制冷原理與設(shè)備配置

制冷原理與設(shè)備配置第一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二熱力學(xué)過程分析及其計算理論單級循環(huán)壓焓圖狀態(tài)點(diǎn)的查找與分析單級理論循環(huán)的熱力學(xué)計算冷庫單級循環(huán)壓焓圖狀態(tài)點(diǎn)的查找與分析冷庫單級循環(huán)的熱力學(xué)計算理論雙級循環(huán)壓焓圖狀態(tài)點(diǎn)的查找與分析雙級理論循環(huán)的熱力學(xué)計算冷庫雙級循環(huán)壓焓圖狀態(tài)點(diǎn)的查找與分析冷庫雙級制冷系統(tǒng)的熱力學(xué)計算中央空調(diào)溴化鋰制冷系統(tǒng)的熱力學(xué)分析第二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二單級循環(huán)熱力學(xué)狀態(tài)點(diǎn)分析理論單級循環(huán)壓焓圖狀態(tài)點(diǎn)的查找與分析●●低溫低壓（飽和蒸氣）高溫高壓（過熱蒸氣）狀態(tài)點(diǎn)1狀態(tài)點(diǎn)2第三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二單級循環(huán)熱力學(xué)狀態(tài)點(diǎn)分析理論單級循環(huán)壓焓圖狀態(tài)點(diǎn)的查找與分析●●高溫高壓（過熱蒸氣）常溫高壓（飽和液體）狀態(tài)點(diǎn)2狀態(tài)點(diǎn)3第四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二理論單級循環(huán)壓焓圖狀態(tài)點(diǎn)的查找與分析

●●高溫高壓（過熱蒸氣）常溫低壓（濕蒸氣）狀態(tài)點(diǎn)4狀態(tài)點(diǎn)5單級循環(huán)熱力學(xué)狀態(tài)點(diǎn)分析第五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二理論單級循環(huán)壓焓圖狀態(tài)點(diǎn)的查找與分析●●常溫低壓（濕蒸氣）低溫低壓（飽和蒸氣）狀態(tài)點(diǎn)5狀態(tài)點(diǎn)1單級循環(huán)熱力學(xué)狀態(tài)點(diǎn)分析第六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)單級蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)，冷凝器，膨脹閥和蒸發(fā)器組成。制冷劑蒸汽壓縮、冷凝成液體，放出熱量冷凝后的制冷劑流經(jīng)節(jié)流元件進(jìn)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)檎羝?。制冷劑液體在低壓（低溫）下蒸發(fā)吸熱制冷劑蒸汽回到壓縮機(jī)中壓縮單級循環(huán)熱力學(xué)狀態(tài)點(diǎn)分析第七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二單級理論循環(huán)熱力學(xué)計算1.單位質(zhì)量制冷量q0制冷壓縮機(jī)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）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)流后濕蒸汽的比焓值（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。第八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二單級循環(huán)熱力學(xué)計算2.單位容積制冷量qv

制冷壓縮機(jī)每吸入1m3制冷劑蒸汽（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。

qv=q0/v1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）3.理論比功w0

制冷壓縮機(jī)按等熵壓縮時每壓縮輸送1kg制冷劑蒸汽所消耗的功，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(jī)排氣狀態(tài)制冷劑的比焓值（kJ/kg）；h1壓縮機(jī)吸氣狀態(tài)制冷劑的比焓值（kJ/kg）第九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二4.單位冷凝熱負(fù)荷qk制冷壓縮機(jī)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：單級循環(huán)熱力學(xué)計算qk單位冷凝熱負(fù)荷（kJ/kg）；h2與冷凝壓力對應(yīng)的干飽和蒸汽狀態(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）；對于單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)，存在著下列關(guān)系qk=q0+w05.制冷系數(shù)0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，ε0=q0/w0=（h1-h4）/（h2-h1）第十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二例1-1假定循環(huán)為單級蒸汽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(jìn)行熱力計算。解：點(diǎn)1：t1=t0=10℃，p1=p0=0.3543MPa，h1=401.555kJ/kg，v1=0.0653m3/kg點(diǎn)3：t3=tk=35℃，p3=pk=1.3548MPa，h3=243.114kJ/kg，

