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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。除濕木材干燥機是實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)用熱泵來對木材干燥窯進行加熱。熱泵實質(zhì)上是一種熱量提取裝置，高溫熱泵干燥機組利用逆卡諾原理，從周圍環(huán)境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對象，其工作原理與制冷機相同，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，其優(yōu)異的節(jié)能效果已被國內(nèi)外的各種試驗研究所證明。
本論文介紹了熱泵干燥機的工作原理以及主要組成部件，并且總結(jié)了熱泵干燥機在節(jié)能方面的優(yōu)勢。論文中的熱泵干燥機系統(tǒng)采用雙冷凝器結(jié)構(gòu)，兩個冷凝器的連接可以是串聯(lián)也可以是并聯(lián)，本論文設(shè)計的熱泵干燥機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，冷凝器，風機等。一般干燥機由制冷系統(tǒng)和送風系統(tǒng)組成。其制冷系統(tǒng)中，由壓縮機壓縮出來的高溫高壓制冷劑氣體進入冷凝器，將熱量傳給空氣后，冷凝成常溫高壓液體，經(jīng)毛細管節(jié)流后進入蒸發(fā)器，吸收通過蒸發(fā)器的空氣中的熱量，變成低溫低壓氣體，然后進入壓縮機壓縮，如此往復循環(huán)。而對于送風系統(tǒng)，濕空氣被吸入后，在蒸發(fā)器中被冷卻到露點溫度以下，析出冷凝水，此時絕對含濕量下降，然后再進入冷凝器，吸收制冷劑的熱量而升溫，此時相對濕度又降低，出來后的空氣由風機送入干燥室。熱泵干燥機用機組的部分冷凝熱來提高機組的出風溫度，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題，所以我們將熱管技術(shù)運用于干燥機中，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，又能提高出風溫度。本論文描述的是一臺2HP熱泵干燥機的設(shè)計，其設(shè)計的主要內(nèi)容是單級壓縮制冷循環(huán)中蒸發(fā)器和冷凝器的設(shè)計，包括蒸發(fā)器，冷凝器的設(shè)計以及壓縮機的選型，運用了工程熱力學、傳熱學、流體力學、制冷技術(shù)及相關(guān)技術(shù)專業(yè)課程的知識。根據(jù)壓縮機功率我們可以算出冷量循環(huán)，包括壓縮機選型，冷、熱負荷計算，風量分配等，然后根據(jù)給定條件可以查出空氣循環(huán)中各點空氣狀態(tài)并進行除濕量的計算，在取得最大除濕量的基礎(chǔ)上確定適合的風量分配，最后通過熱力計算和換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算確定蒸發(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 蒸發(fā)器 冷凝器 壓縮機
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 熱泵干燥機簡介 1
1.2 熱泵干燥機的基本原理 1
1.3 評價干燥機工作效率的主要指標 2
1.4 熱泵干燥機的特性 2
1.4.1 熱泵干燥機的優(yōu)點 2
1.4.2 熱泵干燥機的缺點 2
1.5 國內(nèi)外熱泵干燥機的一些技術(shù)改進與改革 3
第二章 設(shè)計說明書 5
2.1 原始參數(shù) 5
2.1.1 壓縮機的選型 5
2.1.2 濕空氣的計算 6
2.1.3 計算單級壓縮制冷循環(huán) 7
2.2 蒸發(fā)器、冷凝器的設(shè)計 9
2.2.1 蒸發(fā)器的設(shè)計 10
2.2.2 冷凝器的設(shè)計 14
2.3 計算結(jié)果匯總 18
2.4 風機的選擇 20
2.4.1 風機參數(shù) 20
2.4.2 風機型號說明 21
2.4.3 產(chǎn)品簡介 21
2.4.4 適用范圍 22
2.4.5 用戶使用維護須知 22
2.4.6 尺寸表 22
結(jié) 語 24
參考文獻 25
致 謝 27
第一章 概述
隨著世界經(jīng)濟的發(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，能源資源的爭奪日趨激烈，如何節(jié)能已經(jīng)成為當今世界的一大主題。干燥是一項耗能較大的工藝過程，大約生產(chǎn)過程中總能耗的6%用于干燥過程，所以干燥過程具有很大的節(jié)能潛力。熱泵是利用一定量的低溫熱能來獲得較高溫度、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 熱泵干燥機簡介
