蒸氣壓縮制冷循環(huán)PPT精選文檔

1、1第三章第三章 蒸氣壓縮制冷循環(huán)蒸氣壓縮制冷循環(huán) 23.0 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)345678u在普通制冷溫度范圍內(nèi)，蒸氣壓縮式制冷是占主導(dǎo)地位的制冷方式，它屬于液體蒸發(fā)制冷u液體蒸發(fā)制冷的特征是：利用制冷劑液體在氣化時(shí)（蒸發(fā)時(shí)）產(chǎn)生的吸熱效應(yīng)，達(dá)到制冷目的u液體蒸發(fā)制冷構(gòu)成循環(huán)的四個(gè)基本過(guò)程是： 制冷劑液體在低壓（低溫）下蒸發(fā)，成為低壓蒸氣； 將該低壓蒸氣提高壓力成為高壓蒸氣； 將高壓蒸氣冷凝，使之成為高壓液體； 高壓液體降低壓力重新變?yōu)榈蛪阂后w，從而完成循環(huán)。9u上述四個(gè)過(guò)程中，是制冷劑從低溫?zé)嵩次諢崃康倪^(guò)程；是制冷劑向高溫?zé)嵩磁欧艧崃康倪^(guò)程；是循環(huán)的能量補(bǔ)償過(guò)程。u能量補(bǔ)償?shù)姆绞接卸喾N，所使

2、用的補(bǔ)償能量形式相應(yīng)的也有所不同。如果該過(guò)程的能量補(bǔ)償方式是用壓縮機(jī)對(duì)低壓氣體做功，使之因受壓縮而提高壓力，那么，這種制冷方式便稱之為蒸氣壓縮式制冷循環(huán)（vapor compression refrigeration cycle） 10QoWu 在制冷系統(tǒng)中，我們將制冷劑在低壓下蒸發(fā)的容器，稱為蒸發(fā)器（evaporator） ，蒸發(fā)器是熱交換設(shè)備，其作用是將蒸發(fā)器外被冷卻對(duì)象的熱量傳遞給蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑，制冷劑（在低溫低壓下）相變吸熱而使被冷卻對(duì)象的溫度降低u 從蒸發(fā)器內(nèi)源源不斷地抽出制冷劑氣體的裝置稱為制冷壓縮機(jī)（refrigerant compressor） ，其作用之一是不斷地將完成了吸熱

3、過(guò)程而汽化的制冷劑蒸氣從蒸發(fā)器中抽吸出來(lái)，使蒸發(fā)器維持低壓狀態(tài)，便于蒸發(fā)吸熱過(guò)程能繼續(xù)不斷地進(jìn)行下去 11QoQkWu利用飽和溫度和飽和壓力一一對(duì)應(yīng)這個(gè)原理，我們對(duì)制冷壓縮機(jī)抽出的低溫低壓的制冷劑蒸氣進(jìn)行壓縮，給它一個(gè)能量，使低溫低壓的制冷劑蒸氣增壓，從而提高制冷劑蒸氣的溫度，再送往冷凝器去冷凝 u制冷壓縮機(jī)除了及時(shí)抽出蒸發(fā)器內(nèi)蒸氣，維持低溫低壓外，作用之二是通過(guò)壓縮作用提高制冷劑蒸氣的壓力和溫度，創(chuàng)造將制冷劑蒸氣的熱量向外界環(huán)境介質(zhì)（空氣或水）轉(zhuǎn)移的條件12u 冷凝器（Condenser）也是一個(gè)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(lái)自制冷壓縮機(jī)的高溫高壓制冷劑蒸氣的熱量帶走，使高

4、溫高壓制冷劑蒸氣冷卻、冷凝成高壓常溫的制冷劑液體。u 值得一提的是，冷凝器內(nèi)制冷劑蒸氣變?yōu)橹评鋭┮后w的過(guò)程中，壓力是不變的仍為高壓u 高壓常溫的制冷劑液體不能直接送入低溫低壓的蒸發(fā)器。我們將再一次利用飽和壓力（saturation pressure）與飽和溫度一一對(duì)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(guò)降壓裝置膨脹閥（又稱節(jié)流閥，expansion valve，throttle valve ），得到低溫低壓制冷劑，再送入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，從而完成了一個(gè)制冷循環(huán)。 13QoQkW14QoQk壓縮機(jī)壓縮機(jī)節(jié)流閥節(jié)流閥冷凝器冷凝器蒸發(fā)器蒸發(fā)器W15QoQk

5、Compressor Expansion Valve Condenser Evaporator W高壓、過(guò)熱蒸氣高壓、過(guò)熱蒸氣低壓、氣液兩相低壓、氣液兩相高壓、飽和液體高壓、飽和液體低壓、低溫蒸氣低壓、低溫蒸氣1617u單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)工作過(guò)程如下 制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)，在壓力 po、溫度 to 下沸騰， to低于被冷物體的溫度。壓縮機(jī)不斷地抽吸蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸汽，并將它壓縮到冷凝壓力pk，然后送往冷凝器，在 pk 壓力下等壓冷凝成液體，同時(shí)，制冷劑放出冷凝熱量，并傳給冷卻介質(zhì)（通常是水或空氣） 與冷凝壓力pk相對(duì)應(yīng)的冷凝溫度tk ,一定要高于冷卻介質(zhì)的溫度，冷凝后的液體通過(guò)膨脹閥或節(jié)流元件

6、進(jìn)入蒸發(fā)器 當(dāng)制冷劑通過(guò)膨脹閥時(shí)，壓力從 pk 降到 po ，少部分液體氣化，極大部分剩余液體的溫度降至 to，這部分液體在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，并從被冷卻的物體中吸取它所需要的蒸發(fā)熱。而氣化的這部分蒸汽稱為閃發(fā)蒸汽，在它被壓縮機(jī)吸入之前幾乎不再起吸熱作用183.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)u 分析單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的理論循環(huán)（Ideal Single-Stage Cycle）的目的是運(yùn)用熱力學(xué)原理對(duì)制冷循環(huán)內(nèi)在聯(lián)系和外部影響，進(jìn)行的理論分析，是制冷系統(tǒng)安裝、調(diào)試、運(yùn)行管理和維護(hù)的理論基礎(chǔ)。它對(duì)制冷循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)換后效率進(jìn)行的理論分析，是制冷系統(tǒng)能否節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的

7、理論根據(jù)u 鑒于實(shí)際的制冷循環(huán)是一個(gè)動(dòng)態(tài)且復(fù)雜的循環(huán)過(guò)程，不便于定性和定量分析，我們將從簡(jiǎn)單但符合實(shí)際規(guī)律的理論制冷循環(huán)入手，用熱力學(xué)理論對(duì)其進(jìn)行透徹的分析和計(jì)算，在此基礎(chǔ)上再修正復(fù)雜、多變的實(shí)際制冷循環(huán)，指導(dǎo)實(shí)際制冷循環(huán)的應(yīng)用，使之更有效、更安全地為我們服務(wù)。對(duì)制冷循環(huán)進(jìn)行的熱力計(jì)算，是制冷系統(tǒng)機(jī)器、設(shè)備設(shè)計(jì)和選型的理論依據(jù) 3.1.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的理論循環(huán)191、理論制冷循環(huán)的假定條件、理論制冷循環(huán)的假定條件 u 壓縮過(guò)程為等熵過(guò)程（Isentropic process ），即壓縮過(guò)程與外界沒(méi)有熱交換u 冷凝、蒸發(fā)過(guò)程均為定壓過(guò)程（Isobari

