計(jì)算制冷介質(zhì)用量

模塊八制冷技術(shù)02任務(wù)二確定制冷操作條件02任務(wù)二確定制冷操作條件

冷凍操作條件包括制冷劑、載冷體的選擇，蒸發(fā)溫度和壓力、冷凝溫度和壓力、壓縮機(jī)的進(jìn)出口溫度、過冷溫度及冷卻溫度的確定。02任務(wù)二確定制冷操作條件4能力目標(biāo)學(xué)習(xí)要求與目標(biāo)1.具有根據(jù)工藝條件蒸氣壓縮制冷相關(guān)計(jì)算的能力。知識目標(biāo)1.掌握蒸氣壓縮制冷工作過程與計(jì)算。2.掌握多級壓縮制冷機(jī)的原理與應(yīng)用等。素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)誠實(shí)守信、團(tuán)結(jié)協(xié)作、愛崗敬業(yè)精神；2.培養(yǎng)安全、環(huán)保、健康生產(chǎn)意識；3.培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度及質(zhì)量意識，具備工程管理能力；4.培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力；5.創(chuàng)新能力培養(yǎng)等。子任務(wù)2計(jì)算制冷介質(zhì)用量02任務(wù)二確定制冷操作條件子任務(wù)2計(jì)算制冷介質(zhì)用量一、蒸氣壓縮制冷機(jī)工作過程1.理想蒸氣壓縮制冷機(jī)

理想蒸氣壓縮制冷機(jī)由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹機(jī)和蒸發(fā)器（氣化器）組成，其裝置如圖（a）所示。02任務(wù)二確定制冷操作條件02任務(wù)二確定制冷操作條件

圖（b）為此循環(huán)過程的溫熵圖，該理想循環(huán)是在下列假設(shè)的條件下進(jìn)行的。

①制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器中的壓力均不發(fā)生變化，且制冷劑在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過程與在冷凝器中的冷凝過程均為可逆的等溫過程，即蒸發(fā)時(shí)的溫度恒等于被冷物體的溫度，冷凝時(shí)的溫度恒等于周圍介質(zhì)的溫度。

②制冷壓縮機(jī)不存在余隙（即壓縮終了時(shí)活塞與氣缸壁間無空隙），且無摩擦和節(jié)流損失，氣缸中的工質(zhì)與外界無熱交換，壓縮過程是可逆的絕熱過程，即等熵過程，故壓縮機(jī)所做的功等于壓縮功。02任務(wù)二確定制冷操作條件③管路中無任何損耗，壓力降僅在經(jīng)過膨脹機(jī)膨脹時(shí)產(chǎn)生。理想蒸氣壓縮制冷機(jī)的循環(huán)過程如圖（b）中1-2-3-4-1所示，具體如下：①1→2為制冷劑蒸氣在壓縮機(jī)中的絕熱壓縮過程，即等熵過程，其溫度由升高到，壓力由升高到，焓由升高到。在該過程中每1kg制冷劑所消耗的壓縮功為:W1=I2-I102任務(wù)二確定制冷操作條件②2→3為制冷劑在冷凝器中的等溫等壓冷凝過程，該過程中壓力和溫度均保持不變，其焓由降為，熵由降為。在該過程中每1kg制冷劑放出的熱量為:02任務(wù)二確定制冷操作條件③3→4為冷凝后的制冷劑在膨脹機(jī)中的絕熱膨脹過程，仍是一等熵過程，故過程中熵保持不變，其壓力由降到，溫度由降到，其焓值由降為。在該過程中每1kg制冷劑對外所作的膨脹功為:02任務(wù)二確定制冷操作條件④4→1為膨脹后的制冷劑蒸氣在蒸發(fā)器中的吸熱汽化過程，過程中其壓力和溫度均保持不變，其焓由升高為，熵由升高為。在該過程中每1kg制冷劑自低溫物體吸收的熱量為