熱泵實質(zhì)上是一種熱量提升裝置，高溫熱泵烘干機組利用逆卡諾[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象（溫度較高的物體），其工作原理與制冷機相同，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 熱泵干燥機的基本原理
圖1 熱泵干燥機工作簡圖
熱泵干燥裝置主要由熱泵和干燥器兩大系統(tǒng)組成。熱泵干燥機組主要由熱泵(制冷)系統(tǒng)(壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置等)和空氣回路(離心風機和干燥室等)組成。如圖1，高溫干熱空氣進入干燥室，帶走被干燥物體的水分，變?yōu)闈駸峥諝獬鰜?；然后進入蒸發(fā)器進行冷卻除濕，首先冷卻至露點，再進一步冷卻使水分從空氣中凝結(jié)出來，然后進入冷凝器處吸收熱量后，變?yōu)楦邷馗蔁峥諝?，再進入干燥室內(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)器中吸收來自干燥過程排放廢氣中的熱量，由液體蒸發(fā)為蒸汽，經(jīng)壓縮機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 評價干燥機工作效率的主要指標
在干燥技術(shù)中評價其效率的指標[2-3]有：SPC(除濕能耗比kJ/kg)、COP(熱泵系統(tǒng)的性能系數(shù))、MER(單位時間除濕量kg/h)、SMER(單位能耗除濕量kg/kW·h)
SPC 是評價一個干燥機性能的傳統(tǒng)指標，是耗功量與除濕量之比，COP 只反映了熱泵系統(tǒng)的性能而沒有考慮整個干燥系統(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工作效率的主要指標。
單位能耗水分排除量：SMER=水分蒸發(fā)量/干燥機消耗的能量（kg/kW·h）
1.4 熱泵干燥機的特性
1.4.1 熱泵干燥機的優(yōu)點
（1）節(jié)能。熱泵干燥機的最大優(yōu)勢就在于其節(jié)能效率高，傳統(tǒng)的開式電加熱干燥法將干燥室出來的濕度大以及溫度相對高的空氣直接排入大氣，浪費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)將從干燥室出來的含有相當焓值的熱能的濕熱空氣，通過蒸發(fā)器回收部分熱量，再進入熱泵系統(tǒng)循環(huán)。
（2）干燥的質(zhì)量比較好。因為熱泵干燥機一般都會安裝在線傳感器和較精確的控制裝置，然后通過控制熱泵干燥機的蒸發(fā)器和冷凝器的溫度來實現(xiàn)實時控制。
（3）與其他干燥裝置相比，更加節(jié)約干燥時間。低溫干燥技術(shù)一般需時較長，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，從而導致效率降低。而熱泵干燥機組可以利用蒸發(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 熱泵干燥機的缺點
（1）初投資比較大。
（2）維護要求比較高。熱泵干燥機組的壓縮機、熱交換器等都需要定期檢查和維護，使機組在良好狀態(tài)下運行。
（3）制冷劑泄漏。因為裝置設(shè)有加壓系統(tǒng)，可能會引起管道開裂等，從而導致制冷劑泄漏。
1.5 國內(nèi)外熱泵干燥機的一些技術(shù)改進與改革
（1）采用聯(lián)合熱泵干燥機：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，同時減少熱泵系統(tǒng)本身的熱負載量。
（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)器負荷，提高了除濕效率，但受環(huán)境影響較大。
（3）安裝回熱器：安裝回熱器[4]的熱泵可以利用從蒸發(fā)器出來的冷空氣來預(yù)冷蒸發(fā)器前的高溫高濕空氣，既可以降低蒸發(fā)器負荷，又提高了除濕效率，同時不受環(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：一般地，當熱泵干燥機的干燥溫度達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控制干燥溫度的穩(wěn)定。因此使得機組排放掉部分熱量，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，提高熱泵干燥機組的節(jié)能效果[5]。并且在需要熱量時將貯存的能量釋放給干燥空氣。經(jīng)過實驗證明，相變材料在熱泵干燥機組中的應(yīng)用大有節(jié)能潛力。
（6）采用高溫工質(zhì)的熱泵干燥機：在熱泵干燥機組中使用高溫工質(zhì)[6]，達到提高除濕機的出口風溫的目的。目前有清華大學研制的高溫環(huán)保工質(zhì)HTR01，配合R22 壓縮機組成熱泵循環(huán)的高溫除濕干燥機[15]。
