四门三温冰箱设计资料.docx
- 文档编号:29386136
- 上传时间:2023-07-22
- 格式:DOCX
- 页数:32
- 大小:170.41KB
四门三温冰箱设计资料.docx
《四门三温冰箱设计资料.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《四门三温冰箱设计资料.docx(32页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
四门三温冰箱设计资料
中国计量学院
制冷系统课程设计
四门三温冰箱设计
小组成员:
赵玲倩12热能3班1200203302
李甜甜12热能3班1200203311
章姣姣12热能2班1200203219
潘雅翡12热能2班1200203222
指导老师:
王玉刚
2015.07.08
组员分工:
姓名
工作
成绩
赵玲倩
系统选型与整体尺寸设计;制冷系统热力计算及压缩机选型;毛细管长度确定
李甜甜
负荷计算;绘制整体图纸
潘雅翡
冷凝器设计计算
章姣姣
蒸发器设计计算
1冰箱制冷系统2
1.1冰箱制冷系统的组成及分布2
1.2冰箱制冷原理4
1.3冰箱系统工作过程5
1.4制冷剂的选择5
2.冰箱的热负荷计算7
2.1冰箱的设计条件7
2.2热负荷计算方法8
3制冷系统热力计算及压缩机的选型17
3.1制冷系统的热力计算17
3.2压缩机选型21
4.1计算过热段及饱和段热负荷22
4.2过热段和饱和段传热温差22
4.3自然对流表面传系数αf23
4.4辐射传热系数23
4.5冷凝器的传热面积24
4.6冷凝器整体尺寸24
5蒸发器的选择26
5.1蒸发器的分类26
5.2蒸发器的作用及工作过程26
5.3实际综合换热系数K的确定27
5.4冷藏室蒸发器设计27
5.5冷冻室蒸发器设计28
5.6软冷冻室蒸发器设计28
6毛细管的选择30
6.1毛细管的工作原理及选择方法30
6.2毛细管长度的确定30
1冰箱制冷系统
1.1冰箱制冷系统的组成及分布
压缩式电冰箱的制冷系统由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管和蒸发器等五部分组成。
制冷系统各部件在冰箱中的分布如下:
图1-1压缩式冰箱制冷系统图
在系统的整个循环过程中,压缩机的功用是补充能量,把蒸发器中的低温低压的氟利昂蒸汽压缩为高温高压的过热蒸汽,送入冷凝器中,是整个系统的心脏。
冷凝器是输出热量的设备,它的功用是把高温高压的蒸汽冷凝成为高压常温的液体,并放出大量的热量。
干燥过滤器的功用是吸收氟利昂中的水分,防止冰堵,以及过滤制冷系统中的杂质,防止脏堵。
毛细管的功用也有两个方面,其一是节流,控制制冷系统的氟利昂循环量;其二是降压,保证冷凝器中的压力满足冷凝压力同时蒸发器中的压力满足蒸发压力。
蒸发器是制冷系统制取冷量的地方,是液态氟利昂蒸发汽化为气体,吸收大量汽化热的场所。
根据热力学第二定律,压缩机所消耗的功(电能)起了补偿作用,使制冷剂氟利昂不断从低温物体中吸并向高温物体放热,从而完成冰箱制冷系统的整个循环。
1.2冰箱制冷原理
1.2.1冰箱类型及特点
该冰箱采用直接冷却式压缩式制冷系统。
直冷式冰箱,是利用冰箱内空气自然对流的方式来冷却食品的。
蒸发器安装在冰箱背部,蒸发器周围的空气要与蒸发器产生热交换,空气把热量传递给蒸发器,蒸发器把冷量传递给空气。
空气吸收冷量后,温度下降,密度增大,向下运动。
冰箱内下部的空气要与被冷却食品产生热交换,食品把热量传递给空气,空气得到热量后,温度回升,密度减少,又上升到蒸发器周围,把热量传递给蒸发器。