由圖可知，h2=435.2kJ/kg，t2=57℃

單級循環(huán)熱力學(xué)計算第十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二1）單位質(zhì)量制冷量q0=h1-h4=h1-h3=401.555-243.114=158.441kJ/kg4）理論比功w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg5）壓縮機(jī)消耗的理論功率P0=qmw0=0.347133.645=11.68kW3）制冷劑質(zhì)量流量qm=Q0/q0=55/158.443=0.3741kg/s2）單位容積制冷量qv=q0/v1=158.411/0.0653=2426kJ/m3單級循環(huán)熱力學(xué)計算第十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二7）冷凝器單位熱負(fù)荷qk=h2-h3=435.2-243.114=192.086kJ/kg8）冷凝器熱負(fù)荷Qk=qmqk=0.3471192.086=66.67kW6）制冷系數(shù)ε0=q0/w0=158.411/33.645=4.71單級循環(huán)熱力學(xué)計算第十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二實(shí)際工況及制冷劑的變化對循環(huán)的影響液體過冷對循環(huán)的影響；吸汽過熱對循環(huán)的影響；回?zé)釋ρh(huán)的影響。單級實(shí)際循環(huán)熱力學(xué)分析第十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二實(shí)際工況及制冷劑的變化對循環(huán)的影響液體過冷對循環(huán)的影響：單級實(shí)際循環(huán)熱力學(xué)分析第十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二實(shí)際工況及制冷劑的變化對循環(huán)的影響液體過冷對循環(huán)的影響：單級實(shí)際循環(huán)熱力學(xué)分析第十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二實(shí)際工況及制冷劑的變化對循環(huán)的影響吸汽過熱對循環(huán)的影響：單級實(shí)際循環(huán)熱力學(xué)分析第十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二實(shí)際工況及制冷劑的變化對循環(huán)的影響：吸汽過熱圖：單級實(shí)際循環(huán)熱力學(xué)分析第十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二實(shí)際工況及制冷劑的變化對循環(huán)的影響：吸氣過熱制冷量和制冷系數(shù)變化對比：

w0=h2-h1=w0+w0

w0=h2-h1=w0+w0

w0=h2-h1

q0=h1-h4=q0

q0=h1-h4=（h1-h4）+（h1-h1）=q0+q0

q0=h1-h4

有害過熱有效過熱過熱循環(huán)1-2-3-4-1

理論循環(huán)1-2-3-4-1單級實(shí)際循環(huán)熱力學(xué)分析第十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二實(shí)際工況及制冷劑的變化對循環(huán)的影響回?zé)釋ρh(huán)的影響：單級實(shí)際循環(huán)熱力學(xué)分析第二十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二實(shí)際工況及制冷劑的變化對循環(huán)的影響回?zé)釋ρh(huán)的原理圖：單級實(shí)際循環(huán)熱力學(xué)分析第二十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二實(shí)際工況及制冷劑的變化對循環(huán)的影響回?zé)嶂评淞亢椭评湎禂?shù)變化對比：w0=h2-h1=w0+w0

w0=h2-h1

q0

=h1-h4=q0+q0

q0=h1-h4

回?zé)嵫h(huán)1-2-3-4-1

理論循環(huán)1-2-3-4-1單級實(shí)際循環(huán)熱力學(xué)計算第二十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二雙級循環(huán)壓焓圖狀態(tài)點(diǎn)的查找與分析雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)采用多級蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的特點(diǎn)及應(yīng)用：（1）降低壓縮機(jī)的排氣溫度（2）降低壓力比（3）減少節(jié)流損失第二十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二一次節(jié)流中間完全冷卻雙級蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的流程圖和lgp-h圖雙級循環(huán)壓焓圖狀態(tài)點(diǎn)的查找與分析第二十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二雙級循環(huán)壓焓圖狀態(tài)點(diǎn)的查找與分析第二十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二一次節(jié)流中間不完全冷卻雙級蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的流程圖和lgp-h圖雙級循環(huán)壓焓圖狀態(tài)點(diǎn)的查找與分析第二十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二氨泵供液的一級節(jié)流中間完全冷卻制冷循環(huán)的流程圖和lgp-h圖雙級循環(huán)壓焓圖狀態(tài)點(diǎn)的查找與分析第二十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二雙級循環(huán)熱力學(xué)計算雙級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)（1）選配壓縮機(jī)時中間壓力的確定選配壓縮機(jī)時，中間壓力pm的選擇，可以根據(jù)制冷系數(shù)最大這一原則去選取，這一中間壓力pm又稱最佳中間壓力。確定最佳中間壓力pm常用的方法有公式法和圖解法。1）公式法常用的公式法有比例中項(xiàng)公式法和拉塞經(jīng)驗(yàn)公式法兩種。第二十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二①比例中項(xiàng)公式法按壓力的比例中項(xiàng)確定中間壓力pm=√po*pk式中Pm,Po和Pk分別為中間壓力、蒸發(fā)壓力和冷凝壓力,單位MPa。按式求出的中間壓力和制冷循環(huán)的最佳中間壓力有一定的偏差。但公式很簡單，可用于初步估算。按溫度的比例中項(xiàng)確定中間壓力Tm=√To*Tk式中Tm,To和Tk分別為中間溫度，蒸發(fā)溫度和冷凝溫度,單位均為K。雙級循環(huán)熱力學(xué)計算第二十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二②拉塞經(jīng)驗(yàn)公式法對于兩級氨制冷循環(huán)，拉賽(A.Rasi)提出了較為簡單的最佳中間溫度計算式：tm=0.4tk+0.6to+3式中，tm,tk和to分別表示中間溫度，冷凝溫度和蒸發(fā)溫度，單位均為℃。上式不只適用于氨，在－40～40℃溫度范圍內(nèi)，對于R12也能得到滿意的結(jié)果。雙級循環(huán)熱力學(xué)計算第三十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二2）圖解法

