5.2冷凝器
采用制冷剂为HFC134a的空气冷却式冷凝器。要求换热量
Qc=29311W。制冷剂有5℃过冷，已知压缩机在Te=5℃及Tc=60℃时排气温度Td=85℃，空气进风温度Tal=35℃。 5.2.1确定制冷剂和空气流量
根据Tc=60℃和排气温度Td=85℃，以及冷凝液有5℃过冷。查HFC134a饱和状态下的热力性质图表（附图二），，可得排气比焓hd=456.5kJ/kg，过冷液体比焓hsc=278.7kJ/kg，于是制冷剂的质量流量qm,r为
qm,r=Qc/（hd-hsc）=29740/（456.5-278.7）×1000=0.2kg/s 取进口的空气温差Ta2-Ta1=12℃，则空气的体积流量qv,a为 qv,a=Qc/ρacP，（=29740/1.1378×1.0076×103×12m3/s=2.1m3/s aTa2-Ta1） 5.2.2结构初步规划
冷凝器选用平行流式结构，多孔扁管截面与百叶窗翅片的结构型式及尺寸如图所示：翅片宽度WF=16mm；翅片高度hF=8.1mm；翅片厚度δF=0.135mm，翅片间距PF=1.4mm；百叶窗间距PL=1.1mm；百叶窗长度lL=6.5mm；百叶窗角度αL=27?；多孔扁管分四个内孔，每个内空高度为2mm；宽度为3.35mm，扁管外壁面高度为3mm，宽度WT=16mm，分三个流程，扁管数目依次为12、8、5。取迎面风速为va=6m/s。
根据初步规划（如上图所示），可计算下列参数： （1）每米管长扁管内表面积Ar为
Ar=[2×（2+3.35）×10-3] ×4m2/m=4.28×10-2m2/m
（2）每米管长扁管外表面积Ab,a为
Ab,a=2×（16+3）×10-3m3/m=3.8×10-3m2/m
）每米管长翅片表面积Af，a为
Af，a=2×8.1×10-3×16×10-3×1/（1.4×0.001）m2/m=0.1851m2/m （4）每米管长总外表面积Aa为
Aa=Ab，a+Af，a=3.8×10-2（m2/m）+0.185（m2/m）=0.223（m2/m） （5）百叶窗高度hL为
hL=0.5×PL×tanaL=（0.5×1.1×tan27?）mm=0.2802mm
（6）扁管内孔水力直径Dn，r为
Dn，r=（4×2×3.35）/[2×（2+3.35）]mm=2.5047mm
（7）翅片通道水力直径Dh，a为
Dh，a=[2×（1.4-0.135）×（8.1-0.135）]/[（1.4-0.135）+
（8.1-0.135）]mm=2.183mm
5.2.3空气侧表面传热系数aa 最小截面处风速va,max为
va,max=[6×1.4×（8.1+3）]/[（1.4-0.2802-0.135）×（8.1-0.135）]m/s=11.8m/s
按空气进出口温度的平均值Ta=（Ta1+Ta2）/2=（35+47）/2=41℃，查取空气的密度ρ=1.1025kg/m3，动力黏度μ=19.2×10-6kg/（m·s）；热导率λ=2.7×10-2W/（m·k）；普朗特数Pr=0.699，并计算出雷诺数Re，传热因子J，努塞尔数Nu及空气侧表面传热系数aa； Rea=（ρva,maxPL）/μ=（1.1025×11.8×1.1×10-3）/（19.2×10-6）=745
J=0.249×7450.42×0.28020.33（6.5/8.1）1.1
×8.10.26=1.548×10-2
Nu =JReaPr1/3=0.01548×745×0.6991/3=7.735
aa= Nuλ/PL=7.735×2.78×10-2/（1.1×10-3）=195.5W/（m2·k）
5.2.4制冷剂侧表面传热系数ar
根据Tc=60℃，查HFC134a饱和状态下的热力性质图表（附图二）和热物理性质图，可以求得：