冷热空气就这样循环往复地自然对流从而达到制冷目的。
按结构分,该压缩式冰箱为四门三温冰箱。
冷藏室采用对开门,温度控制在5℃左右;冷冻室温度控制在-18℃左右;软冷冻室温度控制在-10℃左右。
1.2.2压缩式冰箱制冷原理
冰箱制冷系统理论循环过程热力图如图1-2所示。
图1-2理论制冷循环p-h图
系统由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器组成,用管道连成一个封闭的系统。
工质在蒸发器内与被冷却对象发生热交换,吸收冰箱内空气和物体的热量并汽化,产生的低压蒸气被压缩机吸入,压缩后以高压排出。
压缩过程需要消耗能量。
压缩机排出的高温高压气态工质在冷凝器内被水冷却,凝结成高压液体。
高压液体流经毛细管时节流,变成低压、低温蒸气,进入蒸发器,其中的低压液体在蒸发器中汽化制冷。
如此周而复始。
1.3冰箱系统工作过程
制冷系统工作过程如下:
常温液态制冷剂被毛细管节流,降低压力和温度,制冷剂由液态变为气态过程中吸收了冰箱内空间的热量,蒸发器表面逐渐地结了霜,箱内温度逐渐下降;已蒸发吸热后的制冷剂蒸气被已运转的压缩机吸回,压缩后成为高压力、高温度蒸汽,再排入冷凝器中将热量散发到空气中而液化;通过干燥过滤器滤除可能携带的污垢或水分,经毛细管节流降压,回到开始的过程,依次连续循环制冷。
压缩式冰箱制冷系统工作过程示意图如图1-3所示。
循环可简述为:
蒸发→压缩→冷凝→节流四个过程。
图1-3压缩式冰箱制冷系统示意图
1.4制冷剂的选择
该冰箱选用R600a制冷剂,具有以下优点:
(1)冰箱R600a制冷剂不但对臭氧层无破坏作用,且无温室效应,符合“蒙特利尔协议书”要求,是较好R12制冷剂的替代品之一。
(2)因为冰箱R600a制冷剂系统运行压力低,所以使用R600a制冷剂的冰箱噪声较小。
(3)生产冰箱R600a氟利昂的成本较低。
(4)制造冰箱R600a制冷剂的过程中其损失较小,且每台冰箱充灌R600a制冷剂量少,只要50g左右就行。
(5)冰箱R600a制冷剂对其系统材料无特殊要求,且系统运行可靠。
缺点是:
(1)因为R600a制冷剂的可燃性,所以如果使用冰箱R600a制冷剂不当,容易造成燃烧并爆炸。
(2)在冰箱R600a制冷剂的生产过程中需投入安全防爆措施。
2.冰箱的热负荷计算
2.1冰箱的设计条件
电冰箱的总体布置是电冰箱设计的一个重要环节。
必须全面的考虑这个问题。
本设计的总体布置是以GB8059.1-7-87为标准。
本文的设计条件为:
(1)使用环境条件:
冰箱周围环境温度ta=32℃,相对湿度φ=75±5%。
(2)箱内温度:
冷冻室平均温度-18℃,冷藏室平均温度5℃,软冷冻室平均温度-10℃。
(3)蒸发器表面温度-30℃,冷凝器温度52℃。
(4)制冷系统为单级蒸气压缩式制冷系统,冷却方式采用直冷式,蒸发器采用管板式蒸发器,冷凝器采用丝管式冷凝器,采用毛细管作为节流元件。
本设计以R600a为制冷工质。
表2-1热负荷计算参数
分类
设计数据
设计温度
(℃)
冷冻室t1
-18
冷藏室t2
5
软冷冻室t3
-10
环境ta
32
传热系数
(W/(m2·K))
冷冻室/软冷冻室
30
冷藏室
15
环境
10
导热系数
(W/(m·K))
P/U发泡层
0.02
门封条
0.08
表2-2间室容积表
间室名称
容积(L)
冷藏室
300
冷冻室
110
软冷冻室
90
表2-3间室壁厚表(mm)
间室名称
左侧
右侧
顶部
背部
底部
门体
冷藏室
50
50
50
70
70
70
冷冻室
70
40
70
70
70
70
软冷冻室
40
70
70
70
70
