制冷原理與設(shè)備第一章

1、電子制作電子制作齊向陽(yáng)齊向陽(yáng) 制冷原理與設(shè)備制冷原理與設(shè)備第1章 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)主主 編編李曉東李曉東第1章 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)l1.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理l引課引課l1.1.1 制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本組成制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本組成l1.1.2 制冷循環(huán)過程制冷循環(huán)過程l1.1.3 制冷系統(tǒng)各部件的主要用途制冷系統(tǒng)各部件的主要用途l1.1.4 制冷劑的變化過程制冷劑的變化過程l小結(jié)小結(jié)l作業(yè)作業(yè)1.1.1 制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本組成制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本組成日常生活中我們都有這樣的疑問日常生活中我們都有這樣的疑問:怎樣才能制冷制熱呢怎樣才能制冷

2、制熱呢? 利用制冷劑由液體狀態(tài)汽化為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)到介質(zhì)因失去熱量而降低溫度，達(dá)到制冷的目的。制冷的目的。1.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理制冷劑制冷劑制冷劑在變?yōu)檎魵庵?，需要?duì)它進(jìn)制冷劑在變?yōu)檎魵庵?，需要?duì)它進(jìn)行壓縮、冷凝、繼而進(jìn)行再次汽化吸行壓縮、冷凝、繼而進(jìn)行再次汽化吸熱。對(duì)制冷劑蒸氣只進(jìn)行一次壓縮，熱。對(duì)制冷劑蒸氣只進(jìn)行一次壓縮，稱為蒸氣單級(jí)壓縮。稱為蒸氣單級(jí)壓縮。 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷單級(jí)蒸氣壓縮式制冷單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)，冷凝

3、器，膨脹閥和蒸發(fā)器組成。1.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理1.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理l1.1.1 制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本組成制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本組成l制冷循環(huán)系統(tǒng)制冷循環(huán)系統(tǒng) :l根據(jù)蒸氣壓縮式制冷原理構(gòu)成的單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)蒸氣壓縮式制冷原理構(gòu)成的單級(jí)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(huì)發(fā)生不同狀態(tài)變化的部是由不同直徑的管道和在其中制冷劑會(huì)發(fā)生不同狀態(tài)變化的部件組成，串接成一個(gè)封閉的循環(huán)回路，在系統(tǒng)回路中裝入制冷件組成，串接成一個(gè)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(gè)循環(huán)回路中能夠不停

4、地循環(huán)流動(dòng)劑，制冷劑在這個(gè)循環(huán)回路中能夠不停地循環(huán)流動(dòng) l蒸氣壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)圖蒸氣壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)圖 1.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理1.1.2 制冷循環(huán)過程制冷循環(huán)過程l制冷劑蒸氣壓縮、冷凝成液體，放出熱量制冷劑蒸氣壓縮、冷凝成液體，放出熱量1.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理1.1.2 制冷循環(huán)過程制冷循環(huán)過程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)檎魵狻?.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理1.1.2 制冷循環(huán)過程制冷循環(huán)過程制冷劑蒸汽回到壓縮機(jī)中壓縮1.1.3 制冷系統(tǒng)各部件的主

5、要用途制冷系統(tǒng)各部件的主要用途壓縮制冷劑蒸氣，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1.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理1.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理l1.1.4 制冷劑的變化過程制冷劑的變化過程l制冷劑在制冷壓縮機(jī)中的變化制冷劑在制冷壓縮機(jī)中的變化 l制冷劑蒸氣由蒸發(fā)器的末端進(jìn)入壓制冷劑蒸氣由蒸發(fā)器的末端進(jìn)入壓縮機(jī)吸氣口時(shí)，壓力越高溫度越高，縮機(jī)吸氣口時(shí)，壓力越高溫度越高，壓力越低溫度越低。壓力越低溫度越低。l制冷劑蒸氣