8、c process） ，沒(méi)有傳熱溫差。即制冷劑的冷凝溫度（Condensing temperature）等于環(huán)境介質(zhì)（空氣或水）溫度；制冷劑的蒸發(fā)溫度（Evaporating temperature）等于被冷卻對(duì)象溫度；且各溫度均為定值u 離開(kāi)蒸發(fā)器和進(jìn)入制冷壓縮機(jī)的制冷劑蒸氣為蒸發(fā)壓力下的飽和蒸氣；離開(kāi)冷凝器和進(jìn)入膨脹閥的液體為冷凝壓力下的飽和液體u 除膨脹閥產(chǎn)生節(jié)流降壓外，制冷劑在設(shè)備管道內(nèi)的流動(dòng)沒(méi)有流動(dòng)阻力損失（即沒(méi)有壓力降），同時(shí)與外界環(huán)境沒(méi)有熱交換u 節(jié)流過(guò)程為絕熱的焓值不變過(guò)程（Isenthalpic process） 202、理論制冷循環(huán)在溫、理論制冷循環(huán)在溫-熵圖和壓熵圖和壓-

9、焓圖上的表示焓圖上的表示圖2-4 布雷頓熱泵流程電動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)節(jié)流閥蒸發(fā)器冷凝器215x1ToTKx021S34T壓縮節(jié)流蒸發(fā)冷凝冷卻統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為“冷凝冷凝”222PKh1x15Po34lgPx0壓縮過(guò)程Compression Process節(jié)流過(guò)程Throttle Process蒸發(fā)過(guò)程Evaporation Process 冷凝過(guò)程Condensation Process23u 點(diǎn) 1 表示制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)的狀態(tài)它是對(duì)應(yīng)于蒸發(fā)溫度 to 下的飽和蒸氣，該點(diǎn)位于等壓線 po 與飽和蒸氣線的交點(diǎn)上 u 點(diǎn) 2 表示制冷劑出壓縮機(jī)的狀態(tài)，也是進(jìn)冷凝器時(shí)的狀態(tài)。過(guò)程線 12 表示制冷劑蒸氣在壓縮機(jī)中

10、的等熵壓縮過(guò)程（s1=s2），由蒸發(fā)壓力po 壓縮到冷凝壓力 pk，因此點(diǎn) 2 可由通過(guò)點(diǎn) 1 的等熵線和壓力為 pk 的等壓線的交點(diǎn)來(lái)確定。點(diǎn) 2 處于過(guò)熱蒸氣狀態(tài)，注意在點(diǎn) 2 時(shí)的制冷劑溫度比點(diǎn) 3 時(shí)的制冷劑溫度高，此溫度我們也稱作壓縮機(jī)排氣溫度（Discharge temperature） 24u 點(diǎn) 4 表示制冷劑出冷凝器的狀態(tài)，它是與冷凝壓力 pk 所對(duì)應(yīng)的飽和液體，過(guò)程線 234 表示制冷劑在冷凝器內(nèi)冷卻（23）和冷凝（34）過(guò)程。由于整個(gè)冷凝過(guò)程的壓力不變，因此，壓力為 pk 的等壓線和飽和液體線的交點(diǎn)即為點(diǎn)4的狀態(tài) u 點(diǎn) 5 表示制冷劑出節(jié)流閥的狀態(tài)，也就是進(jìn)入蒸發(fā)器的狀

11、態(tài)。過(guò)程線45 表示制冷劑在通過(guò)節(jié)流閥時(shí)的節(jié)流過(guò)程，在這一過(guò)程中，制冷劑的壓力由 pk 降到 po，溫度也由 tk 降到 to，進(jìn)入兩相區(qū)。由于節(jié)流前后制冷劑的焓值不變，因此，由點(diǎn) 4 作等焓線與等壓線 po 的交點(diǎn)即為點(diǎn)5 的狀態(tài)。因節(jié)流過(guò)程是不可逆過(guò)程，所以過(guò)程線 45 往往用虛線表示?？梢钥闯觯c(diǎn) 5 落入了兩相區(qū)，意味著制冷劑從冷凝壓力飽和液體狀態(tài)經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后有一部分成為閃發(fā)氣體 25u 過(guò)程線 51 表示制冷劑在蒸發(fā)器中的汽化（蒸發(fā)）過(guò)程。由于這一過(guò)程是在等溫、等壓下進(jìn)行的，液體制冷劑吸取被冷卻物體的熱量而不斷汽化，所以制冷劑的狀態(tài)沿等壓線向干度增大的方向變化，直到全部變?yōu)轱柡驼魵?/p>

12、為止。這樣，制冷劑的狀態(tài)又重新回到進(jìn)入壓縮機(jī)前的狀態(tài)，從而完成了一個(gè)理論制冷循環(huán)26tk、pkto、pos=常數(shù)p=常數(shù)h=常數(shù)p=常數(shù)273、理論循環(huán)中各設(shè)備的功、熱變化、理論循環(huán)中各設(shè)備的功、熱變化u 理論制冷循環(huán)中，制冷劑的流動(dòng)過(guò)程可認(rèn)為是穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程。即： 制冷劑流過(guò)系統(tǒng)任何斷面的質(zhì)量不隨時(shí)間改變； 系統(tǒng)中任何位置上制冷劑的狀態(tài)參數(shù)都保持一定，不隨時(shí)間改變； 系統(tǒng)與外界的熱量和功量傳遞不隨時(shí)間改變。28u 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，忽略位能和動(dòng)能變化，穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程的能量方程可表示為（參見(jiàn)工程熱力學(xué)熱力學(xué)第一定律中的穩(wěn)定流動(dòng)能量方程）inouthhmPQ （31） 式中：Q 單位時(shí)間內(nèi)外界加給

13、系統(tǒng)的熱量，kW； P 單位時(shí)間內(nèi)外界加給系統(tǒng)的功率，kW； 流出或流進(jìn)該系統(tǒng)的穩(wěn)定質(zhì)量流量，kg/s； hout、hin 1kg制冷劑在系統(tǒng)出、進(jìn)口處的比焓，kJ/kg。u 該方程可以單獨(dú)適用于制冷系統(tǒng)中的每一個(gè)設(shè)備。m 29u制冷壓縮機(jī)制冷壓縮機(jī) 制冷壓縮機(jī)對(duì)制冷劑蒸氣的壓縮過(guò)程是一個(gè)等熵過(guò)程。因此0QinouthhmP oowmhhmP12 （32）帶入式（3-1），有 在圖中表示為1-2過(guò)程，為循環(huán)的壓縮過(guò)程，故上式可寫(xiě)成 式中：Po 理論功率（Idea power） ，kW，表示制冷壓縮機(jī)因壓縮循環(huán)的制冷劑蒸氣所消耗的功率 質(zhì)量流量（Mass flow rate），kg/s，表示單位