70
2.2热负荷计算方法
在一般情况下,为了简化热负荷的计算,将总热负荷分成间室负荷、门封条负荷、开门漏热量及贮物热量几部分。
2.2.1间室热负荷
在冰箱热传导过程中,由于不能彻底绝热,总有热量从冰箱外部传入内部,间室负荷和门封条负荷通常被认为是总热负荷的主要来源。
单位时间冰箱间室的热量可由如下公式计算而得:
Qc=ΚΑΔΤ(2-1)
式中,
Qc—传热量,单位为W。
Κ—传热系数,单位为W/(m2·K)。
Α—间室的传热面积,单位为m2。
ΔΤ—间室的内外温差,单位为℃。
传热系数K的确定:
K值的大小根据不同的传热材料而确定,在冰箱的结构中,从内到外,依次为ABS板,P/U发泡层,钢板,但ABS板和钢板的厚度远小于P/U发泡层的厚度。
为了简化K值的计算,仅考虑P/U发泡层的厚度。
传热系数K值由以下公式计算而得:
(2-2)
αc—箱体与箱内空气的对流换热系数,单位为W/(m2·K)。
αw—周围空气与箱体的对流换热系数,单位为W/(m2·K)。
l—P/U发泡层的厚度,单位为m。
λf—P/U发泡层导热系数,单位为W/(m·K)。
在实际的制冷系统设计中,通常将计算出的热负荷加上一个安全系数。
本文中给计算值加上20%的间室安全系数。
因此间室总热负荷的计算公式为:
Qgasketg=Qc+(Qc×0.2)(2-3)
1.冷冻室间室热负荷
冷冻室和环境的对流换热系数及发泡层导热系数分别为:
αc=30W/(m2·K),αw=10W/(m2·K),λf=0.02W/(m·K)。
计算中长度用L表示,宽度用W表示,厚度用l表示,面积用A表示。
(1)左侧,L=0.5m,W=0.71m,l=0.07m,ΔΤ=72.4℃。
计算左侧面积:
A=L·W=0.5×0.71=0.355m2(2-4)
左侧传热系数:
==0.275229358W/(m2·K)(2-5)
左侧传热量:
Q=KA△T=0.275229358×0.355×72.4=7.073944954W(2-6)
(2)右侧,L=0.5m,W=0.71m,l=0.04m,ΔΤ=8℃。
计算右侧面积:
A=L·W=0.5×0.71=0.355m2(2-7)
右侧传热系数:
==0.46875W/(m2·K)(2-8)
右侧传热量:
Q=KA△T=0.46875×0.355×8=1.33125W(2-9)
(3)顶部,L=0.31m,W=0.5m,l=0.07m,ΔΤ=23℃。
计算顶部面积:
A=L·W=0.31×0.5=0.155m2(2-10)
顶部传热系数:
==0.275229358W/(m2·K)(2-11)
顶部传热量:
Q=KA△T=0.275229358×0.155×23=0.981192661W(2-12)
(4)背部,L=0.31m,W=0.71m,l=0.07m,ΔΤ=50℃。
计算背部面积:
A=L·W=0.31×0.71=0.2201m2(2-13)
背部传热系数:
==0.275229358W/(m2·K)(2-14)
背部传热量:
Q=KA△T=0.275229358×0.2201×50=3.028899083W(2-15)
(5)底部,L=0.31m,W=0.5m,l=0.07m,ΔΤ=50℃。
计算底部面积:
A=L·W=0.31×0.5=0.155m2(2-16)
底部传热系数:
==0.275229358W/(m2·K)(2-17)
底部传热量:
Q=KA△T=0.275229358×0.155×50=2.133027523W(2-18)
(6)门体,L=0.31m,W=0.71m,l=0.07m,ΔΤ=50℃
计算门体面积:
