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毕业设计(论文)说明书正文


广西工学院 2010 届毕业设计说明书





绪 论 ................................................................. 1 1 冷凝器和蒸发器工作原理 .................................................. 3 2 设计方案 ................................................................ 4 2.1 前言 ............................................................... 4 2.2 汽车空调换热器的结构及应用 ......................................... 4 2.2.1 管片式换热器 ................................................. 5 2.2.2 管带式换热器 ................................................. 5 2.2.3 层叠式换热器 ................................................. 6 2.3 总结 .............................................................. 7 2.3.1 冷凝器的选择 ................................................. 7 2.3.2 蒸发器的选择 ................................................. 7 3 换热器计算 .............................................................. 8 3.1 换热器负荷的确定 ................................................... 8 3.2 层叠式蒸发器 ....................................................... 8 3.2.1 工况参数确定 ................................................. 8 3.2.2 初步规划 ..................................................... 8 3.2.3 层叠式蒸发器换热板长度计算 .................................. 10 3.3 管带式冷凝器 ...................................................... 10 3.3.1 工况参数的确定 .............................................. 10 3.3.2 结构初步规划 ................................................ 11 3.4 蒸发器风机的选型 .................................................. 12 3.4.1 风机类型 .................................................... 12 3.4.2 风机确定 .................................................... 13 4 工艺流程 ............................................................... 15 4.1 蒸发器工艺流程 .................................................... 15 4.1.1 海绵的填充 .................................................. 15 4.1.2 膨胀阀的安装 ................................................ 16 4.1.3 壳体的安装 .................................................. 17 4.1.4 壳体附加件安装 .............................................. 18 4.1.5 总体检查 .................................................... 19 4.2 冷凝器工艺流程 .................................................... 20 4.2.1 风扇总成的安装 .............................................. 20 4.2.2 密封海绵的安装 .............................................. 22 4.3 填充材料的工艺要求 ................................................ 23 5 结论 ................................................................... 24 6 致谢 ................................................................... 25 参考文献 ................................................................. 26

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在 20 世纪 60 年代, 我国曾经有利用汽车发动机排出的高温废气来取暖的供热系统, 并在 60~70 年代生产的北京吉普和北方的一些长途客车上应用。1976 年以来,上海、 南京、广东等地开始生产汽车空调设备,但这些产品大多数是为轿车配套的。20 世纪 80 年代初期,我国从日本购进降温用汽车制冷系统,装在我国生产的红旗、上海、伏尔 加等小轿车上,并发展成单一的降温汽车空调。20 世纪 80 年代中后期,我国第一汽车 制造厂以及上海、北京、湖南、广州、佛山等地分别从日本、德国引进先进的空调生产 线和空调技术,使我国的汽车空调技术接近世界水平,为我国的汽车空调发展打下了良 好的基础。 我国现有主要汽车空调生产厂家 20 多家,其中绝大部分都引进国外技术生产线和 生产设备,还有些是中外合资企业,国内汽车空调技术的研究和开发与国外的差距正在 逐渐缩小。从市场占有情况看,由于目前大多数汽车空调生产未具规模,加上汽车空调 种类繁多,国内汽车空调销售市场仅为几家所垄断。其中上海德尔福汽车空调系统有限 公司生产的爱斯牌汽车空调为别克、帕萨特、桑塔纳、捷达、富康、切诺基等车型配套; 杰克赛尔汽车空调有限公司生产的空调主要为奥迪、红旗轿车及解放牌重、中、轻型车 配套;湖北沙市电工仪表集团生产为东风汽车公司、神龙富康汽车公司配套的载货车空 调和富康轿车空调;广州豪华空调器有限公司生产为海南马自达、奥拓、广州本田、长 安之星配套的车用空调。随着我国汽车配件市场的逐步放开,国内汽车空调生产厂家面 临国外汽车空调专业生产厂家的严重挑战。因此国内汽车空调生产如何走上专业化、规 模化经营之路,将成为我国未来几年汽车空调业迫切需要解决的问题。 随着卡车主动安全技术和被动安全技术的大幅提升,从简单的满足驾驶要求,到越 来越关注驾驶者的舒适性和方便性要求,全浮、空调、空气悬置、空气座椅、多功能转 向盘平地板等技术被国内企业广泛采用最初国内驾驶室造型都源自国外成熟车型,欧曼 华菱等企业最初的重卡车身都是直接引进现在已发展到与国外车身研究所进行联合设 计,新驾驶室造型风格上更加关注国际流行趋势和中国审美元素的融入,技术上考虑降 低风阻 噪声,提升整体舒适、安全性能。我国中重型卡车技术水平经过三十年的发展, 缩短了与世界水平的差距,产销量位居世界前列,但是在核心技术方面还很欠缺。 随着我国汽车工业的发展和人们物质生活水平的提高,人们对汽车、客车、工程 机械等驾乘的舒适性、可靠性、安全性的要求愈来愈高。而空调系统就是为了改变驾乘 人员的舒适性,采用人工制冷和采暖的方法,调节车内的温度、湿度、洁净度等指标, 从而为人们创造清新舒适的车内环境。卡车是我国目前重点开发项目,也是同国内外先 进汽车厂家进行竞争的主打产品。要想在国内外激烈的汽车市场中立足,产品开发非常 重要。不仅要求产品结构先进合理,质量、性能可靠,而且要求安全性高,舒适性好, 成本低。据调查,中低端轻卡一般都不装配空调,有的甚至没有带空调的车型。有些车
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型虽然可以选装空调,但一开空调,动力性能就受到很大影响。因此人们对卡车驾乘舒 适性的要求更加迫切。 汽车空调技术的发展,无论是汽车空调部件还是汽车空调系统,目前都是围绕着保 护环境、提高效率、减轻质量、缩小体积、降低振动和噪声以及安全可靠等方面展开。 而冷凝器和蒸发器作为汽车空调系统中两个重要的部件 ,其换热效果直接影响着整个 系统的性能 ,所以一直是改进和开发的重点。由于受到安装空间和重量的限制,汽车空 调系统对换热器高效、紧凑性的要求比较高。近年来,国内外车用空调换热器在强化传 热、提高效率、缩小体积等方面取得了很大的进展。 无论是从国内空调发展的形式还是市场需求看,卡车空调的发展前景都很可观。我 所做的设计正是应这种需求而做。目前中小型卡车空调从舒适度、效率、成本等方面都 存在很多不足,我希望我的设计可以对解决这个问题有所帮助。

