制冷原理與設(shè)備第一章課件

1、制冷原理與設(shè)備單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理1.單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)2.單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)3.單機蒸氣壓縮式制冷機的性能及工況4.單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理引課1 制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本組成2 制冷循環(huán)過程3 制冷系統(tǒng)各部件的主要用途4 制冷劑的變化過程小結(jié)作業(yè)1.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理日常生活中我們都有這樣的疑問:怎樣才能制冷呢?一、 制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本組成 利用制冷劑由液體狀態(tài)汽化為蒸氣狀態(tài)過程中吸收熱量，被冷卻介質(zhì)因失去熱量而降低溫度，達(dá)到制冷的目的。單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理在普通制冷溫度范圍內(nèi)，蒸氣壓縮式制冷是

2、占主導(dǎo)地位的制冷方式，它屬于液體蒸發(fā)制冷。利用制冷劑液體在汽化（蒸發(fā)）時產(chǎn)生的吸熱效應(yīng)，達(dá)到制冷目的。蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，根據(jù)實際應(yīng)用有單級、多級、復(fù)疊式等循環(huán)之分。單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理根據(jù)蒸氣壓縮式制冷原理構(gòu)成的單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)，是由不同直徑的管道和在其中制冷劑會發(fā)生不同狀態(tài)變化的部件組成，串接成一個封閉的循環(huán)回路，在系統(tǒng)回路中裝入制冷劑，制冷劑在這個循環(huán)回路中能夠不停地循環(huán)流動，即稱為制冷循環(huán)系統(tǒng)。制冷劑在流經(jīng)制冷循環(huán)系統(tǒng)的各相關(guān)部位，將發(fā)生由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，再由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的重復(fù)性的不斷變化。利用制冷劑汽化時吸收其他物質(zhì)的熱量，冷凝時向其他介質(zhì)放出熱量的性質(zhì)，當(dāng)制

3、冷劑汽化吸熱時，某物質(zhì)必然放出熱量而使其溫度下降，這樣就達(dá)到了制冷的目的。單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理制冷劑制冷劑在變?yōu)檎魵庵?，需要對它進行壓縮、冷凝、繼而進行再次汽化吸熱。對制冷劑蒸氣只進行一次壓縮，稱為蒸氣單級壓縮。 單級蒸氣壓縮式制冷單級蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機，冷凝器，膨脹閥和蒸發(fā)器組成。單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理二、制冷循環(huán)過程制冷壓縮機由原動機如電機拖動而工作，不斷地抽吸蒸發(fā)器中的制冷劑蒸氣，壓縮成高壓、過熱蒸氣而排出并送入冷凝器，正是由于這一高壓存在，使制冷劑蒸氣在冷凝器中放出熱量，把熱量傳遞給周圍的環(huán)境介質(zhì)水或空氣，從而

4、使制冷劑蒸氣冷凝成液體，制冷劑蒸氣壓縮冷凝成液體放出熱量單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理冷凝后的制冷劑流經(jīng)節(jié)流元件進入蒸發(fā)器。從入口端的高壓pk降低到低壓p0，從高溫tk降低到t0，并出現(xiàn)少量液體汽化變?yōu)檎魵?。單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理制冷劑液體流入蒸發(fā)器后，在蒸發(fā)器中吸收熱量而沸騰汽化，逐漸變?yōu)檎魵猓谄^程中，制冷劑從被冷卻介質(zhì)中吸收所需要的汽化熱，被冷卻介質(zhì)由于失去熱量而溫度降低，實現(xiàn)了制冷的目的。制冷劑蒸汽回到壓縮機中壓縮單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理三、制冷系統(tǒng)各部件的主要用途1.制冷壓縮機 制冷壓縮機是制冷循環(huán)的動力，它由原動機如電機拖動而工作，它除了及時抽出

5、蒸發(fā)器內(nèi)蒸氣，維持低溫低壓外，將低溫低壓制冷劑蒸氣壓縮至高溫高壓狀態(tài)，以便能用常溫的空氣或水作冷卻介質(zhì)來冷凝制冷劑蒸氣。單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理2.冷凝器 冷凝器是一個熱交換設(shè)備，作用是利用環(huán)境冷卻介質(zhì)空氣或水，將來自制冷壓縮機的高溫高壓制冷蒸氣的熱量帶走，使高溫高壓制冷劑蒸氣冷卻、冷凝成高壓常溫的制冷劑液體。冷凝器向冷卻介質(zhì)散發(fā)熱量的多少，與冷凝器的面積大小成正比，與制冷劑蒸氣溫度和冷卻介質(zhì)溫度之間的溫度差成正比。所以，要散發(fā)一定的熱量，就需要足夠大的冷凝器面積，也需要一定的換熱溫度差。單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理3.節(jié)流元件 高壓常溫

6、的制冷劑液體不能直接送入低溫低壓的蒸發(fā)器。根據(jù)飽和壓力與飽和溫度一一對應(yīng)原理，降低制冷劑液體的壓力，從而降低制冷劑液體的溫度。將高壓常溫的制冷劑液體通過降壓裝置節(jié)流元件，得到低溫低壓制冷劑，再送入蒸發(fā)器吸熱汽化。目前，蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)中常用的節(jié)流元件有膨脹閥和毛細(xì)管。單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理4.蒸發(fā)器 蒸發(fā)器也是一個熱交換設(shè)備。節(jié)流后的低溫低壓制冷劑液體在其內(nèi)蒸發(fā)（沸騰）變?yōu)檎魵猓毡焕鋮s介質(zhì)的熱量，使被冷卻介質(zhì)溫度下降，達(dá)到制冷的目的。蒸發(fā)器吸收熱量的多少與蒸發(fā)器的面積大小成正比，與制冷劑的蒸發(fā)溫度和被冷卻介質(zhì)溫度之間的溫度差成正比。當(dāng)然，也與蒸發(fā)器內(nèi)液體制冷劑的多少有關(guān)。所

