W項目目參數值/℃項目目參數值/℃冷凝溫度54.4進出口空氣溫差10進口空氣干球溫度32出口空氣干球溫度426.2翅片管簇構造參數選擇及計算選擇的紫銅管為傳熱管，選用的翅片是厚度的波紋形整張鋁制套片。取翅片節距,迎風面上管中心距：,管簇排列采用正三角形叉排。每米管長各有關傳熱面積分別為==0.4765=0.0303=0.5068=0.0295取本地大氣壓=98.07kPa，由空氣(干空氣)熱物理性質表(表3-2)，查得在空氣平均溫度℃條件下，=1005J/(kg·k)、=0.02733、=在進風溫度℃條件下=1.1576。冷凝器所需空氣體積流量=選用迎面風速1.0m/s則迎風面積=取冷凝器迎風面寬度即有效單管長0.184m,則冷凝器的迎風面高度=迎風面上管排數排=7排6.3傳熱計算擬定所需傳熱面積、翅片管總長L及空氣流遺方向上的管排數n采用整張波紋翅片及密翅距的叉排管簇的空氣側傳熱系數由式(3-10)乘以1.1再乘以1.2計算.預計冷凝器在空氣流通方向上的管排數n=3,則翅片寬度=微元最窄截面的當量直徑=最窄截面風速=由于==查《小型制冷裝置》課本表3-18和表3-19，用插值法求得=0.201、n=0.582，c=1.24、m=-0.24,則空氣側表面傳熱系數查《小型制冷裝置》課本表3-1，R134a在=54.4℃物性集合系數B=1381.472，氟利昂在管內凝結的表面傳熱系數由式(3-17)計算翅片相稱高度由課本式(3-15)計算：=取鋁片熱導率,由課本式(3-14)計算翅片參數m,即由式(3-13)計算翅片效率表面效率由式(3-12)計算無視各有關污垢熱阻及接觸熱阻的影響，則,將計算所得有關備值代人上等式即解上式得=49.8℃,則R134a在管內的凝結表面傳熱系數取管壁與翅片間接觸熱阻、空氣側塵埃垢層熱阻、紫銅管熱導率,由式(3-21)計算冷凝器的總傳熱系數.6.4冷凝器外形尺寸擬定冷凝器的所需傳熱面積所需有效翅片管總長空氣流通方向上的管排數排=1.78排取整數n=2排，與空氣側表面傳熱系數時預計的空氣流通方向上的管排數相符。這樣，冷凝群的實際有效總管長為2.208m,實際傳熱面積為1.119，較傳熱計算所需傳熱面積大，能滿足冷凝負荷的傳熱規定。另外，冷凝器的實際迎面風速與所取迎面風速相一致。6.5風機的選擇計算由于冷凝器的迎風面寬度=0.168m、高度H=0.1684m，安裝1個小電扇比較適宜.動壓靜壓風機采用電動機直接傳動，則傳動效率=1;取風機全壓效率=0.6，則電動機輸入功率7蒸發器的設計7.1冰柜蒸發器設計計算冷凍室蒸發器的熱負荷為175W，蒸發溫度為-25℃，冷凍室溫度為-18℃。采用管板式蒸發器。7.2制冷劑在管內的表面傳熱系數制冷劑在管內的表面傳熱系數管內表面傳熱系數（當制冷劑工質為R134a時）可按下式計算：式中—每根管內制冷劑的流量，單位為g—制冷劑的質量流量，單位為B—與制冷劑種類和蒸發溫度有關的系數，時，制冷劑R134a的B值為0.95—熱流量，單位為—蒸發器管內徑，單位為mm，=8mm制冷劑在管內的溫度，而冷凍室內平均溫度。制冷劑在管內的熱流量可按下式計算=263.88W/m2式中—冷凍室熱負荷，單位為WL—冷凍室繞管長度，對于本設計書中的繞管取5圈，則制冷劑的循環量為，化為質量流量制冷劑為R134a時，在管內沸騰的表面傳熱系數為W/(m2·K)根據報導，R134a制冷劑在管呢沸騰的表面傳熱系數比R12高35%-45%，現取40%,則139.81×1.4=195.734W/(m2·K)7.3管板式蒸發器空氣表面傳熱系數管板式蒸發器空氣表面傳熱系數管板式蒸發器空氣側表面傳熱系數可用自然對流公式計算式中A—對于多排管，為沿高度方向管排數的修正系數，選蒸發器冷卻排管為8圈，查表可得—冷凍室空氣的平均溫度為-18℃—板管式蒸發器管內R134a的蒸發溫度為-25℃：—管外徑，單位為mm，=9mm。側板管式蒸發器空氣側表面傳熱系數=10.139W/(m2·K)在冷卻塔排管外表面對空氣的換熱過程中，自然對流的表面傳熱系數較?。ㄆ胀ㄔ谙铝校?，因此輻射換熱相對來說不可無視。空氣側的表面輻射換熱可按下式計算式中—冷凍室空氣平均溫度（單位為K），=273-18=255K；—蒸發器管子的表面溫度，由于蒸發器管的管壁很薄，則內外表面溫差不大。