空气制冷机原理.doc

空气制冷机原理.doc 1 } 第 1 199O年2月 兵 工 学 报 ACTA ARMAMENtARII 1 Feb 1990 新型军用车辆空调设备 王浚 李敏 【北京航空舡天大学' (摘要] 为军用车辆乘员创造一个合适的工作环境， 不倪只是一个舒适的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，更主要的是可以提高幕员的战斗能力。在车辆乘员所在的软小空闻里仅采肝强迫通风并不能满足要求。本文培出三种可行的变客式制冷机军用车辆空调 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ， 夼绍了流程热力计算程序和计算结果， 并在技术经济方面与英国宇航动力公司的涡轮空气制冷机方案和蒸汽压缩武制冷机方案作了比较。关键饲空调 军用车辆车辆1 前言 军用车辆操作室中的环境温度， 能直接影响乘员的作战能力。以传统的强迫通风方式不能满足军车中的温度要求。图1(1所示的实验结果表明， 必须采用新的空调方式，才能使现代军用车辆 综台性能 得以提高。由于军用车辆使用条件特殊， 采用蒸汽压缩制冷机会带来一些问题。英国宇航动力公司企图将涡轮式空气制冷机用到军车上，并研制成了样机， 但由于存在涡轮效率低，转速高、功率输入困难且耗功大、体积大等问题， 未能推广使用。7O年代中期在美国发展起来的变容式制冷机具有制冷系数高、重量轻、体积小、运行费用低、设备简单、维护方便、转速低和功率输入容易等优点， 故适台在野外和军车特殊条件下使用。它的问世引超人们注意(并己进行了多方面理论研究和许多顿域的应用性研究 1973年美国陆军机动设备研究和发展司令部与ROVAC公司订立合同资助其进行变容式制冷机用于机动车辆的研究。本文介绍三种可行的变客式制冷机流程，列出计算框图与热负荷各为8727(5W(6978W的计算结果，并与涡轮式及蒸汽压缩式制玲机方案相比较。 2 变容式制冷机的空调流程方案 (2(1 半封闭式直接冷却渡程图2(1示出藏程原理， 来自乘员舱的空气为@，在? 处喷入雾化水(然后进入压缩器被压缩 由于水蒸发吸热，使排气温度降低、压缩功减少。在?处进入中冷器， 拎却后使部分水蒸汽冷凝成水并收集起来。饱和的湿空气在?点进入膨胀器， 由于膨胀后的温空气要降温，故部分蒸气会凝结成水或冰，放出潜热， 使空气膨张加剧，增大了回收的膨胀功。? 点为含冰粒或水滴的低温空气 该热力循环是以千空气为工质的逆Brayton循环和工质为相变成分水的逆Rankine循环的组合循环，故它的制冷系数比涡轮式高。可将收集水喷到中玲器的冷边， 以提高系统的降温性能。通过调温阎改变玲、热流量的流 比来调节舱温。调温阀受温控器控制，乘员可用温度选择器选择舱温，经过NBC (核子一细菌一化学)过滤器来补充部分新鲜空气， 以保持舱内空气符合卫生 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ， 也可使全部空气均由NBC流过， 卿流程变成直通式系统 2(2 闭式干空气掏接冷却流程 图2(2示出流程原理， 与前一流程的主要差别是热力循环自身封闭，通过负载热交挽器和舱内再循环空气进行热交换J压缩嚣入口气压可超过大气压力}采用于空气做工质 2(8 闭式湿空气间接冷却流程 图2(3示出其流程原理， 该流程基本和图2(2所示流程相同， 只是增加了喷水装置， 使工质变成谓台工质， 此点又与图2(1流程相似。 变窑式压缩— — 膨胀器是三种流程的核心部件， 图2(4示出其绪构原理。 5 流程计算方法 。 本文仅介绍半封闭式直接冷却流程的计算方法，另两种流程的计算方法与之类似。 8(1 计算公式 ( 0(1(1 压缩(在压缩器中)第 1 如 新型军用车辆空诵设备 3 I1 旨M?I g0 暑do 々冀0 _暑君 暑 口{ i 畦嚣嚣露鞘矧 畦篇井 N匝 兵 工 学 报 000年2胄 图2(2 阳式干空气间接降却流程 ( 2(2 Scheme showing dosed-loop i~direct cooling Ie with d ait" 图2—3 闭式湿空气间接降却流程 Fig(2-3 Sehem~showing ck seal-loop indirect,,ooli~g cycle with wet ajf 摊员柏 强度传甚器 囊照拈 曩 t ， 第 1 船 新型军用车辆空词设备 图2(4 压靖一膨胀器的横截脚 F (2(| Cross-seetlon of a compreess~~-expander 由予喷水使计算复杂，但存在以下暮系t (a)压缩器进日喷水为等培过程， 经推导得下式 ? 