14、時(shí)間內(nèi)循環(huán)的制冷劑的流量 wo 理論比功（單位壓縮功，Compress work per mass） ，kJ/kg，表示制冷壓縮機(jī)每輸送 1kg 制冷劑蒸氣所消耗的功。m 30 熱力學(xué)中，非自發(fā)過(guò)程的發(fā)生需要伴隨能量的補(bǔ)償 理論制冷循環(huán)中，熱量從被冷卻對(duì)象通過(guò)制冷劑傳遞給環(huán)境介質(zhì)空氣或水，即從低溫物體傳向高溫物體，是非自發(fā)過(guò)程，因而需要制冷壓縮機(jī)消耗功率 Po 才能夠?qū)崿F(xiàn)。 壓縮過(guò)程中，制冷劑狀態(tài)變化如下： 制冷劑蒸氣從干飽和蒸氣狀態(tài) 1 過(guò)熱蒸氣狀態(tài) 2 制冷劑蒸氣從低壓 po 高壓 pk 制冷劑蒸氣從低溫 t1 高溫 t2（依制冷劑不同而不同） 壓縮過(guò)程是一個(gè)等熵過(guò)程31u冷凝器冷凝器 冷

15、凝器中制冷劑蒸氣的冷凝過(guò)程是一個(gè)定壓放熱過(guò)程，向外界放出熱量 Qk ，但與外界沒(méi)有功率交換。因此0PinoutkhhmQ kkqmhhmhhmQ4224 （33）式中：Qk 冷凝熱（Condenser heat） ，kW，表示單位時(shí)間內(nèi)循環(huán)的制冷劑在冷凝器中放出的熱量（負(fù)號(hào)僅表示放出熱量，可省略） qk 單位冷凝熱負(fù)荷，kJ/kg，表示1kg制冷劑蒸氣冷凝為同等壓力下的飽和液體在冷凝器中放出的熱量32 冷凝過(guò)程中，制冷劑狀態(tài)變化如下： 制冷劑蒸氣從過(guò)熱蒸氣狀態(tài) 2 飽和蒸氣狀態(tài) 3（冷卻過(guò)程） 飽和液狀態(tài) 4（冷凝過(guò)程） 制冷劑蒸氣從高溫 t2 冷凝溫度 tk=t3=t4（一般為常溫） 冷凝過(guò)

16、程定壓且為高壓 pk33u膨脹閥膨脹閥 膨脹閥中制冷劑液體的膨脹過(guò)程是一個(gè)絕熱過(guò)程，與外界沒(méi)有熱交換，也不作功。因此0Q0P0inouthhm 54hh （34）上式可寫(xiě)成式（34）表明節(jié)流前后焓值不變34 節(jié)流過(guò)程中，制冷劑狀態(tài)變化如下： 制冷劑液體從飽和液狀態(tài) 4 濕蒸氣狀態(tài) 5 制冷劑液體從高壓 pk 低壓 po 制冷劑液體從冷凝溫度 tk 蒸發(fā)溫度 to 節(jié)流過(guò)程絕熱而且焓值不變35u蒸發(fā)器蒸發(fā)器 制冷劑的蒸發(fā)過(guò)程是一個(gè)定壓吸熱過(guò)程，從外界吸收熱量 Qo ，與外界沒(méi)有功率交換。因此0PinoutohhmQ ooqmhhmQ51 （35）式中：Qo 制冷量（Refrigerating c

17、apacity） ，kW，表示單位時(shí)間內(nèi)循環(huán)的制冷劑在蒸發(fā)器中從被冷卻對(duì)象吸取的熱量 qo 單位質(zhì)量制冷量（Refrigerating capacity per weighing） ，kJ/kg，表示 1kg 制冷劑液體蒸發(fā)為同等壓力下的飽和氣體在蒸發(fā)器中從被冷卻對(duì)象吸取的熱量，它實(shí)際是制冷劑的氣化潛熱36 蒸發(fā)過(guò)程中，制冷劑狀態(tài)變化如下： 制冷劑從濕蒸氣狀態(tài) 5 飽和蒸氣狀態(tài) 1 蒸發(fā)過(guò)程定壓且為低壓 po 蒸發(fā)過(guò)程定溫且為低溫 to=t5=t137u理論制冷循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換理論制冷循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換 理論制冷循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換和熱力學(xué)第一定律有kooQPQkooqwq （36） 解釋為：蒸氣壓縮制冷

18、系統(tǒng)的冷凝熱等于得到的冷量與消耗的功之和 38u理論制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性理論制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性 理論制冷循環(huán)中，制取的冷量與所消耗的功率之比稱為制冷系數(shù)（Cofficient of performance） ，用o表示ooooowqPQ （37） 制冷系數(shù)越大，制冷循環(huán)經(jīng)濟(jì)性越好，投入少、產(chǎn)出多 制冷系數(shù)的影響因素在后面進(jìn)行分析39404、理論循環(huán)的熱力計(jì)算、理論循環(huán)的熱力計(jì)算u 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的性能指標(biāo)u 單位質(zhì)量制冷量u 單位容積制冷量u 理論比功u 冷凝器單位熱負(fù)荷u 制冷系數(shù)等 41u單位制冷量單位制冷量 1kg 制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)從被冷卻物體中吸取的熱量稱單位制冷量（Refrig

19、erating capacity per unit of refrigerant mass） 。用 qo表示 從壓焓圖中可以看出，狀態(tài) 5 的濕蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器，在其中吸熱氣化至干飽和蒸氣狀態(tài) 1 ，在 51 蒸發(fā)過(guò)程中，工質(zhì)的壓力和溫度均保持不變 單位制冷量可用制冷劑進(jìn)、出蒸發(fā)器時(shí)的焓差表示，即510hhq （38） 單位制冷量與制冷劑的性質(zhì)有關(guān)，與節(jié)流前后的溫度（壓力）有關(guān) 42u單位容積制冷量單位容積制冷量 壓縮機(jī)每吸入1m3制冷劑蒸氣(按吸氣狀態(tài)計(jì)算)所制取的冷量稱單位容積制冷量（Refrigerating capacity per unit of swept volume） ，用 qv

20、表示1511vhhvqqov （39） 式中：v1 吸氣狀態(tài)下制冷劑蒸氣比體積（比容），m3/kg 單位容積制冷量與制冷劑性質(zhì)有關(guān) 單位容積制冷量蒸發(fā)壓力的影響很大，蒸發(fā)溫度越低，制冷劑比體積值越大，單位容積制冷量越小 43u理論比功理論比功 壓縮機(jī)每壓縮并輸送1kg制冷劑所消耗的功稱為理論比功（單位理論功， The work input to the compressor per unit of refrigerant mass ）用 wo 表示。 由于節(jié)流過(guò)程中制冷劑對(duì)外不作功，因此循環(huán)單位理論功與壓縮機(jī)的單位理論功相等。它可用制冷劑進(jìn)、出壓縮機(jī)時(shí)的比焓差表示，即12hhwo （310）