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1 冷凝器和蒸发器工作原理

冷凝器和蒸发器是汽车空调器中双重要的组件,其作用是实现两种不同流体之间的 热量交换。所以,蒸发器和冷凝器都是换热器。具体讲来,在冷凝器中是制冷剂把热量 放给周围环境空气。制冷剂在管内流动,在放热历程中,制冷剂蒸气逐步凝结成制冷剂 液体。而周围环境空气受到加热,在蒸发器中则是制冷剂吸收周围被冷却空气—-车室 内空气的热量,制冷剂在管内流动,在吸热的历程中,制冷剂液体不断的沸腾气化成制 冷剂蒸气。空气则得到冷却,温度降低。在一定的条件下空气中还会有一部分水蒸气凝 结析出。 在汽车空调中所采用的冷凝器和蒸发器都是制冷剂和空气之间被壁面(如金属管) 离隔,二者不直接接触来实现温差传热的换热器。从传热角度考虑,换热的历程老是两 种流体之间存在温差,而且也老是温度高的流体将热量传递给温度低的流体。为分析方 便为达到目的,把温度高的流体称为热流体,把温度低的流体称为冷流体。在冷凝器中 制冷剂称为热流体,那么空气就是冷流体。在蒸发器中恰好相反,空气是热流体,制冷 剂却成了冷流体。是以蒸发气和冷凝器是实现热流体和冷流体之间热量转换的设备。在 汽车空调中冷凝器放出制冷剂储存的热量,而蒸发气是制冷剂吸收空气中的热量。 冷凝器是将压缩机排出的高压过热制冷剂蒸气,通过它放出热量后,凝结成液体或过冷 液体的换热设备。 在汽车空调中,冷凝器都是采用空气冷却方式,或叫做风冷方式。其特点是不需要 用水和水源,使用和安装方便。 汽车空调的冷凝器,大多数安插在车头部,侧面或车底,经常有地面上的尘土和泥 浆水飞溅在冷凝器上。其既增加了热阻,降低了传热性能,冷凝器的管子又受到这种酸 性物质的腐蚀,管子容易烂穿。是以,在使用时应经常对冷凝器外貌进行清理。 蒸发器是将节流后的液体系体例冷剂,在其中吸热气化达到制冷效果的设备。空气通过 蒸发器时,热量被蒸发器中的制冷剂带走,实现了对空气的降温或降温除湿作用。被冷 却的空气,在通风机的作用下,以强制的方式送入车室内,并直接与车室内空气混合, 使车室内的温度降低到要求的程度。 蒸发器的换热特点:空气将热量传递给制冷剂而温度降低。大家知道,当空气中的 含湿量一定时,如果温度不断降低,则空气的相对湿度就不断增加,当温度降低到露点 温度时,就达到饱和状态。如果再进一步冷却,那么空气中的水蒸气就会部分地凝结成 水析出来。 如果蒸发器管子外外貌温度低于露点温度, 则在管壁上就会有一层凝结水膜。 如果管子外貌温度不仅低于露点温度,还低于 0℃,那么管子外貌就出现霜冻。为此一 般应在铝肋片外貌上采用亲水膜措施,即在肋片外貌上造成一层稳定的外貌层,使凝结 水形成不了水点就被亲和成膜状,以消除水桥征象的出现。
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2 设计方案

