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摘要
在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和食品生產(chǎn)中大量的物料往往需要進(jìn)行干燥處理，制冷技術(shù)在干燥領(lǐng)域的應(yīng)用主要有兩種方法：除濕干燥和冷凍干燥。除濕木材干燥機(jī)是實(shí)際使用中最常用的一種木材干燥設(shè)備，它靠電加熱使木材干燥室升溫，因此其電能消耗很大。為了減輕能耗，應(yīng)用熱泵來(lái)對(duì)木材干燥窯進(jìn)行加熱。熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提取裝置，高溫?zé)岜酶稍餀C(jī)組利用逆卡諾原理，從周圍環(huán)境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對(duì)象，其工作原理與制冷機(jī)相同，都是按照逆卡諾循環(huán)工作的，所不同的只是工作溫度范圍不一樣。此外，熱泵干燥技術(shù)除了具有能源消耗之外，還有環(huán)境污染小、烘干品質(zhì)高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，其優(yōu)異的節(jié)能效果已被國(guó)內(nèi)外的各種試驗(yàn)研究所證明。
本論文介紹了熱泵干燥機(jī)的工作原理以及主要組成部件，并且總結(jié)了熱泵干燥機(jī)在節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)。論文中的熱泵干燥機(jī)系統(tǒng)采用雙冷凝器結(jié)構(gòu)，兩個(gè)冷凝器的連接可以是串聯(lián)也可以是并聯(lián)，本論文設(shè)計(jì)的熱泵干燥機(jī)中的冷凝器是屬于并聯(lián)連接，其主要部件有蒸發(fā)器，壓縮機(jī)，冷凝器，風(fēng)機(jī)等。一般干燥機(jī)由制冷系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng)組成。其制冷系統(tǒng)中，由壓縮機(jī)壓縮出來(lái)的高溫高壓制冷劑氣體進(jìn)入冷凝器，將熱量傳給空氣后，冷凝成常溫高壓液體，經(jīng)毛細(xì)管節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器，吸收通過(guò)蒸發(fā)器的空氣中的熱量，變成低溫低壓氣體，然后進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮，如此往復(fù)循環(huán)。而對(duì)于送風(fēng)系統(tǒng)，濕空氣被吸入后，在蒸發(fā)器中被冷卻到露點(diǎn)溫度以下，析出冷凝水，此時(shí)絕對(duì)含濕量下降，然后再進(jìn)入冷凝器，吸收制冷劑的熱量而升溫，此時(shí)相對(duì)濕度又降低，出來(lái)后的空氣由風(fēng)機(jī)送入干燥室。熱泵干燥機(jī)用機(jī)組的部分冷凝熱來(lái)提高機(jī)組的出風(fēng)溫度，雖可節(jié)省用電能加熱的耗電量，但仍存在著制冷量和加熱量相互抵消的問(wèn)題，所以我們將熱管技術(shù)運(yùn)用于干燥機(jī)中，用熱管換熱器回收蒸發(fā)器出口空氣的冷量，既能節(jié)省電加熱的能耗，防止冷熱抵消，又能提高出風(fēng)溫度。本論文描述的是一臺(tái)2HP熱泵干燥機(jī)的設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是單級(jí)壓縮制冷循環(huán)中蒸發(fā)器和冷凝器的設(shè)計(jì)，包括蒸發(fā)器，冷凝器的設(shè)計(jì)以及壓縮機(jī)的選型，運(yùn)用了工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、制冷技術(shù)及相關(guān)技術(shù)專業(yè)課程的知識(shí)。根據(jù)壓縮機(jī)功率我們可以算出冷量循環(huán)，包括壓縮機(jī)選型，冷、熱負(fù)荷計(jì)算，風(fēng)量分配等，然后根據(jù)給定條件可以查出空氣循環(huán)中各點(diǎn)空氣狀態(tài)并進(jìn)行除濕量的計(jì)算，在取得最大除濕量的基礎(chǔ)上確定適合的風(fēng)量分配，最后通過(guò)熱力計(jì)算和換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算確定蒸發(fā)器和冷凝器的結(jié)構(gòu)，排管布置以及它們的尺寸。
關(guān)鍵詞：熱泵 干燥機(jī) 蒸發(fā)器 冷凝器 壓縮機(jī)
I
The design of the heat pump dryer
ABSTRACT
A large number of materials in industry, agriculture and food production often need to be dried. There are two ways of refrigeration technology applications in dry areas, dehumidification drying and freeze drying. The most practical kind of wood drying equipment is called dehumidification wood drying machine. The wood drying kiln is heated by electric , which cost electric energy a lot. To this end, the application of heat pump heating the wood drying kiln comes to our consideration. The heat pump is essentially a heat lifting device. High temperature heat pump drying units based on reverse Carnot principle, absorb heat from the surrounding environment and pass it to the heated object . This is the same principle with refrigerator based on the reverse Carnot cycle.Their difference is just the operating temperature range.