6、在壓縮機(jī)中被壓縮成過制冷劑蒸氣在壓縮機(jī)中被壓縮成過熱蒸氣，壓力由蒸發(fā)壓力熱蒸氣，壓力由蒸發(fā)壓力p0升高到升高到冷凝壓力冷凝壓力pk。為絕熱壓縮過程。外。為絕熱壓縮過程。外界的能量對(duì)制冷劑做功，使得制冷界的能量對(duì)制冷劑做功，使得制冷劑蒸氣的溫度再進(jìn)一步升高，壓縮劑蒸氣的溫度再進(jìn)一步升高，壓縮機(jī)排出的蒸氣溫度高于冷凝溫度。機(jī)排出的蒸氣溫度高于冷凝溫度。1.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理單級(jí)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制冷劑的變化過程(flash)1.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理l1.1.4 制冷劑的變化過程制冷劑的變化過

7、程l制冷劑在冷凝器中的變化制冷劑在冷凝器中的變化 l過熱蒸氣進(jìn)入冷凝器后，在壓力不變過熱蒸氣進(jìn)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，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。使制冷劑過熱蒸氣冷卻成飽和蒸氣。l飽和蒸氣在等溫條件下，繼續(xù)放出熱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。量而冷凝產(chǎn)生了飽和液體。l制冷劑在節(jié)流元件中的變化制冷劑在節(jié)流元件中的變化 l飽和液體制冷劑經(jīng)過節(jié)流元件，由冷飽和液體制冷劑經(jīng)過節(jié)流元件，由冷凝壓力凝壓力pk降至蒸發(fā)壓力降至蒸發(fā)壓力p0，溫度由，溫度由tk降至降至t0。為絕熱膨脹過程。為絕熱膨脹過程。 1.1 單級(jí)

8、蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理l1.1.4 制冷劑的變化過程制冷劑的變化過程l制冷劑在蒸發(fā)器中的變化制冷劑在蒸發(fā)器中的變化 l以液體為主的的制冷劑，流入蒸發(fā)器不斷汽化，全部汽化以液體為主的的制冷劑，流入蒸發(fā)器不斷汽化，全部汽化變時(shí)，又重新流回到壓縮機(jī)的吸氣口，再次被壓縮機(jī)吸入、變時(shí)，又重新流回到壓縮機(jī)的吸氣口，再次被壓縮機(jī)吸入、壓縮、排出，進(jìn)入下一次循環(huán)。壓縮、排出，進(jìn)入下一次循環(huán)。 1.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理l小結(jié)小結(jié)l單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)組成：制冷壓縮機(jī)單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)組成：制冷壓縮

9、機(jī) 冷冷凝器凝器 節(jié)流器節(jié)流器 蒸發(fā)器蒸發(fā)器 l壓縮過程（壓縮機(jī)中進(jìn)行）壓縮過程（壓縮機(jī)中進(jìn)行）l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。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。l冷卻冷凝過程（冷凝器中進(jìn)行）冷卻冷凝過程（冷凝器中進(jìn)行）l在冷凝器中冷卻冷凝成制冷劑液體。在冷凝器中冷卻冷凝成制冷劑液體。l節(jié)流過程（節(jié)流閥中進(jìn)行）節(jié)流過程（節(jié)流閥中進(jìn)行）l壓力、溫度降低，焓值不變壓力、溫度降低，焓值不變l蒸發(fā)過程（蒸發(fā)器中進(jìn)行）蒸發(fā)過程（蒸發(fā)器中進(jìn)行）l吸熱蒸發(fā)，變成低溫低壓制冷劑氣吸熱蒸發(fā)，變成低溫低壓制冷劑氣1.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)

