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1、制冷技术制冷技术制冷技术制冷技术 多极压缩制冷循环多极压缩制冷循环第三部分第三部分单级蒸气压缩式制冷循环单级蒸气压缩式制冷循环主要内容单级压缩式制冷的基本工作原理1单级蒸气压缩式制冷理论循环2单级蒸气压缩式制冷过冷循环3单级蒸气压缩式制冷过热循环4单级蒸气压缩式制冷实际循环53.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理制冷循环系统的基本组成制冷循环过程制冷系统各部件的主要用途制冷剂的变化过程日常生活中我们都有这样的疑问日常生活中我们都有这样的疑问:怎样才能制冷制热呢怎样才能制冷制热呢? 利用制冷剂由液体状态汽利用制冷剂由液体状态汽化为蒸气状态过程中吸收热量，化为蒸气状态过程中吸收热量，被冷却介
2、质因失去热量而降低被冷却介质因失去热量而降低温度，达到制冷的目的。温度，达到制冷的目的。3.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理制冷循环系统的基本组成制冷循环系统的基本组成单级蒸气压缩式制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成制冷剂在变为蒸气之后，需制冷剂在变为蒸气之后，需要对它进行压缩、冷凝、继要对它进行压缩、冷凝、继而进行再次汽化吸热。对制而进行再次汽化吸热。对制冷剂蒸气只进行一次压缩，冷剂蒸气只进行一次压缩，称为蒸气单级压缩。称为蒸气单级压缩。 3.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理制冷循环过程制冷循环过程 制冷系统各部件的主要用途制冷系
3、统各部件的主要用途压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体 得到低温低压制冷剂制冷剂液体吸热、蒸发、制冷3.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理制冷剂的变化过程制冷剂的变化过程制冷剂在制冷压缩机中的变化 v制冷剂蒸气由蒸发器的末端进入压缩机吸气口时，压力越高温度越高，压力越低温度越低。v制冷剂蒸气在压缩机中被压缩成过热蒸气，压力由蒸发压力p0升高到冷凝压力pk。为绝热压缩过程。外界的能量对制冷剂做功，使得制冷剂蒸气的温度再进一步升高，压缩机排出的蒸气温度高于冷凝温度。3.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作
4、原理单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理制冷剂的变化过程制冷剂的变化过程小结小结单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：制冷压缩机 、冷凝器 、 节流器 、蒸发器。 压缩过程（压缩机中进行）v通过压缩使制冷剂由低温低压的蒸汽变为高温高压气体。冷却冷凝过程（冷凝器中进行）v在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体。节流过程（节流阀中进行）v压力、温度降低，焓值不变。蒸发过程（蒸发器中进行）v吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气。压压焓图焓图版号：TT0407焓 对于m千克工质： pVUHv焓的定义式焓的定义式：焓焓=内能内能+流动功流动功 v焓的物理意义：焓的物理意义：1对流动流动工质(开口开口系统)，表示沿流动方向传
5、递的总能量中，取决于取决于热力状态热力状态的那部分能量.思考：思考：特别的对理想气体 h= f (T) 对于1千克工质： h=u+ p v 2 对不流动不流动工质(闭口闭口系统)，焓只是一个复合复合状态参数状态参数压焓图一种以绝对压力的对数值为纵坐标、焓值为横坐标的热工图表压焓图饱和液体线压力焓干饱和蒸汽线湿蒸汽区临界点过热蒸汽区过冷液体区压焓图左边一条为饱和液体线（干度左边一条为饱和液体线（干度x x=0=0）右边一条为干饱和蒸汽线（干度右边一条为干饱和蒸汽线（干度x x=1=1）饱和液体线饱和液体线 与干饱和蒸汽线与干饱和蒸汽线 相交于一点，称为相交于一点，称为临界点临界点饱和液体线左侧为