21、單位理論功的大小不僅與制冷劑的性質(zhì)有關(guān)，也與壓縮機(jī)的壓縮比（Compression ratio） （pk / po）的大小有關(guān) 44u冷凝器單位熱負(fù)荷冷凝器單位熱負(fù)荷 1kg制冷劑在冷凝器中放給冷卻介質(zhì)的熱量稱為冷凝器單位熱負(fù)荷（The heat rejection during condensation per unit of refrigerant mass）， 用 qk 表示。 用制冷劑進(jìn)、出冷凝器時(shí)的比焓差表示，即42hhqk （311） 可見(jiàn)冷凝負(fù)荷大小與制冷劑壓縮后的狀態(tài)點(diǎn)有關(guān)，包含有制冷劑的冷卻過(guò)程和冷凝過(guò)程45u制冷系數(shù)制冷系數(shù) 它表示循環(huán)的制冷量與理論功之比，用 o 表示，即

22、1241hhhhwqPQooooo （312） 制冷系數(shù)表明理論循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，在空調(diào)工程實(shí)際應(yīng)用中往往用COP 和 EER（能效比）衡量系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性46 在溫-熵圖和壓-焓圖上單位制冷量、單位理論功和單位冷凝熱可以用面積（溫-熵圖）和線段（壓-焓圖）表示，下圖給出了用面積和線段表示的單位制冷量。47u例例3-1 某R22制冷理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度 to = 5，冷凝溫度tk = 40，制冷量 Qo = 50kW，試進(jìn)行該循環(huán)的熱力計(jì)算。4849m 5051u例例3-2 比較R22制冷理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度 to = 5，冷凝溫度 tk1 = 40、tk2 = 38、tk3 = 36、tk4 = 34、

23、tk5 =32時(shí)制冷系數(shù)的變化量。52u 解解 該循環(huán)在壓-焓圖上的表示如圖所示。根據(jù)R22熱理性質(zhì)表，查出處于飽和線上各點(diǎn)的有關(guān)狀態(tài)參數(shù)值： h3-1=249.686kJ/kg；h3-2=247.041kJ/kg h3-3=244.418kJ/kg；h3-4=241.814kJ/kg h3-5=239.230kJ/kg h2-1=432 kJ/kg；h2-2=430 kJ/kg； h2-3=428kJ/kg；h2-4=426 kJ/kg； h2-5=424 kJ/kg 2h1x1to=534lgPx0tk=4053oq31hh 12hhwooowq /序號(hào)項(xiàng)目計(jì)算公式冷凝溫度（）403836

24、34321單位質(zhì)量制冷量（kJ/kg） =157.457160.102162.725165.329167.9132單位功（kJ/kg）24.85722.85720.85718.85716.8573制冷系數(shù)6.3357.0017.8028.7689.9614比較值以40為基準(zhǔn)81.57u 結(jié)論：在制冷循環(huán)中，冷凝溫度降低1，制冷系數(shù)將會(huì)增加5%左右（與運(yùn)行工況有關(guān)） 543.1.2 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)u 需要修正的方面是 制冷壓縮機(jī)的壓縮過(guò)程不是等熵過(guò)程，且有摩擦損失 熱交換過(guò)程中，有氣體過(guò)熱、液體過(guò)冷現(xiàn)象存在。通常制冷壓縮機(jī)的吸氣是

25、過(guò)熱蒸氣，節(jié)流閥前的液體是過(guò)冷液體 熱交換過(guò)程中，存在著傳熱溫差，被冷卻對(duì)象溫度高于制冷劑的蒸發(fā)溫度，環(huán)境介質(zhì)溫度低于制冷劑冷凝溫度 節(jié)流過(guò)程不完全是焓值不變的節(jié)流過(guò)程 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，且與外界有熱量交換 制冷系統(tǒng)中存在著不凝性氣體55u 制冷劑液體的溫度低于同一壓力下飽和狀態(tài)的溫度稱為過(guò)冷(Subcooling)。兩者溫度之差稱為過(guò)冷度(Degree of subcooling)u 如壓力為1atm（0.1MPa）時(shí)，水對(duì)應(yīng)的飽和溫度是100，而通常自來(lái)水溫度只有20，自來(lái)水即為過(guò)冷液體，過(guò)冷度為80u 液體制冷劑節(jié)流后進(jìn)入濕蒸氣區(qū)（兩相區(qū)），節(jié)流后制冷劑的干

26、度越小，它在蒸發(fā)器中氣化時(shí)的吸熱量（即制冷量）越大，循環(huán)的制冷系數(shù)越高u 節(jié)流后的點(diǎn)越接近飽和液體線，制冷量越大。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(guò)冷的方法可以達(dá)到減少節(jié)流后干度的目的1、液體過(guò)冷對(duì)循環(huán)性能的影響、液體過(guò)冷對(duì)循環(huán)性能的影響56u 理論制冷循環(huán)中，我們認(rèn)為冷凝完畢的制冷劑液體正好是飽和液 (Saturated liquid)，忽略制冷劑流動(dòng)時(shí)的熱交換，制冷劑到達(dá)節(jié)流閥前仍為飽和液狀態(tài)。在實(shí)際制冷循環(huán)中，制冷劑液體離開(kāi)冷凝器進(jìn)入節(jié)流閥之前往往具有一定的過(guò)冷度。57u 液體過(guò)冷的原因 冷凝器中冷凝面積的選擇往往大于設(shè)計(jì)所需的冷凝面積 冷凝器選擇條件是根據(jù)最熱天氣，

27、最高的環(huán)境介質(zhì)溫度。而在使用中的絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)冷凝器是在低于上述條件的情況下工作，從而使冷凝面積過(guò)剩，為制冷劑過(guò)冷創(chuàng)造了條件 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，人為設(shè)計(jì)一些過(guò)冷度。在通常情況下，過(guò)冷度的大小取決于冷凝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制冷劑與冷卻介質(zhì)之間的溫差。假定冷凝器出水溫度比冷凝溫度低5，冷卻水在冷凝器中的溫升為8，因而冷卻水的進(jìn)口溫度比冷凝溫度低13，這就足以使制冷劑出口溫度達(dá)到一定的過(guò)冷度。在臥式殼管式冷凝器中，如果冷凝后的液體不立即從冷凝器的底部排出，而是積存在冷凝器內(nèi)部，這部分液體將繼續(xù)把熱量傳給管內(nèi)的冷卻水和周?chē)h(huán)境，排出時(shí)便可獲得一定的過(guò)冷度 在制冷系統(tǒng)中設(shè)置了過(guò)冷器，如用空氣冷卻后的高壓制冷劑經(jīng)過(guò)井

