《制冷与空调设备》课程设计指导书讲解

《制冷与空调设备》课程设计指导书

空调教研室编

动力工程系

二OO三年五月

一、设计的目的

通过课程设计的综合实践教学训练，使学生进一步巩固和加深对制冷空调专业基础理论知识的了解和掌握，学会根据实际工程的需要进行制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、其它辅助设备等的设计和选配，提高其对专业理论知识应用的技能和解决实际制冷、空调工程问题的能力。

二、课程设计教学要求

1、坚持一生一题，独立完成课程设计规定的设计任务；

2、开动脑筋，发挥创造精神，全身心投入到设计中去，努力创造优秀成

绩；

3、提倡相互学习、取长补短，开展学术研究讨论，努力施展才华，高质

量完成设计任务；

4、虚心学习、认真读书，听从老师指导，做一个素质好、水平高的学生；

5、诚实、守信、严于律己，不抄袭他人作业，不采取非法手段劫取他人

成果；

6、认真遵守学校各项规章制度，不做危害学校声誉和社会公德的事，尊

师爱友，爱护公共财产，做一个学有所成的合格人才。

三、课程设计的内容

（一）制冷压缩机的选择计算

1、设计条件（由指导教师填写）：

1)工况；

2)制冷剂；

3)热负荷；

4)冷却介质种类及温度；

5)压缩机型式及要求；

6)需要计算的内容。

2、计算步骤：

1)根据已知热负荷和工况条件及制冷剂种类，建立循环的lgp—h

图；

2)在lgp—h图上找出循环中的各特殊状态点，并查出各点状态参

数（如：t、p、υ、h、s等）；

3)根据循环的压比（p

k /p

）查有关参考资料，找出该工况下压缩机

的各种效率值（如：η

i 、η

m

、η

el

等）；

4)计算压缩机的容积效率：η

v =λ

v

λ

p

λ

t

λ

l

；

5)计算循环的单位制冷量q

；

6)根据所给热负荷Q

0、q

，计算循环的制冷剂质量流量q

ma

；

7)根据q

ma 和压缩机吸入状态比体积υ

1

，计算压缩机实际应有的实

际排气容积q

va

；

8)根据q

va 和压缩机输气系数η

v

，计算压缩机的理论排气量q

vt

；

9)根据所计算的q

vt

查阅相关压缩机产品样本，确定压缩机的型号，得到缸径D；行程S；缸数I；半封闭式、全封闭式或开启式等；

10)根据已知循环的参数计算单位理论压缩功W

ts

；

11)根据W

ts 和制冷剂的质量流量q

ma

，计算理论压缩功率P

ts

；

12)根据P

ts 和η

i、

η

m

计算压缩机的轴功率P

e

；

13)根据P

e 和电机效率η

mo

，计算压缩机应有的电功率（输入功率）

P

el ；

14)根据P

el 和制冷量Q

，计算性能系数COP

el

，以判断所选压缩机的

经济性指标的高低。

3、压缩机的选择计算应完成的任务：

1)确定满足所给的热负荷要求的压缩机型号和有关的结构、功率等

参数；

2)完成有关的设计图纸，如压缩机外型尺寸图、地脚尺寸图和管道

连接图等；

3)完成选择计算说明书。

（二）冷凝器的设计计算与选择

1、设计条件（由指导教师填写）：

1)工况；

2)环境介质种类（空气、水或其他介质）及（干球、湿球、水温等）；

3)换热管材规格；

4)制冷剂种类；

5)冷凝器的结构型式；

6)在制冷系统所能完成的制冷量。

2、计算步骤：

1)由Q

0或通过循环的热力计算得到冷凝热负荷Q

k

；

2)通过Q

k 和冷却介质、温度参数计算所需要的冷却介质流量q

w

；

3)根据Q

k

和换热管材规格及设计手册中查到的某规格管材单位面积

热流量q

（管外），确定（估算）冷凝器应有的外表面积，并确定其传热管数、管流程数i和壳程直径等规划的冷凝器的结构尺寸；

4)进行冷凝器的传热计算；

5)计算管内外侧流体的换热系数α；

6)计算管外侧流体凝结换热系数α

；

7)计算以管外传热面积为基准的传热系数K

；

8)计算管外单位面积热流量q

’（解超越方程），并与前面在结构设

计中从手册上查取的q

0相比较，以q

’< q

为设计合理，否则需要

重新进行结构安排和传热计算，直到满足上述不等式要求；

9)计算传热面积F

0’，则应F

’< F

为合适；

10)根据F

0进行冷凝器的结构安排，确定冷凝器的有效管长L

e

；

11)根据流体力学要求和介质流速计算冷凝器内总的压力损失Δp，

为液泵的选择提供依据；

注意：以上冷凝器的一般计算步骤，具体的结构型号是风冷式还