6、过冷液体区饱和液体线左侧为过冷液体区干饱和蒸汽线右侧为过热蒸汽区干饱和蒸汽线右侧为过热蒸汽区两线之间为湿蒸汽区两线之间为湿蒸汽区 压焓图在临界点上，饱和液体转变为饱和蒸汽时，没有在临界点上，饱和液体转变为饱和蒸汽时，没有容积变化容积变化当气体温度超过临界温度后无法液化当气体温度超过临界温度后无法液化物质的临界状态是物质的一种共性物质的临界状态是物质的一种共性在临界状态时，液体和饱和蒸汽不仅有相同的压在临界状态时，液体和饱和蒸汽不仅有相同的压力和温度，还具有相同的比容和熵，它们之间的力和温度，还具有相同的比容和熵，它们之间的一切差别都消失了一切差别都消失了高于临界温度时，物质仅能以单相存在高于临
7、界温度时，物质仅能以单相存在压焓图压力焓100% 液体压焓图压力焓100% 气体液体液体气液混合气液混合气体气体蒸发蒸发冷凝冷凝加热加热温度升高温度升高温度和压力不变温度和压力不变温度和压力不变温度和压力不变冷却冷却温度降低温度降低压焓图压压力力焓焓压压力力焓焓干饱和蒸汽线干饱和蒸汽线饱和液体线饱和液体线等压线等压线等焓线等焓线等干度线等干度线压焓图压焓图等压线：水平线等压线：水平线等焓线：垂直线等焓线：垂直线等干度线：只存在于湿蒸汽区域内，走向等干度线：只存在于湿蒸汽区域内，走向与饱和液体线或干饱和蒸汽线基本一致与饱和液体线或干饱和蒸汽线基本一致压焓图压压力力焓焓等熵线等熵线等容线等容线等温
8、线等温线干饱和蒸汽线干饱和蒸汽线饱和液体线饱和液体线压焓图等温线：等温线：在液体区几乎为垂直线，在湿蒸汽区为在液体区几乎为垂直线，在湿蒸汽区为水平线，在过热蒸汽区为稍许向右下方弯曲的水平线，在过热蒸汽区为稍许向右下方弯曲的倾倾斜斜曲线曲线等熵线：等熵线：从左到右稍向上弯曲从左到右稍向上弯曲的曲线的曲线等容线：在湿蒸汽区和过热蒸汽区中从左到右稍等容线：在湿蒸汽区和过热蒸汽区中从左到右稍向上弯曲的曲线，但比等熵线平坦。液区无等容向上弯曲的曲线，但比等熵线平坦。液区无等容线，因为不同压力的液体容积变化不大线，因为不同压力的液体容积变化不大压焓图压压- -焓图上每一点都代表制冷剂的某一状态焓图上每一点
9、都代表制冷剂的某一状态在温度、压力、比容、焓、熵、干度六个在温度、压力、比容、焓、熵、干度六个状态参数中，只要知道其中任意两个（对状态参数中，只要知道其中任意两个（对于饱和液体及干饱和蒸汽只要知道一个）于饱和液体及干饱和蒸汽只要知道一个）状态参数，就可以在图上确定其状态，从状态参数，就可以在图上确定其状态，从而查出其它几个状态参数而查出其它几个状态参数二、压焓图二、压焓图（一点两线三区五态六参数）（一点两线三区五态六参数）v等压线等压线 水平线水平线v等焓线等焓线 垂直线垂直线v等干度线等干度线 湿蒸气区域内曲线湿蒸气区域内曲线v等熵线等熵线 向右上方大斜率曲线向右上方大斜率曲线v等容线等容线
10、 向右上方小斜率曲线向右上方小斜率曲线v等温线等温线 垂直线（液相区）垂直线（液相区）水平线（两相区）水平线（两相区） 向右下方弯曲（过热蒸气区）向右下方弯曲（过热蒸气区）R717压焓图压焓图R22压焓图压焓图R134a压焓图压焓图R717饱和液体及饱和蒸气热力性质表饱和液体及饱和蒸气热力性质表 压焓图压焓图p/MPat/h/kJ/kgv/m3/kgs/kJ/(kg K)x0.3 0.1 25 0.3 70 1.85 1) 已知工质已知工质R134a和下表填入的参数值，请查找和下表填入的参数值，请查找lgp-h图填入未知项。图填入未知项。 2)已知已知R22的压力为的压力为0.1MPa，温度为
11、，温度为10。求该状。求该状态下态下R22的比焓、比熵和比体积。的比焓、比熵和比体积。2.1单级蒸汽压缩式制冷的理论循环单级蒸汽压缩式制冷的理论循环 1.蒸汽压缩式制冷循环的实现四大部件的作用；2.压焓（lgp-h)图和温熵(T-S)图；3.在特性图上表示制冷循环；4.理论制冷循环计算。l有一逆卡诺循环，其被冷却物体有一逆卡诺循环，其被冷却物体(冷源）冷源）的温度恒的温度恒定为定为5，热源热源温度为温度为40,求其制冷系数。求其制冷系数。 l有一理想制冷循环，被冷却物体有一理想制冷循环，被冷却物体(冷源）冷源）的温度恒的温度恒定为定为5，环境介质，环境介质(热源）热源）的温度为的温度为25，两