28、水再次冷卻，制冷劑就得到了過(guò)冷 制冷系統(tǒng)中設(shè)置了回?zé)崞鳎ㄔ斠?jiàn)回?zé)嵫h(huán)）58u 具有液體過(guò)冷的循環(huán) 12341表示理論循環(huán) 12341表示過(guò)冷循環(huán)2h1x1to34lgPx0tk3459u 對(duì)過(guò)冷循環(huán)而言，單位制冷量 41hhqo （313） 44hhqo 1212444112 41hhtchhhhhhhhhhwqooo （314） （315）u 與無(wú)過(guò)冷的循環(huán)12341相比，過(guò)冷循環(huán)的單位制冷量的增加量為u 過(guò)冷循環(huán)的制冷系數(shù)式中：c 液體平均比熱容； t 過(guò)冷度。 60u 單位制冷量增加的百分?jǐn)?shù)取決于制冷劑的蒸發(fā)潛熱和液體的比熱 對(duì)于氨（R717），因?yàn)樗恼舭l(fā)潛熱很大，故每過(guò)冷1，單位制冷

29、量增加的百分?jǐn)?shù)是很小的，在考核工況下大約為0.4% 對(duì)R502制冷劑而言，大約增加1.1%，對(duì)丙烷而言，大約增加0. 9%。61u 由于單位制冷量的增加，對(duì)給定的制冷量，過(guò)冷循環(huán)所需要的制冷劑質(zhì)量流量將小于理論循環(huán)的質(zhì)量流量?？紤]到兩個(gè)循環(huán)的壓縮機(jī)吸入狀態(tài)相同，因而壓縮機(jī)所需要的容積同樣也是過(guò)冷循環(huán)小于理論循環(huán)ooqQm oowqu 由于兩個(gè)循環(huán)中壓縮機(jī)的進(jìn)、出口狀態(tài)相同，因此兩個(gè)循環(huán)的比功相同，這就意味著過(guò)冷循環(huán)中單位制冷量的增加必定導(dǎo)致制冷系數(shù)的增加。 62u例例3-3 試比較理論循環(huán)與過(guò)冷循環(huán)的性能。假定兩個(gè)循環(huán)的冷凝溫度均為40，蒸發(fā)溫度均為5，過(guò)冷循環(huán)中液體的溫度由40過(guò)冷到35，兩

30、個(gè)循環(huán)的壓縮機(jī)吸入狀態(tài)均為蒸發(fā)壓力入下的飽和蒸氣狀態(tài)，工質(zhì)為R22，制冷量50kW63u 查R22的熱力性質(zhì)圖或表得各狀態(tài)點(diǎn)的熱力性質(zhì)： 2h1x1to34lgPx0tk346431hh 31hhqo12hhwo12hhwooowq /oowq/序號(hào)項(xiàng)目計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果增加百分?jǐn)?shù)理論過(guò)冷理論過(guò)冷1單位質(zhì)量制冷量（kJ/kg）153.813160.3854.272制冷劑質(zhì)量流量（kg/s）0.3250.3118-4.233理論比功（kJ/kg）23.37723.37704制冷系數(shù)4.7334.9354.2731hhqoooqQm/ooqQm/65u例例3-4 兩個(gè)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，使用工質(zhì)

31、為R22，需制冷量 Qo55kW。兩個(gè)循環(huán)的冷凝溫度 tk 均為40，蒸發(fā)溫度 to 均為-10,其中一制冷循環(huán)為理論循環(huán)，另一制冷循環(huán)為過(guò)冷循環(huán)，過(guò)冷度tg5，試比較兩個(gè)制冷循環(huán)的性能66m m m m 67u 結(jié)論：液體過(guò)冷循環(huán)使制冷循環(huán)的制冷系數(shù)o增大；使制冷循環(huán)的單位質(zhì)量制冷量qo增加，從而使制冷循環(huán)的質(zhì)量流量qm減少；使制冷循環(huán)的單位容積制冷量gv增加，從而使制冷循環(huán)的壓縮機(jī)實(shí)際輸氣量qvs減少，即制冷循環(huán)所需要的制冷壓縮機(jī)的尺寸可以減小。故液體過(guò)冷對(duì)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)有益。 68u 獲得一定的過(guò)冷度，在技術(shù)上是切實(shí)可行的，但同時(shí)要看到需要為此付出一定的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。如冷凝而積增大，

32、加裝過(guò)冷器、回?zé)崞饕约跋嚓P(guān)的深井、泵、管道和管件等附屬設(shè)施，既增加了一次性設(shè)備投資也同時(shí)增大了運(yùn)行管理費(fèi)用。因此，是否采用過(guò)冷，采用哪種過(guò)冷方式，多大的過(guò)冷度均需從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面綜合考慮。69u 通常情況下，在小型制冷循環(huán)，尤其氟里昂制冷循環(huán)中，非常需要過(guò)冷，因?yàn)樾⌒椭评湎到y(tǒng)通常未設(shè)置氣液分離輔助設(shè)備，節(jié)流后的濕蒸氣直接進(jìn)入蒸發(fā)器。從lgp-h圖中可以看出，有過(guò)冷時(shí)，節(jié)流后制冷劑狀態(tài)點(diǎn)較未過(guò)冷節(jié)流后制冷劑狀態(tài)點(diǎn)的閃發(fā)性氣體減少，從而減少了閃發(fā)性氣體在蒸發(fā)器內(nèi)占有的而積。另外，在制冷系統(tǒng)有多個(gè)蒸發(fā)器并聯(lián)使用時(shí)，可減少供液不均的可能。702、蒸氣過(guò)熱對(duì)循環(huán)性能的影響、蒸氣過(guò)熱對(duì)循環(huán)性能的影響u

33、制冷劑蒸氣的溫度高于同一壓力下飽和蒸氣的溫度稱為過(guò)熱（Superheat） ，兩者溫度之差稱為過(guò)熱度（Degree of superheat） u 如壓力0.1MPa（760mmHg）時(shí)，水蒸氣對(duì)應(yīng)的飽和溫度是100，當(dāng)壓力不變，對(duì)水蒸氣繼續(xù)加熱，使水蒸氣溫度上升至120，水蒸氣過(guò)熱，其過(guò)熱度為20 71u 實(shí)際循環(huán)中，壓縮機(jī)吸入飽和狀態(tài)的蒸氣的情況是很少的。為了不將液滿帶入壓縮機(jī)，通常制冷劑液體在蒸發(fā)器中完全蒸發(fā)后仍然要繼續(xù)吸收一部分熱量。這樣，在它到達(dá)壓縮機(jī)之前已處于過(guò)熱狀態(tài)u 12341表示理論循環(huán)，12341表示具有蒸氣過(guò)熱的循環(huán)2h1x1to34lgPx 0tk1272u 壓縮機(jī)的出

