【正文】 Q 玻 1= （ 3825） = 又太陽(yáng)總輻射量為： U=I 側(cè) （ +） +I 水平 制冷系統(tǒng)計(jì)算與選擇 制冷劑選擇 在 20 世紀(jì) 90 年代之前，汽車空調(diào)主要采用 R12（即氟利昂）作為制冷劑，但 R12 在高空受紫外線照射催化分離出的氯原子會(huì)與臭氧發(fā)生反應(yīng)，生成氧氣，從而破壞臭氧層。 工況條件 : 系統(tǒng)制冷量： Q=4300W 蒸發(fā)溫度： te=5℃ 相應(yīng)蒸發(fā)壓力： Pe=(絕對(duì)壓力 ) 冷凝溫度： tc=60℃ 相應(yīng)冷凝壓力： Pe=(絕對(duì)壓力 ) 壓縮機(jī)吸氣過(guò)熱度： ⊿ tse=10℃ 膨脹閥前過(guò)冷度： ⊿ tsc=10℃ (采用帶過(guò)冷 的冷凝器 ) 壓縮機(jī)計(jì)算工作轉(zhuǎn)速： n=1800r/min 熱力計(jì)算 : 由于車型較小，制冷劑管路很短，認(rèn)為制冷劑的流度阻力及管路的吸熱放熱均可忽 略不計(jì)。 te= (b=) d)在設(shè)定工況條件下壓縮機(jī)排氣比焓為 :hd hd=hs+(hchs)/η i= e)根據(jù) Pc、 hd查 HFC134a過(guò)熱蒸汽的熱力性質(zhì)表，得設(shè)定工況壓縮機(jī)的排氣溫度 td為 83℃ 壓縮機(jī)排量 : a)膨脹閥前制冷劑溫度 tsc=tc⊿ tsc=50℃。 vs= 106=2467ml/s 壓縮機(jī)每轉(zhuǎn)實(shí)際排氣量為 Vn，則： Vn=qv 21 微型及小型汽車空調(diào)，由于空間尺寸，發(fā)動(dòng)機(jī)功率小，比較注意壓縮機(jī)的效率、外形尺寸及功耗。中、高檔現(xiàn)在普遍采用變排量壓縮機(jī)，如上海大眾公司生產(chǎn)的 PASSAT 轎車采用 7SBH 變排量壓縮機(jī)，上海通用公司生產(chǎn)的 BUIK 轎車采用 V5變排量壓縮機(jī)。 １） 搖盤(pán)式壓縮機(jī) 搖盤(pán)式壓縮機(jī)又被稱為搖板式壓縮機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，所以目前在我國(guó)得以廣泛應(yīng)用。 壓縮機(jī)工作時(shí)，主軸帶動(dòng)傳動(dòng)板一起旋轉(zhuǎn)。 斜盤(pán)式壓縮機(jī)的工作原理如圖 32所示，把裝在主軸上的斜盤(pán) 13的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成雙向活塞沿軸向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)榛钊麅啥硕际菤飧祝蚨粋€(gè)活塞起到了雙缸的作用，整個(gè)壓縮機(jī)起到了 6缸（或 10缸）的作用。在圓形氣缸的旋葉式壓縮機(jī)中，轉(zhuǎn)子主軸對(duì)氣缸圓心有一個(gè)偏心距，這樣使轉(zhuǎn)子緊貼在氣缸內(nèi)表面的進(jìn)氣孔和排氣孔之間。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子 2 在氣缸中轉(zhuǎn)動(dòng)，吸氣側(cè)的葉片在離心力或油壓的作用下滑出與氣缸壁緊貼，形成一個(gè)月牙形區(qū)域。 24 圖 33 圓形氣缸旋葉式壓縮機(jī) 圖 34 橢圓形氣缸旋葉式壓縮機(jī) 1— 葉片 2— 轉(zhuǎn)子 3— 吸氣口 1— 壓縮機(jī)機(jī)體 2— 轉(zhuǎn)子 3— 葉片 4— 排氣口 5— 高壓氣體 4— 轉(zhuǎn)動(dòng)軸 6— 氣缸 7— 氣缸體 8— 低壓氣體 ４）滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī) 滾動(dòng)活塞式壓縮機(jī)是一種新型的旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，該種壓縮機(jī)由于體積小、工作可靠，被廣泛應(yīng)用于汽車空調(diào)及其他空調(diào)和冰箱上。接觸位置處于活塞中心與氣缸中心連線延長(zhǎng)線與氣缸的膠墊上，且該接觸線與固定在氣缸上的刮片將氣缸空間分為兩部分。當(dāng)壓力腔的蒸汽壓力略大于排氣腔時(shí)，則排氣閥打開(kāi)，將壓縮蒸汽排除氣缸外，處于排氣過(guò)程。 渦旋式壓縮機(jī)主要由具有渦旋葉片的動(dòng)、定兩渦旋盤(pán)組成。 