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1、郑州大学本科生毕业论文 冷风机的三维设计摘 要本论文主要介绍了冷风机的应用及其设计方法，开篇介绍了冷风机的应用及其发展情况，阐述了冷风机的基本工作原理，构造，特点，以及冷风机所特有的一些优缺点，讨论了三维设计方法的产生、发展及其在冷风机设计中的应用。简要地介绍了冷风机的主要选型方法，给出了本课题需要完成的任务。之后介绍了冷风机设计计算的相关内容，给出了冷风机设计计算和校核的具体步骤，并针对一个特定的工况进行了设计计算和校核，最后简单介绍了一些常用的三维设计软件，并重点叙述了 Pro/E 软件的特点、发展及入门知识，并以举例说明了 Pro/E 三维绘图的基本步骤，并最终绘制出冷风机的三维图形。通
2、过这个设计过程可以看出，与传统的设计方法相比较，三维设计直观方便，大大减轻了手工设计时的工作量和出错率，节省了设计时间，提高了设计效率和准确性。关键词：冷风机；三维设计；Pro/E 制图郑州大学本科生毕业论文 冷风机的三维设计IAbstractThis paper mainly introduced the application of air cooler and its design method, at the beginning of the paper, it introduced the application of air cooler and its development ,
3、including its basic principle ,structure ,characteristic ,and some peculiar advantages and disadvantages. The article discussed the production, development of the 3d design method and its application in the air cooler design. The paper briefly introduced the main method to select the air cooler, and
4、 give the task that needs to be finished of the subject. Then it introduced the related knowledge on the design calculation of the air cooler, and gave the specific steps of the air cooler design calculation and check ,and design calculation and check for a specific operation, at last the paper brie
5、fly introduced some common used 3d design software ,and mainly described the characteristics ,development and the ABC knowledge of the Pro/E ,and illustrate the basic steps of Pro/E 3d drawing .According to this design process ,we can see compared to traditional design methods ,3d design is more int
6、uitive and convenient ,it largely reduced the workload and error rate in manual design ,saved the design time and improved the efficiency and accuracy of the design.Keywords: air cooler; 3d design; the Pro/E mapping 郑州大学本科生毕业论文 冷风机的三维设计0第一章 前言1.1 选题的背景和意义冷风机是一种很常见的制冷装置，从它出现到现在已经经历了几十年的发展，最初的冷风机主要是用于
7、石油化工行业的空气冷却装置，现在已经广泛的应用于社会生活的各个方面。冷风机是通过机内压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器中制冷剂的循环来产生冷量，通过蒸发器内低温制冷剂与空气间的热交换将冷量传递给给空气，使空气温度下降，并通过风机将冷空气吹入需要制冷的地方1。由冷风机的制冷原理不难看出，冷风机具有许多诸如空调等其它制冷设备所不具有的优良性能，比如，可以节省工业用水，减少污染，适用于需要通风保鲜的场合，尤其是食品储存方面，这也使得它在许多领域具有不可或缺的低位。冷风机主要用于食品行业中的肉食、家禽、水产品、果蔬、蛋奶、冷饮制品的冷却加工和冷冻储藏，啤酒、白酒等各种酒类和各种饮料的冷却冷藏，另外还能满足
8、化工、制药行业、机械、电子、水电等行业工艺性冷却加工原料和场所的冷却需要，可以说它存在于社会生活的各个领域中。由于冷风机设计参数对其运行的安全性和运行效率的影响都很大，而冷风机的制冷剂在循环过程中不断发生相变，使得其整个制冷循环的各项参数变动较大。使用传统的设计方法很难快速、准确的确定出符合要求设计参数，这就必然会增长设计周期、提高设计成本，需要较高的人力和物力投入2。而随着计算机技术的不断提高，计算机图形学、计算机虚拟技术、计算机多媒体技术的深入发展，计算机辅助设计应运而生。尤其是近几年来，计算机辅助设计由二维逐渐向三位发展，利用计算机可以完整的模拟出我们想要设计的东西，包括外形、形态、结构