值的大小在圖中表現(xiàn)為該過程線與S軸所包圍的面積，即4-1-6-5-4。02任務(wù)二確定制冷操作條件在整個(gè)循環(huán)過程中，制冷劑所消耗的循環(huán)凈功為壓縮功與膨脹功之差:其值大小為該循環(huán)線包圍的面積，即1-2-3-4-1。其制冷系數(shù)為:02任務(wù)二確定制冷操作條件2.實(shí)際蒸氣壓縮制冷機(jī)

（1）以膨脹閥代替膨脹機(jī)后，其制冷系數(shù)較理想循環(huán)時(shí)小因液態(tài)制冷劑在通過膨脹閥時(shí)由于節(jié)流作用而減壓降溫，這一過程為不可逆過程，其熵將增大，且進(jìn)行的是等焓膨脹，其過程在圖中為，這樣，其吸熱過程所吸收的熱量就由理想時(shí)的4-1-6-5-4減少為，其減少的面積為。循環(huán)所消耗的凈功也由理想循環(huán)時(shí)1-2-3-4-1增大為02任務(wù)二確定制冷操作條件02任務(wù)二確定制冷操作條件故其制冷系數(shù)為：02任務(wù)二確定制冷操作條件⑵以干法操作代替濕法操作在理想蒸蒸氣的狀態(tài)均為濕蒸氣，如圖中1→2，此種操作稱為濕法操作。但在實(shí)際的濕法操作中，因濕蒸氣中含有的制冷劑液滴在與氣缸壁接觸時(shí)，將發(fā)生劇烈熱交換而迅速蒸發(fā)，從而使壓縮機(jī)的容積效率降低，致使制冷機(jī)的制冷效應(yīng)下降，為避免此現(xiàn)象，在實(shí)際蒸氣壓縮制冷機(jī)中，壓縮開始時(shí)蒸氣的狀態(tài)是干飽和或稍過熱的蒸氣，即蒸氣的壓縮系在過熱區(qū)內(nèi)進(jìn)行，如圖中1'→2'所示，此種操作稱為干法操作。02任務(wù)二確定制冷操作條件02任務(wù)二確定制冷操作條件⑶冷凝液的過冷對于實(shí)際制冷循環(huán)，在冷凝器中制冷劑蒸氣與冷卻水間具有一定的溫差，故壓縮后的蒸氣進(jìn)入冷凝器時(shí)即進(jìn)行冷卻。開始時(shí)過熱蒸氣降低溫度放出顯熱，然后放出潛熱而液化，最后失去部分顯熱而有過冷現(xiàn)象。如圖所示02任務(wù)二確定制冷操作條件02任務(wù)二確定制冷操作條件子任務(wù)2計(jì)算制冷介質(zhì)用量

二、蒸氣壓縮制冷機(jī)的計(jì)算

在制冷計(jì)算中，須首先確定制冷劑的種類和制冷機(jī)的操作溫度，并在制冷劑的T-S圖上表示出相應(yīng)的過程曲線，確定各狀態(tài)參數(shù)值，然后才能進(jìn)行計(jì)算。制冷機(jī)的操作溫度可按下述方法確定：①制冷劑的蒸發(fā)溫度應(yīng)比被冷物體所要求達(dá)到的溫度低4～6K；②制冷劑的冷凝溫度應(yīng)比冷卻水的平均溫度高4～5K;③制冷劑的過冷溫度應(yīng)比冷卻水進(jìn)口溫度高3K。02任務(wù)二確定制冷操作條件

1.制冷能力（制冷量）的計(jì)算

制冷能力是指在一定的操作條件下，制冷劑蒸氣從被制冷物體中取出的熱量，其單位可用kJ/s、kJ/kg和表示。02任務(wù)二確定制冷操作條件

⑴單位質(zhì)量制冷劑的制冷能力單位質(zhì)量制冷劑的制冷能力簡稱單位質(zhì)量制冷能力，指每1kg制冷劑從被制冷物體中取出的熱量，用符號表示，單位為kJ/kg，其值由下式計(jì)算。02任務(wù)二確定制冷操作條件