This thesis describes the working principle and the main components of the heat pump dryer, and summarizes the advantages of energy saving. The heat pump dryer system is with dual condenser. The two condenser connected in series can also be connected in parallel.The heat pump dryer is designed in this thesis are connected in parallel. Its main components are evaporator, compressor, condenser and so on. The general dehumidifier refrigeration systems have two parts, which are air supply systems, and the refrigeration system. The high-temperature high-pressure refrigerant gas is compressed by a compressor into a condenser. The heat passed to the air at room temperature is condensed into high pressure liquid, and then enters to the evaporator after throttling absorbed by capillary tubes.It becomes the low-temperature and low-pressure gas sucked into the compressor for compression, and so forth cycle. For the blower system, the wet air sucked in the evaporator is cooled below the dew point temperature. The absolute moisture content decreases. And the air re-enters the condenser to absorb the heat of the refrigerant. After that, the relative humidity decreases. At last, the air is blowed into the room. The heat pump dryer’s outlet air temperature of the unit is increased by part of the heat of condensation unit . It can save electric. But there are still problems of mutually offset between cooling capacity and processing heat. Heat pipe technology are used in the drying machine to recycle the cooling capacity of the evaporator outlet air with the heat pipe heat exchanger, which can save the power consumption of electric heating to prevent hot and cold offset, but also improve the air temperature. This paper describes the decision of a heat pump dryer. The main point is the designs of evaporator and condenser in a single-stage compression refrigeration cycle, including the designs of evaporator and condenser and the selection of compressor. This design involves the professional courses of engineering thermodynamics, heat transfer, fluid mechanics, cooling technology and related technical knowledge. According to the compressor power, we can calculate the amount of cold including the compressor selection, cold, heat load calculation, the air volume distribution. And then calculating the amount of dehumidification and the status of each point of air in the air circulation can be isolated according to the given conditions. By thermodynamic calculation, and structural design of the heat exchanger, the structure of the evaporator and condenser drain pipe installation are determined.
Key Words: heat pump; evaporator;condenser; compressor
III