2.1 前言
自从 1927 年世界上第一台汽车空调器的诞生,汽车空调系统发展至今己经历四代, 即单纯供热系统、冷暖合一系统、自动控温系统、微机控制空调系统。汽车空调换热器 的换热和阻力性能直接影响整体空调系统的性能,同时由于其体积直接决定整个空调系 统的体积,因此,换热器的优化设计不但能够有效提高空调性能,而且还能提高整车装配 的紧凑性,这对于汽车的设计具有重要意义,所以汽车空调换热器的研究日益成为热点。 卡车是我国目前重点开发项目,也是同国内外先进汽车厂家进行竞争的主打产品。 要想在国内外激烈的汽车市场中立足, 产品开发非常重要。 不仅要求产品结构先进合理, 质量、性能可靠,而且要求安全性高,舒适性好,成本低。 《商用汽车新闻》记者调查了 10 多辆轻卡,包括福田时代、江淮骏铃、北京旗铃、 东风金霸、金杯领骐、福田欧马可等品牌,除福田欧马可装配空调以外,其他轻卡一律 都没有装配空调。 据了解, 中低端轻卡一般都不装配空调, 有的甚至没有带空调的车型。 有些车型虽然可以选装空调,但一开空调,动力性能就受到很大影响。一位开福田时代 轻卡装运蔬菜的司机告诉《商用汽车新闻》记者: “装空调的车起码贵 2000 多元,还更 费油。天热就热吧,挺一挺就过去了。 ” 重卡装配空调的现象要多一些,据调查,一汽解放 J6、新大威、福田欧曼 9 系、东 风天龙等车型普遍装有空调。这些空调大多由重卡企业配套厂生产,和卡车品牌相同。 解放 J6 重卡司机张师傅介绍: “像我们拉蔬菜跑长途,有时候一天就在路上晒着。驾驶 室就是个封闭的铁皮盒子,当年没有空调的时候,车内温度比外面还要高,我们开着车 实在受不了,就到车外面歇会儿。那时候是想装空调也没的装。这次买新车,有空调的 比没有的贵将近 7000 元,但我还是果断选了有空调的。开了两年多,空调从来没有修 过,到现在还是挺凉快的。 ”另一位重卡司机王师傅则告诉《商用汽车新闻》记者,他 的车才买了 10 个月,但是空调现在忽冷忽热的,制冷效果很不好,正准备去服务站检 修。 本设计的产品用于中型卡车空调,随着经济的发展,物流业也飞速发展,中型卡车 的销量和保有量大增; 经济的发展也使人们对生活和工作的环境、 条件的要求越来越高, 加之空调厂家为了在市场竞争占据优势,不断地提高空调系统的质量和档次,自然对空 调换热器的要求越来越高,因其广大的发展前景我做了本设计。

2.2 汽车空调换热器的结构及应用
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2.2.1 管片式换热器
管片式结构是一种传统结构,它是由铜管套上铝翅片组成 ,经胀管工艺使得铝翅片 与铜管紧密接触。优点是加工简单、工艺成熟、成本较低。缺点是由于汽车的运动产生 震动引起管片之间的松动,同时因温度的交替变化,管与片热胀冷缩程度不同,造成管片 之间的接触不好,导致热阻增大,可靠性和使用寿命降低。同时应用于蒸发器时,当管壁 温度低于空气的露点温度时,通过蒸发器管表面的空气就会在其表面冷凝,冷凝水的出 现也会使得热阻增大,管片式结构的排水效果不好,也限制它在汽车空调上的使用。目前, 轿车空调系统中已经不再使用这种结构的换热器,一些大型客车和工程车的蒸发器中还 有使用。管片式蒸发器的结构如图 2.1 所示