12、个，两个传传热过程的传热温差均为热过程的传热温差均为5，试问：，试问： a) 逆卡诺循环的制冷系数为多少？逆卡诺循环的制冷系数为多少？ b) 当考虑传热温差时，制冷系数当考虑传热温差时，制冷系数又是多少又是多少? 计算题计算题l两台制冷机的冷热源温度同为两台制冷机的冷热源温度同为T0=260K，Tk=300K，其制冷系数，其制冷系数为为E1=5.0，E2=4.0，试问哪台制冷机，试问哪台制冷机的经济性好？若两台制冷机的冷热源温度不同：分的经济性好？若两台制冷机的冷热源温度不同：分别为别为T01=260K，Tk1=300K， T02=240K，Tk2=300K，试问哪台制冷机的经济性好？，试问哪
13、台制冷机的经济性好？计算题计算题单级蒸气压缩式制冷理论循环v单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：制冷压缩机 冷凝器 节流器 蒸发器v单级蒸气压缩式制冷循环，是指制冷剂在一次循环中只经过一次压缩，最低蒸发温度可达-40-30。单级蒸气压缩式制冷广泛用于制冷、冷藏、工业生产过程的冷却，以及空气调节等各种低温要求不太高的制冷工程。 仅供教材参考，请勿他用1）压缩过程在湿蒸气区中进行的，危害性很大。（什么是湿压缩，湿压缩的危害？）2）膨胀机等熵膨胀不经济，不现实。因此，在实际蒸气压缩式制冷循环中采用膨胀阀（也称节流阀）代替膨胀机。3）无温差的传热实际上是不可能的。因为冷凝器和蒸发器不可能有无限大的传热面积
14、。所以实际循环只能使蒸发温度低于被冷却物体的温度，冷凝温度高于冷却剂的温度。 逆卡诺循环实现的困难逆卡诺循环实现的困难弊：造成压缩机排气温度升高，导致 轴承烧坏理论制冷循环与理想循环理论制冷循环与理想循环(逆卡诺循环）相比有两个特点逆卡诺循环）相比有两个特点1.用膨胀阀(节流机构）代替膨胀机2.干压缩代替湿压缩汽液分离蒸气过热利：防止液滴进入压缩机气缸，产生液击、冲缸事故，损坏压缩机。油裂解结碳1.蒸汽压缩式制冷循环的实现四大部件的作用蒸汽压缩式制冷循环的实现四大部件的作用压缩机: 压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发器中低压、冷凝器中高压，是整个系统的心脏。冷凝器: 是输出热量的设备，将制冷剂在蒸
15、发器中吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量排放给冷却介质。节流阀: 对制冷剂起节流降压作用，并调节进入蒸发器的制冷剂流量。蒸发器: 是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量，从而达到制冷的目的。节流节流q定义：气体在管道中流过突然缩小的截面，定义：气体在管道中流过突然缩小的截面， 而又未及与外界进行热量交换的过程而又未及与外界进行热量交换的过程q特点：绝热节流过程特点：绝热节流过程前后前后的焓相等，但的焓相等，但整整个个过程绝不是等焓过程。过程绝不是等焓过程。 流体在通过缩孔时流体在通过缩孔时动能动能增加增加，压力压力下降下降并并产生强烈扰动和摩擦。扰动和摩擦的产生强烈扰动和摩擦
16、。扰动和摩擦的不可逆不可逆性性，导致整个过程的不可逆性。，导致整个过程的不可逆性。在缩孔附近，流速 ，焓q不可逆性：不可逆性：绝热节流前后参数的变化绝热节流前后参数的变化(1) 对理想气体对理想气体12111chp222chpchp温度温度不变不变压力压力下降下降比容比容增加增加熵熵增加增加焓焓不变不变注注:理想气体的理想气体的焓焓是是温度温度的的单值函数单值函数单级蒸气压缩式制冷理论循环v理论循环的假设条件v压缩过程为等熵过程；v冷凝和蒸发是与冷、热源换热；v出蒸发器的为饱和蒸气，出冷凝器的为饱和液体；v制冷剂流动过程中没有流动阻力损失；v节流过程中与外界没有热量交换。v一点：临界点Cv三区
17、：液相区、两相区、气相区。v五态：过冷液状态、饱和液状态、湿蒸气状态、饱和蒸气状态、过热蒸气状态。v八线：等压线p（水平线）等焓线h（垂直线）饱和液线x=0，饱和蒸气线x=1，无数条等干度线x等熵线s等比体积线v等温线t液相区液相区两相区两相区气相区气相区制冷剂的压焓图制冷剂的压焓图理论制冷循环在压焓图上的表示理论制冷循环在压焓图上的表示五点假设：1.压缩过程等熵过程2.节流过程等焓过程3.冷凝器内压降为零，出口为饱和液体，传热温差为零。4.蒸发器内压降为零，出口为饱和蒸汽，传热温差为零。5.工质在管路上状态不变（p0，t0）12等熵压缩 23定压冷凝34节流过程（h3h4） 41定压定温气化