7、以，蒸發(fā)器要吸收一定的熱量，就需要與之相匹配的蒸發(fā)器面積，也需要一定的換熱溫度差，還需要供給蒸發(fā)器適量的液體制冷劑。壓縮制冷劑蒸氣，提高壓力和溫度放熱，使高壓高溫制冷劑蒸氣冷卻、冷凝成高壓常溫的制冷劑液體 得到低溫低壓制冷劑制冷劑液體吸熱、蒸發(fā)、制冷單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理四、制冷劑的變化過程單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理制冷劑的變化過程(flash)單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理1、制冷劑在制冷壓縮機中的變化 制冷劑蒸氣由蒸發(fā)器的末端進入壓縮機吸氣口時，壓力越高溫度越高，壓力越低溫度越低。制冷劑蒸氣在壓縮機中被壓縮成過熱蒸氣，壓力由蒸發(fā)壓力p0升高到冷凝壓力pk。為絕

8、熱壓縮過程。外界的能量對制冷劑做功，使得制冷劑蒸氣的溫度再進一步升高，壓縮機排出的蒸氣溫度高于冷凝溫度。單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理2、制冷劑在冷凝器中的變化 過熱蒸氣進入冷凝器后，在壓力不變的條件下，先是散發(fā)出一部分熱量，使制冷劑過熱蒸氣冷卻成飽和蒸氣。飽和蒸氣在等溫條件下，繼續(xù)放出熱量而冷凝產(chǎn)生了飽和液體。3、制冷劑在節(jié)流元件中的變化 飽和液體制冷劑經(jīng)過節(jié)流元件，由冷凝壓力pk降至蒸發(fā)壓力p0，溫度由tk降至t0。為絕熱膨脹過程。 單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理4、制冷劑在蒸發(fā)器中的變化 以液體為主的的制冷劑，流入蒸發(fā)器不斷汽化，全部汽化變

9、時，又重新流回到壓縮機的吸氣口，再次被壓縮機吸入、壓縮、排出，進入下一次循環(huán)。 單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理小結(jié)單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)組成：制冷壓縮機 冷凝器 節(jié)流器 蒸發(fā)器 壓縮過程（壓縮機中進行）通過壓縮使制冷劑由低溫低壓的蒸汽變?yōu)楦邷馗邏簹怏w。冷卻冷凝過程（冷凝器中進行）在冷凝器中冷卻冷凝成制冷劑液體。節(jié)流過程（節(jié)流閥中進行）壓力、溫度降低蒸發(fā)過程（蒸發(fā)器中進行）吸熱蒸發(fā)，變成低溫低壓制冷劑氣作業(yè) 蒸氣壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)主要由哪些部件組成，各有何作用？蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的汽化過程是蒸發(fā)嗎？單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理答：由壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器組成用管道將它們連接成

10、一個密封系統(tǒng)就是蒸汽壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)。 壓縮機起著壓縮和輸送制冷劑蒸汽的作用，是整個系統(tǒng)的心臟，冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，從蒸發(fā)器中吸取的熱量連同壓縮機消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量在制冷器中被冷卻介質(zhì)帶走。節(jié)流閥對制冷劑起節(jié)流降壓作用，并調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)器的制冷劑流量。蒸發(fā)器是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量，從而達(dá)到制取冷量的目的。單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理答：不是。是汽化。因為制冷劑常態(tài)下是氣態(tài),受到壓縮機壓縮變?yōu)橐簯B(tài)或半液半汽態(tài)經(jīng)膨脹機構(gòu)進入蒸發(fā)器由于壓力降低迅速汽化吸收熱量產(chǎn)生制冷效果。單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理1.2 單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)復(fù)習(xí)：簡單敘述一

11、下制冷循環(huán)過程。引課1 理論循環(huán)的假設(shè)條件和壓焓圖2 理論循環(huán)的性能指標(biāo)及其計算小結(jié)作業(yè)1.2 單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)一、理論循環(huán)的假設(shè)條件和壓焓圖單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)組成：制冷壓縮機 冷凝器 節(jié)流器 蒸發(fā)器單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，是指制冷劑在一次循環(huán)中只經(jīng)過一次壓縮，最低蒸發(fā)溫度可達(dá)-40-30。單級蒸氣壓縮式制冷廣泛用于制冷、冷藏、工業(yè)生產(chǎn)過程的冷卻，以及空氣調(diào)節(jié)等各種低溫要求不太高的制冷工程。 單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)節(jié)流過程中與外界沒有熱量交換。1.理論循環(huán)的假設(shè)條件 壓縮過程為等熵過程，即在壓縮過程中不存在任何不可逆損失。壓縮過程為等熵過程； 在