A=L·W=0.31×0.71=0.2201m2(2-19)
门体传热系数:
==0.275229358W/(m2·K)(2-20)
门体传热量:
Q=KA△T=0.275229358×0.2201×50=3.028899083W(2-21)
2.冷藏室间室热负荷
冷藏室和环境的对流换热系数及发泡层导热系数分别为αc=15W/(m2·K),αw=10W/(m2·K),λf=0.02W/(m·K)。
计算中长度用L表示,宽度用W表示,厚度用l表示,面积用A表示。
(1)左侧(右侧相同),L=0.5m,W=0.86m,l=0.07m,ΔΤ=47℃。
计算左侧面积:
A=L·W=0.5×0.86=0.43m2(2-22)
左侧传热系数:
==0.375W/(m2·K)(2-23)
左侧传热量:
Q=KA△T=0.375×0.43×47=7.57875W(2-24)
(2)顶部,L=0.7m,W=0.5m,l=0.05m,ΔΤ=27℃。
计算顶部面积:
A=L·W=0.7×0.5=0.35m2(2-25)
顶部传热系数:
==0.375W/(m2·K)(2-26)
顶部传热量:
Q=KA△T=0.375×0.35×27=3.54375W(2-27)
(3)背部,L=0.7m,W=0.86m,l=0.07m,ΔΤ=27℃。
计算背部面积:
A=L·W=0.7×0.86=0.602m2(2-28)
背部传热系数:
==0.272727273W/(m2·K)(2-29)
背部传热量:
Q=KA△T=0.272727273×0.602×27=4.432909091W(2-30)
(4)底部,L=0.7m,W=0.5m,l=0.07m,ΔΤ=-23℃.
计算底部面积:
A=L·W=0.7×0.5=0.35m2(2-31)
底部传热系数:
==0.272727273W/(m2·K)(2-32)
底部传热量:
Q=KA△T=0.272727273×0.35×(-23)=-2.195454545W(2-33)
(5)门体,L=0.7m,W=0.86m,l=0.07m,ΔΤ=27℃。
计算门体面积:
A=L·W=0.7×0.86=0.602m2(2-34)
门体传热系数:
==0.272727273W/(m2·K)(2-35)
门体传热量:
Q=KA△T=0.272727273×0.602×27=4.432909091W(2-36)
3.软冷冻室间室热负荷
软冷冻室和环境的对流换热系数及发泡层导热系数分别为:
αc=30W/(m2·K),αw=10W/(m2·K),λf=0.02W/(m·K)。
计算中长度用L表示,宽度用W表示,厚度用l表示,面积用A表示。
(1)左侧,l=0.04m,ΔΤ=-8℃。
计算左侧面积:
A=0.29025m2
左侧传热系数:
==0.46875W/(m2·K)(2-37)
左侧传热量:
Q=KA△T=0.46875×0.29025×(-8)=-1.0884375W(2-38)
(2)右侧,l=0.07m,ΔΤ=72.4℃。
计算右侧面积:
A=0.29025m2
右侧传热系数:
==0.275229358W/(m2·K)(2-39)
右侧传热量:
Q=KA△T=0.275229358×0.29025×72.4=5.783697248W(2-40)
(3)顶部,L=0.31m,W=0.5m,l=0.07m,ΔΤ=15℃。
计算顶部面积:
A=L·W=0.31×0.5=0.155m2(2-41)
顶部传热系数:
==0.275229358W/(m2·K)(2-42)
顶部传热量:
Q=KA△T=0.275229358×0.155×15=0.639908257W(2-43)