04T(+ k + s~=1(004 :+ + ‰ (3( ) (b)认为工质在压缩器中是等熵压缩， 殚J有 一 n + sl 生 =S[-RI1n + (3(2) 0(1(2 在中玲器中为等压降温 利用中玲器比参数 的关系， 可得出 T。=Tl— ( l-T;f) (3(3) 当中玲器中凝水较多时， 可将部分凝水喷到中玲器冷边， 使其冷边流体入I=I温度 不等于环境温度 ，其具体数值受喷入水的培值影响，由等拾关系可跫出下式 ? +( h。 =1(004 + ‰ +’ f，堑 1 000 , , (、 3(4) 当C:点处为不饱和湿空气时，将(3(4)式改为(3(4) 式 ( 。。4T +ido,o +(— : ) 。 一1(004 : +( }!:; - 垡 :。( (3(4) 在以上关系式中，共有四个独立未知数， 、T。、T 和Ti。而其它未知数是非独 0 兵 工 学 报 1990年2月 立的， 其要知道其相应温度就可求得。求这四个独立未知数采用试凑方法，步骤如下? a ( 先设出 “ 据(3(4)式求出对应 ，』的 ? b(据(3(3)式求出T c( 再据(3(2)式求出 :， d、再据求出的 ， ;， 查找出相应的其它非独立参数， 并代入(3(1)式，检 查等号两边是否相等， 若不精足要求，需重设 重复以上计算直到满足(3(1)式为 止。至此，确定出了? 、@，?点的有关参数及 值。荐由下式就可求出压缩功 Lo=(^ 一 ), 一 (kJ,kg3 (3(5) 0(1(3 膨胀(在膨胀器中) 认为是等熵膨胀， 存在以下关系 月 lnPs-+ sa一一 一 。1nP + st，t+— ! (3 一 ( 6) 使用上式应注意以下几点: a ( 当湿空气在? 点饱和对，d。应取饱和含湿量d S 应取饱和水蒸气熵S 当? 点不饱和时，d。取实际含湿量，S 取过热水蒸气的熵进行计算| b(当 >Ooc时，S。(取饱和水的熵计算， 当 (?O-c时，S。 应取为冰的墒SIfJ c( 式中S;、 、S 、Sm，S。 ， ，等均需据温度查找相应的数表得出。 由于 是待求数，故与 (有关的参数也均需等求出 (后才能得出， 显然 (不 能由(3(6)式直接解出， 需用试凑法求解，其方法是( ?据 。值求出等式左侧值， @设一个 (值求出等式右侧值， @比较等式两侧数值， 直到满意为止， 这时的 。值为所求值( 据 、 (可求得其蛤值，并由下式求出膨胀功 L一(^。一^‘) CkJ,kS3 ( (3(7) 此外进有。 gI一^ 一 CkJ,kg) = 一 Ckz,mln) N=G -L() CkW3 (3(8) (3(9) (3(1O) (3(11) 8(2 计算机程序 8(2(1 两个关键问题 采用计算枫计算必须解决以下两个问题? (a)如何据 击查找相应图表? (b)如何试凑求解? 下面分述之t (a)据 值击查找相应图表 采用将图表上一定薄周数据拟合关系式的方法(有的关系式取自参考 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 )，编成 l l l ' ， 《 ? 第 ] 期 新型军用车辆空诃设倍 子程序。计有l a(P 。一0 b( c(,一1(853261n(T 7 00603× l0(器) (bar) d = 622 P P — P +273(5)一0(46151nP -3 Cg,kg) 58289 ~kJ,kg?K] d( f当200K< T?270K时， {s:一0 44446+0(004 2889?(T+273(5) [kJ,bg?K) 【当270K< T?370K 时， (3 l 2"J c3(13) r3( 4) (3(15) S:;0(75082+0(0031 6?(T+273(5) [kJ,kg?K] (3+1 5) e ( S，=2(0404tn(T+273(5)一12(66959 ~kJ,kg?K] (3( 6j f( h。=1(004?(T+273(5) [kJ,K) (3 17j g( f当0? T< 30? l S =(0(892332?10 +0(347834?10,? )-4(1868 CkJ,kg?。CJ (3(】8) 当30? < 60。C J S 一(0(0106+0，314?10 T)?4(】868 [kJ,kg‘。