34、口狀態(tài)則由點(diǎn)1的等熵線和冷凝壓力的交點(diǎn)2來(lái)確定 過(guò)熱循環(huán)的理論功為 1 2hhwo12 12hhhhwo （316） （317）ow （318）循環(huán)增加的功由制冷劑的T-s圖我們可以得到，在過(guò)熱區(qū)，過(guò)熱度越大，其等熵線的斜率越大，根據(jù)式（3-17），得0上式表明，系統(tǒng)的過(guò)熱總會(huì)使理論比功增加73u 由lgph圖可以看出 過(guò)熱循環(huán)中壓縮機(jī)的排氣溫度比理論循環(huán)的排氣溫度高 過(guò)熱循環(huán)的壓縮功大于理論循環(huán)壓縮功 由于過(guò)熱循環(huán)在過(guò)熱過(guò)程中吸收了一部分熱量，再加上壓縮功又稍有增加，因此每公斤制冷劑在冷凝器中排出的熱量較理論循環(huán)大 相同壓力下，溫度升高時(shí)，過(guò)熱蒸氣的比體積要比飽和蒸氣的比體積大，這意味著對(duì)每

35、公斤制冷劑而言，將需要更大的壓縮機(jī)容積。換句話說(shuō)，對(duì)于給定的壓縮機(jī)，過(guò)熱循環(huán)中壓縮機(jī)的制冷劑質(zhì)量流負(fù)始終小于理論循環(huán)的質(zhì)量流量2h1x1to34lgPx 0tk1274u 吸入過(guò)熱蒸氣對(duì)制冷量和制冷系數(shù)的影響取決于蒸氣過(guò)程時(shí)吸收的熱量是否產(chǎn)生有用的制冷效果以及過(guò)熱度的大小。75u過(guò)熱沒(méi)有產(chǎn)生有用的制冷效果過(guò)熱沒(méi)有產(chǎn)生有用的制冷效果 由蒸發(fā)器出來(lái)的低溫制冷劑蒸氣，在通過(guò)吸入管道進(jìn)入壓縮機(jī)之前，從周?chē)h(huán)境中吸取熱量而過(guò)熱，但它并沒(méi)有對(duì)被冷卻物體產(chǎn)生任何制冷效應(yīng)，這種過(guò)熱習(xí)慣上稱為“無(wú)效”過(guò)熱 對(duì)于無(wú)效過(guò)熱，循環(huán)的單位制冷量和運(yùn)行在相同冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下的理論循環(huán)的單位制冷量是相等的，但出于蒸氣比

36、體積的增加而使單位容積制冷量減少，對(duì)給定壓縮機(jī)而言，它將導(dǎo)致循環(huán)制冷量的降低76 由于循環(huán)壓縮功的增加，使得循環(huán)的制冷系數(shù)下降。無(wú)效過(guò)熱制冷系數(shù)為 制冷系數(shù)下降量為 1 241hhhhwqoo 1 2121241 1 241hhhhhhhhhhhho （319） （320）77 由以上分析可知，無(wú)效過(guò)熱對(duì)循環(huán)是不利的，故又稱為有害過(guò)熱 蒸發(fā)溫度越低，與環(huán)境溫差越大，無(wú)效過(guò)熱的影響越大循環(huán)經(jīng)濟(jì)性越差 雖然可以通過(guò)在吸氣管路上敷設(shè)隔熱材料來(lái)減少這種影響，但畢竟不能完全消除。（通常隔熱材料的厚度以外表面不結(jié)露為準(zhǔn)，由公式及可知，只要有K值存在，傳熱不可避免） 211111niiiK78u過(guò)熱本身產(chǎn)生

37、有用的制冷效果過(guò)熱本身產(chǎn)生有用的制冷效果 如果吸入蒸氣的過(guò)熱發(fā)生在蒸發(fā)器本身的后部，或者發(fā)生在安裝于被冷卻室內(nèi)的吸氣管上，或者發(fā)生在兩者皆有的情況下。那么，由于過(guò)熱而吸收的熱量來(lái)自被冷卻空間，因而產(chǎn)生了有用的制冷效果，這種過(guò)熱稱為“有效”過(guò)熱 有效過(guò)熱的單位制冷量為4 1hhqo1 1hhqo （321） （322） 單位制冷量增加值79 有效過(guò)熱制冷系數(shù)為 制冷系數(shù)變化量為oooooowwqqhhhhwq 1 24 1oooooooooooooqwwwqqwqwwqq （324） （323）80 有效過(guò)熱使循環(huán)的單位制冷量有所增加，但由于吸入蒸氣的比容也隨吸入溫度的增加而增加，故過(guò)熱循環(huán)的單

38、位容積制冷量可以增加，也可以減少，這與制冷劑本身的特性有關(guān)。有效過(guò)熱循環(huán)的制冷系數(shù)是大于還是小于無(wú)過(guò)熱循環(huán)的制冷系數(shù) 由圖可知，制冷系數(shù)的增加還是減少，僅僅與制冷劑的種類(lèi)有關(guān)，而改變量的絕對(duì)值，幾乎與過(guò)熱度成正比 81u 不管是有效過(guò)熱還是無(wú)效過(guò)熱，雖然一定的過(guò)熱度對(duì)容積式壓縮機(jī)的吸氣效果會(huì)有所改善，也可避免吸入氣體可能帶液所導(dǎo)致的不利后果。但是，過(guò)熱都將引起壓縮機(jī)排氣溫度的增加，這一點(diǎn)對(duì)壓縮機(jī)的工作是不利的。在實(shí)際操作過(guò)程中，即使采用象R502這樣的制冷劑，也不要使過(guò)熱度太大。2h1x1to34lgPx0tk1282u例例3-5 兩個(gè)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，其中一制冷循環(huán)為理論循環(huán)，另一制冷

39、循環(huán)為過(guò)熱循環(huán)，過(guò)熱度tgr=10。制冷量 Qo50kW。兩個(gè)循環(huán)的冷凝溫度 tk 均為40，蒸發(fā)溫度 to 均為-5。在使用工質(zhì)氨（R717）或丙烷（R290）作制冷劑時(shí)，試比較兩個(gè)制冷循環(huán)的性能。 838485u 實(shí)例計(jì)算顯示： 在使用制冷劑R717、R290的制冷循環(huán)中，有害過(guò)熱沒(méi)有使制冷循環(huán)的單位質(zhì)量制冷量qo、質(zhì)量流量 發(fā)生變化，使理論比功wo增大，制冷循環(huán)的制冷系數(shù)o減小，制冷壓縮機(jī)的排氣溫度升高；使制冷循環(huán)的單位容積制冷量qv減小，制冷壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量Gs，增大，所需制冷壓縮機(jī)的尺寸增大。因此，有害過(guò)熱對(duì)制冷循環(huán)無(wú)益，應(yīng)盡量避免和減少有害過(guò)熱。 在使用制冷劑R717的制冷循環(huán)中