9、等多方面，可以模拟出接近真实的场景尺度模型，制作出几乎可以以假乱真的工程、实物效果图，同时利用动画技术模拟出运行的动态过程，能够更直观的看到设计的最终效果3。这些手段可以大大的提高设计师的设计水平和设计速度，降低设计投入。基于以上两点，随着三维设计软件的不断成熟，冷风机的设计也逐步步入三位参数化设计时代，即冷风机的三维设计，三维软件的使用使得制冷循环的设计更加直观，大大增加了设计的精确度，降低了工作量提高了工作质量。郑州大学本科生毕业论文 冷风机的三维设计11.2 冷风机的选型冷风机作为生产生活中重要的制冷设备之一，具有结构紧凑、传热效果好、占用面积少、节省材料、应用范围广等优点。冷风机的性能
10、好坏直接影响到整个制冷系统性能的优劣，而它的性能是由其本身的结构参数和运行工况所决定的。作为工程设计人员，在了解冷风机的结构设计的前提条件下，必需正确掌握冷风机选型方法，以满足工程设计使用要求。关于选型问题，需要注意一下几点4-6。1.了解冷风机的设计：冷风机的设计包括结构设计和热工计算。结构设计包括确定管径、管子排布方式（顺排、叉排） 、翅片片形、片距、制冷剂单程当量管长等；热工计算主要包括确定风量、换热面积、蒸发温度以及换热温差，以及不同运行工况下的冷量等。工程设计中，由于厂家生产的冷风机其结构设计固定，因此我们只需对其热工计算校对，确保能达到设计要求。2.注意冷风机在使用温度的限制：使用
11、温度的高度不仅影响冷风机内蒸发温度的高低，并与其传热系数成正比。同时，在某一蒸发温度下，由于冷风机蒸发盘管每通路的内径、管长是受压降限制的，冷风机的制冷能力是有上下限的，选择时必须校核所需冷量是否在允许的范围内，特别是在较低温度环境更应注意。3.温差的选择：温差是冷风机热交换的动力，长采用对数平均温差。温差大，热交换强烈，在一定温差范围内，传热系数随温差的增大而显著提高，但当温差增大到一定程度，传热系数的变化就不明显了。既要考虑提高制冷剂效率、节省能源，又要考虑降低投资、减低运行费用，需要通过一定的经济技术分析予以确定。4.结霜工况：当冷风机在 0及其以上条件工作，冷风机蒸发盘管外表面因析湿而
12、引起热、质交换，使传热系数增加。当冷风机在 0及其以下条件工作，蒸发盘管外表面发生结霜现象。并随着时间推移，霜层的不断增厚，霜的密度和导热系数在结霜过程中不断变化。当空气温度和霜层厚度一定时，翅片温度的变化随相对湿度的增大而增大；相对湿度一定时，霜层越厚，翅片温度的变化所受的影响越小。翅片效率与霜层厚度有关，与相对湿度无关，霜层越厚，翅片效率越高，但霜层越厚，制冷量越小。因此考虑到结霜工况，应设计成变片距，这样可以延长冷风机的除霜周期，节约能源，因为冷风机的结霜厚度沿风向是逐渐减薄的。同时，翅片片距的选中，考虑结霜工况运行，片距应取大一些。5.冷风机所配风机风量的校核：冷风机所配风机是按其标准
13、工况下的风量、风压来选郑州大学本科生毕业论文 冷风机的三维设计2配的。只有风机运行在这样的工况下，才能使冷风机发挥其设计性能。因此当选用冷风机时，除了确定冷却面积外，还要校核所需风量、风压。这里的关键是确定空气在流程中所遇的阻力，如果标准风量与所需风量吻合，而实际阻力大于风机的标准全风压，如何差别较大，将导致风量聚减，冷风机冷却性能恶化，这时要考虑替换原冷风机所配风机，使其全压在保证风量的前提下克服空调器的沿程阻力，因此一定要认真处理好这一问题。这个问题处理不当，是许多冻结间达不到设计要求的根本原因。设计时按吨位配冷却面积及配风量是纯经验的东西，计算沿程阻力尽可能准确时，一定不要丢掉任何局部阻
14、力项，这也是选风机时易被忽视的一个问题7。总之，工程设计选型人员应尽可能的了解冷风机的各种结构参数，充分分析考虑影响冷风机性能的因素及需要注意的一些问题，尽可能选用新型高效节能产品，并进行热工校核计算，而不仅仅是凭借经验选型。1.3 冷风机的最新发展1.3.1 冷风机设计的新发展自从上个世纪 30 年代空气冷却装置在国外首次投入工业使用以来，在石油化工及冶金工业中得到迅速应用，我国也于 1963 年开始对空气冷却装置进行研究，经过几十年的发展，空气冷却装置已有最初的单纯的大型工业应用拓展到各个领域的广泛使用。冷风机发展到今天，其设计已经处于成熟阶段，当前对冷风机设计的研究主要有对其制冷循环的改
15、进、低温冷风机结霜融霜特性的研究和改进、经济性的优化、舒适性的改进和适用范围的拓宽等传统的研究领域；以及与现代控制技术相结合对其自动控制的研究等新兴领域【8】。比如，通过建立模型、进行大量实验得到最佳的循环回路设计方式；开发形式多样的融霜技术；使用变频节能技术；采用自动化的除霜控制技术等。在具体的工艺与设计上主要是采用变片距，或整体热浸锌工艺，使钢管和翅片紧密接触，管片形成一体，以提高传热效率，并增强防腐性能，增长产品使用寿命；使用先进的轴流风机，并进行 CAD优化设计，拓宽风机的高效运行区，以节省能耗，延长使用寿命，并降低噪音，提高效率，增大通风量和压力；开发多种结构形式的冷风机和管组，以适用不同场合的应用；采用变片距优化组装的方式，以减少风阻，增强传热效果；等等。1.3.2 冷风机设计方法的新发展由于传统设计方法在冷风机设计上的诸多不便，随着计算机辅助设计的迅速发展，郑州大学本科生毕业论文 冷风机的三维设计3二维及三维设计方法迅速的在冷风机设计行业得到了应用。当前计算机辅助设计方法正从二维进入三维时代，三维设计软件可以为我们提供一种直观快捷的设计途径。但是由于三维设计软件在制冷行业的应用时间尚短，虽然有诸如 autoC
