單級蒸氣壓縮式制冷的基本原理

單級蒸氣壓縮式制冷的基本原理制冷技術(shù)一、熱力學(xué)基本定律熱力學(xué)第一定律：能量守恒和轉(zhuǎn)換定律熱力學(xué)第二定律：能量貶值原理不可能把熱從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化。

二、完成制冷循環(huán)的設(shè)備組成及其工作蒸發(fā)器：介質(zhì)氣化，吸收外界熱量，實現(xiàn)對外制冷的換熱設(shè)備。冷凝器:介質(zhì)由氣態(tài)冷凝為液態(tài)，使介質(zhì)可以再次氣化制冷的換熱設(shè)備。壓縮機:為使介質(zhì)在自然環(huán)境下冷凝，而改變介質(zhì)狀態(tài)的動力設(shè)備。（實現(xiàn)了熱量從低溫物體向高溫環(huán)境轉(zhuǎn)移）節(jié)流機構(gòu):維持系統(tǒng)高低壓共存的設(shè)備。三、理想制冷循環(huán)

1-2等熵壓縮T0→Tk耗功w12-3等溫放熱qk=Tk（sa-sb）3-4等熵膨脹Tk→T0做功w24-1等溫膨脹吸熱q0=T0（sa-sb）1.逆卡諾循環(huán)兩個恒溫熱源兩個等溫過程兩個等熵過程恒溫熱源理想循環(huán)2.循環(huán)結(jié)果

從被冷卻介質(zhì)吸熱q0（單位制冷量）；向冷卻介質(zhì)放熱qk；循環(huán)凈耗功w0＝qk－q0

3.制冷系數(shù)

大小只取決于兩個熱源的溫度；T0↗或Tk↘ε↗a-b等熵壓縮b-c變溫放熱(可逆多變壓縮)c-d等熵膨脹d-a變溫吸熱(可逆多變膨脹)勞侖茲循環(huán)兩個變溫熱源兩個變溫過程兩個等熵過程變溫熱源理想循環(huán)勞侖茲循環(huán)勞侖茲循環(huán)的制冷系數(shù)等于一個以放熱平均溫度和吸熱平均溫度為高、低溫熱源溫度的等效逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)，僅取決于被冷卻物和冷卻劑的溫度狀況，而與制冷劑性質(zhì)無關(guān)。四、逆卡諾循環(huán)難以實現(xiàn)：

濕蒸氣區(qū)域內(nèi)進行濕壓縮設(shè)備：蒸發(fā)器無傳熱溫差冷凝器無傳熱溫差壓縮機無摩擦運動膨脹機不經(jīng)濟，且難以加工五、有傳熱溫差的制冷循環(huán)