26 圖 36 渦旋式壓縮機(jī)工作原理 (a)吸氣結(jié)束 （ b）壓縮行程 (c)排除開(kāi)始之前 1— 定圈 2— 動(dòng)圈 3— 動(dòng)圈渦旋中心 8— 制冷劑氣體 7— 最小壓縮容積 9— 排氣口 10— 動(dòng)圈渦旋中心 11— 開(kāi)始?jí)嚎s容積（最大容積） 12— 回旋半徑 考慮成本及加工精度等因素，本車采用斜盤(pán)式壓縮機(jī) 根據(jù)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速 n的指定值 和 Qe,Pe,qm的計(jì)算結(jié)果粗選擇壓縮機(jī)的型號(hào) , 當(dāng) Qe=， qm=，壓縮機(jī)氣缸工作容積大約在 550cm3左右，試選取壓縮機(jī)型號(hào)是 SE5H14，其結(jié)構(gòu)參數(shù)為：缸徑 D=50mm,行程 s=35mm,氣缸數(shù) i=6。采用制冷劑 R134a 時(shí)，制冷劑循環(huán)量 qmr=。 （ 1）管片式蒸發(fā)器 它由銅質(zhì)或鋁制圓管套上鋁翅片組成，經(jīng)脹管工藝使鋁翅片與圓管緊密接觸。這種蒸發(fā)器換熱效率效率比管片式高 10%左右。適用于使用 R134a 制冷劑的空調(diào)系統(tǒng)中。 28 圖 37 層疊式蒸發(fā)器 本次設(shè)計(jì)采用管帶式蒸發(fā)器 散熱板及翅片與百葉窗尺寸見(jiàn)圖 38: 圖 38 散熱翅片及百葉窗 翅片：寬度 WF=65mm，高度 hF=，厚度δ F=，間距 PF=； 百葉窗間距 PL=，百葉窗長(zhǎng)度 lL=，百葉窗角度α L=37?。（ hH+ WH/2） ] =（ 4 2 ） /[2（ 2+） ] = 干工況下空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算 : 選取迎面風(fēng)速 va=5m/s，根據(jù)已知條件，求最小截面處風(fēng)速為 : va,max=va{[PF 103（ hF+hT） 103]/[（ PFhcδ F）（ hFδ F） 106]} =5 {[ 103（ +3） 103]/[（ ）（ ）106]} =按空氣進(jìn)出口溫度的平均值 Ta=20℃，查取空氣的密 度ρ =，動(dòng)力黏度μ= 106 kg/（ m℃ ) 計(jì)算析濕系數(shù)與濕工況下空氣側(cè)表面系數(shù) : 30 設(shè)定出風(fēng)溫度為干球溫度 ℃，濕球溫度 ℃，則比焓為 （干），同時(shí)已知蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)溫度為：干球溫度 27℃，濕球溫 度為 ℃，比焓為 （干）。 計(jì)算制冷劑側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) : 由 te=5℃，查 HFC134a 飽和狀態(tài)下的熱力性質(zhì)圖表及熱物性圖，可得： 液態(tài)制冷劑的密度ρ L=液態(tài)制冷劑的動(dòng)力粘度μ l= 106 液態(tài)制冷劑的普朗特?cái)?shù) PrL=vl/al=（ 106） /（ 106） = 氣態(tài)制冷劑的導(dǎo)熱率λ v= 103 W/（ m/（ 1/4 Dh， r/μ core = 103/（ 106） =57433 干度平均值為 χ do=+627 =+627 = 由上面的計(jì)算可以看到，制冷劑干度從 ～ ～ 1變化，后還有過(guò)熱蒸氣區(qū)。 s） 制冷劑兩相流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)α r為 α r=α （ Xtt） = =8978W/（ m2 Xtt ,d0=[（ 1χ d0） /χ d0]1W/2（ρ l/ρ v） （μ v/μ l） n/2 =[（ ） /]（ ） （ ） = F（ Xtt,d0） =（ 1+） =（ 1+） = al,d0=A[qmr， A（ 1χ d0） Dh,r/μ l]hqmr， A（ 1χ d0） c = [（ ） 103/ 106] （ ） 1351 = 5905 W/（ m2 k） 計(jì)算總傳熱系數(shù)及傳熱面積 : 如忽略管壁熱阻及接觸熱阻，忽略制冷劑側(cè)污垢熱阻取空氣側(cè)污垢熱阻 ra= （ m3 冷凝器的計(jì)算與選擇 冷凝器的熱負(fù)荷可用公式 Qk=mQe求得 式中 : Qk：冷凝器的熱負(fù)荷； Qe：蒸發(fā)器的制冷量； m:負(fù)荷系數(shù)。查 HFC134a 飽和狀態(tài)下的熱力性質(zhì)圖表，可得排氣比焓 hd=，過(guò)冷液體比焓 hsc=，于是制冷劑的質(zhì)量流量 qm,r為 qm,r=Qc/（ hdhsc） =6880/[（ ） 1000]=取進(jìn)出口的空氣溫差 Ta2Ta1=12℃，則空氣的體積流量 qv,a為 qv,a=Qc/[ρ aCa（ Ta2Ta1） ]=6880/( 103 12)= 冷凝器結(jié)構(gòu)的選擇 : 可選用的冷凝器有管片式冷凝器、管帶式冷凝器、鰭片式冷凝器和平行流式冷凝器。