液态制冷剂的密度ρ1=1/（0.94775×10-3）kg/m3=1055.13kg/m3 气态制冷剂的密度ρv=1/（11.538×10-3）kg/m3=86.67kg/m3 液态制冷剂的动力粘度μ1=135.35×10-6kg/（m·s） 液态制冷剂的导热率λ1=66.64×10-3 W/（m·k） 液态制冷剂的普朗特数PrL=v1/a1=（0.128×10-6）/（0.0385×10-6）=3.3325
冷凝器中，由于制冷剂进口过冷，因此计算制冷剂当量流量时，取平均干度χ=0.5，于是当量制冷剂质量流量qmr,eq为
qmr,eq=[（1-0.5）+0.5×1055.13/86.67]0.5×0.kg/s=0.1443kg/s （1）第一流程的参数计算
单一内孔当量制冷剂质量流量q'mr,eq为
q'mr,eq= qmr,eq/（4×12）=0.1443/48=3.007×10-3kg/s
Reeq，r= [（q'mr,eq×）/（πD2h1r/4）]/ μL=（4 q'mr,eq）/（πDh1rμL）
=（4×3.007×10-3）/（π2.5047×10-3×135.35×10-6）=11293
Nu=0.0265 Reeq，r0.8PRl0.333=0.0265×.8×3.33250.333=69.118
制冷剂侧表面传热系数ar为
ar=（Nuλ1）/Dh1r=（69.118×66.64×10-3）/（2.5047×10-3）=1839W/
（m2·k）
（2）第二流程的参数计算，其方法与第一流程一样。 当量制冷剂质量流量q'mr,eq为
q'mr,eq= qmr,eq/（4×8）=0.1443/32=4.511×10-3kg/s
Reeq，r= [（q'mr,eq×）/（πD2h1r/4）]/ μL=（4 q'mr,eq）/（πDh1rμL） =（4×4.511×10-3）/（π2.5047×10-3×135.35×10-6）=16942
Nu=0.0265 Reeq，r0.8PRl0.333=0.0265×.8×3.33250.333=95.61
制冷剂侧表面传热系数ar为
ar=（Nuλ1）/Dh1r=（95.61×66.64×10-3）/（2.5047×10-3）=2544W/
（m2·k）
（3）用同样的方法可获得第三流程的参数。 当量制冷剂质量流量q'mr,eq为
q'mr,eq= qmr,eq/（4×5）=0.1443/20=7.217×10-3kg/s
Reeq，r= [（q'mr,eq×）/（πD2h1r/4）]/ μL=（4 q'mr,eq）/（πDh1rμL） =（4×7.217×10-3）/（π2.5047×10-3×135.35×10-6）=27107
Nu=0.0265 Reeq，r0.8PRl0.333=0.0265×.8×3.33250.333=139.25
制冷剂侧表面传热系数ar为
ar=（Nuλ1）/Dh1r=（139.25×66.64×10-3）/（2.5047×10-3）=1839W/
（m2·k）
（4）由于制冷剂侧三个流程的表面传热系数不一样，传热面积也不同，因此必须按面积百分比计算其平均值。平均表面传热系数ār为
ār=（1839×12×10-3+2544×8×10-3+3705×10-3）/[（12+8+5）×10-3 ]W/（m2·k）=2438 W/（m2·k）
5.2.5如果忽略管壁热阻及接触热阻、忽略制冷剂侧污垢热阻 取空气侧污垢热阻ra=0.0003 （m2·k）/W，则传热系数k为 k=1/（1/ār·Aa/Ar+ra+1/aa）=1/[1/2438×02231/（428×10-3）+0.0003+1/1955] W/（m2·k）=132.4 W/（m2·k） 对数平均温差为
? tm=（Ta2-TaL）/ln[（Tc-TaL）/（Tc-Ta2）]=12/ ln[（60-35）/（60-47）]℃=22.94℃