10、的基本工作原理l作業(yè)作業(yè)l 蒸氣壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)主要由哪些部件組成，各有蒸氣壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)主要由哪些部件組成，各有何作用？何作用？l蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的汽化過程是蒸發(fā)嗎？蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的汽化過程是蒸發(fā)嗎？1.2 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)l引課引課l1.2.1 理論循環(huán)的假設(shè)條件和壓焓圖理論循環(huán)的假設(shè)條件和壓焓圖l1.2.2 理論循環(huán)的性能指標(biāo)及其計(jì)算理論循環(huán)的性能指標(biāo)及其計(jì)算l小結(jié)小結(jié)l作業(yè)作業(yè)1.2 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)l單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)組成：?jiǎn)渭?jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)組成：l制冷壓縮機(jī)制冷壓縮機(jī) l冷凝器冷凝器 l節(jié)流器節(jié)流器 l蒸發(fā)器蒸發(fā)器l單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，是指制

11、冷劑在一次單級(jí)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)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(jí)蒸氣壓縮式制冷廣泛用于制冷、。單級(jí)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。各種低溫要求不太高的制冷工程。 1.2 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)l1.2.1 理論循環(huán)的假設(shè)條件和壓焓圖理論循環(huán)的假設(shè)條件和壓焓圖l1.理論循環(huán)的假設(shè)條件理論循環(huán)的假設(shè)條件 l壓縮過程為等熵過程；壓縮過程為等熵過程；l冷凝和蒸發(fā)是與冷、熱源換熱；冷凝和蒸發(fā)是與冷、熱源換熱；l出蒸發(fā)

12、器的為飽和蒸氣，出冷凝器的為飽和液體；出蒸發(fā)器的為飽和蒸氣，出冷凝器的為飽和液體；l制冷劑流動(dòng)過程中沒有流動(dòng)阻力損失；制冷劑流動(dòng)過程中沒有流動(dòng)阻力損失；l節(jié)流過程中與外界沒有熱量交換。節(jié)流過程中與外界沒有熱量交換。l一點(diǎn)：一點(diǎn)：l臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)Cl三區(qū)：三區(qū)：l液相區(qū)、液相區(qū)、l兩相區(qū)、兩相區(qū)、l氣相區(qū)。氣相區(qū)。l五態(tài)：五態(tài)：l過冷液狀態(tài)、過冷液狀態(tài)、l飽和液狀態(tài)、飽和液狀態(tài)、l濕蒸氣狀態(tài)、濕蒸氣狀態(tài)、l飽和蒸氣狀態(tài)、飽和蒸氣狀態(tài)、l過熱蒸氣狀態(tài)。過熱蒸氣狀態(tài)。l八線：八線：l等壓線等壓線p（水平線）（水平線）l等焓線等焓線h（垂直線）（垂直線）l飽和液線飽和液線x=0，l飽和蒸氣線飽和蒸氣線x

13、=1，l無(wú)數(shù)條等干度線無(wú)數(shù)條等干度線xl等熵線等熵線sl等比體積線等比體積線vl等溫線等溫線t液相區(qū)液相區(qū)兩相區(qū)兩相區(qū)氣相區(qū)氣相區(qū)1.2 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)1）制冷壓縮機(jī)壓縮過程制冷壓縮機(jī)壓縮過程2）制冷壓縮機(jī)冷凝過程制冷壓縮機(jī)冷凝過程 3）制冷壓縮機(jī)膨脹過程制冷壓縮機(jī)膨脹過程 4）制冷壓縮機(jī)蒸發(fā)過程制冷壓縮機(jī)蒸發(fā)過程 1.2 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)3.理論循環(huán)過程在壓焓圖上的表示理論循環(huán)過程在壓焓圖上的表示 1.2.2 理論循環(huán)的性能指標(biāo)及其計(jì)算理論循環(huán)的性能指標(biāo)及其計(jì)算1.單位質(zhì)量制冷量 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。

14、 式中 q0單位質(zhì)量制冷量（kJ/kg）；h1與吸氣狀態(tài)對(duì)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。q0=h1-h4=r0（1-x4） （1-1）1.2 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)2.單位容積制冷量單位容積制冷量 制冷壓縮機(jī)每吸入制冷壓縮機(jī)每吸入1m3制冷劑蒸氣（按吸氣狀態(tài)計(jì)）經(jīng)循環(huán)從被冷制冷劑蒸氣（按吸氣狀態(tài)計(jì)）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，用卻介質(zhì)中制取的冷量，稱為單位容積制冷量，用qv表示。表示。式中qv單位容積制冷量（kJ/m3）；v1制