(4)背部,L=0.31m,W=0.71m,l=0.07m,ΔΤ=42℃。
计算背部面积:
A=L·W=0.31×0.71=0.2201m2(2-44)
背部传热系数:
==0.275229358W/(m2·K)(2-45)
背部传热量:
Q=KA△T=0.275229358×0.2201×42=2.544275229W(2-46)
(5)底部,L=0.31m,W=0.5m,l=0.07m,ΔΤ=42℃。
计算底部面积:
A=L·W=0.31×0.5=0.155m2(2-47)
底部传热系数:
==0.275229358W/(m2·K)(2-48)
底部传热量:
Q=KA△T=0.275229358×0.155×42=1.791743119W(2-49)
(6)门体,L=0.31m,W=0.71m,l=0.07m,ΔΤ=42℃。
计算门体面积:
A=L·W=0.31×0.71=0.2201m2(2-50)
门体传热系数:
==0.275229358W/(m2·K)(2-51)
门体传热量:
Q=KA△T=0.275229358×0.2201×42=2.544275229W(2-52)
2.2.2门封条热负荷
单位时间通过冰箱门封条的传热可由如下公式计算而得:
Q=ΚgLΔΤ(2-53)
式中,
Κg—门封条导热系数,单位为W/(m·K)。
L—门封条总长,单位为m。
(1)冷冻门封条热负荷
L=(0.71+0.31)×2=2.04m(2-54)
又因为Κg=0.08W/(m·K),ΔΤ=50℃,因此
Q=0.08×2.04×50=8.16W(2-55)
(2)冷藏左门封条热负荷(右门相等)
L=(0.86+0.35)×2=2.42m(2-56)
又因为Κg=0.08W/(m·K),ΔΤ=27℃。
因此
Q=0.08×2.42×27=5.2272W(2-57)
(3)软冷冻门封条热负荷
L=(0.71+0.31)×2=2.04m(2-58)
又因为Κg=0.08W/(m·K),ΔΤ=42℃。
因此
Q=0.08×2.04×42=6.8544W(2-59)
2.2.3开门漏热量的计算
假定每次开冰箱门时向内空气全部被置换为箱外空气,则开门漏热量可用下式计算。
(2-60)
式中,
V—电冰箱内容积,单位为m3。
n—开门次数。
Δh—进入箱内空气达到规定温度时的比焓差,单位为kJ/kg。
ν—空气的比体积,单位为m3/kg。
(1)冷冻室开门漏热量
冷冻室内容积取V=0.11m3,开门次数为每小时一次,空气比体积ν取0.9m3/kg,进入箱内空气达到规定温度时的降温降湿比焓差为:
△h=h32℃,75%-h-18℃,100%=90-(-16.75)=106.75kJ/kg(2-61)
冷冻室开门漏热量为:
W(2-62)
(2)冷藏室开门漏热量
冷藏室内容积取V=0.3m3,开门次数为每小时一次,空气比体积ν取0.9m3/kg,进入箱内空气达到规定温度时的降温降湿比焓差为:
△h=h32℃,75%-h5℃,100%=90-18.4=71.6kJ/kg(2-63)
冷藏室开门漏热量为:
W(2-64)
(3)软冷冻室开门漏热量
软冷冻室内容积取V=0.09m3,开门次数为每小时一次,空气比体积ν取0.9m3/kg,进入箱内空气达到规定温度时的降温降湿比焓差为:
△h=h32℃,75%-h-18℃,100%=90-(-16.75)=106.75kJ/kg(2-65)
软冷冻室开门漏热量为:
W(2-66)
2.2.4贮物热量
电冰箱的贮物热量无明确规定的标准,一般都按电冰箱标准中的“制冰能力”项提出的“以电冰箱内容积0.5%的25℃水,在2h内结成实冰”的规定进行计算。