所以所需传热面积（以外表面为基准）A0为
A0=Qc/k? tm=29740/（132.4×22.94）=9.1m2
所需扁管长度为
L= A0/（Aa×25）=9.1/（0.2231×25）=1.6m
取L=1.6m。
5.2.6校正空气流量
按迎风面积和进风面风速计算空气体积流量qva为
qva=va（3+8.1）×10-3×25L=6×11.1×10-3×25×0.550m3/s=11m3/s 与第一步按热平衡关系计算出的11.8 m3/s相对误差不大，不再重算。
5.2.7计算空气侧阻力损失
?=5.47RePL0.72hL0.37（lL/hF） 89PL0.2hF0.23
=5.47× 7450.72× 0.28020.37×（6.5/8.1）0.89
1.10.28.10.23
=64.4524×10-3 则空气侧阻力损失? Pa为
? Pa=4 ?·WF/Dh，a·ρa·v2a，max
=4×64.4524×10-3×0.016/（2.183×10-3）×1.1025×11.82Pa =253.5 Pa
最后根据空气阻力和风量选择风机。 5.3蒸发器
要求夏季提供29311W的制冷量，由系统热力计算得出。采用制冷剂R134a时，制冷剂循环量qmr=0.042kg/s。此时，蒸发温度为2℃，我们取蒸发器进风温度：干球温度27℃，湿球温度19.5℃。 5.3.1计算制冷剂进出口参数
由制冷量和制冷剂循环量，可求出制冷剂进出口比焓差? hr为
? hr =hr2-hr1=Qe/qmr=29311/0.042KJ/kg=142.85 kJ/kg
取制冷剂进口干度χ=0.3，则根据蒸发温度查HFC134a的lgP-h图，有hr1=261.624 kJ/kg，于是制冷剂出口比焓值hr2为
hr2= hr1+ ? hr=142.85+261.624=404.48J/kg
同时可计算出蒸发器出口制冷剂温度为tr2=7.98℃，过热度为5.98℃。
5.3.2初步规划
散热板及翅片与百叶窗尺寸
翅片：宽度WF=65mm，高度hF=7.9mm，厚度δF=0.1mm，间距PF=1.8mm；
百叶窗间距PL=1.1mm，百叶窗长度lL=6.8mm，百叶窗角度αL=37?。 散热板：宽度WT=65mm，高度hT=3.0mm，厚度δT=0.5mm，边缘宽3.4mm，内部隔热板宽3.7mm。由此可计算出内部流道尺寸hH，WH分别为
hH=hT-2δT=（3.0-2×0.5）mm=2.0mm
WH=WT-2×3.4-3.7=65-2×3.4-3.7mm=54.5mm
（1）每米散热板内表面积Ar为
Ar=2（hH+ WH）=2（2+54.5）×10-3m2/m=113×10-3 m2/m
（2）每米散热板外表面积Ab,a为
Ab,a=2（hT+ WT）=2×（3+65）×10-3 m2/m=136×10-3 m2/m （3）每米散热板长迎风面积Aface为
hT+hF=（3+7.9）×10-3 m2/m=10.9×10-3
（4）每米散热板长翅片面积Af，a为
Af，a=2×7.9×10-3×65×10-3×1/（1.8×0.001）m2/m=570.555×10-3
m2/m
（5）每米散热板长总外表面积Aa为
Aa= Ab,a+ Af，a=136×10-3+570.555×10-3 m2/m=706.555×10-3 m2/m （6）肋通系数a
a= Aa/ Aface=706.555×10-3/0.0109=64.822
（7）百叶窗高度hc为
hc=0.5PLtanαL=0.5×1.1×10-3×tan37?mm=414.455×10-3mm （8）散热板内孔水力直径Dh，r为
Dh，r=（4 hH·WH/2）/[2·（hH+ WH/2）]
=（4×2×54.5/2）/[2×
（2+54.5/2）]mm=3.7265mm