15、冷劑在吸氣狀態(tài)時(shí)的比體積（m3/kg） 3.理論比功理論比功 制冷壓縮機(jī)按等熵壓縮時(shí)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(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） 1.2 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)4.單位冷凝熱負(fù)荷單位冷凝熱負(fù)荷 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 qk單位冷凝熱負(fù)荷（kJ/kg）；h2與冷凝壓力對(duì)應(yīng)的干飽和蒸氣狀態(tài)所具有

16、的比焓值（kJ/kg）；h3與冷凝壓力對(duì)應(yīng)的飽和液狀態(tài)所具有的比焓值（kJ/kg）；對(duì)于單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)，存在著下列關(guān)系qk = q0 +w0 5.制冷系數(shù)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(jià)之比，稱為理論循環(huán)制冷系數(shù)，用0表示， 1.2 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)例例1-1假定循環(huán)為單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度假定循環(huán)為單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度t0=-10，冷凝溫度冷凝溫度tk=35，工質(zhì)為，工質(zhì)為R22，循環(huán)的制冷量，循環(huán)的制冷量Q0=55kW，試對(duì)該循環(huán)進(jìn)行，試對(duì)該循環(huán)進(jìn)行熱力計(jì)算。熱力計(jì)算。 解解點(diǎn)點(diǎn)

17、1：t1=t0= 10，p1=p0=0.3543MPa，h1=401.555kJ/kg，v1=0.0653m3/kg點(diǎn)點(diǎn)3：t3=tk=35，p3=pk=1.3548MPa，h3=243.114 kJ/kg，由圖可知，由圖可知，h2=435.2 kJ/kg，t2=57 1.2 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)1.2 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)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/kg 5）壓縮機(jī)消耗的理論功

18、率 P0=qmw0=0.347133.645=11.68kW7）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=66.67kW1.2 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)1.2 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)l作業(yè)作業(yè)l3. 制冷劑在蒸氣壓縮制冷循環(huán)中，熱力狀態(tài)是如何制冷劑在蒸氣壓縮制冷循環(huán)中，熱力狀態(tài)是如何變化的？變化的？l4. 制冷劑在通過節(jié)流元件時(shí)壓力降低，溫度也大幅制冷劑在通過節(jié)流元件時(shí)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

19、么制下降，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(shí)的熱量傳給了誰(shuí)？冷劑降溫時(shí)的熱量傳給了誰(shuí)？l5 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)有哪些假設(shè)條件？單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)有哪些假設(shè)條件？1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)l1.3.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)與理論循單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的區(qū)別環(huán)的區(qū)別l1.3.2 液體過冷、吸氣過熱及回?zé)嵫h(huán)液體過冷、吸氣過熱及回?zé)嵫h(huán)l1.3.3 熱交換及壓力損失對(duì)制冷循環(huán)的影響熱交換及壓力損失對(duì)制冷循環(huán)的影響l1.3.4 不凝性氣體對(duì)制冷循環(huán)的影響不凝性氣體對(duì)制冷循環(huán)的影響l1.3.5 冷凝、蒸發(fā)過程傳熱溫差對(duì)循環(huán)性能的冷凝、蒸發(fā)過程傳