40、，有效過(guò)熱使制冷循環(huán)的單位質(zhì)量制冷量qo增大，質(zhì)量流量qm減小，理論比功wo增大，且理論比功的增值高于單位質(zhì)量制冷量的增值，故制冷循環(huán)的制冷系數(shù)o減小，制冷壓縮機(jī)的排氣溫度升高；同時(shí)有效過(guò)熱使制冷循環(huán)的單位容積制冷量qv減小，制冷壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量qvs增大，所需制冷壓縮機(jī)的尺寸增大。因此，有效過(guò)熱對(duì)使用制冷劑R717的制冷循環(huán)無(wú)益m 86 在使用制冷劑R290的制冷循環(huán)中，有效過(guò)熱使制冷循環(huán)的單位質(zhì)量制冷量qo增大，質(zhì)量流量qm減小，理論比功wo增大，但理論比功的增值低于單位質(zhì)量制冷量的增值，故制冷循環(huán)的制冷系數(shù)o稍有增大；同時(shí)有效過(guò)熱使制冷循環(huán)的單位容積制冷量qv增大，制冷壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣

41、量qvs減小，所需制冷壓縮機(jī)的尺寸減小。因此，有效過(guò)熱對(duì)使用制冷劑R290的制冷循環(huán)有益。 有效過(guò)熱對(duì)制冷循環(huán)的影響視制冷劑不同而不同。87u 通常實(shí)現(xiàn)過(guò)熱的方法： 設(shè)計(jì)時(shí)，考慮適當(dāng)?shù)倪^(guò)熱度，如增大蒸發(fā)面積。 中、大型氟制冷系統(tǒng)增加回?zé)崞鳎梢垣@得較大的過(guò)熱度，同時(shí)可獲得較大的過(guò)冷度。 蒸發(fā)器與制冷壓縮機(jī)之間的吸氣管道通過(guò)環(huán)境狀態(tài)。u 實(shí)際應(yīng)用中，采用第一種過(guò)熱方法較多。第二種過(guò)熱方法只在氟制冷系統(tǒng)中采用。第三種方法屬于有害過(guò)熱，一般應(yīng)避免 u 一方面是過(guò)熱循環(huán)普遍可以改善制冷循環(huán)的性質(zhì)參數(shù)，另一方面是為了保護(hù)制冷壓縮機(jī) u 一般規(guī)定，在使用R717制冷劑時(shí)，制冷壓縮機(jī)的最高排氣溫度不能超過(guò)1

42、50，在使用R22制冷劑時(shí)，制冷壓縮機(jī)的最高排氣溫度不能超過(guò)145 883、回?zé)嵫h(huán)對(duì)制冷循環(huán)性能的影響、回?zé)嵫h(huán)對(duì)制冷循環(huán)性能的影響 u 液體過(guò)冷對(duì)提高循環(huán)性能指標(biāo)有好處，但要實(shí)現(xiàn)液體過(guò)冷，需要有溫度更低的冷卻介質(zhì)u 利用回?zé)崾构?jié)流前的制冷劑液體與壓縮機(jī)吸入前的制冷劑蒸氣進(jìn)行熱交換，使液體過(guò)冷、蒸氣過(guò)熱，稱之為回?zé)帷＞哂谢責(zé)岬闹评溲h(huán)，稱為回?zé)嵫h(huán)（Heat accumulation cycle），回?zé)嵫h(huán)實(shí)質(zhì)是在普通的制冷循環(huán)系統(tǒng)中增加了一個(gè)回?zé)崞鳎≧egenerator）u 回?zé)崞饔址Q氣-液熱交換器，是一個(gè)熱交換設(shè)備。利用回?zé)嵫h(huán)是實(shí)現(xiàn)較大回?zé)嵋蟮挠行Т胧?，這一措施在低溫領(lǐng)域得到更廣泛

43、的應(yīng)用u 回?zé)嵫h(huán)適合在氟制冷系統(tǒng)中使用89u 回?zé)嵫h(huán)：使冷凝器冷凝后的制冷劑液體先通過(guò)回?zé)崞髟偃ス?jié)流閥，蒸發(fā)器吸熱氣化的制冷劑蒸氣先通過(guò)回?zé)崞髟偃ブ评鋲嚎s機(jī)。從而使節(jié)流閥前常溫下的制冷劑液體與制冷壓縮機(jī)吸入口前低溫的制冷劑蒸氣進(jìn)行熱交換，達(dá)到節(jié)流前的制冷劑液體過(guò)冷、制冷壓縮機(jī)吸氣過(guò)熱的目的9091u 回?zé)崞鲀?nèi)液體過(guò)冷放出的熱量應(yīng)等于蒸氣過(guò)熱吸收的熱量，其熱平衡關(guān)系為1155hhqhhqmm1155hhhh1144ttcttcp （325）即亦可表示為 式中：c制冷劑液體的比熱容，kJ/kgK； cp制冷劑過(guò)熱蒸氣的定壓比熱容，kJ/kgK 92u 由于制冷劑液體的比熱容始終大于制冷劑過(guò)熱蒸

44、氣的比熱容定壓，即 c cpu 因此 t4t4 t1t1u 結(jié)論：在回?zé)崞鲀?nèi)進(jìn)行的氣、液熱交換過(guò)程中，蒸氣溫度的升高值始終大于液體溫度的降低值。換句話說(shuō)，經(jīng)過(guò)回?zé)崞鞯臒峤粨Q，制冷劑蒸氣的過(guò)熱度大于制冷劑液體的過(guò)冷度 u 回?zé)嵫h(huán)制冷量及制冷系數(shù)的改變量，與有效過(guò)熱循環(huán)一樣 93u 是否采用回?zé)嵫h(huán)，除了考慮制冷系數(shù)及單位容積制冷量是否提高以外，還應(yīng)考慮下列一些因素： 采用回?zé)岷?，使?jié)流前制冷劑成為過(guò)冷狀態(tài)，可以在節(jié)流過(guò)程中減少氣化，使節(jié)流機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定 采用回?zé)岷?，自蒸發(fā)器出來(lái)的氣體流過(guò)回?zé)崞鲿r(shí)壓力有所降低，因而增大了壓縮機(jī)的壓比，引起壓縮功的增大u 究竟在什么情況下采用回?zé)嵫h(huán)，要綜合上述因素

45、，進(jìn)行具體分析 94u 在實(shí)際應(yīng)用中： 氟制冷循環(huán)適合使用回?zé)崞鳎阂驗(yàn)榉评湎到y(tǒng)一般采用直接膨脹供液方式給蒸發(fā)器供液，為簡(jiǎn)化系統(tǒng)，一般不設(shè)氣液分離裝置。回?zé)嵫h(huán)的過(guò)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(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定、蒸發(fā)器的供液均勻 在低溫制冷裝置中也使用回?zé)崞鳌＿@樣做是為了避免吸氣溫度過(guò)低致使制冷壓縮機(jī)汽缸外壁結(jié)霜，潤(rùn)滑條件惡化，同時(shí)減少節(jié)流后的閃發(fā)性氣體 對(duì)于制冷劑R113、R114和RC318等，由于其熱力性質(zhì)圖的特殊性，制冷壓縮機(jī)吸入飽和蒸氣進(jìn)行壓縮時(shí)，其壓縮過(guò)程線將進(jìn)入兩相區(qū)，為了保護(hù)制冷壓縮機(jī)，宜采用過(guò)熱或回?zé)嵫h(huán) 在小型氟制冷冷庫(kù)中，也可以采用將制冷壓縮機(jī)的吸氣管與節(jié)流閥前