Tk’—冷卻介質(zhì)的溫度T0’—被冷卻介質(zhì)的溫度逆卡諾循環(huán)：1’-2’-3’-4’-1’Tk

—冷凝器中制冷劑的溫度T0

—蒸發(fā)器中制冷劑的溫度有傳熱溫差的循環(huán)：1-2-3-4-1耗功量增加：陰影面積制冷量減少：1-1’-4’-4-1熱力完善度：工工作于相同溫度度間的實際制冷冷循環(huán)的制冷系系數(shù)與逆卡諾循循環(huán)制冷系數(shù)的的比值?！?η的大小反映了了實際制冷循環(huán)環(huán)接近逆卡諾循循環(huán)的程度。六、有傳熱溫差差的制冷循環(huán)的的制冷系數(shù)小于于逆卡諾循環(huán)的的制冷系數(shù)制冷技技術(shù)術(shù)單級蒸氣壓縮式式制冷的理論循循環(huán)一、理論制冷循環(huán)壓縮機：制冷系統(tǒng)的的心臟，壓縮和和輸送制冷劑蒸蒸氣；等熵壓縮縮；冷凝器：輸出熱量；等等壓放熱；節(jié)流閥：節(jié)流降壓，并并調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)發(fā)器的制冷劑流流量；等焓節(jié)流流；蒸發(fā)器：吸收熱量（輸輸出冷量）從而而制冷；等壓吸吸熱。干壓縮代替了濕濕壓縮：壓縮機吸氣狀態(tài)態(tài)為干飽和蒸氣氣節(jié)流閥代替了膨膨脹機：簡化了設(shè)備，但但會造成節(jié)流損損失熱交換過程為等等壓過程，而非非等溫過程二、理論制冷循循環(huán)的特點（對比理想制冷循循環(huán)）三、壓焓圖（一點兩線三區(qū)區(qū)五狀態(tài)）等壓線—水平平線等焓線—垂直直線等干度線—濕濕蒸氣區(qū)域內(nèi)曲線線等熵線—向右右上方大斜率曲線線等容線—向右右上方小斜率曲線線等溫線—垂直直線（液相區(qū)）→→水平線（兩相區(qū)區(qū)）→向右下方彎曲（（過熱蒸氣區(qū)）四、理論制冷循環(huán)環(huán)的壓焓圖壓焓圖的作用：確定狀態(tài)參數(shù)表示熱力過程分析能量變化五、狀態(tài)點的確定1點：Po等壓線與x=1蒸蒸氣干飽和線交點點3點：Pk等壓線與x=0液液態(tài)飽和線交點2點:Pk等壓線與s1等熵線交點4點：Po等壓線與h3等焓線交點六、理論制冷循環(huán)的熱熱力計算單位質(zhì)量制冷量q0：1kg制冷劑在蒸蒸發(fā)器內(nèi)從被冷卻卻物體吸收的熱量量。q0＝h1－h(huán)4單位體積制冷量qv：壓縮機每吸入1m3制冷劑蒸氣（按吸吸氣狀態(tài)計），在在蒸發(fā)器中所產(chǎn)生生的制冷量。qv＝q0/v1＝（h1－h(huán)4）/v1制冷劑質(zhì)量流量MR：MR=Qo/q0制冷劑體積流量VR:VR=MR*v1單位冷凝負荷qk：1kg制冷劑在在冷卻和冷凝過程程中放出的熱量。。qk＝h2－h(huán)3單位理論壓縮功w0：壓縮機每壓縮輸送送1kg制冷劑所消耗的壓壓縮功。w0＝h2－h(huán)1制冷系數(shù)ε0：熱力完善度η：制冷技技術(shù)帶液體過冷、蒸氣氣過熱、回熱系統(tǒng)統(tǒng)單級蒸氣壓縮式式制冷循環(huán)一、液體過冷什么是液體過冷？？制冷劑在冷凝器中中液化后、進入節(jié)節(jié)流機構(gòu)之前，將將液態(tài)制冷劑再降降溫成為過冷液體體的做法。為什么制冷系統(tǒng)帶帶液體過冷？帶有液體過冷的制制冷系統(tǒng)的制冷量量會增加。