1、家用电冰箱箱体热力分析与计算由图l可见：由可绘制如下的降温曲线图，t总：tio”稼（）裹一0环所以可以写为：利之王箱体结构的设计对电冰箱能量的损耗及其性能是有重要影响的。本文从理论上揭示了箱体冷损与箱体绝热层厚度；箱内蒸发器制冷量与降温时间；工作时间系数与耗能经济分析：蒸发器面积与箱体面积之关系等有关参数作了理论分析，它将对箱体及电冰箱前设计工作提供了理论计算方法。为了分析与计算，本文提出了冷损概念，为此在计算中采用计算坐标，以下都以此为基础来论述各参数之关系。线曲温，降”及计丁算q换标坐度温飞t且) II蒸（）.（）环子且（1-e） u I 0 当蒸发器温度处于稳定状态时，即t总（当t总4r
2、时，则此时温降与稳定时温降仅差2%）。为：(* ra慢保因l内和()a 上面式中：G一一一蒸发器的热容量大卡度G = :ci mi C一一一比热大卡公斤度m一质量公斤t ；一一对应温差（）i的降温时间差小时t单一一一降至开停时止的降温时间小时1一一一箱内空气的散热系数大卡米2F o一一蒸发器表面积米2Q一蒸发器制冷量大卡时。w一一蒸发器与箱内空气在时差t时的温差，常温坐标温度参量（在稳定状态下）占。（）箱（）蒸所以0箱（）燕。计算坐标温度参量（同上）() = （）蒸（）箱（）箱（）蒸() 其91:饵，0蒸一一蒸发器表面温度0箱，）I J搞一一一箱内空气的温度二、箱内冷量与箱体冷损时备参戴间之关
3、系：箱内空气不断从蒸发器表面获取冷量，其中一部分使空气降温，另一部分将通过箱内壁、绝热层、箱外壁向外散失冷量，此过程随时间不间断的同时 、蒸发器与箱内空气的温差与降温时间之关系箱内蒸发器是箱内空气的发冷体一一冷源。只要蒸发器与箱内空气之间存在温差与散热系数l时，则箱内空气就有降温的可能。当蒸发器产生的制冷量为Q。，其中一部分使蒸发器本身冷却降温，另一部分将散失于箱内空气之中（使箱内降温），其散失冷量为：1FoB，其中。iw为蒸发器表面与箱内空气间在时间ti时的温差。蒸发器降温先于箱内空气的降温。若在较短时间dt，内，蒸发器自身温降为cl() /I i的冷平衡微分方程为：( Q O -a IF
4、O () / . ) dt i = cd () 11 i Cd) II i Oo-a1FoBi 双方积分得：K +o i川MH环AVMW oa FA= MH -o omm Q h时nuH四HFAcJ常一分h积当h为K 由式dt i 贝。时度K汁：lnQ。则：ti一云In( Q O斗1FoBil+ 所以 z云，.Q O () i 乒（1-e？ti) u I 0 改写z 35 称制冷时间常数一（）/I籍。（）j岖（）箱tG r万万7则为：）. t j () i t;-(1-e 其中：Qi=Q蒸a令ChaoXing。m;n河乍F(02 -02) om”二z是否合适？应以箱体外壁不结露为原则，若环境温
5、度Q环+32，相对湿度为70%，则空气露点为0露27（查id图J一般箱外壁温度常取为：。20-2+0露b.箱外壁表面温度由联立得：F( 0箱0环）2F(02-0环）。进行。L箱内空气具有冷量：依传热理论，箱内空气在单位时间内所获冷量：Q箱；IF0( 0；在i-o箱）I F O 011; iF。如；（1-e） =Q0( 1-e.：.！，：）当箱内空气降温近于稳定状态或箱体在时间t总内的箱中具有的冷量： 、。2=0环主（0箱o环）2 三、箱内实际；令损与蒸发器制冷量箱内冷损不仅取决于箱壁散失一项因素，而且也取决于其它因素。总的冷损一般由Q敝Q徽1+Q徽日Q散田组成其中：Q散1一一绝热层冷损Q散H一
6、一门封条冷损Q散一相体结构件冷损根据统计实测结果，冷损的百分比如下：所以(* I I Q箱总I:Q箱，Qo(l-e一了一）-I a-=Q0(1-e -;:-) 2.箱体冷损时各参数之间关系：箱内空气的冷量通过箱体向箱外散失，其散失部分称为冷损。当箱内降温处于稳定状态时各参数有下面之关系：箱内空气与箱内壁间的冷损：Q敝I=a 1F 1(Q i搞一Q1) 箱壁间绝热层的冷损：Q融田Q融EQ融l0.745 冷损种类 0 .030 0.135 绝热系数3 注1: ( I ）绝热层冷损，一般可按Q徽J=80% Q徽计算，则总的冷损为：I 1. 251F( 0箱0l) I 1. 2s-主F(01 1-02
7、 ) Q敝1. 25Q徽1斗o1 I 1. 2s2F(O 2 -0环）-. 1. 25F(O箱0环）注2:（日）Q散I 、Q徽B及Q徽田各占总冷损的百分比与箱形结构有关。式6.是箱内空气在t总时间内所获得的冷量，而式是在稳定条件下从箱内空气中向外散失的冷量，根据热量平衡与确保降温，6.与必须满足下列条件：Q箱总Q散J总Q0( 1 -e 15 82 占总冷损% Q触I寸F(61 - 021) 箱外壁与静空气间的冷损：Q散I2F2(02-0环）为计算简便，令：箱壁平均计算面积为：即： . F亏（F1+F2)=F1=F2hl一叫hl-87 辄们l立叫1一联iJ配门可 将c a 其中z )1.25F(