⑵單位體積制冷劑的制冷能力簡稱單位體積制冷能力，指1m3的制冷劑蒸氣從被制冷物體中取出的熱量，用符號表示，單位為，其值由下式計(jì)算02任務(wù)二確定制冷操作條件

⑶單位時(shí)間制冷劑的制冷能力單位時(shí)間制冷劑的制冷能力簡稱制冷能力，指單位時(shí)間制冷劑蒸氣從被冷物體中取出的熱量，用符號表示，其單位為kJ/s，其值由下式計(jì)算對于往復(fù)式壓縮機(jī)，制冷機(jī)的制冷能力還可表示為02任務(wù)二確定制冷操作條件⑷標(biāo)準(zhǔn)制冷能力如上所述，操作溫度對制冷能力有很大影響。在不同的操作溫度（工況）下，制冷能力也不同。為了在共同的標(biāo)準(zhǔn)下確切地說明制冷機(jī)的性能，就必須指明制冷操作溫度。根據(jù)我國實(shí)際情況，原國家一機(jī)部規(guī)定了如表8-1所示的兩種制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)操作溫度。02任務(wù)二確定制冷操作條件制冷工質(zhì)蒸發(fā)溫度/K冷凝溫度/K過冷溫度/K氨（NH3）258303298二氯二氟甲烷（CF2Cl2）258303298標(biāo)準(zhǔn)工況02任務(wù)二確定制冷操作條件

在標(biāo)準(zhǔn)操作溫度下的制冷能力，稱為標(biāo)準(zhǔn)制冷能力，用符號表示。任何制冷機(jī)的銘牌上所標(biāo)明的生產(chǎn)能力都是標(biāo)準(zhǔn)制冷能力。由于制冷機(jī)實(shí)際操作溫度是根據(jù)工藝要求決定的，因此很難與標(biāo)準(zhǔn)操作溫度相同，必須將生產(chǎn)條件下的制冷能力換算成標(biāo)準(zhǔn)制冷能力才能選用合適的制冷機(jī)。同理，要核算一臺制冷機(jī)是否符合生產(chǎn)需要的制冷能力，也要將銘牌上標(biāo)明的標(biāo)準(zhǔn)制冷能力換算成操作溫度下的制冷能力，才能進(jìn)行比較。02任務(wù)二確定制冷操作條件

如果缺乏該資料，也可由式（8-13）得出標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下與實(shí)際條件下制冷能力的換算關(guān)系，即式中，下標(biāo)“L”表示操作狀況，“S”表示標(biāo)準(zhǔn)狀況。02任務(wù)二確定制冷操作條件上式也可寫成如下形式

式中

——制冷量的換算系數(shù)，可從有關(guān)手冊中查取。02任務(wù)二確定制冷操作條件2.制冷循環(huán)的計(jì)算⑴蒸發(fā)器的傳熱速率蒸發(fā)器的傳熱速率即蒸發(fā)器在單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量，用符號表示，單位為或，其值等于制冷能力，即02任務(wù)二確定制冷操作條件⑵冷凝器的傳熱速率冷凝器的傳熱速率即冷凝器在單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量，用符號表示，單位為或，其值為02任務(wù)二確定制冷操作條件⑶壓縮機(jī)的理論功率絕熱壓縮時(shí)壓縮機(jī)所消耗的理論功率為⑷制冷系數(shù)

制冷能力與所需功率之比，即加入單位功時(shí)能從被制冷物體中取出的熱量，用符號表示，即02任務(wù)二確定制冷操作條件⑸熱力學(xué)完善度熱力學(xué)完善度用表示，即式中——逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)；——實(shí)際制冷循環(huán)的理論制冷系數(shù)。02任務(wù)二確定制冷操作條件一臺氨往復(fù)壓縮機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)制冷能力，單位體積制冷能力