图 2.1 管片式蒸发器

2.2.2 管带式换热器
管带式结构的管子是由一条连续的铝合金材料经挤压而成的多孔通道扁管,然后将 其机械弯曲成等间距的蛇形管,同时把带状铝箔(翅片)冲压开缝,加入管子中间,施加一 定的压力,最后将翅片与管整体钎焊,这是一种永久性的联结方式。这种联结方式在汽车 行驶时不会影响换热器的效果和使用寿命,结构紧凑,换热性能好,其管子与肋片均采用 铝材,重量轻,加工工艺简单,可靠性好。但是管带式结构不易做成多通路式(有两通路形 式),大都是一通到底的蛇形管,管道的阻力比较大,额外增大了冷凝压力,另外管壁较厚, 传热效率不高。因此现在的冷凝器一般很少使用管带式结构。 客车或 MPV 的双蒸发器系统还在使用管带式蒸发器,为了强化空气侧换热,通常在空气 侧使用开有多重百叶窗的翅片,通过不断破坏空气侧流动形成的边界层来达到强化换热 效果。由于汽车空调蒸发器受车厢内结构的限制,蒸发器的体积及迎风面积都做得不太 大,一般都采用截面为二十个矩形流道左右的宽型管带,制冷剂在多孔矩形扁管流道内 发生沸腾相变传热。管带式蒸发器的结构如图 2.2 所示。 如前面提到,在氟里昂工质被替代的时候 ,要达到原有系统的性能就必须提高冷凝 器的传热性能。 平行流式冷凝器能大大提高原有氟里昂 R212 系统的性能,所以能完全满 足替代工质 R2134a 系统对冷凝器的要求。作为第三代汽车空调换热器,它的使用标志着 汽车空调系统的进步。平行流式冷凝器的结构如图 2.3 所示。
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图 2.2 管带式蒸发器

图 2.3 平行流式冷凝器

2.2.3 层叠式换热器
层叠式蒸发器是上世纪 80 年代末出现、在 90 年代中期成熟应用的一种新型的紧凑 式高性能的换热器。层叠式蒸发器是在管带式蒸发器的基础上发展起来的,由两片冲成 复杂形状的铝板叠在一起形成小水力直径的矩形制冷剂通道,并在每两个铝板之间放置 波纹型百叶窗翅片,然后一层层叠置起来(如图 2.4 所示)。在换热板内部采用交叉纹、 点状纹和平行纹等异形表面,增大制冷剂侧传热面积,提高紊流程度和表面换热系数。单 个换热板由中间层叠式隔板隔开,形成 U 型制冷剂通道,制冷剂在流动过程中将沿中间隔 板发生 180°的突转。通常,层叠式蒸发器也会在储液室内设置隔板,将换热板分成若干 流程,每一流程有不同的夹板数。层叠式蒸发器的加工难度较大,但效率也较高,结构相 当紧凑,在体积和质量方面都优于管带式蒸发器,并且能很好地解决管带式蒸发器分液 不均匀的问题。蒸发器的结构如图 2.5 所示。

图 2.4 层叠式蒸发器

图 2.5 层叠式蒸发器
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2.3 总结
根据卡车的工况及现状对其换热器有以下要求: ①车厢内部空间相对紧凑,人员密集,换热器要能满足车内热湿负荷波动较大的要求。 ②卡车驾驶室空间小,要求空调系统体积小,重量轻,因此在保证换热量的情况下,换热 器必须具有更高的单位体积换热量。 ③尽可能减小对动力性的影响。 ④结构简单,便于生产。

2.3.1 冷凝器的选择
冷凝器有管片式、管带式、鳍片式及平流式四种。管片式是传统的换热器形式,加 工技术成熟,结构简单,加工成本低,但其管片容易松动,会造成传热效率下降,增加 噪声,缩短使用寿命。管带式冷凝器是在管片式冷凝器的基础上发展而来的,与管片式 冷凝器相比, 管带式换热器有如下的优点:(1)管带式结构扁管的水力半径小,在相同 的截面积下,其湿周比圆管大,传热面积大,热阻小。 (2)管带式的迎风面积大,尾迹 区小,流动阻力小,因而传热效率高。一般来说,管带式的传热效率比管片式的高 10% 左右。 (3)管带式采用全铝材料,重量轻成本低。 (4)零件数少,便于管理。 (5)扁管 加工成蛇形,省去了许多弯头和弯头焊接,简化了工艺,提高了可靠性。鳍片式冷凝器 虽然在性能和传热效率方面都有大幅提高,但在加工上需要专门的铣削设备,弯管也需 专用夹具。平流式冷凝器是在管带式的基础上演变而成,在性能方面更加完善但其在加 工工艺方面更加复杂,成本较高。冷凝器我想选择成本低加工简单且结构紧凑的结构, 通过比较我选择管带式冷凝器,这种形式更符合我的设计要求。