（7）在熱泵干燥機組中采用流化床：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、干燥時間長，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]將進一步的發(fā)揮熱泵低溫干燥的優(yōu)勢，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，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)試驗研究得出：具有輔助蒸發(fā)器的熱泵干燥機組，不但能夠完全實現(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，通過調(diào)節(jié)輔助冷凝器的流量來維持干燥溫度穩(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。當用輔助冷凝器加熱外界空氣對物料進行預(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[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[12]：該設(shè)備主要是改變干燥過程中傳統(tǒng)的靠不斷吸入新鮮空氣來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)、脫水和去濕的過程。且配置氣調(diào)機構(gòu)，降低定量氣體中氧氣含量，以物理方法抑制果蔬、食用菌干制過程氧化和酶促褐變。
（12）太陽能- 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能加熱系統(tǒng)和熱泵除濕機二者配合起來完成。二者既可單獨使用，也可聯(lián)合使用。如果天氣晴好，氣溫高，則可單獨使用太陽能加熱系統(tǒng)；天氣不好或夜間，即可由干燥機來承擔干燥的供熱與除濕任務(wù)。
（13）貧氧熱泵干燥機[14]：它由熱泵源與干燥室組成，其特征是熱泵源一端通過管道與干燥室相連，另一端通過管道與循環(huán)風機的一端相連，循環(huán)風機的另一端通過管道與貧氧發(fā)生器的一端相連，貧氧發(fā)生器的另一端通過管道與干燥室相連，它是在不改變原有傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)的前提下，在空氣循環(huán)回路中置入一個燃燒環(huán)節(jié)，故可利用燃燒消耗空氣中的氧，使氧變成二氧化碳，并可提供熱能補充，故結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
熱泵干燥機以其節(jié)能的特性而被社會廣泛應(yīng)用。我們不斷地研究和發(fā)展熱泵干燥機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)濟的方向發(fā)展。
3
第二章 設(shè)計說明書
2.1 原始參數(shù)
冷凝溫度：65℃
干燥溫度：5℃
進氣溫度：55℃
相對濕度：70%
壓縮機功率：2HP
制冷劑：R22
2.1.1 壓縮機的選型
品牌：法國泰康壓縮機
功率：2HP
型號：FH4524F
制冷量：4.9kW
蒸發(fā)溫度：5℃
冷凝溫度：65℃
壓縮機參數(shù)如下表
表1壓縮機參數(shù)
型號
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
壓縮機型號
名義馬力
氣缸排氣量
裝油量
膨脹裝置
冷卻法
50Hz制冷量，測試標準在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壓縮機參數(shù)
2.1.2 濕空氣的計算
根據(jù)壓縮機的制冷量
圖2
5
空氣進入蒸發(fā)器時℃且70% ，則，
假設(shè)m3/h
KJ/Kg
kg/h
表3 除濕量和風量的關(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：當風量是450m3/kg的時候，可以達到最大出水量5.292kg/h
假設(shè)t7=62℃，旁通風量x，則：
2.1.3 計算單級壓縮制冷循環(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
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
序號
項目
符號
單位
計算公式
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
壓縮機單位耗功
w
kJ/kg
38.2
5
壓縮機理論功耗
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
2.2.1 蒸發(fā)器的設(shè)計
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，鋁片導熱系數(shù)λ=204W/(m·K)。
其設(shè)計計算的具體內(nèi)容及結(jié)果如下表：
序號
項目
符號
單位
公式
結(jié)果
備注
結(jié)構(gòu)參數(shù)計算
1
基管符合外徑
D
mm
10.4
2
管內(nèi)徑
mm
8.5
3
每米長基管外表面積
A1
m2
0.030615
4
每米長基管外翅片表面積
A2
m2
0.285
5
每米長基管總外表面積
Aw
m2