試核算能否用于下述情況：工藝要求的制冷能力，實(shí)際操作條件下的蒸發(fā)溫度℃，冷凝溫度℃，過冷溫度℃。已知標(biāo)準(zhǔn)條件下=0.72，生產(chǎn)操作條件下=0.57。02任務(wù)二確定制冷操作條件按操作溫度在氨的T-S圖上繪出實(shí)際制冷循環(huán)，如圖所示，并由附錄中氨的T-S圖查出各點(diǎn)的焓值如下：02任務(wù)二確定制冷操作條件由氨的飽和蒸氣表查得氨在-25℃時(shí)的飽和蒸氣密度根據(jù)式（8-14），將實(shí)際操作條件下的換算成標(biāo)準(zhǔn)條件下的，即式中所以02任務(wù)二確定制冷操作條件

由此可知，操作條件下的制冷能力87.6kW換算成標(biāo)準(zhǔn)條件下的制冷能力為169kW，其值略小于氨壓縮機(jī)所能提供的標(biāo)準(zhǔn)制冷能力172kW，故能適用。02任務(wù)二確定制冷操作條件已知某氨壓縮機(jī)的實(shí)際制冷能力為300。操作條件為：=190.3,=1003，=20℃。試求：⑴氨的循環(huán)量；⑵壓縮機(jī)的理論功率；⑶冷凝器的傳熱速率；⑷理論制冷系數(shù)。02任務(wù)二確定制冷操作條件

根據(jù)實(shí)際操作條件在氨的T-S圖上繪出實(shí)際循環(huán)過程示意圖，如圖所示，并查出各點(diǎn)的有關(guān)參數(shù)如下：蒸發(fā)溫度=-20℃,冷凝溫度=25℃過冷溫度=20℃02任務(wù)二確定制冷操作條件⑴氨的循環(huán)量，由式得⑵壓縮機(jī)的理論功率，由式得02任務(wù)二確定制冷操作條件⑶冷凝器的傳熱速率，由式得⑷理論制冷系數(shù),由式得02任務(wù)二確定制冷操作條件子任務(wù)2計(jì)算制冷介質(zhì)用量三、多級蒸氣壓縮制冷機(jī)1.采用多級蒸氣壓縮的原因

若需獲得更低的溫度，采用單級壓縮既不經(jīng)濟(jì)也不可行。為此工業(yè)上采用兩級或多級壓縮。由于隨工藝條件確定，其變化范圍較大，通常根據(jù)的具體溫度值來確定是否采用多級及其級數(shù)。例如，在氨制冷裝置中，當(dāng)要求蒸發(fā)溫度低于-30℃時(shí)，采用兩級壓縮；當(dāng)蒸發(fā)溫度低于-45℃時(shí)，采用三級壓縮。02任務(wù)二確定制冷操作條件

圖（a）是最常用的一種兩級蒸氣壓縮制冷機(jī)的流程，其工作循環(huán)如圖（b）所示。2.兩級蒸氣壓縮制冷機(jī)02任務(wù)二確定制冷操作條件

其工作流程為：低壓氣缸吸入壓力為的干飽和蒸氣（點(diǎn)1），壓縮到壓力為（點(diǎn)2），該氣缸排出的是過熱蒸氣，后者在中間冷卻器中用水冷卻到接近點(diǎn)3的溫度后，進(jìn)入分離器中。在分離器中，蒸氣與同一壓力下的飽和液體接觸，將其過熱部分的熱量傳給飽和液體，使部分液體蒸發(fā)，蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸氣進(jìn)入高壓氣缸，該氣缸中未經(jīng)壓縮的蒸氣是溫度較低的飽和蒸氣（點(diǎn)3）。02任務(wù)二確定制冷操作條件高壓氣缸中的蒸氣壓縮到（點(diǎn)4），然后進(jìn)入冷凝器中冷卻并過冷（點(diǎn)5），再經(jīng)過膨脹閥節(jié)流膨脹到壓力（點(diǎn)6）后，進(jìn)入分離器中。膨脹后的蒸氣與低壓氣缸送來的經(jīng)過冷卻的蒸氣以及液體中蒸發(fā)出來的蒸氣一同進(jìn)入高