12、冷凝器和蒸發(fā)器中，制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)的溫度，蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質(zhì)的溫度，且冷凝溫度和蒸發(fā)溫度都是定值。冷凝和蒸發(fā)是與冷、熱源換熱； 離開蒸發(fā)器和進入制冷壓縮機的制冷劑蒸氣為蒸發(fā)壓力下的飽和蒸氣；離開冷凝器和進入節(jié)流元件的液體為冷凝壓力下的飽和液體。出蒸發(fā)器的為飽和蒸氣，出冷凝器的為飽和液體； 除節(jié)流元件產(chǎn)生節(jié)流降壓外，制冷劑在設(shè)備、管道內(nèi)的流動沒有阻力損失（壓力降)，與外界環(huán)境沒有熱交換。制冷劑流動過程中沒有流動阻力損失； 節(jié)流過程為絕熱過程，即與外界不發(fā)生熱交換。2.制冷劑的壓焓圖單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)液相區(qū)兩相區(qū)氣相區(qū)一點：三區(qū)：五態(tài)：臨界點C液相區(qū)兩相區(qū)氣相區(qū)過冷液狀態(tài)飽

13、和液狀態(tài)濕蒸氣狀態(tài)飽和蒸氣狀態(tài)過熱蒸氣狀態(tài)單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)等壓線p（水平線）等焓線h（垂直線）飽和液線x=0，飽和蒸氣線x=1，無數(shù)條等干度線x等熵線s等比體積線v等溫線t八線單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)1）制冷壓縮機壓縮過程2）制冷壓縮機冷凝過程 3）制冷壓縮機膨脹過程 4）制冷壓縮機蒸發(fā)過程 3.理論循環(huán)過程在壓焓圖上的表示 制冷壓縮機從蒸發(fā)器吸取蒸發(fā)壓力為p0的飽和制冷劑蒸氣（狀態(tài)點1），沿等熵線壓縮至冷凝壓力pk（狀態(tài)點2），壓縮過程完成。狀態(tài)點2的高溫高壓制冷劑蒸氣進入冷凝器，經(jīng)冷凝器與環(huán)境介質(zhì)空氣或水進行熱交換，放出熱量qk后，沿等壓線pk冷卻至飽

14、和蒸氣狀態(tài)點2，然后冷凝至飽和液狀態(tài)點3，冷凝過程完成。在冷卻過程（2-2）中制冷劑與環(huán)境介質(zhì)有溫差，在冷凝過程（2-3）中制冷劑與環(huán)境介質(zhì)無溫差。狀態(tài)點3的飽和制冷劑液體經(jīng)節(jié)流元件節(jié)流降壓，沿等焓線（節(jié)流過程中焓值保持不變）由冷凝壓力pk降至蒸發(fā)壓力p0，到達(dá)濕蒸氣狀態(tài)點4，膨脹過程完成。狀態(tài)點4的制冷劑濕蒸氣進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)吸收被冷卻介質(zhì)的熱量沿等壓線p0汽化，到達(dá)飽和蒸氣狀態(tài)點1，蒸發(fā)過程完成。制冷劑的蒸發(fā)溫度與被冷卻介質(zhì)間無溫差。二、理論循環(huán)的性能指標(biāo)及其計算單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)1.單位質(zhì)量制冷量 單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的性能指標(biāo)有單位質(zhì)量制冷量、單位容積制冷量、理論比

15、功、單位冷凝熱負(fù)荷及制冷系數(shù)等。式中：q0單位質(zhì)量制冷量（kJ/kg）；h1與吸氣狀態(tài)對應(yīng)的比焓值（kJ/kg）；h4節(jié)流后濕蒸氣的比焓值（kJ/kg）；r0蒸發(fā)溫度下制冷劑的汽化潛熱（kJ/kg）；x4節(jié)流后氣液兩相制冷劑的干度。制冷壓縮機每輸送1kg制冷劑經(jīng)循環(huán)從被冷卻介質(zhì)中制取的冷量稱為單位質(zhì)量制冷量，用q0表示。q0=h1-h4=r0（1-x4） 單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)制冷劑的汽化潛熱越大，節(jié)流后的干度越小，則單位質(zhì)量制冷量越大。制冷循環(huán)的單位質(zhì)量制冷量的大小與制冷劑的性質(zhì)和循環(huán)的工作溫度有關(guān)。q0=h1-h4=r0（1-x4） 2.單位容積制冷量 制冷壓縮機每吸入1m3制冷劑蒸氣

16、（按吸氣狀態(tài)計）經(jīng)循環(huán)從被冷卻介質(zhì)中制取的冷量，稱為單位容積制冷量，用qv表示。式中qv單位容積制冷量（kJ/m3）；v1制冷劑在吸氣狀態(tài)時的比體積（m3/kg）。吸氣比體積v1將直接影響單位容積制冷量qv的大小。吸氣比體積v1的大小隨蒸發(fā)溫度的下降而增大，所以理論循環(huán)的qv不僅隨制冷劑的種類而改變，而且還隨循環(huán)的蒸發(fā)溫度的變化而變化。單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)3.理論比功 制冷壓縮機按等熵壓縮時每壓縮輸送1kg制冷劑蒸氣所消耗的功，稱為理論比功，用w0表示。w0=h2-h1 式中 w0理論比功（kJ/kg）；h2壓縮機排氣狀態(tài)制冷劑的比焓值（kJ/kg）；h1壓縮機吸氣狀態(tài)制冷劑的比焓值（k