是水冷式，在计算方法上略有差别，学生可在指导老师的指导下

进行计算，但以上计算步骤的基本原则是不变的。

3、应完成的任务：

1)设计选择计算说明书；

2)所设计选择的冷凝器型号及具体结构尺寸；

3)所设计选择的冷凝器的总图和主要部件图。

（三）蒸发器的设计计算与选择

1、设计条件（由指导教师填写）：

1)工况；

2)被冷却对象的性质（液体、固体、空气等）和温度；

3)制冷剂的种类；

4)蒸发器的结构形式；

5)蒸发器应负担的热负荷。

2、计算步骤：

1)选定蒸发器的几何参数，确定：

传热管的规格：管径d、壁厚δ、材质（铜管或钢管）；

翅片厚度δ

f

，材质（铝片或铜片）；

传热管排列方式：管簇排列为顺排或叉排；

翅片管：翅片节距S

f ，管纵向中心距S

1

，横向中心距S

2

；

2)确定空气在蒸发器内的状态变化过程；

3)根据被冷却空气的状态参数，查出各点的焓值I，计算出工作状

态下空气冷却蒸发器的析湿系数ξ；

4)Q

0和进出蒸发器空气的焓值，计算空气应有的循环量q

va

；

5)计算空气的换热系数α

；

6)确定空气侧的迎面风速w

y ，求出最窄面风速w

max

和空气流量q

a

；

7)根据翅片管排列方式计算其当量直径d

eq ，求出L/d

eq

(L为翅片管

气流方向的长度)和雷诺数R

ef

，计算空气侧的流动阻力ΔP，为选择风机提供依据；

8)根据d

eq 、c、R

ef

计算管外空气侧换热系数α

；

9)根据翅片管排列方式、翅片效率η

fw

；

10)根据α

0、η

fw

计算管外空气侧当量换热系数α

j

。；

11)计算管内制冷剂的换热系数；

12)按lgp—h图，由Q

0、r（汽化潜热）x

1

、x

2

（进出蒸发器制冷剂干

度），计算制冷剂总流量；

13)查设计手册，取得内表面热流密度q和最佳质量流速g，计算所

需要总的流道面积；

14)根据传热管的有效流通面积A（每根管），计算蒸发器的分路数E；

15)计算每一分路的制冷剂流量q

d

；

16)根据q

i 、q

d

、d

i

（传热管内径），计算管内蒸发器的制冷剂换热系

数α

i

。；

17)根据传热学原理计算以管外表面积为基准的传热系数K

；

18)根据蒸发器的温度分布情况计算平均温差Δt

m

；

19)解超越方程求内表面热流密度q

i ，应满足q

i

＝q

i

’；

20)根据q

i ’求q

；

21)根据q

0求热负荷Q

所需要的换热面积F

；

22)根据F

0计算所需管长l

i

；

23)根据空气流量V

a 和w

y

计算通风面积，确定蒸发器长（A）和宽（B）；

24)根据B和s

1计算每排的管数n

1

；

25)计算蒸发器管内制冷剂流动阻力ΔP

，校核蒸发器内温度降低值Δt0，一般Δt0应小于1℃，否则设计不可靠；

26)根据蒸发器中空气的平均参数：V

m 、R

a

、T

m

、ρ

b

、ρ

m

以及w

max

、L/d

w

，

计算空气侧流动阻力ΔP，为选择风机提供依据。

3、应完成的任务：

1)设计计算说明书；

2)所选择蒸发器的型式及具体结构尺寸；

3)总图及主要部件图。

（四）其它换热器及辅助设备的计算与选择

1、本内容应根据指导老师规定的学生应完成设计内容的需要，对学有

余力的学生作提高学生创造性和独立工作能力而设置的内容：为

中间冷却器、冷凝蒸发器、制冰用换热器等，以及热力膨胀阀、

四通换向阀、单向阀、电磁阀等的选择。旨在扩大学生的知识面。

2、设计选择条件（由指导老师按计划给定的内容给出）：

1)工况；

2)制冷剂种类；

3)介质类型及温度分布；

4)热负荷；

5)结构型式及要求。

3、选择计算步骤（由指导老师根据不同的设计和选择对象提出）

4、成的任务：

1)设计计算说明书；

2)设计选择的换热器结构尺寸及设备选择的型号；

3)设计选择的换热器的总图和主要部件图。

四、参考文献

1、郑贤德主编．制冷原理与装置．北京：机械工业出版社，2001

2、缪道平主编．制冷压缩机．北京：机械工业出版社，2002

3、制冷工程设计手册编写组．制冷工程设计手册．北京：中国建筑工业

出版社

4、沈志光主编．制冷工质热物理性质图和表．北京：机械工业出版，1983

5、《工程热力学与传热学》

6、制冷压缩机产品样本

7、辅助换热器及设备产品样本

8、制冷自控阀门产品样本

9、机械设计手册

10、沈志光制冷工质热物理性质图和表机械工业出版社1983.7.第一版