8、 O：葡O环）1. 25F 则：Ool总、（0箱0环）( 1-e 亏一) 四、电冰箱工作时间系披及耗能经济分析：冰箱工作：蒸发器由常温（Q环）降至所需的温度（Q蒸以后，蒸发器便按其控制的温度差D,0 0 C 图2箱壁冷损方式a.箱体绝热层最小厚度m;n与露点温度由36 得ChaoXing开始开停交替延续过程。工作时间系数2I:;t开=100% I: t开I:t停若蒸发器开始降温之瞬时的环境温度为0环时，对积分。当t; =O时，ei =O环，不等于零时，若t; = t总时，e;= e蒸，此时蒸发器降温方程：r飞t且l单。aro(l -e 干）+ efe ）当（首次或以后停车时（即00=0）则蒸发
9、器温度开始回升，且按t且。”；燕e环e-r 。规律进行。此外的e环相当于此时的蒸发器的控制温度（牟eol，当燕发器自然回升血8011时，所需时间t停。按蒸发器开停曲线图3，。可写为： h t停血e= e蒸e-T9飞；图3蒸发器降温开停曲线所以t ia = I （.毫Ti） 停n怠() , I 811箱e -n I描fl一八A I 飞l开t开可按：A8011 苟亏（1-e了）进行。 所以t开I I l l T (i百11f 1一IF 0庄8 011 I明。若在开停全过程中，各个开停时间都对应相等时，则2t开f) 寸百亨T再100% 在相当长的一段开停时间内，能量也在不断耗损。由得知：一-2王守1
10、00%，要想耗能1 ：l开小，必须是。小。1则t停t开值最大。为此令：t停a I.） 一.！且一O时，经计算得知庄（）o=O，这a （怠eol样就能找出平的极值和由于出现了不时，可t开用罗比塔法则来定极值）I I n;MI i m _!_JL_一I i m 1 -庄8 o_f, ( 8箱e勺E开血eool n ( l一Fe庄8011 /Oo） 庄e o0飞，1庄Bo/( e箱II+8)庄elj ;1 ( 1一1Fo庄( 011 /Oo 所以，工作时间系数的极值2max = 50% 若降低值时，只有当庄() o( e箱8) 时，方可取得mi n，则冷量损失才能少。但开停温差因工作之需（o不能过大
11、，只能李0血8 011 1.25F( e箱e环）试比较4与得： 主F一（e慕e环） 1-e） 1. 25F -l3忡榕（）到( 1 -e亏）当降温处于稳定状态时，t总时，则为：l F o( () J总e环）1.25F(B箱e环）-1. 25（ e箱8:lf)V I币A)所以Fo o1( e；蕉e环）因（e蒸（）环l(e 箱 e环）可略写为： 37 ChaoXing1. 25 a F .一一Fu、l与表明了蒸发器散热面积与箱体计算面积之间的关系式。五、设计计算程序：冷、热容器设计受多种因素的影响，计算结果的准确度并非太高，往往需要反复试算方可定案。因此计算程序大致如下：1.确定箱壁绝热层的厚度a
12、.确定箱外壁面的温度当环境温度。环32，空气相对湿度为70%,则空气露点受温度。露+21c，则箱外壁面温度常为：B20.2+8露( B环B20.2+B露）。b.确定绝热层冷损先确定箱型与尺寸，初略计算其平均计算面积F后，由导绝热层冷损：Q徽1 2F(B;-o环）箱体总的冷损由得：Q徽1. 25Q散1，或囱中4式直接计算Q散值e.箱壁绝热层厚度由知血Q徽I/. -: F(B：箱(Ji环j再由求60 （专士l乞）其中散热系数的选择a r一一箱外空气的散热系数、当无风、靠自然对流、开窗、反走动引起空内的微风、其风速o.1 0.5米秒，则a2=310大卡米2时度。1一一箱内空气的散热系数，当蒸发器冷却
13、、促进箱内空气对流，则流速7米秒，当箱内贮存物品时，1=0.52大卡米2时度；对于双温强制风冷循环， I= 1030大卡米2时度。2.箱内蒸发器制冷量的确定：可按计算。Q 1.25 a F , , o ！县( （箱（环）( 1 -e ) 其中、t总一一为降温时间小时；t总的选择：可根据电冰箱常贮物品冷却速率（即物品在常温下多长间不变质）来确定。T一二一降温时间常数。其中蒸发器面积F。可按24或25两式中间值确定。或类比同类产品佑选蒸发器的管材、直径、长度。而管径按流速确定。3.其它参数的确定a.工作时间系数与蒸发器制冷量Oo之关系当50%时，囱21知：二主1 &P, t开飞1一un EA lh
14、t、n l l Foti. Bo Oo 则OoIF o ( （箱() l F O ( II蒸b.降温过程中任意时间T时的箱温按, , On(l-e手）。篇0环输到、1.25F 全文中所有的公式几乎都与散热系数2及2有关。当冰箱未来放置处于通风良好之处时，在冰箱设计时，a2可选偏大值。反之，取偏小值。一般的常选l与町的范围之中间值进行设计。本文虽然针对制冷箱体设计作了理论分析与计算，但从传热角度来说，当然对制热箱体（恒温箱、干燥箱）的设计与计算也颇有深意。紧急启事我厂生产盛情自动告警器，r所配套自动照相机货源发生困难，特向全国各界紧急求援，要求功能如下：电动快门，自动卷片，连续拍照。敬请有货单位与我厂联系，并寄说明及售价与我厂，谨示谢意。电维：9999 河南济源特种电器厂38 ChaoXing