实冰的具体温度在标准中也未提出,建议按-2~-5℃取值。
贮物热量Q可按下式计算。
(2-67)
式中,
m—水(冰)的质量,单位为kg。
c—水的比热容,c=4.19kJ/(kg·K)。
r—水的凝固热(冰的熔解热),r=333kJ/kg。
cb—冰的比热容,cb=2kJ/(kg·K)。
t1,t2—水的初始温度和冻结终了温度,单位为℃。
(1)冷冻室贮物热量
水的初始温度t1取25℃,实冰的温度t2取-2℃,水的质量:
m=110×0.005=0.55kg(2-68)
则:
W(2-69)
(2)冷藏室贮物热量
水的初始温度t1取25℃,实冰的温度t2取-2℃,水的质量:
m=150×0.005=0.75kg(2-70)
则:
Q=46.02W(2-71)
(3)软冷冻室贮物热量
水的初始温度t1取25℃,实冰的温度t2取-2℃,水的质量:
m=150×0.005=0.75kg(2-72)
则:
Q=46.02W(2-73)
2.2.5冰箱热负荷计算汇总
表2-4冰箱负荷汇总表(W)
热负荷项目
冷藏室
冷冻室
间室热负荷
20.525
27.894
门封条热负荷
5.153
9.758
开门漏热量
3.315
4.942
贮物热量
46.02
46.02
1.冷冻室总热负荷:
Qd=27.894×1.2+9.758+4.942+46.02=94.19W(2-74)
2.冷藏室总热负荷:
Qc=20.525×1.2+5.153+3.315+46.02=79.118W(2-75)
4.冰箱总热负荷
Q=94.19+79.118=173.306W(2-77)
3制冷系统热力计算及压缩机的选型
3.1制冷系统的热力计算
表3-1电冰箱标准工况
蒸发温度
吸气温度
冷凝温度
过冷温度
环境温度
-23.3±0.2℃
32.2±3℃
54.4±0.3℃
32.2±0.1℃
32.2±1℃
3.1.1系统状态参数确定
1.冷凝温度tk
冷凝温度取决于冷却介质的温度及冷凝器中冷却介质与制冷剂的传热温差,传热温差与冷凝器的冷却方式和结构形式有关。
电冰箱大多采用空气自然对流冷却方式,制冷剂的冷凝速度等于外界空气温度(即环境温度)加上冷凝传热温差。
冷凝传热温差Qk般取10~20℃,冷凝器的传热性能好可适当取小的数值,例如采用风速为2~3m/s的风冷却时,传热温差Qk值可取8~12℃。
2.蒸发温度t0
蒸发温度一般取决于被冷却物体的温度及蒸发器中制冷剂与被冷却物体的传热温差Qe。
电冰箱的蒸发温度等于箱内温度减去传热温差,一般传热温差Qe取5~10℃。
3.回气温度tg
回气温度(即过热温度)取决于蒸气离开蒸发器时的状态和回气管的长度。
电冰箱采用全封闭压缩机,一般以进入壳体的状态为吸气状态,可根据压缩机标定的工况选取,该值越低对压缩机运行越有利。
4.过冷温度ts
过冷温度取决于液体制冷剂在回气管中进行热交换的程度。
冷凝后的制冷剂在冷凝器末端已达到环境温度值,再与回气管进行热交换得到冷却。
一般过冷温度等于环境温度减去过冷度,过冷度可取15~32℃。
根据设计冰箱确定的工况和选用的制冷剂,运用压–焓图或热力性质表或计算公式求取有关压力、各点比焓值和过热蒸气比体积。
计算时采用图3-1的压焓图:
图3-1电冰箱的p-h图
表4-2热物性参数表(工质R600a)
参数名称
符号
单位
参数来源
设计值
冷凝压力
pk
MPa
tk=54.4℃查热力性质表
0.7741
蒸发压力
p0
MPa
t0=-23.3℃查热力性质表
0.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 四门三温 冰箱 设计 资料