18、虚线理论制冷循环的压焓图理论制冷循环的压焓图压焓图的作用：压焓图的作用：v确定状态参数确定状态参数v表示热力过程表示热力过程v分析能量变化分析能量变化3h2ph021pkp0h1蒸气压缩制冷理论循环p h图4h3=h4状态点的确定状态点的确定v1点：点：Po等压线与等压线与x=1蒸气干饱和线交点蒸气干饱和线交点v3点：点： Pk等压线与等压线与x=0液态饱和线交点液态饱和线交点v2点点: Pk等压线与等压线与s1等熵线交点等熵线交点v4点：点： Po等压线与等压线与h3等焓线交点等焓线交点选用制冷剂的压焓图选用制冷剂的压焓图制冷工作条件：制冷工作条件：Po和和Pk单级蒸气压缩式制冷理论循环的热
19、力计算单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算 1.蒸发器热负荷q0 qo=Ws+h=h1h4 (kJ/kg) 2.冷凝器热负荷qk qk=h2h4 (kJ/kg) 3.压缩机耗功W0 W0h2h1 (kJ/kg) 4.节流阀前后焓值不变 h3h45.制冷系数1241hhhhwqo单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算6.单位容积制冷量qv 14110vhhvqqv (kJ/m3) 7.循环制冷量Q0q0 . MR (KJ)8. 压缩机理论功率 N0MR .W0 9.循环效率（热力完善度）CCOPCOP例题例题1：某空气调节系统需制冷量：某空气调节系统需制冷量20
20、kW，假定循环为单级蒸，假定循环为单级蒸气压缩式气压缩式 制冷理论基本循环，且选用氨作为制冷剂，工作条制冷理论基本循环，且选用氨作为制冷剂，工作条件为：蒸发温度件为：蒸发温度to=5，冷凝温度，冷凝温度tk=40。试对该理论制。试对该理论制冷循环进行热力计算。冷循环进行热力计算。解解: h1=1460（kJ/kg） h2=1630（kJ/kg） h3=h4=380（kJ/kg） v1=0.245（m3/kg）单位质量制冷量单位质量制冷量 （kJ/kg）单位容积制冷量单位容积制冷量 （kJ/m3）质量流量质量流量 （kg/s）体积流量体积流量 （m3/s） 单位冷凝热负荷单位冷凝热负荷 （kJ/
21、kg）冷凝器热负荷冷凝器热负荷 （kW） 单位理论功单位理论功 （kJ/kg） 压缩机理论耗功率压缩机理论耗功率 （kW） 理论制冷系数理论制冷系数 热力完善度热力完善度 （不考虑传热温差）（不考虑传热温差） 94. 75273402735273T-TTokoc1080hhq41o9 .4446qq1ov0185. 0qQMoOR0045. 0MV1RR1250hhq32k23qMQkRk170hhw12o3wMNoRo67.6NQooo%84co讨论：制冷理论循环中讨论：制冷理论循环中 符合符合能量守恒能量守恒的基本原则的基本原则 12501701080qwqkoo23320QNQkoo蒸气
22、压缩式制冷理论循环的热力计算蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算v例题2：假定循环为单级压缩蒸气制冷的理论循环，蒸发温度t0=10,冷凝温度为35，工质为R22，循环的制冷量Q0=55kw,试对该循环进行热力计算。解：该循环的压焓图如图所示： v根据R22的热力性质表，查出处于饱和线上的有关状态参数值：h1=401.555 kJ/kg v1=0.0653 m3/kgh3=h4=243.114 kJ/kg p0=0.3543 MPapk=1.3548 MPav由图可知： h2=435.2 kJ/kg t2=57 蒸气压缩式制冷理论循环的
23、热力计算蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算1）单位质量制冷量单位质量制冷量 单位容积制冷量单位容积制冷量2 2）制冷剂质量流量）制冷剂质量流量 制冷剂体积流量制冷剂体积流量/sm0227. 00653. 03471. 031vMVRR kg/s3471. 0441.1585500qQMRkJ/kg441.158114.243555.401410hhq蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算3 3）冷凝器的热负荷：）冷凝器的热负荷：4)4)压缩机理论耗功率：压缩机理论耗功率：kW67.66)114.2432 .