①根據(jù)確定的蒸發(fā)壓力p0和冷凝壓力pk，②在pm（tm）值的上下，按一定間隔選取若干個中間溫度tm值。③根據(jù)給定的工況和選取的各個中間溫度tm分別畫出雙級縮循環(huán)的lgp-h圖，確定循環(huán)的各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)，計算出相應(yīng)的制冷系數(shù)。④繪制=f（tm）曲線，找到制冷系數(shù)最大值max，由該點(diǎn)對應(yīng)的中間溫度tm。雙級循環(huán)熱力學(xué)計算第三十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二（2）既定壓縮機(jī)時中間壓力的確定已經(jīng)選定壓縮機(jī)好，此時高、低壓級的容積比已確定，即值一定，這時可采用容積比插入法求出中間壓力。雙級循環(huán)熱力學(xué)計算第三十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二1、冷凝溫度：tk=th+Δtk2、蒸發(fā)溫度：to=tl-Δto3、中間溫度：上述分析。4、低壓級吸氣溫度：R717，查表選取；氟利昂吸氣溫度取15℃。5、高壓級吸氣溫度：R717高壓級壓縮機(jī)的吸氣狀態(tài)為中間壓力下的干飽和蒸汽。氟里昂制冷劑，其高壓級吸氣溫度取15℃，吸氣狀態(tài)為中間壓力下的過熱蒸汽。6、節(jié)流前液體的溫度：制冷劑液體經(jīng)中間冷卻器盤管冷卻后的出液溫度比中間溫度高3一7℃，一般R717取小值，氟里昂取大值。對于氟里昂雙級制冷系統(tǒng)，還考慮采用回?zé)崞?，其過冷度由回?zé)崞鞯臒崞胶怅P(guān)系式求得。雙級循環(huán)熱力學(xué)計算第三十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二低壓級壓縮機(jī)的理論功率為

P0d=qmd*w0d=Q0*（h2-h1）*（h1-h8）低壓級的理論比功為：w0d=h2-h1單位質(zhì)量制冷量為：q0=h1-h8低壓級制冷劑的質(zhì)量流量qmd為：qmd=Q0/q0=Q0/（h1-h8）

雙級循環(huán)熱力學(xué)計算第三十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二在二級壓縮制冷循環(huán)中，制取冷量的都是低壓部分的蒸發(fā)過程，其單位制冷量：q0=h1-h4

低壓壓縮機(jī)的單位理論功：wd=h2-h1

當(dāng)制冷機(jī)的冷負(fù)荷為Q0時，低壓級制冷劑循環(huán)量：qmd=Q0/q0=Q0/（h1-h8）

雙級循環(huán)熱力學(xué)計算第三十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二低壓壓縮機(jī)消耗的理論功率：P0d=P0d=qmd*w0d=Q0*（h2-h1）*（h1-h8）對于中間完全冷卻的兩級循環(huán)：

qmgh9+qmdh2=qmgh3+qmdh4qmg=qmd(h2-h4)/(h3-h9)雙級循環(huán)熱力學(xué)計算第三十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二高壓壓縮機(jī)的單位理論功為：wg=h7-h3

由此可得高壓壓縮機(jī)的理論功率：P0g=qmg*w0g=Q0*[(h2-h7)*(h4-h3)]/[(h3-h5)*(h1-h8)]