20、熱溫差對(duì)循環(huán)性能的影響影響l1.3.6 實(shí)際制冷循環(huán)在壓焓圖上的表示及性能實(shí)際制冷循環(huán)在壓焓圖上的表示及性能指標(biāo)指標(biāo)1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)l1.3.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)與理單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的區(qū)別論循環(huán)的區(qū)別l1）制冷壓縮機(jī)的壓縮過程不是等熵過）制冷壓縮機(jī)的壓縮過程不是等熵過程，且有摩擦損失。程，且有摩擦損失。l2）實(shí)際制冷循環(huán)中壓縮機(jī)吸入的制冷）實(shí)際制冷循環(huán)中壓縮機(jī)吸入的制冷劑往往是過熱蒸氣，節(jié)流前往往是過劑往往是過熱蒸氣，節(jié)流前往往是過冷液體，即存在氣體過熱、液體過冷冷液體，即存在氣體過熱、液體過冷現(xiàn)象?，F(xiàn)象。l3）熱交換過程中，存在著傳熱溫差，）熱

21、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)溫度低于制冷劑冷度，環(huán)境冷卻介質(zhì)溫度低于制冷劑冷凝溫度。凝溫度。l4）制冷劑在設(shè)備及管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，存）制冷劑在設(shè)備及管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，存在著流動(dòng)阻力損失，且與外界有熱量在著流動(dòng)阻力損失，且與外界有熱量交換。交換。l5）實(shí)際節(jié)流過程不完全是絕熱的等焓）實(shí)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。過程，節(jié)流后的焓值有所增加。l6）制冷系統(tǒng)中存在著不凝性氣體。）制冷系統(tǒng)中存在著不凝性氣體。 下圖為具有液體過冷的循環(huán)和理論循環(huán)的對(duì)比圖，1-2-3-4-1為理論循環(huán)，1-2-3-4-1表

22、示過冷循環(huán)。 兩個(gè)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。1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)1.3.2 液體過冷、吸氣過熱及回?zé)嵫h(huán)液體過冷、吸氣過熱及回?zé)嵫h(huán)1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)理論循環(huán)理論循環(huán)1-2-3-4-1過冷循環(huán)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(duì)比如下：從制冷系數(shù)變化的角度對(duì)比如下： 2.吸氣過熱 制冷壓縮機(jī)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(shí)，稱為吸氣過熱，兩者溫度之差稱為過熱度。具

23、有吸氣過熱的循環(huán)，稱為過熱循環(huán)。 1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)l過熱分為有效過熱和有害過熱兩種過熱分為有效過熱和有害過熱兩種l實(shí)際循環(huán)中，形成制冷循環(huán)中吸氣過熱現(xiàn)象的原因?qū)嶋H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：很多，主要有：l1）蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積的選擇大于設(shè)計(jì)所需的蒸發(fā)面積，制）蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積的選擇大于設(shè)計(jì)所需的蒸發(fā)面積，制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸收被冷卻介質(zhì)的熱量而過熱，屬有效過冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸收被冷卻介質(zhì)的熱量而過熱，屬有效過熱。熱。l2）制冷劑蒸氣在壓縮機(jī)的吸氣管路中吸收外界環(huán)境的熱量）制冷劑蒸氣在壓縮機(jī)的吸氣管路中吸收外界環(huán)境的熱量而

24、過熱，屬有害過熱。而過熱，屬有害過熱。l3）在半封閉、全封閉制冷壓縮機(jī)中，低壓制冷劑蒸氣進(jìn)入）在半封閉、全封閉制冷壓縮機(jī)中，低壓制冷劑蒸氣進(jìn)入壓縮以前，吸收電動(dòng)機(jī)繞組和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的熱量而過熱，壓縮以前，吸收電動(dòng)機(jī)繞組和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的熱量而過熱，屬有害過熱，但是必須的。屬有害過熱，但是必須的。l4）制冷系統(tǒng)設(shè)置了回?zé)崞?，制冷劑蒸氣在回?zé)崞髦形罩疲┲评湎到y(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。冷劑液體的熱量而過熱，屬有害過熱，但有過冷過程伴隨。 1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)理論循環(huán)理論循環(huán)1-2-3-4-1 過熱循環(huán)過熱循環(huán) 1 -2