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT III
第一章 概述 1
1.1 熱泵干燥機(jī)簡(jiǎn)介 1
1.2 熱泵干燥機(jī)的基本原理 1
1.3 評(píng)價(jià)干燥機(jī)工作效率的主要指標(biāo) 2
1.4 熱泵干燥機(jī)的特性 2
1.4.1 熱泵干燥機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 2
1.4.2 熱泵干燥機(jī)的缺點(diǎn) 2
1.5 國(guó)內(nèi)外熱泵干燥機(jī)的一些技術(shù)改進(jìn)與改革 3
第二章 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 5
2.1 原始參數(shù) 5
2.1.1 壓縮機(jī)的選型 5
2.1.2 濕空氣的計(jì)算 6
2.1.3 計(jì)算單級(jí)壓縮制冷循環(huán) 7
2.2 蒸發(fā)器、冷凝器的設(shè)計(jì) 9
2.2.1 蒸發(fā)器的設(shè)計(jì) 10
2.2.2 冷凝器的設(shè)計(jì) 14
2.3 計(jì)算結(jié)果匯總 18
2.4 風(fēng)機(jī)的選擇 20
2.4.1 風(fēng)機(jī)參數(shù) 20
2.4.2 風(fēng)機(jī)型號(hào)說(shuō)明 21
2.4.3 產(chǎn)品簡(jiǎn)介 21
2.4.4 適用范圍 22
2.4.5 用戶使用維護(hù)須知 22
2.4.6 尺寸表 22
結(jié) 語(yǔ) 24
參考文獻(xiàn) 25
致 謝 27
第一章 概述
隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、世界人口的劇增和人民生活水平的不斷提高，世界能源的需求量持續(xù)增大，能源資源的爭(zhēng)奪日趨激烈，如何節(jié)能已經(jīng)成為當(dāng)今世界的一大主題。干燥是一項(xiàng)耗能較大的工藝過(guò)程，大約生產(chǎn)過(guò)程中總能耗的6%用于干燥過(guò)程，所以干燥過(guò)程具有很大的節(jié)能潛力。熱泵是利用一定量的低溫?zé)崮軄?lái)獲得較高溫度、可供利用熱能的熱力系統(tǒng)，它可以有效的回收濕空氣中的熱量，減少循環(huán)空氣的直接排放。
1.1 熱泵干燥機(jī)簡(jiǎn)介
熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，高溫?zé)岜煤娓蓹C(jī)組利用逆卡諾[23]原理，從周圍環(huán)境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對(duì)象（溫度較高的物體），其工作原理與制冷機(jī)相同，都是按照逆卡諾循環(huán)工作的，所不同的只是工作溫度范圍不一樣。
1.2 熱泵干燥機(jī)的基本原理
圖1 熱泵干燥機(jī)工作簡(jiǎn)圖
熱泵干燥裝置主要由熱泵和干燥器兩大系統(tǒng)組成。熱泵干燥機(jī)組主要由熱泵(制冷)系統(tǒng)(壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置等)和空氣回路(離心風(fēng)機(jī)和干燥室等)組成。如圖1，高溫干熱空氣進(jìn)入干燥室，帶走被干燥物體的水分，變?yōu)闈駸峥諝獬鰜?lái)；然后進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)行冷卻除濕，首先冷卻至露點(diǎn)，再進(jìn)一步冷卻使水分從空氣中凝結(jié)出來(lái)，然后進(jìn)入冷凝器處吸收熱量后，變?yōu)楦邷馗蔁峥諝?，再進(jìn)入干燥室內(nèi)提高溫度及吸收被干燥物體的水分，完成循環(huán)。而制冷劑在蒸發(fā)器中吸收來(lái)自干燥過(guò)程排放廢氣中的熱量，由液體蒸發(fā)為蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后送到冷凝器中，在高壓下制冷劑冷凝液化，放出高溫的冷凝熱去加熱來(lái)自蒸發(fā)器的降溫去濕的低溫干空氣，把它加熱到要求的溫度后進(jìn)入干燥室內(nèi)作為干燥介質(zhì)循環(huán)使用，液化后的制冷劑經(jīng)膨脹閥再次回到蒸發(fā)器[1]內(nèi)。
1.3 評(píng)價(jià)干燥機(jī)工作效率的主要指標(biāo)
在干燥技術(shù)中評(píng)價(jià)其效率的指標(biāo)[2-3]有：SPC(除濕能耗比kJ/kg)、COP(熱泵系統(tǒng)的性能系數(shù))、MER(單位時(shí)間除濕量kg/h)、SMER(單位能耗除濕量kg/kW·h)
SPC 是評(píng)價(jià)一個(gè)干燥機(jī)性能的傳統(tǒng)指標(biāo)，是耗功量與除濕量之比，COP 只反映了熱泵系統(tǒng)的性能而沒(méi)有考慮整個(gè)干燥系統(tǒng)，MER 考慮的是干燥系統(tǒng)干燥產(chǎn)品的輸出量，SMER 能夠較好的反應(yīng)能量利用效率。一般主要使用它作為干燥機(jī)工作效率的主要指標(biāo)。
單位能耗水分排除量：SMER=水分蒸發(fā)量/干燥機(jī)消耗的能量（kg/kW·h）
1.4 熱泵干燥機(jī)的特性
1.4.1 熱泵干燥機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
（1）節(jié)能。熱泵干燥機(jī)的最大優(yōu)勢(shì)就在于其節(jié)能效率高，傳統(tǒng)的開式電加熱干燥法將干燥室出來(lái)的濕度大以及溫度相對(duì)高的空氣直接排入大氣，浪費(fèi)了其中大量的顯熱和潛熱, 且開式循環(huán)的性能隨環(huán)境空氣狀況的變化而變化。而熱泵干燥系統(tǒng)將從干燥室出來(lái)的含有相當(dāng)焓值的熱能的濕熱空氣，通過(guò)蒸發(fā)器回收部分熱量，再進(jìn)入熱泵系統(tǒng)循環(huán)。