1、幾個基本概念念過冷溫度：制冷劑節(jié)流前被降降溫到低于飽和溫溫度的過冷液體的的溫度。過冷度：液體過冷溫度和其其壓力所對應(yīng)的飽飽和液體溫度之差差。過冷循環(huán)：具有液體過冷的循循環(huán)稱為液體過冷冷循環(huán)。2.過冷循環(huán)1-2（壓縮機機）：等熵壓縮；；2-3（冷凝器器）：等壓放熱；；3-3’（過冷器器）：等壓傳熱；；3’-4（節(jié)流閥閥）：等焓節(jié)流；；4-1（蒸發(fā)器器）：等壓吸熱3.實現(xiàn)方法法冷凝器后裝過冷器；設(shè)計，選型時，適適當增大冷凝器面面積；制冷系統(tǒng)中設(shè)置回回熱器，采用回熱熱循環(huán)。4.熱力分析單位制冷制冷量：：q0＝h1－h(huán)4’單位理論壓縮功：：w0＝h2－h(huán)1單位質(zhì)量制冷量提提高耗功量不變制冷系數(shù)增大二、蒸氣過熱什么是蒸氣過熱？？制冷劑在蒸發(fā)器中中氣化后、繼續(xù)吸吸熱升溫，使壓縮縮機吸氣溫度高于于其飽和溫度的做做法。為什么制冷系統(tǒng)帶帶蒸氣過熱？保證壓縮機吸氣是是干蒸氣。1.基本概念過熱溫度：壓縮機機吸入的高于其壓壓力對應(yīng)飽和溫度度的過熱制冷劑蒸蒸氣溫度。過熱度：蒸氣過熱熱后的溫度和同壓壓力下飽和溫度的的差值。過熱循環(huán)：具有蒸蒸氣過熱的循環(huán)稱稱為蒸氣過熱循環(huán)環(huán)。有效過熱：過熱吸吸收熱量來自被冷冷卻介質(zhì)，產(chǎn)生有有用的制冷效果。。有害過熱：過熱吸吸收熱量來自被冷冷卻介質(zhì)以外，無無制冷效果。2.過熱循環(huán)1’-2（壓縮縮機）：等熵壓縮縮；2-3（冷凝凝器）：等壓放熱熱；3-4（節(jié)流閥閥）：等焓節(jié)流;4-1（蒸發(fā)器器）:等壓吸熱；1-1’（過過熱）：等壓傳熱熱3.實現(xiàn)方法法蒸發(fā)器面積大于設(shè)設(shè)計所需面積（有有效）；蒸發(fā)器與壓縮機間間的連接管道吸取取外界環(huán)境熱量而而過熱（有害）；；系統(tǒng)中設(shè)置回熱器器（有害過熱，但但有過冷過程伴隨隨）。4.熱力分析（1）有害過熱分析：單位壓縮功增加單位制冷量不變單位冷凝負荷增大大進入壓縮機的制冷冷劑比容增大壓縮機的排氣溫度度升高（2）有效過熱分析：單位壓縮功增加單位制冷量增加單位冷凝負荷增增大進入壓縮機的制制冷劑比容增大大壓縮機的排氣溫溫度升高氨過熱度5℃氟利昂一般取可可采取較大的過過熱度,過熱溫度不超過過15℃5.實際運行中中過熱度選擇三、回熱循環(huán)1.回熱循環(huán)冷凝后的制冷劑劑液體與蒸發(fā)后后的制冷劑蒸氣氣進行熱交換，，實現(xiàn)液體過冷冷、蒸氣過熱的的制冷循環(huán)。2.實現(xiàn)現(xiàn)方法：：系統(tǒng)中設(shè)設(shè)回熱器器吸氣管與與供液管管綁扎3.循循環(huán)過過程1’-2（壓縮縮機）：：等熵壓壓縮；2-3（（冷凝器器）：等等壓放熱熱冷凝；；3-3’’（回熱熱器）：：等壓放放熱過冷冷；3’-4（節(jié)流流閥）：：等焓節(jié)節(jié)流；4-1（（蒸發(fā)器器）：等等壓吸熱熱制冷；；1-1’’（回回熱器））：等壓壓吸熱過過熱。4.熱力分析析單位壓縮縮功增加加；單位制冷冷量增加加；回熱循環(huán)環(huán)不一定定能提高高制冷系系數(shù)；氨不采用用回熱循循環(huán)；回熱適合合在氟制制冷系統(tǒng)統(tǒng)中使用用。