25、 -3-4-1 有效過熱有效過熱 有害過熱有害過熱 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(duì)比來(lái)說明 有效過熱對(duì)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(jì)算所得的結(jié)果 1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)理論循環(huán)理論循環(huán)1-2-3-4-1 回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)1

26、 -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)回?zé)嵫h(huán)與理論循環(huán)相比較，制冷系數(shù)的變化情況如下相比較，制冷系數(shù)的變化情況如下 1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)l1.3.3 熱交換及壓力損失對(duì)制冷循環(huán)的影響熱交換及壓力損失對(duì)制冷循環(huán)的影響l1.吸氣管道吸氣管道 l從蒸發(fā)器出口到壓縮機(jī)吸氣入口之間的管道稱為吸氣管道從蒸發(fā)器出口到壓縮機(jī)吸氣入口之間的管道稱為吸氣管道l吸入管道對(duì)循環(huán)性能的影響最大。吸入管道對(duì)循環(huán)性能的影響最大。l吸入管道中的壓力降始終是有害的，它使得吸吸入管道中的壓力降始終是

27、有害的，它使得吸 氣比容增大，氣比容增大，壓縮機(jī)的壓力比增大，單位容積制冷量減少，壓縮機(jī)容積壓縮機(jī)的壓力比增大，單位容積制冷量減少，壓縮機(jī)容積效率降低，比壓力增大，制冷系數(shù)下降。效率降低，比壓力增大，制冷系數(shù)下降。l 2.排氣管道排氣管道 l在壓縮機(jī)的排出管道中，熱量由高溫制冷劑蒸氣傳給周圍在壓縮機(jī)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(huì)引起性能空氣，它不會(huì)引起性能 的改變，僅僅是減少了冷凝器中的的改變，僅僅是減少了冷凝器中的熱負(fù)荷。熱負(fù)荷。 1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)l3.液體管道液體管道 l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在冷凝器到膨脹閥這段管

28、路中，熱量通常由液體制冷劑傳給周圍空氣，使液體制空氣，使液體制 冷劑過冷，制冷量增大。然而，也可能水冷冷凝冷劑過冷，制冷量增大。然而，也可能水冷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。降，而且使得膨脹閥不能正常工作。 l4.兩相管道兩相管道 l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)，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)，傳給管道的熱傳給管道

29、的熱 量將產(chǎn)生有效制冷量；若安裝在室外，熱量的傳遞量將產(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。使制冷量減少，因而此段管道必須保溫。 l5.蒸發(fā)器蒸發(fā)器 l如果假定不改變制冷劑出蒸發(fā)器時(shí)的狀態(tài)，它僅使蒸發(fā)器中的傳如果假定不改變制冷劑出蒸發(fā)器時(shí)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。熱溫差減小，要求傳熱面積增大而已。l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。阻力引起的結(jié)果一樣。 1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)l6.冷凝器冷凝器 l假定出冷凝器的壓力

30、不變，為克服冷凝器中制冷劑假定出冷凝器的壓力不變，為克服冷凝器中制冷劑的流動(dòng)阻力，必須提高進(jìn)冷凝的流動(dòng)阻力，必須提高進(jìn)冷凝 器時(shí)制冷劑的壓力，器時(shí)制冷劑的壓力，這必須導(dǎo)致壓縮機(jī)的排氣壓力升高，壓力比增大，這必須導(dǎo)致壓縮機(jī)的排氣壓力升高，壓力比增大，壓縮機(jī)耗功增加，制冷系數(shù)下降。壓縮機(jī)耗功增加，制冷系數(shù)下降。 l7.壓縮機(jī)壓縮機(jī) l在理論循環(huán)中，假設(shè)壓縮過程為等熵過程。而實(shí)際在理論循環(huán)中，假設(shè)壓縮過程為等熵過程。而實(shí)際上，整個(gè)過程是一個(gè)壓縮指數(shù)上，整個(gè)過程是一個(gè)壓縮指數(shù) 在不斷變化的多方過在不斷變化的多方過程。另外，由于壓縮機(jī)氣缸中有余隙容積的存在，程。另外，由于壓縮機(jī)氣缸中有余隙容積的存在，氣