根據(jù)制冷系數(shù)的定義，兩級壓縮制冷循環(huán)的理論制冷系數(shù)為ε=Q0/（P0g+P0d）=[(h3-h5)*(h1-h8)]/[(h3-h5)*(h2-h1)]+[(h2-h7)*(h4-h3)]

雙級循環(huán)熱力學(xué)計算第三十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二低壓壓縮機(jī)消耗的理論功率：P0d=P0d=qmd*w0d=Q0*（h2-h1）*（h1-h8）

對于中間完全冷卻的兩級循環(huán)：

qmgh9+qmdh2=qmgh3+qmdh4qmg=qmd(h2-h4)/(h3-h9)雙級循環(huán)熱力學(xué)計算第三十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的熱力計算熱力計算目的與原則；循環(huán)工作參數(shù)確定：工作蒸汽參數(shù)、冷媒水進(jìn)出口溫度、冷卻水進(jìn)出口溫度、冷凝溫度、蒸發(fā)溫度、吸收器內(nèi)溶液的最低溫度、溶液濃度、發(fā)生器內(nèi)溶液最高溫度、濃溶液出換熱器溫度；溶液循環(huán)倍率及熱力計算：單位熱負(fù)荷、設(shè)備熱負(fù)荷、熱平衡、熱力系數(shù)。第三十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二溴化鋰吸收式制冷機(jī)的熱力分析已知參數(shù)（a）制冷量Q0（b）冷媒水出口溫度tx。對于溴化鋰吸收式制冷機(jī)組，因?yàn)橛盟鳛橹评鋭?，因此一般tx’大于5℃。（c）冷卻水進(jìn)口溫度tw’根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件決定。（d）加熱熱源溫度，采用0.1～0.25MPa的飽和蒸汽或75℃以上的熱水作為熱源比較合理。動畫演示第四十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二設(shè)計參數(shù)的選定吸收器出口水溫tw1和冷凝器出口水溫tw2；總溫升一般取7～9℃；冷凝溫度tk和冷凝壓力pk冷凝溫度一般較冷卻水出口溫度高2～5℃；蒸發(fā)溫度t0及蒸發(fā)壓力p0蒸發(fā)溫度一般較冷媒水出口溫度tx’低2～4℃吸收器內(nèi)稀溶液的最低溫度t2t2一般比冷卻水出口溫度3～5℃；吸收器壓力pa流經(jīng)擋板時有阻力損失。稀溶液濃度ξa根據(jù)pa和t2，由溴化鋰溶液的h－ξ圖確定；第四十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二設(shè)計參數(shù)的選定濃溶液濃度ξr為保證循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性和安全運(yùn)行，希望放氣范圍(ξr－ξa)在(0.03～0.06)之間。發(fā)生器內(nèi)溶液的最高溫度t4

溶液熱交換器出口溫度t7與t8，為了濃防止結(jié)晶，t8應(yīng)比ξr所對應(yīng)的結(jié)晶溫度高10℃以上，因此冷端溫差取(15～25)℃。忽略溶液與環(huán)境的熱交換，稀溶液的出口溫度t7根據(jù)溶液熱交換器的熱平衡式取定。第四十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二強(qiáng)化傳熱與傳質(zhì)過程添加能量增強(qiáng)劑;(減小溴化鋰溶液的表面張力;降低溴化鋰溶液的水蒸汽分壓力,強(qiáng)化傳質(zhì)過程;在銅管表面形成液膜,使凝結(jié)過程近似為珠狀凝結(jié).)減小冷劑蒸汽的流動阻力;提高換熱器管內(nèi)工作介質(zhì)的流速;(冷卻水和冷媒水:1.5~3m/s;加熱蒸汽:15~30m/s;溶液:>0.3m/s)傳熱管表面進(jìn)行脫脂和防腐處理;改進(jìn)噴嘴結(jié)構(gòu),改善噴淋液的霧化情況;提高冷卻水和冷媒水的水質(zhì),減少污垢熱阻;采用強(qiáng)化傳熱管;合理的調(diào)節(jié)噴淋密度.第四十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二采取適當(dāng)?shù)姆栏胧╀寤嚾芤涸谟锌諝獯嬖诘那闆r下,對一般金屬有強(qiáng)烈的腐蝕性,因此要及時抽除不凝性氣體并嚴(yán)格防止空氣的漏入;采用耐腐蝕的材料;增加緩蝕劑(0.1%~0.3%鉻酸鋰和適量的氫氧化鋰,使溶液的pH=9.5~10.5).第四十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期二