【文章內(nèi)容簡介】 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 粘度變化 % 純凈 % 帶有制冷劑 ND ND ND ND 1 分解產(chǎn)物分析 HFC134a （ ppm） 氟化物（ ppm） ND ND ND 420 7 3 —— 7 熱力循環(huán)計算 制冷循環(huán)性能測試實驗臺 9 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(jī)型能參考狀態(tài)的工況一般應(yīng)包括制冷機(jī)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(yīng)的溫度條件稱為名義工況。我國標(biāo)準(zhǔn)“ JB/T7666— 95 制冷和空調(diào)設(shè)備名義工況一般規(guī)定”規(guī)定了容積式制冷壓縮機(jī)及機(jī)組和壓縮冷凝機(jī)組、容積式和離心式冷水機(jī)組、單元式空調(diào)機(jī)、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(jī)或制冷壓縮機(jī)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(shè)計的制冷系統(tǒng)的工作條件。所用的制冷劑為 R134a，工況初步定為： 蒸發(fā)器內(nèi)冷凍水溫 tc=2℃， 傳熱溫 差△ t=4℃ 。 冷凝器內(nèi)冷卻水溫 tw=32℃， 傳熱溫差△ t=5℃ ；節(jié)流前過冷度 △ tG=5℃，有用回?zé)?△tr=5℃蒸發(fā)器出口過熱 3℃。 熱 力 計 算 循環(huán)過程 ph 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 [7]: P /bar T /℃ V /(m3/kg) H /(kJ/kg) S /(kJ/kg﹒ k) 制冷循環(huán)性能測試實驗臺 10 0 6 1 2 2s 3 30 R134a在制冷工況下的熱力循環(huán)計算 [8] [9]: （ 1）單位質(zhì)量制冷量： o 0 4q =h h =393 .3 240 .8=15 （ 11） （ 2）單位容積制冷量： 0zv1q 1 5 2 . 5q 1 7 0 6 k J /k g0 . 0 8 9 3 9? ? ?? （ 12） （ 3）單位理論功： 2s 1 w = h h =4 31. 3 401 .17 =3 3 kJ/kg （ 13） （ 4）指示比功： i iw 3 0 .1 3w 4 0 .1 7 k J /k g0 .7 5? ? ?? （ 14） （ 5） 冷凝器入口的制冷劑比焓 h2 因： i 2 1w h h?? 所以 2 i 1h w h 4 0 .1 7 4 0 1 .1 7 4 4 1 .3 4 k J/kg? ? ? ? ? （ 15） （ 6）性能系數(shù) 理論值： 0q 1 5 2 .5C O P 5 .0 6w 3 0 .1 3? ? ? （ 16） 指示值： 0i iq 1 5 2 .5C O P 3 .8 0w 4 0 .1 7? ? ? （ 17） （ 7）冷凝器的單位熱負(fù)荷： k 2 3q h h 4 4 1 .3 4 2 4 0 .8 2 0 0 .5 4 k J/kg? ? ? ? ? （ 18） （ 8）制冷劑循環(huán)的質(zhì)量流量： 0m0q 2 k W 1 5 2 . 5 k J /k g 0 . 0 1 3 1 1 4 k g / sq?? ? ? （ 19） （ 9）實際輸氣量和理論輸氣量 制冷循環(huán)性能測試實驗臺 11 33v s m 1q q v 0 .0 1 3 1 1 4 0 .0 8 9 3 9 1 .1 7 2 1 0 m s?? ? ? ? ? （ 110） 33 33v h v s 1 . 1 7 2 1 0 m sq q 1 . 4 6 5 1 0 m s0 . 8? ??? ? ? ? ? （ 111） （ 10）壓縮機(jī)消耗的理論功率和指示功率 mp q w 131 14 30. 13 95k W? ? ? ? ? （ 112） iip p kW? ? ? ? （ 113） （ 11）冷凝器熱負(fù)荷 kk m qq 13 11 4 20 4 29 kW? ? ? ? ? （ 114） （ 12）熱力完善度 卡諾循環(huán)的性能系數(shù)為 ? ?c H H L 2 7 3 3 2C O P T T T 8 . 9 73 2 ( 2 )?? ? ? ??? （ 115） 因此，指示循環(huán)的效率為 i i cC O P C O P ? ? ? ? （ 116） 蒸發(fā)器的設(shè)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(yīng)具有高的傳熱系數(shù)。由于液體沸騰時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)遠(yuǎn)大于蒸汽與管壁間的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，故在設(shè)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(jī)正常運轉(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(jī)得到進(jìn)一步的保護(hù)。 