（2）干燥的質(zhì)量比較好。因?yàn)闊岜酶稍餀C(jī)一般都會(huì)安裝在線傳感器和較精確的控制裝置，然后通過(guò)控制熱泵干燥機(jī)的蒸發(fā)器和冷凝器的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。
（3）與其他干燥裝置相比，更加節(jié)約干燥時(shí)間。低溫干燥技術(shù)一般需時(shí)較長(zhǎng)，傳統(tǒng)的干燥器在干燥后期由于干燥介質(zhì)的濕度與干燥物料的濕度相差不大，從而導(dǎo)致效率降低。而熱泵干燥機(jī)組可以利用蒸發(fā)器的除濕作用使效率提高。
（4）與其他傳統(tǒng)的干燥技術(shù)相比，利用熱泵干燥技術(shù)將減少CO2 的排放，降低環(huán)境污染。
1.4.2 熱泵干燥機(jī)的缺點(diǎn)
（1）初投資比較大。
（2）維護(hù)要求比較高。熱泵干燥機(jī)組的壓縮機(jī)、熱交換器等都需要定期檢查和維護(hù)，使機(jī)組在良好狀態(tài)下運(yùn)行。
（3）制冷劑泄漏。因?yàn)檠b置設(shè)有加壓系統(tǒng)，可能會(huì)引起管道開裂等，從而導(dǎo)致制冷劑泄漏。
1.5 國(guó)內(nèi)外熱泵干燥機(jī)的一些技術(shù)改進(jìn)與改革
（1）采用聯(lián)合熱泵干燥機(jī)：在熱泵干燥系統(tǒng)中采用高頻電磁波或紅外線加熱源作為輔助的加熱，將提高干燥速度，同時(shí)減少熱泵系統(tǒng)本身的熱負(fù)載量。
（2）在蒸發(fā)器前布置外部換熱器：將外部換熱器布置在蒸發(fā)器入口前，能將干燥后的潮濕空氣中的顯熱和部分潛熱排入環(huán)境，降低了蒸發(fā)器負(fù)荷，提高了除濕效率，但受環(huán)境影響較大。
（3）安裝回?zé)崞鳎喊惭b回?zé)崞鱗4]的熱泵可以利用從蒸發(fā)器出來(lái)的冷空氣來(lái)預(yù)冷蒸發(fā)器前的高溫高濕空氣，既可以降低蒸發(fā)器負(fù)荷，又提高了除濕效率，同時(shí)不受環(huán)境影響，還可回收部分熱量到冷凝器發(fā)揮作用。
（4）加裝輔助冷卻器：在蒸發(fā)器前布置輔助冷卻器[4]，可以減小蒸發(fā)器的熱負(fù)荷，減小傳熱溫差，降低了系統(tǒng)的能量損失。
（5）利用相變材料貯熱的熱泵干燥機(jī)：一般地，當(dāng)熱泵干燥機(jī)的干燥溫度達(dá)到干燥所需的溫度后，常采用尾氣排放或者調(diào)節(jié)輔助冷凝器的流量來(lái)控制干燥溫度的穩(wěn)定。因此使得機(jī)組排放掉部分熱量，使總能耗增加。我們可以采用相變材料的貯能特性，回收這部分能量，提高熱泵干燥機(jī)組的節(jié)能效果[5]。并且在需要熱量時(shí)將貯存的能量釋放給干燥空氣。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，相變材料在熱泵干燥機(jī)組中的應(yīng)用大有節(jié)能潛力。
（6）采用高溫工質(zhì)的熱泵干燥機(jī)：在熱泵干燥機(jī)組中使用高溫工質(zhì)[6]，達(dá)到提高除濕機(jī)的出口風(fēng)溫的目的。目前有清華大學(xué)研制的高溫環(huán)保工質(zhì)HTR01，配合R22 壓縮機(jī)組成熱泵循環(huán)的高溫除濕干燥機(jī)[15]。
（7）在熱泵干燥機(jī)組中采用流化床：目前應(yīng)用的熱泵干燥裝置大多使用箱式結(jié)構(gòu)的，干燥室內(nèi)的傳熱傳質(zhì)效率低，干燥不均勻、干燥時(shí)間長(zhǎng)，干燥產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。而在干燥系統(tǒng)中采用熱泵流化床[7]將進(jìn)一步的發(fā)揮熱泵低溫干燥的優(yōu)勢(shì)，并且由于顆粒懸浮于干燥介質(zhì)中，使得干燥介質(zhì)與固體接觸面積較大，加上物料劇烈攪動(dòng)，大大的減少了氣膜阻力，使得傳熱傳質(zhì)效率高。
（8）采用輔助蒸發(fā)器：輔助蒸發(fā)器[8]主要用于快速泵熱升溫，將干燥室溫度快速升高到干燥所需的溫度。經(jīng)試驗(yàn)研究得出：具有輔助蒸發(fā)器的熱泵干燥機(jī)組，不但能夠完全實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電輔助熱泵千系統(tǒng)的升溫效果，而且節(jié)能高效，且在干燥初期，熱泵干燥機(jī)組利用輔助蒸發(fā)器泵熱升溫可以明顯提高物品的除濕速度。
（9）采用輔助冷凝器：采用輔助冷凝器[9]主要是將冷凝器分為兩部分，其中一個(gè)作為輔助冷凝器向外界環(huán)境放熱。這種結(jié)構(gòu)的冷凝器將可以使干燥溫度控制靈活方便，通過(guò)調(diào)節(jié)輔助冷凝器的流量來(lái)維持干燥溫度穩(wěn)定。由于輔助冷凝器的換熱系數(shù)較高，只需一般性的換熱器。當(dāng)用輔助冷凝器加熱外界空氣對(duì)物料進(jìn)行預(yù)干，可回收這部分溫度較高的冷凝熱，節(jié)約能源，提高系統(tǒng)效率。
（10）使用惰性氣體作為干燥工質(zhì)的熱泵干燥機(jī)[10-11,19-21]:主要是利用惰性氣體代替一般使用的空氣作為干燥介質(zhì)，比如使用CO2、N2 等。
（11）使用穿流式熱泵氣調(diào)干燥機(jī)[12]：該設(shè)備主要是改變干燥過(guò)程中傳統(tǒng)的靠不斷吸入新鮮空氣來(lái)排出高溫廢氣的形式，以定量的氣體為載熱體和載濕體，在系統(tǒng)內(nèi)完成傳熱、傳質(zhì)、脫水和去濕的過(guò)程。且配置氣調(diào)機(jī)構(gòu)，降低定量氣體中氧氣含量，以物理方法抑制果蔬、食用菌干制過(guò)程氧化和酶促褐變。