24、435(3471. 0)(32hhMqMQRKRkkW68.11)555.4012 .435(3471. 0)(120hhMNR蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算5 5）理论制冷系数：）理论制冷系数：6 6）制冷效率：）制冷效率：71. 4555.4012 .435114.243555.4011241hhhhth805. 015.27371. 400tttkcthv空气调节系统需冷量空气调节系统需冷量20kW20kW，采用压缩式制冷，蒸，采用压缩式制冷，蒸发温度发温度t t0 0=4,=4,冷凝温度冷凝温度t tk k=40,=40,无再冷，而且压无再冷，而且压缩
25、机入口为饱和蒸气，制冷剂分别使用缩机入口为饱和蒸气，制冷剂分别使用R717R717、R22R22、R134aR134a时理论循环特性的分析比较：时理论循环特性的分析比较：R717R717R22R22R134aR134aq q0 0 kJ/kgkJ/kg1075.761075.76156.85156.85144.51144.51q qv v kJ/mkJ/m3 3427742773771.343771.342392.952392.95w wc c kJ/kgkJ/kg161.29161.2924.5024.5022.9022.90P Pth th kWkW3.003.003.1243.1243.
26、1673.167Q Qk k kWkW23.0023.0023.12423.12423.1723.17thth6.666.666.4026.4026.326.32R R0.8640.8640.8320.8320.820.823h2ph021pkp0h1蒸气压缩制冷理论循环p h图4h3=h4理论制冷循环理论制冷循环 高效安全高效安全实际制冷循环实际制冷循环3.3蒸气压缩式制冷过冷循环蒸气压缩式制冷过冷循环v什么是液体过冷？什么是液体过冷？ 制冷剂在冷凝器中液化后、进入节流机构之前，将液态制制冷剂在冷凝器中液化后、进入节流机构之前，将液态制冷剂再降温成为过冷液体的做法。冷剂再降温成为过冷液体的做
27、法。v液体过冷有什么优势？液体过冷有什么优势？ 带有液体过冷的制冷系统的制冷量会增加。带有液体过冷的制冷系统的制冷量会增加。3.3蒸气压缩式制冷过冷循环蒸气压缩式制冷过冷循环几个基本概念几个基本概念v过冷温度：过冷温度： 制冷剂节流前被降温到低于饱和温度的过冷液体的温度。制冷剂节流前被降温到低于饱和温度的过冷液体的温度。v过冷度：过冷度： 液体过冷温度和其压力所对应的饱和液体温度之差。液体过冷温度和其压力所对应的饱和液体温度之差。v 过冷循环：过冷循环： 带有液体过冷的循环称为液体过冷循环。带有液体过冷的循环称为液体过冷循环。3.3蒸气压缩式制冷过冷循环蒸气压缩式制冷过冷循环 过冷循环过冷循环
28、v1-2 （压缩机）：（压缩机）： 等熵压缩等熵压缩v2-3 （冷凝器）（冷凝器） ： 等压冷凝放热等压冷凝放热v3-3 （过冷（过冷*） ：等压过冷放热：等压过冷放热v3-4 （节流阀）（节流阀） ： 等焓节流等焓节流v4-1 （蒸发器）（蒸发器） ： 等压吸热制冷等压吸热制冷P Ph hP PK KP PO O1 12 23 3 4 43 3P Pk kP Po ot to ot tk kt tg gl l 过冷循环热力计算过冷循环热力计算 某蔬果冷藏库需制冷量某蔬果冷藏库需制冷量55kW，制冷剂采用氟利昂，制冷剂采用氟利昂22，要，要求蒸发温度求蒸发温度to=-10，冷凝温度，冷凝温度t
29、k=40。设计时采用了两。设计时采用了两种方案：一种为单级蒸气压缩式制冷理论循环；一种为过种方案：一种为单级蒸气压缩式制冷理论循环；一种为过冷循环，过冷度为冷循环，过冷度为5。试比较两个制冷循环的性能。试比较两个制冷循环的性能。 理论循环理论循环过冷循环过冷循环热力分析热力分析v单位制冷量：单位制冷量：q0h1h4v单位理论压缩功：单位理论压缩功：w0h2h1 单位质量制冷量提高单位质量制冷量提高 耗功量不变耗功量不变 制冷系数增大制冷系数增大p0pkph021过冷循环4433v什么是蒸气过热？什么是蒸气过热？ 制冷剂在蒸发器中气化后、继续吸热升温，使压缩制冷剂在蒸发器中气化后、继续吸热升温，