17、J/kg）。理論比功也與制冷劑的種類和循環(huán)的工作條件有關(guān)，與制冷壓縮機的形式無關(guān)。單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)4.單位冷凝熱負(fù)荷制冷壓縮機每輸送1kg制冷劑在冷凝器中放出的熱量，稱為單位冷凝熱負(fù)荷，用qk表示。qk=(h2-h2)+(h2-h3)=h2-h3 式中 qk單位冷凝熱負(fù)荷（kJ/kg）；h2與冷凝壓力對應(yīng)的干飽和蒸氣狀態(tài)所具有的比焓值 （kJ/kg）；h3與冷凝壓力對應(yīng)的飽和液狀態(tài)所具有的比焓值 （kJ/kg）；思考：由式 可以得出什么結(jié)論？qk=h2-h3 q0=h1-h4 w0=h2-h1 對于單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)，存在著下列關(guān)系：qk =q0+w

18、0 單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)5.制冷系數(shù)單位質(zhì)量制冷量與理論比功之比，即理論循環(huán)的收益和代價之比，稱為理論循環(huán)制冷系數(shù)，用0表示，即單級理論循環(huán)制冷系數(shù)0是分析理論制冷循環(huán)的一個重要指標(biāo)。制冷系數(shù)不但與循環(huán)的高溫?zé)嵩?、低溫?zé)嵩从嘘P(guān)，還與制冷劑的種類有關(guān)。在制冷機工作溫度給定的情況下，制冷系數(shù)越大，則經(jīng)濟性越高。單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)例1-1假定循環(huán)為單級蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度t0= -10，冷凝溫度tk=35，工質(zhì)為R22，循環(huán)的制冷量Q0=55kW，試對該循環(huán)進行熱力計算。解：要進行制冷循環(huán)的熱力計算，首先需要知道制冷劑在循環(huán)各主要狀態(tài)點的某些熱力狀態(tài)參數(shù)，如比焓、比體積等

19、。這些參數(shù)值可根據(jù)給定的制冷劑種類、溫度、壓力，在相應(yīng)的熱力性質(zhì)圖和表中查到。根據(jù)R22的熱力性質(zhì)表（附表3），查出處于飽和線上的有關(guān)狀態(tài)參數(shù)值：點1：t1=t0= 10，p1=p0=0.3543MPa，h1=401.555kJ/kg，v1=0.0653m3/kg點3：t3=tk=35，p3=pk=1.3548MPa，h3=243.114 kJ/kg，單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)在R22的lgp-h圖上找到p0=0.3543MPa的等壓線（或t0=10的等溫線）與飽和蒸氣線的交點1，由1點作等熵線，此線和pk=1.3548MPa等壓線相交于點2，該點即為壓縮機的出口狀態(tài)。由圖可知，h2=435.

20、2kJ/kg，=57。1）單位質(zhì)量制冷量q0=h1-h4= h1-h3=401.555-243.114=158.441kJ/kg2）單位容積制冷量kJ/m33）制冷劑質(zhì)量流量kg/s點1：t1=t0= 10，p1=p0=0.3543MPa，h1=401.555kJ/kg，v1=0.0653m3/kg點3：t3=tk=35，p3=pk=1.3548MPa，h3=243.114 kJ/kg，單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)4）理論比功w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg5）壓縮機消耗的理論功率P0=qmw0=0.347133.645=11.68kW6）制冷系數(shù)=4717）

21、冷凝器單位熱負(fù)荷qk=h2-h3 =435.2-243.114=192.086kJ/kg點1：t1=t0= 10，p1=p0=0.3543MPa，h1=401.555kJ/kg，v1=0.0653m3/kg點3：t3=tk=35，p3=pk=1.3548MPa，h3=243.114 kJ/kg，單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)8）冷凝器熱負(fù)荷Qk=qmqk=0.3471192.086=66.67kW作業(yè)1. 制冷劑在通過節(jié)流元件時壓力降低，溫度也大幅下降，可以認(rèn)為節(jié)流過程近似為絕熱過程，那么制冷劑降溫時的熱量傳給了誰？2. 單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)有哪些假設(shè)條件？1.3 單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)

22、1 單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)與理論循環(huán)的區(qū)別2 液體過冷、吸氣過熱及回?zé)嵫h(huán)3 熱交換及壓力損失對制冷循環(huán)的影響4 不凝性氣體對制冷循環(huán)的影響5 冷凝、蒸發(fā)過程傳熱溫差對循環(huán)性能的影響6 實際制冷循環(huán)在壓焓圖上的表示及性能指標(biāo)單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)一、單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)與理論循環(huán)的區(qū)別1）制冷壓縮機壓縮過程2）制冷壓縮機冷凝過程 3）制冷壓縮機膨脹過程 4）制冷壓縮機蒸發(fā)過程 制冷壓縮機從蒸發(fā)器吸取蒸發(fā)壓力為p0的飽和制冷劑蒸氣（狀態(tài)點1），沿等熵線壓縮至冷凝壓力pk（狀態(tài)點2），壓縮過程完成。狀態(tài)點2的高溫高壓制冷劑蒸氣進入冷凝器，經(jīng)冷凝器與環(huán)境介質(zhì)空氣或水進行熱交換，放出熱量

23、qk后，沿等壓線pk冷卻至飽和蒸氣狀態(tài)點2，然后冷凝至飽和液狀態(tài)點3，冷凝過程完成。在冷卻過程（2-2）中制冷劑與環(huán)境介質(zhì)有溫差，在冷凝過程（2-3）中制冷劑與環(huán)境介質(zhì)無溫差。狀態(tài)點3的飽和制冷劑液體經(jīng)節(jié)流元件節(jié)流降壓，沿等焓線（節(jié)流過程中焓值保持不變）由冷凝壓力pk降至蒸發(fā)壓力p0，到達(dá)濕蒸氣狀態(tài)點4，膨脹過程完成。狀態(tài)點4的制冷劑濕蒸氣進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)吸收被冷卻介質(zhì)的熱量沿等壓線p0汽化，到達(dá)飽和蒸氣狀態(tài)點1，蒸發(fā)過程完成。制冷劑的蒸發(fā)溫度與被冷卻介質(zhì)間無溫差。復(fù)習(xí)：理論循環(huán)過程。一、單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)與理論循環(huán)的區(qū)別節(jié)流過程中與外界沒有熱量交換。壓縮過程為等熵過程；在冷凝器