2.3.2 蒸发器的选择
蒸发器有管片式、管带式、层叠式三种结构。管片式蒸发器结构简单、加工方面, 但其换热效率较差。管带式蒸发器由多孔扁管与蛇形散热铝带焊接而成,工艺比管片式 复杂。 。层叠式蒸发器的加工难度较大,但效率也较高,结构相当紧凑,在体积和质量方面 都优于管带式蒸发器,并且能很好地解决管带式蒸发器分液不均匀的问题。在选择蒸发 器上我更多的是考虑它的性能,因此我选择层叠式蒸发器。

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3 换热器计算
3.1 换热器负荷的确定
空调系统现已经成为汽车车产品的标准配置,主要作用是调节车内温度、湿度、气 流速度、空气的洁净度,满足驾乘人员的舒适性要求。设计东风中性卡车的换热器,确 定空调运行工况参数如下: 层叠式蒸发器的制冷量 Qo=6KW(,设卡车空调系统的能效比 COP=3.2。 压缩功计算公式如下:
N= Q0 COP
(

(3-1)

式中,N---系统压缩机压缩功 代入数值算得压缩功: N = 1.875KW 冷凝负荷计算公式: Qk = Q0 + N 式中, Qk ---管带式冷凝器的冷凝负荷 (3-2)

带入数值算得:

Qk = 7.875KW

3.2 层叠式蒸发器
3.2.1 工况参数确定
进口空气状态参数:干球温度 干球温度

t a1

=27℃,相对湿度 φ a1 =50%;出口空气状态参数:

ta2

=10℃,相对湿度 φ a 2 =90%;当地大气压力为 101.32Kpa,蒸发温度 t 0 =0℃。

计算中,下标 a 表示空气侧,下标 r 表示制冷剂侧,下标 1 表示进口,下标 2 表示出口。

3.2.2 初步规划
散热板及翅片与百叶窗的尺寸示意图如图 3.1 所示。 散热板:宽度 高 h T =3mm,铝板厚度 δ T =0.5mm,边缘宽度 3.5mm,内部

wT =70mm,

隔板宽度 4mm,由此可以计算出内部流道尺寸 h H 、

wH 分别为
(3-3) (3-4)
8

h H = h T -2 δ T =3-2×0.5 mm =2mm

wH

=

wT

-2×3.5-4 =70-2×3.5-4 mm=59mm

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图 3.1 蒸发器尺寸规划图 =8mm,厚 δ

翅片:宽度

wF =70mm,高度 h F

F

=0.1mm,间距

p F =2mm;

百叶窗:百叶窗间距

pL

=1.1mm,百叶窗长度 为

l L =7mm,百叶窗角度;

每米散热板长外表面积

Ab ,a

A b , a =2( h T + w T )=2×(3+70)=146× 10 ?3 m 2 / m
每米散热板长翅片表面积

(3-5)

A

f ,a



A f , a =2×8× 10

?3

×70× 10 ?3 ×

1 2 ?3 m2 / m ? 3 m / m =560× 10 2 × 10

(3-6)

每米散热板总外表面积

Aa 为
(3-7)

A a = A b , a + A f , a =146× 10?3 +560× 10 ?3 m2 / m=706× 10 ? 3 m2 / m

由于层叠式蒸发器的流程较少,而且在流道转弯处制冷剂与空气成顺流流动形式, 因此按逆流方式计算的对数平均温差偏大。另外,湿工况在增大空气侧表面传热系数的 同时也增大了掖膜热阻,因此,空气侧的实际表面传热系数低于计算结果。综合两方面 的考虑,传热系数与对数平均温差之积必须乘上一修正因子,取ψ = 0.4 ,则所需总传 热面积(以外表面为基准)A0 为

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A0 =
式中,K---蒸发器传热系数 ?t m ---蒸发器对数平均温差

Q0 ψK?t m

(3-8)

取传热系数 对数平均温差公式如下:

K = 244.57W /(m 2 ? K )