31、體經(jīng)過吸、排氣閥及通道出有熱量交換及流動(dòng)阻氣體經(jīng)過吸、排氣閥及通道出有熱量交換及流動(dòng)阻力，這些因素都會(huì)使壓縮機(jī)的輸氣量減少，制冷量力，這些因素都會(huì)使壓縮機(jī)的輸氣量減少，制冷量下降，消耗的功率增大。下降，消耗的功率增大。 1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)l1.3.4 不凝性氣體對(duì)制冷循環(huán)的影響不凝性氣體對(duì)制冷循環(huán)的影響l系統(tǒng)中的不凝性氣體往往積存在冷凝器上部，因?yàn)樗荒芟到y(tǒng)中的不凝性氣體往往積存在冷凝器上部，因?yàn)樗荒芡ㄟ^冷凝器的液封。不通過冷凝器的液封。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(jī)排氣壓力提高，比功增加制冷系力增加，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣

32、壓力提高，比功增加制冷系數(shù)下降，壓縮機(jī)容積效率降低。應(yīng)及時(shí)加以排除。數(shù)下降，壓縮機(jī)容積效率降低。應(yīng)及時(shí)加以排除。 l1.3.5 冷凝、蒸發(fā)過程傳熱溫差對(duì)循環(huán)性能的冷凝、蒸發(fā)過程傳熱溫差對(duì)循環(huán)性能的影響影響l由于冷凝器與蒸發(fā)器中傳熱溫差的存在，會(huì)使實(shí)際的冷凝由于冷凝器與蒸發(fā)器中傳熱溫差的存在，會(huì)使實(shí)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)的制冷系數(shù)下降。制冷循環(huán)中制蒸發(fā)溫度低，從而使循環(huán)的制冷系數(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。冷劑與熱源之間的傳熱溫差越大，制冷循環(huán)的效率

33、越低。l但傳熱溫差的存在并不影響理論制冷循環(huán)的熱力計(jì)算用于但傳熱溫差的存在并不影響理論制冷循環(huán)的熱力計(jì)算用于實(shí)際制冷循環(huán)。實(shí)際制冷循環(huán)。 1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)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(jī)內(nèi)實(shí)際的非等熵壓縮過程；2s-2s表示制冷壓縮機(jī)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(jìn)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 ph實(shí)際循環(huán)

34、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(shí)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 1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)1.單位質(zhì)量制冷量單位質(zhì)量制冷量q0和單位容積制冷量和單位容積制冷量qvq0=h1-h62.理論比功理論比功w0、指示比功、指示比功wi和指示效率和指示效率 i 按等熵壓縮時(shí)每壓縮輸送1kg制冷劑蒸氣所消耗的功，稱為理論比功 w0=h2-h1 壓縮輸送1kg

35、制冷劑蒸氣實(shí)際消耗的功，稱為指示比功 wi=h2-h1 理論比功w0與指示比功wi之比，稱為制冷壓縮機(jī)的指示效率i 1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)3.單位冷凝熱負(fù)荷qkqk=h2-h4 4.制冷劑質(zhì)量流量qm 5.壓縮機(jī)的理論功率P0和指示功率PiP0=qmw0 6.冷凝器的熱負(fù)荷QkQk=qmqk 1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)7.實(shí)際制冷系數(shù)8.熱力完善度 制冷循環(huán)接近它理想情況的程度，接近完善的程度 實(shí)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 1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際

36、循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)越大，說明制冷循環(huán)經(jīng)濟(jì)性越好，熱力學(xué)的不可逆損失越?。环粗?，則制冷循環(huán)效果差，效率低。永遠(yuǎn)小于1 1.3 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)l作業(yè)作業(yè)l 試畫出單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的試畫出單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的lgp-h圖，并說明圖中各過程線的圖，并說明圖中各過程線的含義。含義。l8. 已知已知R22的壓力為的壓力為0.1MPa，溫度為，溫度為10。求該狀態(tài)下。求該狀態(tài)下R22的比焓、比的比焓、比熵和比體積。熵和比體積。l9. 已知工質(zhì)已知工質(zhì)R134a和下表填入的參數(shù)值，請(qǐng)查找和下表填入的參數(shù)值，請(qǐng)查找lgp-h圖填入未知項(xiàng)。圖填入