24、和蒸發(fā)器中，制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)的溫度，蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質(zhì)的溫度。出蒸發(fā)器的為飽和蒸氣，出冷凝器的為飽和液體；制冷劑流動過程中沒有流動阻力損失；回顧：單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)的假設(shè)條件理論循環(huán)實際循環(huán)壓縮過程為等熵過程；制冷壓縮機的壓縮過程不是等熵過程，且有摩擦損失。在冷凝器和蒸發(fā)器中，制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)的溫度，蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質(zhì)的溫度。實際制冷循環(huán)中壓縮機吸入的制冷劑往往是過熱蒸氣，節(jié)流前往往是過冷液體，即存在氣體過熱、液體過冷現(xiàn)象。熱交換過程中，存在著傳熱溫差，被冷卻介質(zhì)溫度高于制冷劑的蒸發(fā)溫度，環(huán)境冷卻介質(zhì)溫度低于制冷劑冷凝溫度。出蒸發(fā)器的為飽和蒸氣，出冷凝器

25、的為飽和液體；單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)理論循環(huán)實際循環(huán)制冷劑流動過程中沒有流動阻力損失；制冷劑在設(shè)備及管道內(nèi)流動時，存在著流動阻力損失，且與外界有熱量交換。節(jié)流過程中與外界沒有熱量交換。實際節(jié)流過程不完全是絕熱的等焓過程，節(jié)流后的焓值有所增加。制冷系統(tǒng)中存在著不凝性氣體。 定義不凝性氣體是指混在制冷系統(tǒng)里的空氣、氫、氮、潤滑油蒸氣等。這些氣體隨制冷劑在系統(tǒng)中循環(huán)，不隨制冷劑一起冷凝,也不產(chǎn)生制冷效應(yīng)。危害不凝性氣體的存在對系統(tǒng)有很大的危害，主要表現(xiàn)在會使系統(tǒng)冷凝壓力升高，冷凝溫度升高，壓縮機排氣溫度升高，耗電量增加，制冷效率降低；同時由于排氣溫度過高可能導(dǎo)致潤滑油碳化，影響潤滑效果，嚴(yán)重時燒

26、毀制冷壓縮機電機。單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)6）制冷系統(tǒng)中存在著不凝性氣體。 1）制冷壓縮機的壓縮過程不是等熵過程，且有摩擦損失。2）實際制冷循環(huán)中壓縮機吸入的制冷劑往往是過熱蒸氣，節(jié)流前往往是過冷液體，即存在氣體過熱、液體過冷現(xiàn)象。3）熱交換過程中，存在著傳熱溫差，被冷卻介質(zhì)溫度高于制冷劑的蒸發(fā)溫度，環(huán)境冷卻介質(zhì)溫度低于制冷劑冷凝溫度。4）制冷劑在設(shè)備及管道內(nèi)流動時，存在著流動阻力損失，且與外界有熱量交換。5）實際節(jié)流過程不完全是絕熱的等焓過程，節(jié)流后的焓值有所增加。單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)二、液體過冷、吸氣過熱及回?zé)嵫h(huán)1.液體過冷 將節(jié)流前的制冷劑液體冷卻到低

27、于冷凝溫度的狀態(tài)，稱為液體過冷。帶有過冷的循環(huán)，叫做過冷循環(huán)。下圖為具有液體過冷的循環(huán)和理論循環(huán)的對比圖，1-2-3-4-1為理論循環(huán)，1-2-3-4-1表示過冷循環(huán)。單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)1-2（壓縮機）：等熵壓縮2-3（冷凝器）：等壓冷凝放熱3-3（冷凝器）：等壓過冷放熱3-4 節(jié)流閥）：等焓節(jié)流4 -1（蒸發(fā)器）：等壓吸熱制冷單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)幾個基本概念 ： 過冷溫度：制冷劑節(jié)流前被降溫到低于飽和溫度的過冷液體的溫度。 過冷度：液體過冷溫度和其壓力所對應(yīng)的飽和液體溫度之差。單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)液體制冷劑節(jié)流后進入濕蒸氣區(qū)，節(jié)流后制冷劑的干度越小，它在蒸發(fā)器中汽化時的吸

28、熱量越大，循環(huán)的制冷系數(shù)越高。在一定的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下，采用使節(jié)流前制冷劑液體過冷的方法可以達(dá)到減小節(jié)流后制冷劑干度的目的。實現(xiàn)方法：冷凝器后裝過冷器；設(shè)計選型時，適當(dāng)增大冷凝器面積；單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)理論循環(huán)1-2-3-4-1過冷循環(huán)1-2-3-4-1q0=h1-h4q0 =h1-h4 =（h1-h4）+（h4- h4 ）= q0+q0w0=h2-h1w0 =h2-h1 從制冷系數(shù)變化的角度對比如下： 兩個循環(huán)的比功相同，過冷循環(huán)中單位制冷量增加，從而導(dǎo)致過冷循環(huán)的制冷系數(shù)增加。單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)例1-2：某蔬果冷藏庫需制冷量55KW，制冷劑采用氟利昂22，要求蒸發(fā)溫度t