O， (3，I8) 当60? < 100 C S =(0(0288+0(2841?10 T)?4(1868 CkJ,kg?。CJ (3(18) h( 当一I6< T?0? ^，一2501(89301+L84938T [kJ,kg] (3(19) 当0< T? IO0口o ^ =2500(795+1(7543?T fkJ,kgJ (3(1 9) t( 当一16< T? 0(0"C hi=一(333(3—2(06 ) (kJ,kgJ (3(20) j( 当0< T<100-C hw=(0(5909?10 +1(000245455 )?4(1868 (kJ,kgJ (3(21) (b)试凑求解 在计算中有三处需试凑求解 a ( 设一个 :，， 变 试凑求出相应 l， b(变 求出相应 的 c(通过试凑确定 ‘o 在各处试凑中每变化一个 值， 均要求出相应的h? h、^? hs SO(?S S 、 及只值。如用手工计算是很麻烦的。利用计算机求根可解决。本程序采用弦截法求解。 表3(1 子程序名称 T丑b(3(1 Subroutines 子程序名 作 用 子程序名 『 作 用 从 囊 1 飙 — 器r 一 CZ 『 CC 隶 ( CZF l 4 EE ? FF BB DD GG HH 兵 工 学 报 l9 年2胃 0 2(2 程序说明及计算框图 为使程序清晰、主程序简单， 本程序广泛采用子程序段， 如表3(1所示。 由于篇幅所限， 本文仅示出主程序框图。( 圉2(5 主程序框图 F (2(5 M,mz p 。gr蛆bI。吐dil。即懂 ? 第上期 新型军用车辆空调设备 0 8(2(0 计算结果 按“北大西洋公约组织空军地面设施用材 料的气候条件 ，分别对8727(5w 及 6976W 热负荷进行计算。三种流程的压力比均分别按 一3、 一4计算， 下列表中 仅列出一种 的结果， 表3(2 丰封闭直接垮却流程 Tab(3(: Semi-~losed Io。p direct cooling c k TI:52? =0 867 TI:43(3(c 。=1(24 Tl:58? ? 。= O g83 ? l=1(01bar pl _。 b i口 =81 6kUkg 1=1(0Iba l 5 :72 87kJ，kg l=23 l (=64 q =65(zkJ, kg 当OD;8727(5W 当OD=8727 5W Ti=213(34? r2=72一 O0=8727 5W Ti=76-c ? G。=7 183kg,min~ pl 4—04bar Gaz6(414kg, 2=4 0~bar G = B g，皿 z=4(039bar d z=68 7 g,kg ? =9 ( N=10kW d2=57(1 g,kg m矗 9 W Ta=70(9(c 当O0:6978W 7a 30"C I? 7 kw T = 4? 当Od=6978W @ 3:4-01bar l O0 69TSW a=4 01b吕r = ^(01bar G =5(r‘ ,min G ;6 d2kg,'mit ? : (砧kW 以 傀I G(_5_13k 也=9(6 g,kg N=7 9kW @ n =一2O 6? n ; 一4O(c arin n =一3B。C ?=1(08ha =1(08bar』?=5(s3kW z1 08bar 表3(3 闭武干空气间接睁静流程 Tab s(I Cl'0sed loop ind~ect cooltag cych with dry air ,, 状盎 ^ , , T =H 5"C ，，i=拈3 c r{ 38 c ? T，=44(5 TI=35? Tl;30 C = 0 997 = 1(01 a; 1-01 -=1(96bar =1(9,ar I:1(96bar 53 8k,,kg 53kl,kg T2=1B7(8-c =5 4(4kJ,kg Ti=154 6uc T2;147 7oC @ 当口c=g727 5 当0D=8727(5W 2=5(8eb甜 当口0;s7z7(5W 2=5 g~har W =5，88hat G =9(8$kg,mi= Gd=0(62kg,mln G。;9(?4kg, n =65 8? 3=5 4? Ts=49"0 N ;8(6W @ ? :B 75kW : 5 85bar 3=5 g5 l【 N =B(6,1W t;5 ( 8~hur 当0口 6978W 当00=6978kW 当 0=69 8kW G =7 9kg,mit T^: 一9({? G_=7(7kg(,min T = 一18 6? N ;6 9kW n =一22(8? N =6 9kW ? N = 7 kW =2 眈bar 4=2(~2bar ?;: 0卫b‘r 兵 工 学 报 1990年2胃 表3(4 闭式湿空气间接垮却流程 Tab 3(4 Cicsed]oop indirect eoollng c”k with wet air =52 C TI 。 =1(目6 Ti:43 3。C :2(23 i=38 C T t 1(477 l一42~C Tl: 35oc Tl。30 C ? 目 =65(8kJ,kg : 2(1kJ,kg 。=61 8kJ,kg l 1(96b~r 1 ( 9Bbar p1:1(96h酣 d1tlB 4 B,kg 当00=872 5W dl 10 目g,k, 当00=8 27(5 dl=8 g,kg 当 ;8727 ， 5W T2=75。C G。=7(97 h g,ra in Tt:72? W T 2 0。C G_t 8 47kg,min @ 2=5 88bar N : 46kW :5(B8b G ;7(26kg, , 2=5(88bar ? =6 ( 2kW d2=43(B g g 啦:38 l g,kg 血=34 8 g,k2 N =3 9kW 当q0 6978W T,=5d Gd:6(36kE in Ts d 6 c 当口0 89 8W T3:41? G @ (=6(78kg,m~ 3=5(85bar Ps=5(85bar ps: 5(gSbar Ids=16(4 g,kg ? 3? kw ds=10( 9 gtkg。 G_=5 8kg,m|n ds=8 4 g,kg N = 5 kW N =3(12kW T4=0~C T‘= 一l2屯 T‘= 一2l-c @ =2(02b8 4:2(02bar =2(02bar 4 比较与结论 表4(1列出半封闭式、闭式干空气和闭式湿空气兰种变容式制玲空调方案的重嚣和 功率消耗估算结果。表4(2列出制冷鼍为8727(5W 时变容式和涡轮式方案的技术经济 性指标的估算结果。表4(3给出三种方案的比较(各项指标均 涡轮式为1(O)。圈4。l 示出三种方案“综合 成本的比较。 表4(1 三种流程的重量和功率 Tab( (1 W eight and power conmmption of e 3 schemes comlmrad 斑 翟 l 半封闭式 l 闭式千空气 l 闭式星空气 — — — 、 — , 塑『 [w】 872 ( — , 5 6们8 、 8 2 (5 8975 8727(5 69 8 压缩一膨胀器[k苦] 21( 17 13(5 15 l2 中蹲器[ ) 19 l5 16 13 21 负载热变按器旺g] l 』 一 10 B l0 B ， 捌晶阁[kg) O(? ? O(? 温度拄毒I器[kg] 0(85 o(85 L 0 ( 85 中狰嚣风扇Ckg3 3(? 3(O 3(0 负载 变换嚣凡扇[k薯】 3(0 3(0 管道(kg] (5 ( 4(5 (5 总计[k l 45(1 55 l 46(6 52(1 53(1 琦事清耗娃W j i0 8 O5 8 5 6 2 ? 第1 期 新型军用车辆空谓设备 表4(2 变容式与涡轮式的性能比较 Tab (2 Comparison of perforr~ance items~posltlve dlsplacement r s turbine vers Jo= 涡轮式空降方案 变窖矗制睁方寨 理 目 发动机驱动 隶压马选驱动 (芈封闭式) 目0(22 Z6 主机重[k (包括升压式涡车奁) (包括升压式龋轮) (7 中抟器重[k 19 5 19 5 19 主机体积长×宽×高[?m] 300 x 270×380 太干300 x 270×3曲 2日6x 296x驼0 (不包括 压式媚轮) (不包括升压式祸转) 牛 器体积[m0】 0 022 0 022 0(n21i 功卑消耗(kW) 18(75,19(7S 3i 25^一32 92 10 2 制冷系敷(不考虑风扇耗功) 0(46，一O(51 O(醐, 0 31 0(86 表4(3 变客武与涡轮式、蒸汽压缩式比较 Tab?4?3 Comparison 0f chief chara~te rlst Jcs~ positive displncement，terbine and vapor-cornpresslou versio s 流程方案 功率情耗 重 量 悻 复杂程度 维护和后勤慑雄 变窖式 0 54 O 66 0 97 1(0 简便 祸铑式 1(O 1(0 1(0 1 O 简便 燕汽压缩式 0 39 2(9 3 65 1(铋 复杂 饕 镬 血 蜡 t,y ( 图4 1 三种方案的 端台 成本比较 F (4 1 Overall cost comparison of the three schemes 由以上比较可得出以下结论: r a)蒸气压缩式制冷方案的功率消耗最少，但体积、重虽、复杂程度和维护使甩 上不如其它两种方案。