（12）太陽(yáng)能- 熱泵干燥系統(tǒng)[13]：干燥系統(tǒng)的供熱與濕空氣的排濕由太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)和熱泵除濕機(jī)二者配合起來(lái)完成。二者既可單獨(dú)使用，也可聯(lián)合使用。如果天氣晴好，氣溫高，則可單獨(dú)使用太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)；天氣不好或夜間，即可由干燥機(jī)來(lái)承擔(dān)干燥的供熱與除濕任務(wù)。
（13）貧氧熱泵干燥機(jī)[14]：它由熱泵源與干燥室組成，其特征是熱泵源一端通過(guò)管道與干燥室相連，另一端通過(guò)管道與循環(huán)風(fēng)機(jī)的一端相連，循環(huán)風(fēng)機(jī)的另一端通過(guò)管道與貧氧發(fā)生器的一端相連，貧氧發(fā)生器的另一端通過(guò)管道與干燥室相連，它是在不改變?cè)袀鹘y(tǒng)熱泵系統(tǒng)的前提下，在空氣循環(huán)回路中置入一個(gè)燃燒環(huán)節(jié)，故可利用燃燒消耗空氣中的氧，使氧變成二氧化碳，并可提供熱能補(bǔ)充，故結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
熱泵干燥機(jī)以其節(jié)能的特性而被社會(huì)廣泛應(yīng)用。我們不斷地研究和發(fā)展熱泵干燥機(jī)就是不斷地提高其熱效率、提高其穩(wěn)定性、提高其智能化、提高其環(huán)保性能，朝著節(jié)能減排、產(chǎn)品更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。
3
第二章 設(shè)計(jì)說(shuō)明書
2.1 原始參數(shù)
冷凝溫度：65℃
干燥溫度：5℃
進(jìn)氣溫度：55℃
相對(duì)濕度：70%
壓縮機(jī)功率：2HP
制冷劑：R22
2.1.1 壓縮機(jī)的選型
品牌：法國(guó)泰康壓縮機(jī)
功率：2HP
型號(hào)：FH4524F
制冷量：4.9kW
蒸發(fā)溫度：5℃
冷凝溫度：65℃
壓縮機(jī)參數(shù)如下表
表1壓縮機(jī)參數(shù)
型號(hào)
FH4524F
名義功率（HP）
2HP
輸入電壓（v）
400/440
尺寸（mm）
安裝尺寸（A×B）
190.5×190.5×354
油充注量（L）
1.48
重量（kg）
凈重
15
R22制冷劑
壓縮機(jī)型號(hào)
名義馬力
氣缸排氣量
裝油量
膨脹裝置
冷卻法
50Hz制冷量，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)在54.5℃/130℉冷凝溫度下
電壓
蒸發(fā)溫度
HP
cm3
cm3
-25℃
-15℃
-10℃
0℃
7.2℃
15℃
-13℉
5℉
14℉
32℉
-13℉
59℉
TAJ45177
1-1/4
25.95
887
C,V
F
771
1230
1680
2720
3632
4740
440V/3/50Hz
CAJ45197
1-1/4
34.45
887
C,V
F
1382
1780
2304
3601
4738
6162
220-240V/1/50Hz
TAJ45197
1-1/4
34.45
887
C,V
F
1382
1780
2304
3601
4738
6162
440V/3/50Hz
FH4524F
2
43.50
1480
C,V
F
1463
1841
2456
4131
5706
7759
220-240V/1/50Hz
TFH4524F
2
43.50
1480
C,V
F
1463
1841
2456
4131
5706
7759
440V/3/50Hz
TFH4524F
2
43.50
1480
C,V
F
1463
1841
2456
4131
5706
7759
440V/3/50Hz
表2壓縮機(jī)參數(shù)
2.1.2 濕空氣的計(jì)算
根據(jù)壓縮機(jī)的制冷量
圖2
5
空氣進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)℃且70% ，則，
假設(shè)m3/h
KJ/Kg
kg/h
表3 除濕量和風(fēng)量的關(guān)系
ν1（m3/h）
300
400
450
500
600
D(kg/h)
4.896
4.9
5.292
5.1
5.04
所以由表可以看出：當(dāng)風(fēng)量是450m3/kg的時(shí)候，可以達(dá)到最大出水量5.292kg/h
假設(shè)t7=62℃，旁通風(fēng)量x，則：
2.1.3 計(jì)算單級(jí)壓縮制冷循環(huán)
圖3制冷循環(huán)圖
初步確定制冷劑的蒸發(fā)溫度為5℃，冷凝溫度65℃。
查R22壓-焓圖得：
表4
狀態(tài)點(diǎn)
參數(shù)
單位
R22
備注
1
t1
℃
5
P1
0.584
h1
408.3
S1
g/kg（干空氣)
1.749
v1
0.04
2
s1
g/kg（干空氣)
1.749
h2
446.5
4
t4
℃
65
h4
283
P4
2.707
5
t5
℃
5
h5
283
制冷循環(huán)性能指標(biāo)
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
計(jì)算公式
結(jié)果
備注
1
單位制冷量
q0
kw
125.3
2
單位容積制冷量
qv
kJ/m3
3132.5
3
制冷劑流量
qm
kg/s
0.039
4
壓縮機(jī)單位耗功
w
kJ/kg
38.2
5
壓縮機(jī)理論功耗
N
kw
1.49
6
冷凝器單位散熱量
qk
kJ/kg
163.5
7
冷凝器總散熱量
Qk
kw
6.3765
8
熱泵系數(shù)
4.29
2.2 蒸發(fā)器、冷凝器的設(shè)計(jì)
2.2.1 蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)