29、0=10，冷凝溫度tK=40。設(shè)計時采用了兩種方案：一種為單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)；一種為過冷循環(huán)，過冷度為5。是比較兩個制冷循環(huán)的性能。h1=401.6KJ/Kgh2=439.5KJ/Kgh3=h4=249.7KJ/Kgh1=401.6KJ/Kgh2=439.5KJ/Kgh3=249.7KJ/Kgh3=h4=243.5KJ/Kg單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)q0=h1-h4=h1=401.6KJ/Kgh2=439.5KJ/Kgh3=h4=249.7KJ/Kgh1=401.6KJ/Kgh2=439.5KJ/Kgh3=249.7KJ/Kgh3=h4=243.5KJ/Kg151.9KJ/Kgw0=h

30、2-h1=37.9KJ/Kg=4.0KJ/Kgq0 =h1-h4 =158.1KJ/Kgw0 =h2-h1=37.9KJ/Kg=4.17KJ/Kg2.吸氣過熱 單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)制冷壓縮機吸入前的制冷劑蒸氣溫度高于蒸發(fā)壓力下的飽和溫度時，稱為吸氣過熱，兩者溫度之差稱為過熱度。具有吸氣過熱的循環(huán)，稱為過熱循環(huán)。 實際循環(huán)中，為了不將液滴帶入壓縮機，通常制冷劑液體在蒸發(fā)器中完全汽化后仍然要繼續(xù)吸收一部分熱量，這樣，在它到達(dá)壓縮機之前已處于過熱狀態(tài)，1-2-3-4-1表示具有吸氣過熱的循環(huán)。1-2-3-4-1表示理論循環(huán)單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)1-2（壓縮機）：等熵壓縮2-3（冷凝器）：等

31、壓冷凝放熱3-4 （節(jié)流閥）：等焓節(jié)流4-1（蒸發(fā)器）：等壓吸熱制冷1-1（蒸發(fā)器）：等壓過熱吸熱幾個基本概念 ： 過熱溫度：壓縮機吸入高于其壓力對應(yīng)飽和溫度的過熱制冷劑蒸汽溫度。 過熱度：蒸汽過熱后的溫度和其壓力所對應(yīng)的飽和溫度之差。單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)過熱吸收的熱量來自被冷卻介質(zhì)，產(chǎn)生了有用的制冷效果，這種過熱稱為有效過熱。反之，過熱吸收的熱量來自被冷卻介質(zhì)之外，沒有產(chǎn)生有用的制冷效果，則稱為有害過熱。過熱分為有效過熱和有害過熱兩種。實際循環(huán)中，形成制冷循環(huán)中吸氣過熱現(xiàn)象的原因很多，主要有：1）蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積的選擇大于設(shè)計所需的蒸發(fā)面積，制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸

32、收被冷卻介質(zhì)的熱量而過熱，屬有效過熱。2）制冷劑蒸氣在壓縮機的吸氣管路中吸收外界環(huán)境的熱量而過熱，屬有害過熱。4）制冷系統(tǒng)設(shè)置了回?zé)崞?，制冷劑蒸氣在回?zé)崞髦形罩评鋭┮后w的熱量而過熱，屬有害過熱，但有過冷過程伴隨。 3）在半封閉、全封閉制冷壓縮機中，低壓制冷劑蒸氣進入壓縮以前，吸收電動機繞組和運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的熱量而過熱，屬有害過熱，但是避免不了的。單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)過熱循環(huán)中壓縮機的排氣溫度比理論循環(huán)的排氣溫度高；過熱循環(huán)的比功大于理論循環(huán)比功；等熵線是一組不平行線。越靠右側(cè)，等熵線走勢越平坦，即數(shù)值變化越大。理論循環(huán)1-2-3-4-1 過熱循環(huán) 1-2-3-4-1 有效過熱 有害過熱

33、q0=h1-h4 q0=h1-h4=（h1-h4）+（h1- h1）=q0+q0 q0=h1-h4= q0 w0=h2-h1 w0=h2-h1=w0+w0 w0=h2-h1=w0+w0 從制冷量和制冷系數(shù)變化角度對比來說明 單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)分析表明，有害過熱對循環(huán)是不利的，這種過熱通常是由于制冷劑蒸氣在壓縮機吸氣管路中吸收外界環(huán)境的熱量而過熱，它并沒有對被冷卻介質(zhì)產(chǎn)生任何制冷效應(yīng)，而且蒸發(fā)溫度越低，與環(huán)境溫差越大，循環(huán)經(jīng)濟性越差。因此制冷設(shè)備通常都通過在吸氣管路上敷設(shè)保溫材料，盡量避免產(chǎn)生有害過熱。例1-3：某蔬果冷藏庫需制冷量55KW，制冷劑采用氟利昂22

34、，要求蒸發(fā)溫度t0=10，冷凝溫度tK=40。設(shè)計時采用了兩種方案：一種為管道過熱循環(huán)，過熱度為10 ；一種為在蒸發(fā)器過熱，過熱度為10 。是比較兩個制冷循環(huán)的性能。單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)h1=401.6KJ/Kgh2=450.0KJ/Kgh3=h4=249.7KJ/Kgh1=409.2KJ/Kgq0=h1-h4=151.9KJ/Kgw0=h2-h1=40.8KJ/Kg=3.7KJ/Kgq0 =h1-h4 =159.5KJ/Kg=3.9KJ/Kg單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)h1=401.6KJ/Kgh2=450.0KJ/Kgh3=h4=249.7KJ/Kgh1=409.2KJ/Kgw0=h2