变容式方案的功耗、重遁及体积指标都明显优于涡轮式方案; (b)蒸气压缩式制冷方案的初始投资最低， 变容式利其接近， 涡轮式最高 12 兵 工 学 报 l990年2月 (e)随着使用年限增长， 由于运行费用会使“综台 成本增高 蒸气压缩式增长 最快， 液压马达驱动的锅轮式次之， 变容式增长最慢。 可以看到 变容式制冷方案是一种具有明显优越性的方案。 参考文献 [1) Edwards，T C(。A T Air Conditioning Refrlgerefion and Heat Pump Cw ]e， AD，^0S1623( 10 7( ;2] MidMo，L L ，The U辅of fl Posltlve D~splaeement Air Cycle Machine in a Closed— P Envlrosment Gontral System，ASME(79_EMAS一6 [3] British Ae柙卵a Dynamics Groop，A Typical Air Cych Envir0nmenta}Contral Symtem for 如 Armoured vEhide。Techaleal Proposal， 429， 1979( 【 ] 王筏， 李敏， 程尔颦， 氇音工质制}争机碌理和 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 计算， 北京航空学院学报， U2)，l0g2( [5] 王注， 变窖式混台工质髑冲帆—— 一种新型的翩冲机， 低温工程， ($'， 1981。 ’ A NEW TYPE OF AIR C0NDlT10NER F0R USE lN MlLITARY VEHlCLES W ? g 1 n M in (Bei j沁Univereity of Aeronautioe and A~ronautle*) Abstract It i s necessary to provide a suitable working envlroment for crew members working within the limited space inside a combat vehiclet not only for the pro-- vision of a comfortable working condition，but first of all for all enhancement of COmbat effectiveness of the crew—members Conventional air conditioners often cannot fulfill these functi0ns and requirements(The paper presents three feasible schemes of the positive displacement refrigeration type for air COnditioning armoured vehicles(Be sides their schemes， flow charts for computation and the results of thermal—calculations of the heat cycles are given(A eomparison with similar schems that of the tu rbo-type air refrigeration of the British A erospace Dynamics Group and that of the conventional vapar-compresslon refrigeration are tlien given， regarding their technical and economlcalaspects( Key wa rds air conditioning， military vehicle， motor vehicle__