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(jìn)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(jìn)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(jìn)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，相鄰板片之間用特制的密封墊片隔開，使制冷循環(huán)性能測試實驗臺 12 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(shè)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(yīng)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(guān)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換熱器中單位體積換熱能力最高的換熱器之一，當(dāng)兩側(cè)工質(zhì)為水時，傳熱系數(shù)可高達(dá) 50007000 2wm k? ,由于氟利昂類制冷劑在板片間流動沸騰時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較水強(qiáng)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 2021W，制冷劑為 R134a，蒸發(fā) 溫度為 6℃ ，蒸發(fā)器出口為 3℃的過熱蒸汽 ， R134a 質(zhì)量 流量 ： kgs ， 蒸發(fā)器入口處制冷劑干度 x= 冷凍水進(jìn)口溫度： 2℃ ，出口溫度： 2℃ （ 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 長 a=77mm 寬 b=100mm 高 h=300mm 板片 20 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 0℃時水的物性：比定壓熱容 CP=? 310 J/Kg? K 由 pQ c m t? ? ? 332 10 w 10 m 4? ? ? ? ?℃ ?m=? mwq， =（ 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 6℃為主 所以可將其作為 R134a 的進(jìn)口溫度，出口因有 3℃的過熱而為 3℃ 制冷循環(huán)性能測試實驗臺 13 m a x w i n r outt t t 2? ? ? ? ?， ， （ 3 ） =5℃ m i n w out r i nt t t 2? ? ? ? ? ?， ， （ 6 ） =4℃ 對數(shù)平均溫差： m a x m insm a xm intt 54t lnln 4t? ? ? ?? ? ? ???℃ （ 4）體積流量： 水的體積流量： m , w 43v , w 3wq 0 . 1 1 9 k g sq 1 . 1 9 1 0 m s1 0 0 0 k g / m ?? ? ? ?? 制冷劑體積流量 : 液相： m,r 53v , l 3r , lq 0 .0 1 3 k g sq 0 .9 4 1 0 m s1 3 8 0 k g / m ?? ? ? ?? 氣相： m , r 33V , v 3r , vq 0 . 0 1 3 k g sq 0 . 7 9 1 0 m s1 6 . 5 0 k g / m ?? ? ? ?? （ 5）換熱器換熱面積： 每塊板面積： 2iA bh 0. 1 m 0. 3 m 0. 03 m? ? ? ? 整個蒸發(fā)器有效換熱面積： 2iA ( 20 1 ) A 19 3 7 m? ? ? ? ? （ 5）傳熱系數(shù)計算： 查 AISI316 板片材料，其厚度為 ，板間距 ? =，當(dāng)量直徑de=2? = 單通道橫截面積： SA =b? =? ?310? m=? 4210 m? 水的流速： 制冷循環(huán)性能測試實驗臺 14 43v , ww 42sq 1 . 1 9 1 0 m / s 0 . 0 5 3 m / s1 0 A 1 0 2 . 2 5 1 0 m???? ? ? ??? 根據(jù)水的平均溫度查表得其物性為： 密度： 3999 .94 kg / m?? 比定壓熱容 ： pc / kg k?? 熱導(dǎo)率： 4 W /( m k )? ? ? 運動粘度： 621. 22 10 m / s?? ? ? 普朗特數(shù)： rp ? 則有： 360 . 0 5 3 4 . 5 1 0R e 1 9 5 . 51 . 2 2 1 0wew d? ???? ??? ? ?? 110 . 7 8 0 . 7 833wwN u 0 . 2 1 2 1 R e p r 0 . 2 1 2 1 1 9 5 . 5 8 . 7 7 2 4 . 3 7? ? ? ? ? 由 eNu hd /??得 eh Nu/d?? 所以 2w 0 . 5 8 4 2 4 . 3 7h 3 1 6 2 . 7 W /( m k )0 . 0 0 4 5?? ? ? 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℃，此溫度時 R134a 的物性為 3l3vl2v6l6vlv138 4 kg / m 2 kg / mr 196 kJ / kg 7 W /( m k ) 25 W /( m k )250 10 pa s 10 pa spr pr ???????? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? 沸騰的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 : 制冷循環(huán)性能測試實驗臺 15 ,e r ,lh h 88 B o?? 式中角標(biāo) 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： 2022 0 0 0 wq 3 5 0 8 . 7 W / mA 0 . 5 7 m?? ? ? 質(zhì)量流率： m , r 242sq 0 . 0 1 3 k g / sG 6 . 4 2 k g / m s9 A 9 2 . 2 5 1 0 m?? ? ? ??? 所以 ： 2 32q 3 5 0 8 . 7 W / mB o 2 . 7 8 1 0G r 6 . 4 2 k g / m s 1 9 6