35、-h1=40.8KJ/Kg單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)有效過熱對循環(huán)是否有益與制冷劑本身的特性有關(guān)。如圖所示，該圖是在蒸發(fā)溫度為0、冷凝溫度為40的條件下計算所得的結(jié)果。 單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)蒸氣有效過熱對制冷劑R134a、R290、R600a、R502有益，使它們的制冷系數(shù)增加，且制冷系數(shù)的增加值與過熱度成正比；蒸氣過熱對制冷劑R22、R717無益，使它們的制冷系數(shù)降低，且制冷系數(shù)的降低值與過熱度成正比，制冷劑R717表現(xiàn)更為突出。 3.回?zé)嵫h(huán)參照液體過冷和吸氣過熱在單級壓縮制冷循環(huán)中所起的作用，可在普通的制冷循環(huán)系統(tǒng)中增加一個回?zé)崞?。回?zé)崞饔址Q氣液熱交換器，是一個熱交換設(shè)備。它使節(jié)流

36、前常溫下的制冷劑液體同制冷壓縮機吸入前低溫的制冷劑蒸氣進行熱交換，同時達(dá)到實現(xiàn)液體過冷和吸氣過熱的目的。單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)1-2-3 -4 -1表示回?zé)嵫h(huán)。1-2-3-4-1表示理論循環(huán)1-2（壓縮機）：等熵壓縮2-3（冷凝器）：等壓冷凝放熱3-4（節(jié)流閥）：等焓節(jié)流4-1（蒸發(fā)器）：等壓吸熱制冷1-1（蒸發(fā)器）：等壓過熱吸熱3-3（冷凝器）：等壓過冷放熱理論循環(huán)1-2-3-4-1 回?zé)嵫h(huán)1-2-3-4-1 q0=h1-h4 q0 =h1-h4 =q0+q0 w0=h2-h1 w0=h2-h1=w0+w0 回?zé)嵫h(huán)與理論循環(huán)相比較，制冷系數(shù)的變化情況如下：

37、 單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)分析表明，回?zé)嵫h(huán)的單位質(zhì)量制冷量和理論比功均有增加，故回?zé)嵫h(huán)的制冷系數(shù)是增大還是減小同制冷劑的種類有關(guān)，這同吸氣過熱的循環(huán)是一樣的。在實際中應(yīng)用，氟制冷循環(huán)適合使用回?zé)崞??；責(zé)嵫h(huán)的過冷可使節(jié)流降壓后的閃發(fā)性氣體減少，從而使節(jié)流機構(gòu)工作穩(wěn)定，蒸發(fā)器的供液均勻。同時回?zé)嵫h(huán)的過熱又可使制冷壓縮機避免“濕沖程”，保護制冷壓縮機。單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)三、熱交換及壓力損失對制冷循環(huán)的影響制冷劑在制冷設(shè)備和連接管道中連續(xù)不斷地流動，使制冷循環(huán)得以實現(xiàn)，形成制冷效應(yīng)。制冷劑沿制冷設(shè)備和連接管道流動，將產(chǎn)生摩擦阻力和局部阻力損失，同時制冷劑還將

38、或多或少地與外部環(huán)境進行熱交換。1.吸氣管道 從蒸發(fā)器出口到壓縮機吸氣入口之間的管道稱為吸氣管道在實際工程中，可以通過降低流速的辦法來減少阻力，即通過增大管徑來減少壓力降，并應(yīng)盡量減少設(shè)置在吸氣管道上的閥門、彎頭等阻力部件，以減少吸氣管道的局部阻力。吸入管道對循環(huán)性能的影響最大。吸入管道中的壓力降始終是有害的，它使得吸氣比容增大，壓縮機的壓力比增大，單位容積制冷量減少，壓縮機容積效率降低，比壓力增大，制冷系數(shù)下降。 2.排氣管道 從壓縮機出口到冷凝器入口之間的管道稱為排氣管道。單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)在壓縮機的排出管道中，熱量由高溫制冷劑蒸氣傳給周圍空氣，它不會引起性能的改變，僅僅是減少了冷

39、凝器中的熱負(fù)荷。 3.液體管道 在冷凝器到膨脹閥這段管路中，熱量通常由液體制冷劑傳給周圍空氣，使液體制冷劑過冷，制冷量增大。然而，也可能冷凝器中的冷卻水溫度很低，冷凝溫度低于環(huán)境溫度，熱量由空氣傳給液體制冷劑，可能導(dǎo)致部分液體氣化，這不僅使單位制冷量下降，而且使得膨脹閥不能正常工作。 從冷凝器出口到節(jié)流元件入口之間的管道稱為液體管道。為了避免這些影響，設(shè)計制冷系統(tǒng)時，要注意冷凝器與節(jié)流元件的相對位置，同時，要降低節(jié)流前管路的阻力損失。單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)4.兩相管道 從節(jié)流元件到蒸發(fā)器之間的管道中流動著兩相的制冷劑，稱為兩相管道。 通常膨脹閥是緊靠蒸發(fā)器安裝的。倘若將它安裝在被冷卻空間內(nèi)