采用連續(xù)整體式鋁套片，紫銅管為Φ10×0.75 mm 正三角形排列，管間距S1=21.65mm，S2=25mm，鋁片厚δ=0.2mm，片距S=3.2mm，鋁片導(dǎo)熱系數(shù)λ=204W/(m·K)。
其設(shè)計(jì)計(jì)算的具體內(nèi)容及結(jié)果如下表：
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
公式
結(jié)果
備注
結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算
1
基管符合外徑
D
mm
10.4
2
管內(nèi)徑
mm
8.5
3
每米長(zhǎng)基管外表面積
A1
m2
0.030615
4
每米長(zhǎng)基管外翅片表面積
A2
m2
0.285
5
每米長(zhǎng)基管總外表面積
Aw
m2
0.315615
6
每米長(zhǎng)基管內(nèi)壁表面積
An
m2
0.02669
7
肋化系數(shù)
β
11.825
空氣循環(huán)流量的計(jì)算
狀態(tài)點(diǎn)
符號(hào)
單位
結(jié)果
備注
1
d1
g/kg（干空氣)
84
h1
276
2
d2
g/kg（干空氣)
76
h2
243.3
L
dl
g/kg（干空氣)
73
hl
238
m
hm
254
tm
℃
49.5
dm
g/kg（干空氣)
78.2
1
析濕系數(shù)
ξ
2.968
2
蒸發(fā)器空氣循環(huán)量
449.5
空氣側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
公式
結(jié)果
備注
1
運(yùn)動(dòng)粘度
m2/s
查表
2
導(dǎo)熱率
查表
3
基管中心距
mm
12.5
4
迎面風(fēng)速
w1
假定
1.8
5
最窄面風(fēng)速
wmax
6.26
6
肋片當(dāng)量直徑
Dd
mm
4.977
7
雷諾數(shù)
Re
1719.4
8
排數(shù)
Nt
排
假定
3
9
肋片高
h
mm
64.95
10
對(duì)流換熱系數(shù)
Αad
80
11
當(dāng)量對(duì)流換熱系數(shù)
αaw
237.6
翅片管效率
1
鋁的熱導(dǎo)率
查表
204
2
翅片形狀參數(shù)
m
108
3
翅片當(dāng)量高度
mm
2.55
10.7
4
翅片效率
0.71
5
翅片管效率
0.738
R22在管內(nèi)沸騰的換熱系數(shù)
1
蒸發(fā)器入口流速
假定
0.13
2
出口干度
x
1
3
換熱系數(shù)
947
蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)
1
蒸發(fā)器傳熱系數(shù)
38.2
2
平均傳熱溫差
℃
46.57
3
傳熱面積
m2
2.754
4
翅片管總長(zhǎng)度
m
8.727
蒸發(fā)器尺寸計(jì)算
1
空氣風(fēng)量
450
2
迎面風(fēng)速
W1
假定
1.8
3
迎風(fēng)面積
m2
0.093
4
管數(shù)
取值
10
5
高度
H
m
0.25
6
寬度
B
m
0.372
7
每排翅片管總長(zhǎng)度
m
3.72
8
管排數(shù)
取整
3
9
厚度
E
m
0.06495
2.2.2 冷凝器的設(shè)計(jì)
選擇Φ10×0.75 mm的紫銅管為傳熱管，翅片選用鋁套片，銅管排列方式為正三角形，管間距S1=21.65mm，S2=25mm，鋁片厚δ=0.2mm，片距S=1.8mm，紫銅片導(dǎo)熱系數(shù)λ= W/(m·K)。
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
公式
結(jié)果
備注
結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算
1
基管符合外徑
D
mm
10.4
2
管內(nèi)徑
mm
8.5
3
每米長(zhǎng)基管外表面積
A1
m2
0.029
4
每米長(zhǎng)基管外翅片表面積
A2
m2
0.507
15
5
每米長(zhǎng)基管總外表面積
Aw
m2
0.536
6
每米長(zhǎng)基管內(nèi)壁表面積
An
m2
0.02669
7
肋化系數(shù)
β
20.1
空氣側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
公式
結(jié)果
備注
1
運(yùn)動(dòng)粘度
m2/s
查表
2
導(dǎo)熱率
查表
0.028867
3
基管中心距
mm
12.5
4
迎面風(fēng)速
w1
假定
2
5
最窄面風(fēng)速
wmax
13.4
6
肋片當(dāng)量直徑
Dd
mm
2.884
7
雷諾數(shù)
Re
1436.64
8
每米翅片管平均面積
m2
0.029045
9
對(duì)流換熱系數(shù)
42.1
10
熱導(dǎo)率
查表
0.0653
11
密度
查表
1000
12
相變潛熱
查表
285000
13
動(dòng)力粘度
查表
14
肋化系數(shù)
15
管內(nèi)徑
m
8.5
16
傳熱系數(shù)
2328.3
17
紫銅管熱導(dǎo)率
查表
384
冷凝器傳熱系數(shù)
1
冷凝器基于管外表面積的傳熱系數(shù)
32.225
2
平均傳熱溫差
℃
6.43
3
傳熱面積
m2
30.8
4
翅片管總長(zhǎng)度
m
57
冷凝器尺寸計(jì)算
1
空氣風(fēng)量
2840
2
迎面風(fēng)速
W1
假定
2
3
迎風(fēng)面積
m2
0.394
4
管數(shù)
取值
14
5
高度
H
m
0.35
6
寬度
B
m
1.1257
7
每排翅片管總長(zhǎng)度
m
15.76
8
管排數(shù)
取整
4
9
厚度
E
mm
86.6