? tm =

t a1 ? t a 2 t ? te ln a 1 ta 2 ? te
t a1 ? t a 2 27 ? 10 = = 17 . 12 ° C t a1 ? t e 27 ? 0 ln ln 10 ? 0 ta 2 ? te

(3-9)

带入已知数据计算得:

?tm =

3.2.3 层叠式蒸发器换热板长度计算

l 计算散热板长度 T ,一共取 42 块散热板,分两个流程,每个流程 21 块散热板,
则所需传热面积(以外表面为基准)为:

Q0 6 × 10 3 A0 = = = 3.5824 m 2 ψ K ? t m 0 . 4 × 244 . 57 × 17 . 12
所需每块换热板 L 为:

L=
散热板:宽度

A0 3.5824 = = 0.2416 m ≈ 242 mm Aa × 21 0 .706 × 21
高 h T =3mm,长 L=242mm

(3-10)

wT =70mm,

3.3 管带式冷凝器
3.3.1 工况参数的确定
蒸发温度 t0=0℃,冷凝温度 tk=62℃,排气温度 t2=86℃,空气进口温度 tai=35℃。 空气的进出口温差一般取(12-15)℃,取进出口空气温差 ta0-tai=12℃,
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3.3.2 结构初步规划
取翅片间距为(1.5-2.5) mm ,翅片高度取(11-16) mm。选定冷凝器采用扁管 ,管壁厚 0.6mm,管厚 孔数 nL=5 的矩形光管(矩形流道尺寸为 a × b=4.5mm × 3.8mm) Dth=5mm ,宽 B1=26mm ,矩形流道尺寸 4.5 × 3.8 mm ,翅片采用 百叶窗长度 13 mm,倾角 32?。 据此计算: 翅片面积:f =B1 × h × f
1 .0 1.0 × 2=0.026 × 0.016 × × 2= 0. 416 m2/m ?3 p 2 × 10 1.0 × δ t )=0.0494 m2/m p

δ t =0.1 mm 的厚铝翅片,

翅片间距 p=2 mm ,翅片高度为 h=16 mm ,翅片为百叶窗结构,百叶窗节距 1.75 × 6 mm,

(3-11)

管外壁面积:f0=2B1(1.0-

(3-12) (3-13) (3-14)

管内面积:fi=nL × (a+b) × 2× 1.0=0.083 m2/m 管外总换热面积:ft=f0+ff= 0.4654 m2/m

3.3.3 管带式冷凝器管长度计算
所需总传热面积公式:
A`0 =
式中,K`---冷凝器传热系数

Qk K `?t `m

(3-15)

?t`m ---冷凝器对数平均温差 取传热系数:K`0=170.61W/(m2K) 对数平均温差

?t `m =

t ao ? t ai t ?t ln k ai t k ? tao

(3-16)

带进数值得 由(3-2)知冷凝负荷:

?t`m =20.4℃

Qk = 7.875KW

由(3-14)知管外总换热面积:ft= 0.4654 m2/m 将已知数据带入(3-15)得所需传热面积(以外表面为基准)为:

A `0 = 2.2626 m 2

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冷凝管长公式: 带入数据得 L=4.86m

L=

AO ft

(3-17)

取冷凝器长度为 Lc=0.4m,采用双流程结构,并考虑设计应有一定裕度,采用 nt=16 根 排管,实际换热管长度公式: Ls=nt × Lc 带入数据得 Ls=6.4m 换热器高度公式: 带入数据得 H=0.28 m H=(nt+1)h+ntDth (3-19) (3-18)

3.4 蒸发器风机的选型
汽车空调制冷系统采用的风机,大部分是靠电动机带动的气体输送机械,其对空气 进行较小的增压,以便将冷空气送到所需要的车厢内,或将冷凝器四周的热空气吹到车 外,因而风机在空调制冷系统中是十分重要的设备。