40、，傳給管道的熱量將產(chǎn)生有效制冷量；若安裝在室外，熱量的傳遞使制冷量減少，因而此段管道必須保溫。 5.蒸發(fā)器 如果假定不改變制冷劑出蒸發(fā)器時的狀態(tài)，它僅使蒸發(fā)器中的傳熱溫差減小，要求傳熱面積增大而已。如果假定不改變蒸發(fā)過程中的平均傳熱溫差，其結(jié)果與吸氣管道阻力引起的結(jié)果一樣。 單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)6.冷凝器 假定出冷凝器的壓力不變，為克服冷凝器中制冷劑的流動阻力，必須提高進冷凝器時制冷劑的壓力，這必須導(dǎo)致壓縮機的排氣壓力升高，壓力比增大，壓縮機耗功增加，制冷系數(shù)下降。 7.壓縮機 在理論循環(huán)中，假設(shè)壓縮過程為等熵過程。而實際上，整個過程是一個壓縮指數(shù)在不斷變化的多方過程。另外，由于壓縮機氣

41、缸中有余隙容積的存在，氣體經(jīng)過吸、排氣閥及通道處有熱量交換及流動阻力，這些因素都會使壓縮機的輸氣量減少，制冷量下降，消耗的功率增大。 單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)四、不凝性氣體對制冷循環(huán)的影響不凝性氣體是指在冷凝壓力下不能冷凝為液體的氣體。系統(tǒng)中的不凝性氣體往往積存在冷凝器上部，因為它不能通過冷凝器的液封。不凝性氣體的存在將使冷凝器內(nèi)的壓力增加，從而導(dǎo)致壓縮機排氣壓力提高，比功增加制冷系數(shù)下降，壓縮機容積效率降低。應(yīng)及時加以排除。 五、冷凝、蒸發(fā)過程傳熱溫差對循環(huán)性能的影響由于冷凝器與蒸發(fā)器中傳熱溫差的存在，會使實際的冷凝溫度比理論循環(huán)的冷凝溫度高，蒸發(fā)溫度則比理論循環(huán)的蒸發(fā)溫度低，從而使循環(huán)的

42、制冷系數(shù)下降。制冷循環(huán)中制冷劑與熱源之間的傳熱溫差越大，制冷循環(huán)的效率越低。但傳熱溫差的存在并不影響理論制冷循環(huán)的熱力計算用于實際制冷循環(huán)。 六、實際制冷循環(huán)在壓焓圖上的表示及性能指標(biāo)單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)4-1表示制冷劑在蒸發(fā)器汽化和壓降過程；1-1表示制冷劑蒸氣的過熱（有益或有害）和壓降過程；1-2s表示制冷劑蒸氣在制冷壓縮機內(nèi)實際的非等熵壓縮過程；2s-2s表示制冷壓縮機壓縮后的制冷劑蒸氣經(jīng)過排氣閥的壓降過程；2s-3表示制冷劑蒸氣經(jīng)排氣管進入冷凝器的冷卻、冷凝和壓降過程；3-3表示制冷劑液體的過冷和壓降過程；3-4表示制冷劑液體的非絕熱節(jié)流過程 112(2)3456,ppk0Lg

43、ph實際循環(huán)可表示為圖中的1-1-2-3-4-5-6-1 1-1表示蒸氣的過熱過程 1-2表示實際增熵壓縮過程 2-3-4表示制冷劑在冷凝壓力pk下的等壓冷卻、冷凝過程 4-5表示制冷劑在冷凝壓力下的過冷過程 5-6表示制冷劑在等焓下的節(jié)流過程 6-1表示制冷劑在蒸發(fā)壓力p0下的等壓汽化過程 單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)1.單位質(zhì)量制冷量q0和單位容積制冷量qv q0=h1-h6 是實際制冷循環(huán)的吸氣比體積； 說明：在此假定制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)無過熱，若蒸發(fā)器內(nèi)有過熱，h1須是制冷劑出蒸發(fā)器時處于過熱蒸氣下的焓值。2.理論比功w0、指示比功wi和指示效率i 按等熵壓縮時每壓縮輸送1kg制冷劑蒸氣所消

44、耗的功，稱為理論比功。 w0=h2-h1單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)壓縮輸送1kg制冷劑蒸氣實際消耗的功，稱為指示比功。 wi=h2-h1 把理論比功w0與指示比功wi之比，稱為制冷壓縮機的指示效率i，表示了壓縮機在實際壓縮過程中偏離等熵過程的程度。3.單位冷凝熱負(fù)荷qkqk=h2-h4 單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)4.制冷劑質(zhì)量流量qm 式中Q0為制冷量，通常由設(shè)計任務(wù)給出。5.壓縮機的理論功率P0和指示功率PiP0=qmw0 式中，指示功率Pi為制冷壓縮機在單位時間內(nèi)壓縮制冷劑蒸氣實際消耗的功。單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)6.冷凝器的熱負(fù)荷QkQk=qmqk 7.實際制冷系數(shù)8.熱力完善度 所謂完善度，就是制冷循環(huán)接近它理想情況的程度，接近完善的程度。一個實際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)與工作在相同熱源溫度條件下，它的理想制冷循環(huán)（逆卡諾循環(huán)）的制冷系數(shù)c的比值，就是這個實際制冷循環(huán)接近它自己完善的程度，因此這個實際制冷循環(huán)的熱力完善度為單級蒸氣壓縮式制冷實際循環(huán)越大，說明制冷循環(huán)經(jīng)濟性越好，熱力學(xué)的不可逆損失越小；反之，則制冷循環(huán)效果差，效率低。