2.3 計(jì)算結(jié)果匯總
項(xiàng)目
名稱
符號(hào)
單位
結(jié)果
備注
熱泵循環(huán)
輸入功率
P
kW
1.47
單位制冷量
q0
kw
冷凝器總散熱量
Qk
kw
制冷劑流量
qm
kg/s
風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)計(jì)算
蒸發(fā)器風(fēng)量
ν1
m3/h
450
除濕量
D
kg/h
5.292
冷凝器風(fēng)量
2840
冷凝器出口風(fēng)溫
t7
℃
63.03
蒸發(fā)器計(jì)算
蒸發(fā)器基于管外的傳熱系數(shù)
38.2
傳熱面積
2.754
迎面風(fēng)速
m/s
1.8
沿迎風(fēng)面高度方向管排數(shù)
排
10
高度
mm
372
寬度
mm
250
需要管排數(shù)
排
3
厚度
mm
64.95
空氣側(cè)流動(dòng)阻力
36
冷凝器計(jì)算
冷凝器基于管外表面的傳熱系數(shù)
32.225
傳熱面積
30.8
迎面風(fēng)速
m/s
2
沿迎風(fēng)面高度方向管
排數(shù)
排
14
高度
mm
563
寬度
mm
350
需要管排數(shù)
排
4
厚度
mm
86.6
空氣側(cè)流動(dòng)阻力
229
2.4 風(fēng)機(jī)的選擇
2.4.1 風(fēng)機(jī)參數(shù)
根據(jù)風(fēng)量等因素，我們選擇YWF2E-300W(3#,2級(jí))網(wǎng)罩，其具體參數(shù)如下：
外轉(zhuǎn)子軸流風(fēng)機(jī)：電壓：220V/50HZ（380V/50HZ可選）
電流：0.75A
功率（輸入）：Pin=195W
轉(zhuǎn)速：2550/min（2級(jí)）
風(fēng)量：3100m3/h
噪聲：66dB（A）
風(fēng)葉直徑：Φ300mm
網(wǎng)罩：Φ325×80
安裝孔中心距：Φ360mm 4~Φ7
外轉(zhuǎn)子網(wǎng)罩型軸流風(fēng)機(jī)采用高強(qiáng)度冷拉鋼絲，采用數(shù)控成形，模具成形技術(shù)，并采用全數(shù)字式點(diǎn)焊機(jī)加工。表面采用靜電噴涂或電泳處理，外形更加美觀，堅(jiān)固。
圖2、外形圖
2.4.2 風(fēng)機(jī)型號(hào)說(shuō)明
型式代號(hào)：管道高筒用G，矮筒用A，崗位用H，方形用F,固定
用D表示
特征代號(hào)：外轉(zhuǎn)子風(fēng)機(jī)
級(jí)數(shù)代號(hào)：2-表示2級(jí)，4-表示4級(jí)，6-表示6級(jí)
電源代號(hào)：D表示三相，E表示單相
機(jī)型代號(hào)：用葉輪直徑的毫米數(shù)表示，如300表示葉輪直徑為
300mm的風(fēng)機(jī)
2.4.3 產(chǎn)品簡(jiǎn)介
節(jié)能靜音型外轉(zhuǎn)子軸流風(fēng)機(jī)（管道風(fēng)機(jī)）和常規(guī)的軸流風(fēng)機(jī)相比，該風(fēng)機(jī)具有能效比高、噪音低、振動(dòng)小，結(jié)構(gòu)更緊湊等優(yōu)點(diǎn)。外形更美觀，葉輪直接固定在外圓上，使軸向尺寸更短，其研制成功是軸流風(fēng)機(jī)的重大突破，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。該系列風(fēng)機(jī)已獲得國(guó)家專利（專利號(hào)：ZL200620140185.7），并通過(guò)國(guó)家強(qiáng)制性CCC認(rèn)證。
該系列風(fēng)機(jī)由于具有能效比高、全封閉、低噪音、低振動(dòng)、軸向尺寸短，免維護(hù)等特點(diǎn)，因而適用場(chǎng)合更廣，既可替代常規(guī)的軸流風(fēng)機(jī)，又可用于空間受到限制、環(huán)境要求較高的場(chǎng)合。
2.4.4 適用范圍
本系列風(fēng)機(jī)是制冷機(jī)組、環(huán)?？照{(diào)、冷風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)組、中央空調(diào)、機(jī)械設(shè)備等散熱冷卻所選用的理想配套設(shè)備。
按客戶要求可以制作成管道高筒（G）、管道矮筒（A）、固定（D）、崗位式（H）網(wǎng)罩式（W）等類型。
2.4.5 用戶使用維護(hù)須知
◆使用前先用手撥動(dòng)葉輪檢查轉(zhuǎn)動(dòng)是否正常，有無(wú)變形、碰壁等。確認(rèn)無(wú)誤后方可通電試機(jī)。本風(fēng)機(jī)使用交流電，電壓允差±10%。
◆通電后注意聲音是否正常、震動(dòng)是否明顯。發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)立即停機(jī)檢查。
◆在使用過(guò)程中用戶注意使用環(huán)境應(yīng)避免造成有影響風(fēng)機(jī)壽命的因素。風(fēng)葉粘物不均勻或過(guò)多會(huì)造成風(fēng)機(jī)超負(fù)載而燒毀。應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行清理維護(hù)，以確保風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。
◆所標(biāo)性能參數(shù)為試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，所標(biāo)壓力為靜壓。風(fēng)機(jī)輸送場(chǎng)所應(yīng)不含易燃、易爆、腐蝕性氣體，輸送氣體中不含粘性、纖維狀和顆粒狀物質(zhì)，其溫度不大于60°C。相對(duì)濕度不大于90%，海拔不超過(guò)1000米的條件下使用。
2.4.6 尺寸表
型號(hào)
ΦA(chǔ)
ΦB
ΦC