0.315615
6
每米長基管內(nèi)壁表面積
An
m2
0.02669
7
肋化系數(shù)
β
11.825
空氣循環(huán)流量的計算
狀態(tài)點
符號
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)對流換熱系數(shù)
序號
項目
符號
單位
公式
結(jié)果
備注
1
運動粘度
m2/s
查表
2
導熱率
查表
3
基管中心距
mm
12.5
4
迎面風速
w1
假定
1.8
5
最窄面風速
wmax
6.26
6
肋片當量直徑
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
對流換熱系數(shù)
Αad
80
11
當量對流換熱系數(shù)
αaw
237.6
翅片管效率
1
鋁的熱導率
查表
204
2
翅片形狀參數(shù)
m
108
3
翅片當量高度
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
翅片管總長度
m
8.727
蒸發(fā)器尺寸計算
1
空氣風量
450
2
迎面風速
W1
假定
1.8
3
迎風面積
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
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，紫銅片導熱系數(shù)λ= W/(m·K)。
序號
項目
符號
單位
公式
結(jié)果
備注
結(jié)構(gòu)參數(shù)計算
1
基管符合外徑
D
mm
10.4
2
管內(nèi)徑
mm
8.5
3
每米長基管外表面積
A1
m2
0.029
4
每米長基管外翅片表面積
A2
m2
0.507
15
5
每米長基管總外表面積
Aw
m2
0.536
6
每米長基管內(nèi)壁表面積
An
m2
0.02669
7
肋化系數(shù)
β
20.1
空氣側(cè)對流換熱系數(shù)
序號
項目
符號
單位
公式
結(jié)果
備注
1
運動粘度
m2/s
查表
2
導熱率
查表
0.028867
3
基管中心距
mm
12.5
4
迎面風速
w1
假定
2
5
最窄面風速
wmax
13.4
6
肋片當量直徑
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
對流換熱系數(shù)
42.1
10
熱導率
查表
0.0653
11
密度
查表
1000
12
相變潛熱
查表
285000
13
動力粘度
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
翅片管總長度
m
57
冷凝器尺寸計算
1
空氣風量
2840
2
迎面風速
W1
假定
2
3
迎風面積
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
每排翅片管總長度
m
15.76
8
管排數(shù)
取整
4
9
厚度
E
mm
86.6
2.3 計算結(jié)果匯總
項目
名稱
符號
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
風循環(huán)系統(tǒng)計算
蒸發(fā)器風量
ν1
m3/h
450
除濕量
D
kg/h
5.292
冷凝器風量
2840
冷凝器出口風溫
t7
℃
63.03
蒸發(fā)器計算
蒸發(fā)器基于管外的傳熱系數(shù)
38.2
傳熱面積
2.754
迎面風速
m/s
1.8
沿迎風面高度方向管排數(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)流動阻力
36
冷凝器計算
冷凝器基于管外表面的傳熱系數(shù)
32.225
傳熱面積
30.8
迎面風速
m/s
2
沿迎風面高度方向管
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)流動阻力
229
2.4 風機的選擇
2.4.1 風機參數(shù)
根據(jù)風量等因素，我們選擇YWF2E-300W(3#,2級)網(wǎng)罩，其具體參數(shù)如下：
外轉(zhuǎn)子軸流風機：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）
風量：3100m3/h
噪聲：66dB（A）
風葉直徑：Φ300mm
網(wǎng)罩：Φ325×80
安裝孔中心距：Φ360mm 4~Φ7
外轉(zhuǎn)子網(wǎng)罩型軸流風機采用高強度冷拉鋼絲，采用數(shù)控成形，模具成形技術(shù)，并采用全數(shù)字式點焊機加工。表面采用靜電噴涂或電泳處理，外形更加美觀，堅固。
圖2、外形圖
2.4.2 風機型號說明
型式代號：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：外轉(zhuǎn)子風機
級數(shù)代號：2-表示2級，4-表示4級，6-表示6級
電源代號：D表示三相，E表示單相
機型代號：用葉輪直徑的毫米數(shù)表示，如300表示葉輪直徑為
300mm的風機
2.4.3 產(chǎn)品簡介