30、使压缩机吸气温度高于其饱和温度的做法。机吸气温度高于其饱和温度的做法。v蒸气过热对制冷系统有何作用？蒸气过热对制冷系统有何作用？ 保证压缩机吸气是干蒸气。保证压缩机吸气是干蒸气。3.4蒸气压缩式制冷过热循环蒸气压缩式制冷过热循环基本概念基本概念v过热温度：过热温度： 压缩机吸入的高于其压力对应饱和温度的过热制冷剂蒸气温度。压缩机吸入的高于其压力对应饱和温度的过热制冷剂蒸气温度。v过热度：过热度： 蒸气过热后的温度和同压力下饱和温度的差值。蒸气过热后的温度和同压力下饱和温度的差值。v有效过热：有效过热： 过热吸收热量来自被冷却介质，产生有用的制冷效果。过热吸收热量来自被冷却介质，产生有用的制冷效
31、果。v有害过热：有害过热： 过热吸收热量来自被冷却介质以外，无制冷效果。过热吸收热量来自被冷却介质以外，无制冷效果。过热循环过热循环v1-2 （压缩机）：等熵压缩；（压缩机）：等熵压缩；v2-3 （冷凝器）：等压放热；（冷凝器）：等压放热；v3-4 （节流阀）：等焓节流（节流阀）：等焓节流;v4-1 （蒸发器）（蒸发器）:等压吸热等压吸热 ；v1-1 （过热（过热*）：等压传热）：等压传热P Ph hP PK KP PO O1 12 24 41 1 3 3P Pk kP Po ot tg gr rt to ot tk k实现方法实现方法v蒸发器面积大于设计所需面积（有效过热）；蒸发器面积大于设
32、计所需面积（有效过热）；v蒸发器与压缩机间的连接管道吸取外界环境热蒸发器与压缩机间的连接管道吸取外界环境热量而过热（有害过热）；量而过热（有害过热）；v系统中设置回热器（有害过热，但有过冷过程系统中设置回热器（有害过热，但有过冷过程伴随）。伴随）。 热力分析热力分析（1）有害过热分析：有害过热分析：v单位压缩功增加单位压缩功增加v单位制冷量不变单位制冷量不变v单位冷凝负荷增大单位冷凝负荷增大v进入压缩机的制冷剂比容增大进入压缩机的制冷剂比容增大v压缩机的排气温度升高压缩机的排气温度升高（2）有效过热分析：有效过热分析： 单位压缩功增加单位压缩功增加 单位制冷量增加单位制冷量增加 单位冷凝负荷增
33、大单位冷凝负荷增大 进入压缩机的制冷剂比容增大进入压缩机的制冷剂比容增大 压缩机的排气温度升高压缩机的排气温度升高回热循环回热循环72.功率和效率功率和效率1）指示功率）指示功率Pi：单位时间内压缩机直接用于压：单位时间内压缩机直接用于压缩制冷剂消耗的功率。缩制冷剂消耗的功率。压缩机的指示效率压缩机的指示效率 i:绝热压缩所需功率与指示绝热压缩所需功率与指示功率的比值功率的比值小型氟利昂压缩机为小型氟利昂压缩机为0.650.80；家用全封闭式压缩机为；家用全封闭式压缩机为0.600.85000iiiiwwPwwP73（2）轴功率、摩擦功率和机械效率）轴功率、摩擦功率和机械效率 两者之比值称为机
34、械效率，用m表示 由原动机传到曲轴上的功率称为轴功率Pe一部分直接用于压缩气体称为指示功率用Pi表示另一部分用于克服曲柄连杆机构等的摩擦阻力，称为摩擦功率，用Pm表示miieimPPPPP实际制冷循环实际制冷循环特点特点v 压缩过程非等熵，并伴有吸热和放热；压缩过程非等熵，并伴有吸热和放热；v系统存在节流损失系统存在节流损失 ：吸、排气阀、节流阀等吸、排气阀、节流阀等v存在传热温差，过程不可逆；存在传热温差，过程不可逆；v 改善循环：吸气过热和过冷节流、回热循环；改善循环：吸气过热和过冷节流、回热循环；v系统存在流动损失；系统存在流动损失；v系统存在不凝性气体。系统存在不凝性气体。 v一、热交
35、换及压力损失对制冷循环的影响1.吸气管道 v从蒸发器出口到压缩机吸气入口之间的管道称为吸气管道v吸入管道对循环性能的影响最大。v吸入管道中的压力降始终是有害的，它使得吸 气比容增大，压缩机的压力比增大，单位容积制冷量减少，压缩机容积效率降低，比压力增大，制冷系数下降。 实际循环的影响实际循环的影响2.排气管道 v在压缩机的排出管道中，热量由高温制冷剂蒸气传给周围空气，它不会引起性能 的改变，仅仅是减少了冷凝器中的热负荷。3.液体管道 v在冷凝器到膨胀阀这段管路中，热量通常由液体制冷剂传给周围空气，使液体制 冷剂过冷，制冷量增大。然而，也可能水冷冷凝器中的冷却水温度很低，冷凝温度低于环境温度，热