ΦD
S
L1
L2
L3
L4
YWF-200
Φ92
Φ200
Φ225
Φ260
7
46
15
92
76
YWF-250
Φ92
Φ250
Φ275
Φ320
7
70
15
92
76
YWF-300
Φ92
Φ300
Φ325
Φ360
7
80
15
102
86
YWF-350
Φ102
Φ350
Φ375
Φ422
9
80
30
112
110
YWF-400
Φ102
Φ400
Φ425
Φ470
9
90
30
125
125
YWF-450
Φ102
Φ450
Φ475
Φ522
9.5
90
30
138
137
YWF-500
Φ138
Φ500
Φ525
Φ570
10.5
90
30
127
129
YWF-550
Φ138
Φ550
Φ575
Φ632
10.5
100
30
142
144
YWF-600
Φ138
Φ600
Φ625
Φ680
10.5
100
30
162
164
YWF-630
Φ138
Φ630
Φ655
Φ740
10.5
100
30
162
164
25
結(jié) 語(yǔ)
本論文所設(shè)計(jì)的熱泵干燥機(jī)，主要是通過(guò)對(duì)環(huán)境參數(shù)，除濕量和風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算，從而設(shè)計(jì)出蒸發(fā)器和冷凝器的結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計(jì)時(shí)，參考了大量的中英文文獻(xiàn)和專業(yè)類書籍。四年的學(xué)習(xí)，為這次畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，包括基礎(chǔ)學(xué)科，基礎(chǔ)專業(yè)學(xué)科和專業(yè)知識(shí)的積累。我深信這次設(shè)計(jì)是在為以后步入工作崗位打下基礎(chǔ)，此次設(shè)計(jì)內(nèi)容豐富，主要包括蒸發(fā)器，冷凝器的設(shè)計(jì)，壓縮機(jī)的選型等，要求運(yùn)用知識(shí)廣泛特別是工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、制冷技術(shù)及相關(guān)專業(yè)課程的知識(shí)應(yīng)用，同時(shí)有要有一定創(chuàng)新能力，對(duì)學(xué)生的工程能力提出要求，選題合適，內(nèi)容飽滿。
雖然設(shè)計(jì)時(shí)間總共有7個(gè)多月，其間不斷計(jì)算修改，但由于知識(shí)有限，設(shè)計(jì)并不一定完美和理想，仍存在一些問(wèn)題，在這里，希望老師和同學(xué)指出。
參考文獻(xiàn)
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致 謝
歷時(shí)七個(gè)月，歷經(jīng)課題的選擇、資料的搜集、開題報(bào)告的撰寫、英文文獻(xiàn)的翻譯、設(shè)計(jì)計(jì)算書內(nèi)容的計(jì)算與編寫以及CAD圖紙的出圖等階段，再經(jīng)過(guò)反復(fù)修改，從設(shè)計(jì)說(shuō)明書到論文終稿，從圖紙的草圖稿到CAD圖紙的打印，如今，這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)終于成稿，自己內(nèi)心還是有一點(diǎn)點(diǎn)成就感。
首先，感謝我的指導(dǎo)老師。本設(shè)計(jì)是在金蘇敏老師的指導(dǎo)下完成的。金老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)都深深的感染了我，從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，金老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此，我要向金老師的細(xì)心幫助和指導(dǎo)表示由衷的感謝。
其次，感謝同學(xué)們的幫助。在這段時(shí)間里，我從他們身上不僅學(xué)到了許多的專業(yè)知識(shí)，更感受到他們工作中的兢兢業(yè)業(yè)與生活中的平易近人。非常感謝大家在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，給予我極大的幫助，使我對(duì)整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的思路有了總體的把握，并耐心的幫我解決了許多實(shí)際問(wèn)題，使我有了很大的收獲。此外，他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和忘我的工作精神值得我去學(xué)習(xí)。
最后，我要感謝四年的大學(xué)生活，感謝多年來(lái)傳授我知識(shí)的老師們，更要感謝那些對(duì)我學(xué)習(xí)上支持和鼓勵(lì)的人。同時(shí)感謝所有關(guān)心幫助過(guò)我的同學(xué)和老師，他們的支持與情感，是我永遠(yuǎn)的財(cái)富。
畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間是我學(xué)生生涯中最有價(jià)值的一段時(shí)光。這里有治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而不失親切的老師，有互相幫助的同學(xué)，更有向上、融洽的學(xué)校生活氛圍。借此論文之際，我想向所有人表示我的謝意?？傊?，在以后的學(xué)習(xí)生活中我將以加倍的努力對(duì)給予我?guī)椭膶W(xué)校、老師及同學(xué)們的回報(bào)。
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