這種冷凝器的散熱效率低，且 清理焊接氧化皮較麻煩。這種冷凝器的傳熱效率比管片式冷凝器高 15%～ 20%，但工藝復(fù)雜，焊接難度大，而且對(duì)材料性能要求高，所以一般僅用在小型汽車的制冷裝置上。 (a) (b) 圖 311 鰭片式冷凝器 （ a)散熱管銑削出的鰭片 （ b）冷凝器外形 4）平行流式冷凝器 平行流式冷凝器是為適應(yīng) R134a 制冷劑而研制的，是在管帶式冷凝器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其區(qū)別在于，管帶式冷凝器自始至終只有一條呈蛇形彎曲的扁管，流程長(zhǎng)，壓力損 35 失大。 圖 312 平行流式冷凝器 本次設(shè)計(jì)采用平行流式冷凝器，多孔扁管截面與百葉窗翅片的結(jié)構(gòu)型式及尺寸如圖313所示：翅片寬度 WF=16mm；翅片高度 hF=；翅片厚度δ F=，翅片間距 PF=；百葉窗間距 PL=；百葉窗長(zhǎng)度 lL=；百葉窗角度α L=27?；多孔扁管分四個(gè) 內(nèi)孔，每個(gè)內(nèi)孔高度為 2mm；寬度為 ，扁管外壁面高度為 3mm，寬度 WT=16mm，分三個(gè)流程，扁管數(shù)目依次為 1 5。 k）；普朗特?cái)?shù) Pr=，并計(jì)算出雷諾數(shù) Re，努塞爾數(shù) Nu及空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) aa； 37 Re=（ρ s） 液態(tài)制冷劑的導(dǎo)熱率λ l= 103 W/（ mmr,eq= qmr,eq/（ 4 12） = 103kg/s Reeq， r=（ 4 q39。 當(dāng)量制冷劑質(zhì)量流量 q39。 k） （ 3）用同樣的方法可獲得第三流程的參數(shù)。mr,eq） /（π Dn,rμ l） =（ 4 103） /（π 103 106） =34346 Nu= Reeq， = =158 制冷劑側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ar為 ar=（ Nuλ l） /Dn,r=（ 158 103） /（ 103） =4150W/（ m2mr,eq為 q39。mr,eq= qmr,eq/（ 4 8） = 103kg/s Reeq， r=（ 4 q39。 則 Nu= = 制冷劑側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ar為 ar=（ Nuλ l） /Dn,r=（ 103） /（ 103） =2073W/（ m2 其中： vl：運(yùn)動(dòng)粘度，查得 vl= 106； al：熱擴(kuò)散率，查得 al= 106； 則 PrL=（ 106） /（ 106） = 冷凝器中，由于制冷劑進(jìn)口過(guò)冷，因此計(jì)算制冷劑當(dāng)量流量時(shí)，取平均干度χ =，于是當(dāng)量制冷劑質(zhì)量流量 qmr,eq為 qmr,eq=[（ ） + ] =（ 1）第一流程的參數(shù)計(jì)算 單一內(nèi)孔當(dāng)量制冷劑質(zhì)量流量 q39。 PL） /μ =（ 103） /（ 106） =745 Nu=cReamPrn(Pr/Prw)k(s1/s2)pcφ cz 式中： Prw：管壁溫度下的普朗特?cái)?shù) ,Pr/Prw≈ 1； s1:橫向節(jié)距； s2：縱向節(jié)距； cz:管排修正系數(shù)，當(dāng) z≥ 20時(shí)， cz=1； cφ ：流體斜向沖刷管束時(shí)的修正系數(shù) ,取 cφ =1； c， m， n， k， p：系數(shù)和指數(shù)； 則 Nu= =17 aa= Nuλ /PL=17 102/（ 103） =417W/（ m2 36 圖 313 根據(jù)初步規(guī)劃（如上圖所示），可計(jì)算下列參數(shù)： （ 1）每米管長(zhǎng)扁管內(nèi)表面積 Ar為 Ar=[2（ 2+） 103] 4= 102m2/m （ 2）每米管長(zhǎng)扁管外表面積 Ab,a為 Ab,a=2（ 16+3） 103= （ 3）每米管長(zhǎng)翅片表面積 Af， a為 Af， a=2 103 16 103 1/（ ） = （ 4）每米管長(zhǎng)總外表面積 Aa為 Aa=Ab， a+Af， a=+= （ 5）百葉窗高度 hL為 hL= PL tanα L=（ tan27?） = （ 6）扁管內(nèi)孔水力直徑 Dn， r為 Dn， r=（ 4 2 ） /[2（ 2+） ]= （ 7）翅片通道水力