3.4.1 风机类型
风机按其气体流向与风机主轴的相互关系,可分为离心式风机和轴流式风机两种。 (1) 离心式风机 离心式风机的空气流向与风机主轴成 900,它的特点是风压高、风量小、噪声也小。 蒸发器采用这种风机,因为风压高可将冷空气吹到车厢内每个乘员身上,使乘员有冷风 感。噪声小是设计空调的一项重要指标,车厢内噪声小,乘员不至于感到不适而过早疲 劳。至于风量小,在设计、选型时可考虑周全。 离心式风机主要由电动机、 风机轴(与电动机同轴)、 风机叶片和风机壳体组成, 如图 3.2 所示。风机叶片有直叶片、前弯片、后弯片等形状,随叶轮叶片形状不同,所产生的风 量和风压也不同。 (2) 轴流式风机 轴流式风机的空气流向与风机主轴平行,其特点是风量大、风压小、耗电省、噪声 大。冷凝器采用这种风机,因为风量大可将冷凝器四周的热空气全部吹走。耗电省是车 用电器最重要的要求, 轴流式风机能满足这种要求。 至于轴流式风机的缺点, 如风压小、 噪声大,对冷凝器来说不是大问题,因为冷凝器只要将其四周的热空气吹离即可,并不 要求将热空气吹很远,所以风压小不影响冷凝器正常工作;另外,冷凝器是安装在车厢 外面的,所以风机噪声大也不影响到车内。 如图 3.3 所示,轴流式风机主要由电动机 3、风机轴 4、风扇叶片和键 2 组成。叶片固 定在骨架上,叶片常做成三片、四片、五片不等,叶片骨架穿在电动机轴上,由键带动 旋转。
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3.2 离 心 式 风 机 结 构 示 意 图

3.3 轴 流 式 风 机 结 构 示 意 图

3.4.2 风机确定
3.4.2.1 蒸发器风机的确定 1) 由给定的进出风参数查空气的焓--湿图得出

ia1 = 56.03KJ / Kg , ia2 = 27.57KJ / Kg .

在空气的焓---湿图(如图 3.4)上连接空气的进出口状态点 1 和 2,并延长与饱和空气 线交于 w 点,得出其状态参数为 计算蒸发器中的平均焓值为:

iw = 21.53KJ/Kg.

im = i w +

ia1 ? ia 2 i ?i ln a1 w ia 2 ? iw
(3-20)

= 37.86KJ / Kg
在图 3.4 上由过程线 1—2 与

i m = 37 . 86 KJ / Kg 线的交点读得: t m = 16 . 12 ℃,

dm =9.13

g/kg,

d1 = 11.28g/kg.

图 3.4

蒸发器空气的焓湿图
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2)计算循环空气量

G

da

G da =

Q0 6 = × 3600 Kg / h = 759 Kg / h ia1 ? ia 2 56 .03 ? 27 .57

(3-21)

进口状态干空气比容

v1 为
(3-22)

v1 =

R a T 1 (1 + 0 . 0016 d 1 ) pB

287 . 4 × ( 273 . 15 + 27 )( 1 + 0 . 0016 × 11 . 28 ) 3 m / kg 101320 = 0 . 867 m 3 / kg =
所以,空气的体积流量

Va

为 (3-23)

V a = G da v1 = 759 × 0 . 867 m 3 / h = 658 m 3 / h

Va = 658 m 3 / h ,可选择 KZFF182 蒸发机, 根据蒸发器空气阻力和所需风机的额定风量 Va = 800 m 3 / h 其风量为
3.4.2.2 冷凝风机选型 空气密度 空气比热

ρa =1.0955 kg/ m3 ,
C pa

=1.013 kj/(kg·K),

空气流量 Va 为: Qk 7.875 ρ C (t ? t ) Va= a pa a 0 ai = 1.0955 × 1.013 ×12 =0.591 m3/s 静压为 75Pa,电流为 7.5A 的风机。

(3-24)

冷凝器所需风量为:Va=0.591 m3/s=35.46 m3/min=2127.6m3/h,可选风量为 2155m3/h,

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4 工艺流程
工艺流程总的分成三个部分:蒸发器总成装配工艺、冷凝器装配工艺、填充材料的 工艺要求。蒸发器总成装配工艺分成五部分,冷凝器总成装配工艺分成三部分,最后简 单介绍了下填充工艺。

4.1 蒸发器工艺流程
4.1.1 海绵的填充 填充海绵的用途分为两种: 一种是保温, 一种是密封。 海绵的填充位置一定要正确。

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4.1.2 膨胀阀的安装 膨胀阀的安装要用到开口扳手,冷冻油。膨胀阀的安装有比较高的密封要求,安装前 在膨胀阀和蒸发器芯体连接的端口涂上冷冻油能很好的密封。膨胀阀的安装还要特别注 意一个问题,就是感温包的安装。要用到一个感温包固定夹将其固定,外面在用涂上一 层胶泥。这道工序若出问题,将直接影响空调的性能。

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4.1.3 壳体的安装 壳体的安装主要注意芯体和壳体的连接要紧密。

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4.1.4 壳体附加件安装 壳体上的附加件包括螺钉、螺母、垫圈等。主要要求是要牢固。