36、量由空气传给液体制冷剂，可能导致部分液体气化，这不仅使单位制冷量下降，而且使得膨胀阀不能正常工作。3.5单级蒸气压缩式制冷实际循环单级蒸气压缩式制冷实际循环3.5单级蒸气压缩式制冷实际循环单级蒸气压缩式制冷实际循环4.两相管道 v通常膨胀阀是紧靠蒸发器安装的。倘若将它安装在被冷却空间内，传给管道的热 量将产生有效制冷量；若安装在室外，热量的传递使制冷量减少，因而此段管道必须保温。 5.蒸发器 v如果假定不改变制冷剂出蒸发器时的状态，它仅使蒸发器中的传热温差减小，要求传热面积增大而已。v如果假定不改变蒸发过程中的平均传热温差，其结果与吸气管道阻力引起的结果一样。 3.5单级蒸气压缩式制冷实际循环
37、单级蒸气压缩式制冷实际循环v6.冷凝器 假定出冷凝器的压力不变，为克服冷凝器中制冷剂的流动阻力，必须提高进冷凝 器时制冷剂的压力，这必须导致压缩机的排气压力升高，压力比增大，压缩机耗功增加，制冷系数下降。 v7.压缩机 在理论循环中，假设压缩过程为等熵过程。而实际上，整个过程是一个压缩指数 在不断变化的多方过程。另外，由于压缩机气缸中有余隙容积的存在，气体经过吸、排气阀及通道出有热量交换及流动阻力，这些因素都会使压缩机的输气量减少，制冷量下降，消耗的功率增大。 v二、 不凝性气体对制冷循环的影响v系统中的不凝性气体往往积存在冷凝器上部，因为它不能通过冷凝器的液封。不 凝性气体的存在将使冷凝器内
38、的压力增加，从而导致压缩机排气压力提高，比功增加制冷系数下降，压缩机容积效率降低。应及时加以排除。 v三、冷凝、蒸发传热温差对循环性能的影响v由于冷凝器与蒸发器中传热温差的存在，会使实际的冷凝温度比理论循环的冷凝温度高，蒸发温度则比理论循环的蒸发温度低，从而使循环的制冷系数下降。制冷循环中制冷剂与热源之间的传热温差越大，制冷循环的效率越低。v但传热温差的存在并不影响理论制冷循环的热力计算用于实际制冷循环。 实际制冷过程描述实际制冷过程描述v1-1”吸气管过热吸气管过热,流动损失流动损失v1”-10吸气阀节流吸气阀节流v10-2先吸热压缩先吸热压缩,后放热压缩后放热压缩v2-2”排气阀节流排气阀
39、节流v2”-20排气管放热冷却排气管放热冷却v20-3冷凝放热冷凝放热v3-3供液管液体过冷供液管液体过冷,流动损失流动损失v3-4节流过程中节流过程中,制冷剂降温降压对外吸热增焓制冷剂降温降压对外吸热增焓v4-1蒸发制冷蒸发制冷实际循环的热力计算实际循环的热力计算 实际循环的热力计算实际循环的热力计算 1. 确定工作参数确定工作参数v蒸发温度蒸发温度t0： (直冷式蒸发器直冷式蒸发器)空气：空气： t0t空气空气2（810） (间冷式蒸发器间冷式蒸发器)水或盐水：水或盐水： t0t水水2（46）v冷凝温度冷凝温度tk： (风冷式冷凝器风冷式冷凝器)空气：空气： tkt空气空气115 (水冷式
40、冷凝器水冷式冷凝器)水：水： tkt平均水温平均水温（57） (蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器) 湿空气湿空气:tk夏季室外计算湿球温度夏季室外计算湿球温度(815) v过冷温度过冷温度tgl： tgltk（35） v压缩机吸气温度压缩机吸气温度tgr： 氨：氨： tgr=t05左右左右 氟利昂：氟利昂： tgr15蒸发温度蒸发温度()50-5-10-15-20-25吸气温度吸气温度()101-4-7-10-13-19112(2)334,ppk0Lg ph实际循环可表示为图中的实际循环可表示为图中的1-1 -2 -3-3-4-1 1-1表示蒸气的过热过程 1-2表示实际增熵压缩过程 2-3表示制冷剂
41、在冷凝压力pk下的等压冷却、冷凝过程 3-3表示制冷剂在冷凝压力下的过冷过程 3-4表示制冷剂在等焓下的节流过程 4-1表示制冷剂在蒸发压力p0下的等压汽化过程 3.5单级蒸气压缩式制冷实际循环单级蒸气压缩式制冷实际循环实际制冷循环在压焓图上的表示实际制冷循环在压焓图上的表示进行热力计算进行热力计算v单位质量制冷量：单位质量制冷量： q0h1h4 v单位体积制冷量单位体积制冷量 ：qvq0 / v1v制冷剂质量流量：制冷剂质量流量： MR=Qo / q0v制冷剂体积流量制冷剂体积流量: VR=MRv1v单位理论压缩功单位理论压缩功 ：w0h2h1v单位轴功：单位轴功：we=wo/ = h2 h