管子外表面溫度可視為與蒸發器管內R134a蒸發溫度相似，=（273-25）K=248K。C—輻射系數，對于結霜表面取。則空氣側的輻射傳熱系數為W/(m2·K)綜累計算空氣側的表面傳熱系數必須同時考慮對流和輻射，計算公式以下式中—空氣側的表面傳熱系數和輻射傳熱系數，單位為；—曝光系數，對于平板可取為1.0；—析濕系數。析濕系數可按第4章介紹的辦法計算，也可參考已有產品之數據擬定，此處按參考產品之數據擬定，取因此空氣側的傳熱系數=3.475×1.4+10.139×1.0=17.67W/(m2·K)7.4冷凍室蒸發器蒸發面積擬定冷凍室蒸發器管內表面傳熱系數，空氣側表面傳熱系數。由于空氣側表面系數遠不大于管內制冷劑側的傳熱系數，因此傳熱系數的計算可簡化為：式中—考慮管內熱阻和管外霜層熱阻的修正系數。根據實驗?！崞艿谋砻嫘?。取0.98.代入數據計算，得：0.9×0.98×17.67=15.59W/(m2·K)冰柜蒸發器的傳熱面積冷凍室熱負荷為175W，蒸發溫度為-25℃，冷凍室內溫度為-18℃，則由下式計算冷凍室蒸發器的傳熱面積：=1.60m2（2）冰柜蒸發器的實際傳熱面積冷柜總體布置中所設計的冷凍室內傳熱面的長度為1100mm，深度為550mm，高度為500mm，故實際設計的傳熱面積m2根據以上計算，冷凍室傳熱面積的實際設計值不不大于冷凍室蒸發器傳熱面積的計算值，滿足設計規定。8毛細管的計算及選型8.1毛細管的長度計算用公式（6-14）（《小型制冷裝置設計指導》，P245）計算。制冷劑R134a的壓力差，查制冷劑在飽和狀態下的熱力性質表，發現溫度對液體比體積的影響不大，本設計所取溫度為冷凝溫度和蒸發溫度的平均值，即，查得液體比體積，蒸汽比體積，憑經驗取干度x=0.1，則平均比體積其密度14.7℃下液體粘度，氣體粘度，則平均粘度。已知制冷工質循環量，選用內徑0.7mm的毛細管，則制冷劑的流速雷諾數值為則毛細管長度8.2毛細管校核根據課程設計資料2定型校核按照數據表中給出的實驗數據進行毛細管的選型。壓縮機制冷量為183W，冷凝溫度54.4℃，蒸發溫度-25℃.用插值法能夠查出在45℃時候的毛細管長度為1.5m，冷凝溫度每上升一度，毛細管長度增加2%。因此在冷凝溫度為54.4℃時，毛細管長度為1.5*1.02*9=1.77m,與計算成果相符，闡明計算無誤。9制冷劑的充注9.1按額定工況法計算根據給定工況在R12制冷劑壓焓圖和熱力性質表中查所需參數。=-25℃時液體密度、蒸汽密度時液體密度、蒸汽密度蒸發器入口干度，出口干度，平均干度x=0.7.因此蒸發器內飽和液體平均容積的30％，干蒸汽占70％。冷凝器內液體按經驗取15％，干蒸汽占85％。求制冷劑最佳充注量：蒸發器內液體量：蒸發器內干蒸汽量：冷凝器內液體量：冷凝器內干蒸汽量：總計：冰柜制冷系統如用R134a替代R12時，其最佳充注量將減少。在不變化系統部件的狀況下，制冷劑的充注量將減少10％左右。因此R134a的制冷劑充注量為401.93*0.9=361.25g9.2制冷劑充注量校核按照資料1中給出的制冷劑充注計算辦法進行計算。有關參數介紹：滑動比蒸發器中的制冷劑平均密度可按下式計算=0.059kg/L—滑動比—蒸發溫度氣體比體積—蒸發溫度液體比體積—蒸發器進口干度—蒸發器出口干度由此能夠計算出蒸發器內的制冷劑量=40.5g冷凝器的計算則要分為過熱段、冷凝段、過冷段三段來計算，這里假定其各段容積比率以下：過熱段=12%、冷凝段=78%、過冷段=10%。過熱段密度按冷凝溫度飽和氣體密度值計算，=0.0749kg/L冷凝段密度按下式計算：=1.0178kg/L式中：—滑動比—蒸汽密度—液體密度過冷段密度按冷凝溫度下的液體密度計算：==1.081kg/L冷凝器中制冷劑質量：=162.15g總的制冷劑充注量為：m=+=202.64g10成果型號冷凍

（L）輸入

（W）耗電量

（kW/h·24h）冷凍能力

（kg/24h）能效指數

（%）BD-300300183.751.36—80.78制冷劑充注量（g）冷凝器

（管徑mm×壁厚mm）干燥過濾器型號毛細管

（管徑mm×管長mm）蒸發器

（管徑mm×壁厚mm）R134a360Φ10×0.3XH7Φ0.7×179Φ8×0.5壓縮機型號COP制冷量

（W）吸氣管排氣管外形尺寸

（mm×mm×mm）E1118CZA0.97182Φ6.1Φ4.91