37、未知項(xiàng)。lp/MPat/h/kJ/kgv/m3/kgs/kJ/(kg K)x0.30.1 250.3701.8510. 有一個(gè)單有一個(gè)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)，高溫?zé)嵩礈囟葹榧?jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)，高溫?zé)嵩礈囟葹?0，低溫?zé)嵩礈囟葹?，低溫?zé)嵩礈囟葹?15，分別采用分別采用R22和和R717為制冷劑，試求其工作時(shí)理論循環(huán)的性能指標(biāo)。為制冷劑，試求其工作時(shí)理論循環(huán)的性能指標(biāo)。l11. 一臺(tái)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷機(jī)，工作在高溫?zé)嵩礈囟葹橐慌_(tái)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷機(jī)，工作在高溫?zé)嵩礈囟葹?0，低溫?zé)嵩?，低溫?zé)嵩礈囟葹闇囟葹?20下，試求分別用下，試求分別用R134a和和R22工作時(shí)，理論循環(huán)的性能指標(biāo)。工作時(shí)，理

38、論循環(huán)的性能指標(biāo)。l12. 有一單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)用于空調(diào)，假定為理論制冷循環(huán)，工作有一單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)用于空調(diào)，假定為理論制冷循環(huán)，工作條件如下：蒸發(fā)溫度條件如下：蒸發(fā)溫度t0=5，冷凝溫度，冷凝溫度tk=40，制冷劑為，制冷劑為R134a?？照{(diào)房。空調(diào)房間需要的制冷量是間需要的制冷量是3kW，試求：該理論制冷循環(huán)的單位質(zhì)量制冷量，試求：該理論制冷循環(huán)的單位質(zhì)量制冷量q0、制、制冷劑質(zhì)量流量冷劑質(zhì)量流量qm、理論比功、理論比功w0、壓縮機(jī)消耗的理論功率、壓縮機(jī)消耗的理論功率P0、制冷系數(shù)、制冷系數(shù) 0和和冷凝器熱負(fù)荷冷凝器熱負(fù)荷Qk。 1.4 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷機(jī)的性能及工況單級(jí)蒸

39、氣壓縮式制冷機(jī)的性能及工況1.4.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷機(jī)的性能(1)其他條件不變，冷凝溫度tk變化(升高)的影響hp冷凝溫度tk時(shí)：1-2-3-4-1冷凝溫度升高為tk時(shí)： 1-2-3- 4 -11234tkt0tk324(1)其他條件不變，冷凝溫度tk變化(升高)的影響hp1234tkt04tk324q0q0不變單位制冷量q0輸氣系數(shù)吸氣比容v1 qvQ0(1)其他條件不變，冷凝溫度tk變化(升高)的影響hp1234tkt0tk324w0w0不變單位壓縮功w0 吸氣比容v1 wvP制冷系數(shù)00wq(2)其他條件不變，蒸發(fā)溫度t0變化(降低)的影響hlgp蒸發(fā)溫度t0時(shí)：1-2-3-4-1蒸發(fā)溫度降低為t0時(shí)： 1-2-2-3-4-11234tkt024t01(2)其他條件不變，蒸發(fā)溫度t0變化(降低)的影響lgph1234tkt024t01單位制冷量q0 吸氣比容v1 制冷劑質(zhì)量流量GQ0q0q0(2)其他條件不變，蒸發(fā)溫度t0變化(降低)的影響ph1234tkt024t01w0w0P單位壓縮功w0 制冷劑質(zhì)量流量G 時(shí)，P