42、1得出得出h2值值P Ph hP PK KP PO O1 12 23 3 4 41 1 3 3t tg gr rt to ot tk kt tg gl l2 2 v冷凝负荷冷凝负荷 ：QkMR(h2h3 )v过冷负荷：过冷负荷： Qgl= MR(h3h3 )v过热负荷：过热负荷： Qgr= MR(h1h1 )v制冷系数制冷系数：v热力完善度热力完善度： 1 2410hhhhwqe00 1 241TTThhhhkc例题：例题：某空调制冷系统需要制冷量某空调制冷系统需要制冷量120kW，选用氨作制，选用氨作制冷剂。工作条件为：空调用冷冻水温度冷剂。工作条件为：空调用冷冻水温度10，冷却水温度，冷却
43、水温度3232，蒸发器端部传热温差取，蒸发器端部传热温差取55，冷凝器端部温差取，冷凝器端部温差取88，冷凝器实现过冷度冷凝器实现过冷度55，吸气管道过热度，吸气管道过热度55。压缩机部分。压缩机部分损耗为：指示效率损耗为：指示效率0.80.8，摩擦效率，摩擦效率0.90.9，传动效率，传动效率0.950.95。试。试进行制冷循环的设计性热力计算。进行制冷循环的设计性热力计算。 确定工作参数：确定工作参数：蒸发温度蒸发温度 冷凝温度冷凝温度 过冷温度过冷温度 吸气温度吸气温度 5510t00dtt40832tkgktt35540tglkgl tt1055tgr0gr tt状态点：状态点：h1=
44、1461.7 kJ/kg h1=1475.5 kJ/kg h2=1636.0 kJ/kg h3=h4=366.5 kJ/kg v1=0.25 m3/kg单位性能指标：单位性能指标：单位质量制冷量：单位质量制冷量： 单位容积制冷量：单位容积制冷量： 单位理论功：单位理论功： 单位指示功：单位指示功： 单位轴功：单位轴功： （确定点（确定点2） 单位冷凝热负荷：单位冷凝热负荷： 制冷剂流量：制冷剂流量： 质量流量：质量流量： 体积流量：体积流量：2 .10955 .3667 .1461hhq4108 .438025. 02 .1095qq10v5 .1605 .14750 .1636hhw1202
45、00.68 . 0160.5wwi0i4 .1698hwhhh9 .2229 . 08 . 0160.5ww1e212mi0e 1331.95 .3661698.4hhq32k 11. 02 .1095120qQM00R028. 0MV1RR压缩机功率：压缩机功率： 压缩机理论耗功率：压缩机理论耗功率： 压缩机指示耗功率：压缩机指示耗功率： 压缩机轴功率：压缩机轴功率： 电机功率：电机功率：热交换器负荷：热交换器负荷： 蒸发器：已知制冷量蒸发器：已知制冷量120 kW 冷凝器热负荷：冷凝器热负荷：评价制冷循环经济性：评价制冷循环经济性： 理想制冷系数：理想制冷系数： 理论制冷系数：理论制冷系数
46、： 实际制冷系数：实际制冷系数： 热力完善度：热力完善度： 7 . 715 .16011. 0wMN0R01 .226 .20011. 0wMNiRi24.59 .22211. 0wMNeRe4 .2895. 024.510. 1N15. 110. 1Ndein146.51331.911. 0qMQkRk 86.12102733227310273T-TT0k0c8 . 65 .1602 .1095wq0009 . 49 .2222 .1095wqe0%3886.129 . 4c其他条件不变其他条件不变冷凝温度冷凝温度tk升高对循环的影响升高对循环的影响hp冷凝温度tk时：1-2-3-4-1冷凝温度升高为tk时：1-2-3- 4 -11234tkt0tk324其他条件不变其他条件不变蒸发温度蒸发温度t0降低对循环的影响降低对循环的影响hlgp蒸发温度t0时：1-2-3-4-1蒸发温度降低为t0时：1-2-2-3-4-11234tkt024t01氨制冷系统制冷剂流程图氨制冷系统制冷剂流程图氨制冷系统润滑油流程图氨制冷系统润滑油流程图氨制冷系统中空气流程图氨制冷系统中空气流程图氨制冷系统紧急泄氨流程图氨制冷系统紧急泄氨流程图氨制冷系统冷却水冷冻水流程图氨制冷系统冷却水冷冻水流程图氟利昂制冷系统流程图氟利昂制冷系统流程图