單級蒸氣氣壓縮式式制冷實實際循環(huán)環(huán)制冷技技術(shù)術(shù)一、實際際循環(huán)的的特點壓縮非等等熵、可可逆過程程----壓縮縮過程伴伴有吸熱熱和放熱熱；存在傳熱熱溫差，，過程不不可逆；；改善循環(huán)環(huán)：吸氣氣過熱和和過冷節(jié)節(jié)流、回回熱循環(huán)環(huán)；系統(tǒng)存在在節(jié)流損損失；系統(tǒng)存在在流動損損失；系統(tǒng)存在在不凝性性氣體。。二、實際際循環(huán)的的熱力計計算1.確確定工作作參數(shù)蒸發(fā)溫度t0：(直冷式蒸發(fā)器)空氣：t0＝t空氣2－（8～10℃））(間冷式蒸發(fā)器)水或鹽水：t0＝t水2－（4～6℃）冷凝溫度tk：(風冷式冷凝器)空氣：tk＝t空氣1＋15℃(水冷式冷凝器)水：tk＝t平均水溫＋（5～7℃）(蒸發(fā)式冷凝器)濕空氣:tk＝夏季室外計算濕球球溫度＋(8～15℃)過冷溫度tgl：tgl＝tk－（3～5℃）壓縮機吸氣氣溫度tgr：氨：tgr=t0＋（5～8℃）氟利昂：tgr≤15℃2.在在壓焓圖上上確定各狀狀態(tài)點，并并繪制制冷冷循環(huán)3.進行行熱力計算算單位質(zhì)量制制冷量：q0＝h1－h(huán)4單位體積制制冷量：qv＝q0/v1’制冷劑質(zhì)量量流量：MR=Qo/q0制冷劑體積積流量:VR=MR*v1’單位理論壓壓縮功：：w0＝h2－h(huán)1’單位軸功：：we=wo/η=h2’－h(huán)1’——得出h2’值冷凝負荷：：Qk＝MR(h2’－h(huán)3)過冷負荷：：Qgl=MR(h3－h(huán)3’)過熱負荷：：Qgr=MR(h1’－h(huán)1)制冷系數(shù)εε：熱力完善度度η：三、實際制制冷過程描描述1-1’吸吸氣管過熱熱1’-a吸吸氣閥節(jié)流流a-b制冷冷劑進入氣氣缸吸熱b-c先吸吸熱壓縮，，后放熱壓壓縮c-d制冷冷劑在排氣氣腔放熱d-e排氣氣閥節(jié)流e-2排氣氣管放熱冷冷卻2-3冷凝凝放熱3-3’液液體過冷3’-4節(jié)節(jié)流過程中中，制冷劑劑降溫降壓壓對外吸熱熱增焓4-1蒸發(fā)發(fā)制冷四、實際制制冷系統(tǒng)的的耗能評價價指標性能系數(shù)COP:消耗單位壓壓縮機軸功功產(chǎn)生的制制冷量能效比EER：單位電動機機輸入功所所產(chǎn)生的制制冷量實際制冷循循環(huán)熱力計計算舉例1.冷凝溫度的的影響當提高冷凝凝溫度：壓縮比增加加，導(dǎo)致壓壓縮機效率率降低單位制冷量量減少；單位壓縮功功增大；制冷系統(tǒng)性性能系數(shù)降降低，運行行經(jīng)濟指標標變劣。五、制冷系系統(tǒng)性能影影響因素五、制冷系系統(tǒng)性能影影響因素2.蒸發(fā)溫度的的影響當降低蒸發(fā)發(fā)溫度：壓縮比增加加，導(dǎo)致壓壓縮機效率率降低吸氣比容增增加，單位位容積制冷冷量減少；；單位壓縮功功增大；制冷系統(tǒng)性性能系數(shù)降降低，運行行經(jīng)濟指標標變劣。六、制冷系系統(tǒng)運行工工況標準工況和和空調(diào)工況況：用于比較制制冷壓縮機機制冷能力力，標準工工況制冷溫溫度較低；；空調(diào)工況況制冷溫度度較高，主主要針對空空調(diào)用壓縮縮機。工況蒸發(fā)溫度吸氣溫度冷凝溫度再冷溫度標準工況R717-15-10+30+25R22