節(jié)能靜音型外轉(zhuǎn)子軸流風機（管道風機）和常規(guī)的軸流風機相比，該風機具有能效比高、噪音低、振動小，結(jié)構(gòu)更緊湊等優(yōu)點。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機的重大突破，達到了國際先進水平。該系列風機已獲得國家專利（專利號：ZL200620140185.7），并通過國家強制性CCC認證。
該系列風機由于具有能效比高、全封閉、低噪音、低振動、軸向尺寸短，免維護等特點，因而適用場合更廣，既可替代常規(guī)的軸流風機，又可用于空間受到限制、環(huán)境要求較高的場合。
2.4.4 適用范圍
本系列風機是制冷機組、環(huán)?？照{(diào)、冷風機、冷水機組、中央空調(diào)、機械設(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 用戶使用維護須知
◆使用前先用手撥動葉輪檢查轉(zhuǎn)動是否正常，有無變形、碰壁等。確認無誤后方可通電試機。本風機使用交流電，電壓允差±10%。
◆通電后注意聲音是否正常、震動是否明顯。發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)立即停機檢查。
◆在使用過程中用戶注意使用環(huán)境應(yīng)避免造成有影響風機壽命的因素。風葉粘物不均勻或過多會造成風機超負載而燒毀。應(yīng)經(jīng)常進行清理維護，以確保風機運行穩(wěn)定。
◆所標性能參數(shù)為試驗室標準狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，所標壓力為靜壓。風機輸送場所應(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。相對濕度不大于90%，海拔不超過1000米的條件下使用。
2.4.6 尺寸表
型號
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
本論文所設(shè)計的熱泵干燥機，主要是通過對環(huán)境參數(shù)，除濕量和風量進行計算，從而設(shè)計出蒸發(fā)器和冷凝器的結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計時，參考了大量的中英文文獻和專業(yè)類書籍。四年的學習，為這次畢業(yè)設(shè)計打下了堅實的基礎(chǔ)，包括基礎(chǔ)學科，基礎(chǔ)專業(yè)學科和專業(yè)知識的積累。我深信這次設(shè)計是在為以后步入工作崗位打下基礎(chǔ)，此次設(shè)計內(nèi)容豐富，主要包括蒸發(fā)器，冷凝器的設(shè)計，壓縮機的選型等，要求運用知識廣泛特別是工程熱力學、傳熱學、流體力學、制冷技術(shù)及相關(guān)專業(yè)課程的知識應(yīng)用，同時有要有一定創(chuàng)新能力，對學生的工程能力提出要求，選題合適，內(nèi)容飽滿。
雖然設(shè)計時間總共有7個多月，其間不斷計算修改，但由于知識有限，設(shè)計并不一定完美和理想，仍存在一些問題，在這里，希望老師和同學指出。
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27
致 謝
歷時七個月，歷經(jīng)課題的選擇、資料的搜集、開題報告的撰寫、英文文獻的翻譯、設(shè)計計算書內(nèi)容的計算與編寫以及CAD圖紙的出圖等階段，再經(jīng)過反復修改，從設(shè)計說明書到論文終稿，從圖紙的草圖稿到CAD圖紙的打印，如今，這篇畢業(yè)設(shè)計終于成稿，自己內(nèi)心還是有一點點成就感。
首先，感謝我的指導老師。本設(shè)計是在金蘇敏老師的指導下完成的。金老師嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風都深深的感染了我，從課題的選擇到項目的最終完成，金老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持，在此，我要向金老師的細心幫助和指導表示由衷的感謝。
其次，感謝同學們的幫助。在這段時間里，我從他們身上不僅學到了許多的專業(yè)知識，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)計中，給予我極大的幫助，使我對整個畢業(yè)設(shè)計的思路有了總體的把握，并耐心的幫我解決了許多實際問題，使我有了很大的收獲。此外，他們嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和忘我的工作精神值得我去學習。
最后，我要感謝四年的大學生活，感謝多年來傳授我知識的老師們，更要感謝那些對我學習上支持和鼓勵的人。同時感謝所有關(guān)心幫助過我的同學和老師，他們的支持與情感，是我永遠的財富。
畢業(yè)設(shè)計的這段時間是我學生生涯中最有價值的一段時光。這里有治學嚴謹而不失親切的老師，有互相幫助的同學，更有向上、融洽的學校生活氛圍。借此論文之際，我想向所有人表示我的謝意。總之，在以后的學習生活中我將以加倍的努力對給予我?guī)椭膶W校、老師及同學們的回報。
29