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4.1.5 总体检查 检查外壳及芯体有没有外观缺陷,各个连接有没有松动。检查完没问题后用充气检 具向芯体内充入保户氮气,贴上合格证标签。

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4.2 冷凝器工艺流程
4.2.1 风扇总成的安装 在风扇安装前要在冷凝器入口管管口涂上一层冷冻油用来密封。风扇和芯体连接的 固定板一定要安装牢固。

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风扇本身的附加件安装也要注意安装牢固。 这里用到了一个特别的工具, 调速电钻。

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4.2.2 密封海绵的安装 冷凝器的密封比较简单,在进出口用海绵黏贴密封。

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4.3 填充材料的工艺要求
这里主要讲了用于保温的填充海绵的尺寸要求。在蒸发器芯体周边和芯体与上下壳体之间都要 填充保温海绵,海绵的尺寸不对,有可能会闪有空隙,影响保温效果。

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5 结论
在课程设计中学到了很多东西,尤其在下列几个方面得到较好的培养和训练: 查阅资料,选用公式和搜集数据的能力。通常设计任务书给出后,有许多数据需由设计 者去搜集,有些物性参数要查取或估算,计算公式也由设计者自行选用,这就要求设计 者运用各方面的知识,详细而全面的考虑后方能确定。 (2)正确选用设计参数,树立从技术上可行和经济上合理两方面考虑的工程观点, 同时还需考虑到操作维修的方便和环境保护的要求。也即对于课程设计不仅要求计算正 确,还要求从工程的角度综合考虑各种因素,从总体上得到最佳结果。 (3)正确、迅速地进行工程计算。设计计算是一个反复试算的过程,计算工作量很 大,因此正确与迅速(含必要的编程能力)必需同时强调。 (4)掌握化工设计的基本程序和方法,学会用简洁的文字和适当的图表表示自己的 设计思想。 在整个设计过程中,出现了很多的状况,尤其是在最初计算换热器参数的时候,反 复的计算验算,本来是只按照老师给的设计任务书来做的,后来考虑到换热器是一年四 季工作地,除了夏天进口水温可能达到 30℃外,其他季节都达不到,尤其是冬季,进口 水温更加降低,于是在选择了一个平均温度来计算换热器的基本参数。 这次的设计是进入大学以来花费心思最多的以此课程设计,所用时间也最长,不过 最终还是提前把设计做完了,虽然很辛苦地熬了两个通宵,但是看到图纸出来的时候实 在是觉得很有成就感,再怎么辛苦也是值得的。

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6 致谢
在整个设计过程中,有很多人给了我很多的指导和帮助。 首先要感谢我们的指导老师楼江燕老师,她严谨细致、一丝不苟的治学态度一直是 我学习中的榜样,更是我这次设计中的所追求的态度;此外她循循善诱的指导和不拘一 格的思路给予了我无尽的启迪。 其次要感谢的是一起在画图教室里画图的同学们,是你们的帮助使我更加顺利地完 成了这次设计,尤其是设计图纸。

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参考文献
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比较》《制冷与空调》第 7 卷 1 期 ,2007.2. , 7. 阙雄才 ,陈江平,汽车空调实用技术. 北京:机械工业出版社 ,2003. 8. 祁照岗 , 《汽车空调部件及系统性能优化研究》.上海交通大学博士学位论文 2008.7. 9. 张曦 顾平道 李英娜, 《空调系统热管换热器的优化设计》《建筑热能通风空调》第 , 25 卷第 4 期 2006.8. 10.张绍群 孙晓娟, 《机械制图》.北京:北京大学出版社,2007.8. 黄华梁,彭文生.机械设计基础.第三版.北京:高等教育出版社,2002 11.立广慧,齐海群,赵敏海.AutoCAD 实用教程(2005 中文版).第一版.哈尔滨:哈尔滨工 业大学出版社,2005 . 12.柴红阳 ,《汽车空调系统两器(蒸发器和冷凝器)建模与仿真》 ,重庆大学硕士学位 论文,2007.4. 13.吴金玉 陈江平, 《汽车空调蒸发器总成及风道的数值研究》 ,上海交通大学:制冷及 低温工程研究所,2002. 14.梁荣光 何文韶, 《现代汽车空调技术》.华南理工大学出版社 (2008-01 出版). 15.沈豫立 吴丰顺 卫平 高翔 周世权 程晓敏, 《汽车用热交换器以铝代铜问题的 研究 》 ,武汉工学院学报第 l 6 卷第 4 期,1994.12.

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