46、的供液管捆綁在一起的簡(jiǎn)易做法，同樣起到了回?zé)崞鞯淖饔?954、傳熱溫差對(duì)制冷循環(huán)性能的影響、傳熱溫差對(duì)制冷循環(huán)性能的影響 u 理論制冷循環(huán)中假設(shè)了在冷凝器、蒸發(fā)器中進(jìn)行熱交換時(shí)，被冷卻對(duì)象、環(huán)境介質(zhì)與制冷劑之間沒(méi)有傳熱溫差，即被冷卻對(duì)象溫度 tC 等于制冷劑的蒸發(fā)溫度 to，環(huán)境介質(zhì)溫度 tH 等于制冷劑的冷凝溫度 tku 通常 tH 、 tC 被稱為熱源溫度，而 to 、tk 被稱為制冷循環(huán)的工作溫度u 實(shí)際制冷循環(huán)中，制冷劑與熱源之間必須存在一個(gè)傳熱溫差。被冷卻對(duì)象溫度 tC 必須大于制冷劑的蒸發(fā)溫度 to ，環(huán)境介質(zhì)溫度 tH 必須低于制冷劑的冷凝溫度 tk96u 這種傳熱溫差的存在對(duì)實(shí)

47、際制冷循環(huán)有很大影響，但是它并不影響我們理論制冷循環(huán)的熱力計(jì)算用于實(shí)際制冷循環(huán)。因?yàn)樵诶碚撝评溲h(huán)的熱力計(jì)算中我們所采用的計(jì)算溫度已經(jīng)是蒸發(fā)溫度和冷凝溫度，并末考慮被冷卻對(duì)象的溫度和環(huán)境介質(zhì)溫度。因此，在這一溫差傳熱方面，前述理論制冷循環(huán)的熱力計(jì)算不用再修正，就可以直接用于實(shí)際制冷循環(huán)的熱力計(jì)算u 傳熱溫差的存在影響了制冷循環(huán)的效率，降低了制冷循環(huán)的制冷系數(shù)。使我們消耗同樣的功率卻制取不了同樣的制冷量 97u例例3-6 某R22空調(diào)冷水機(jī)組總制冷量=300kW，制取的冷水溫度7，冷卻水溫度26，制冷劑與熱源傳熱溫差分別取2和7，系統(tǒng)無(wú)過(guò)冷和過(guò)熱，試分別計(jì)算兩種溫差情況下的制冷系數(shù)及其它參數(shù)。9

48、82h1x1to34lgPx0tk冷凝介質(zhì)溫度被冷卻介質(zhì)溫度99制冷循環(huán)的工作溫度及各點(diǎn)焓值如下 2溫差7溫差（）蒸發(fā)溫度（）50h1（kJ/kg）407.143405.361h2（kJ/kg）423426h3= h4（kJ/kg）231.583231.583v1（ m3/ kg）0.04040.0471100計(jì)算結(jié)果如下101u 結(jié)論： 傳熱溫差增大，在制取同樣的制冷量時(shí)，制冷循環(huán)單位時(shí)間內(nèi)的制冷劑流量將增加 傳熱溫差增大，在制取同樣的制冷量時(shí)，制冷循環(huán)需要的制冷壓縮機(jī)的尺寸將增加 傳熱溫差增大，在制取同樣的制冷量時(shí)，制冷壓縮機(jī)的耗功將增大 傳熱溫差增大，制冷效率降低1025、熱交換及壓力損

49、失對(duì)制冷循環(huán)性能的影響、熱交換及壓力損失對(duì)制冷循環(huán)性能的影響u 制冷劑在制冷設(shè)備和制冷管道中連續(xù)不斷地流動(dòng)，使制冷循環(huán)得以實(shí)現(xiàn)，形成制冷效應(yīng)u 制冷劑沿制冷設(shè)備和制冷管道流動(dòng)，將產(chǎn)生摩擦阻力和局部阻力損失，同時(shí)制冷劑還將或多或少地與外部環(huán)境進(jìn)行熱交換u 沿途的摩擦阻力和局部阻力損失、熱交換對(duì)制冷循環(huán)有什么樣的影響？u 實(shí)際制冷循環(huán)中需要采取哪些對(duì)應(yīng)措施？103u吸入管道吸入管道 吸入管道指蒸發(fā)器出口至壓縮機(jī)吸入口的管道 吸入管道中的熱交換和壓力降直接影響到壓縮機(jī)的吸入狀態(tài) 壓力降使得吸氣比容增大、壓縮機(jī)的壓縮比增大、單位容積制冷量減少、壓縮機(jī)輸氣系數(shù)降低、比功增大、制冷系數(shù)下降104u排出管道

50、排出管道 排氣管道是指壓縮機(jī)至冷凝器之間的管道 壓縮機(jī)的排氣溫度一般均高于環(huán)境溫度，向環(huán)境空氣傳熱能減少冷凝器熱負(fù)荷 管道中的壓力降增加了壓縮機(jī)的排氣壓力及比功，使得輸氣系數(shù)降低、制冷系數(shù)下降 105u液體管道液體管道 指冷凝器到膨脹閥之間的液體管道 熱量通常由液體制冷劑傳給周?chē)諝?，產(chǎn)生過(guò)冷效應(yīng)，使制冷量增大 如果冷凝溫度低于環(huán)境空氣溫度，則會(huì)導(dǎo)致部分液體汽化，使制冷量下降。管路中的壓力降會(huì)引起部分液體汽化，導(dǎo)致制冷量的降低 引起管路中壓力降的主要因素，并不在于流體與管壁之間的摩擦，而是在于液體流動(dòng)高度的變化，因此希望由冷凝器的制冷劑液體帶有一定的過(guò)冷度，避免因位差而出現(xiàn)汽化現(xiàn)象 106u兩

51、相管道兩相管道 指膨脹閥到蒸發(fā)器之間的管道 熱量的傳遞將使制冷量減少，管道中的壓力降對(duì)性能沒(méi)有影響 如果系統(tǒng)中采用液體分配器，管道中的阻力大小將影響到液體制冷劑分配的均勻性 107u蒸發(fā)器蒸發(fā)器 如果假定不改變制冷劑出蒸發(fā)器時(shí)的狀態(tài)，為了克服蒸發(fā)器中的流動(dòng)阻力，必須提高制冷劑進(jìn)蒸發(fā)器時(shí)的壓力（溫度），從而提高了蒸發(fā)過(guò)程中的平均蒸發(fā)溫度，使傳熱溫差減小，要求的傳熱面積增大，但對(duì)循環(huán)的性能沒(méi)有什么影響 如果假定不改變蒸發(fā)過(guò)程中的平均溫度，則出蒸發(fā)器時(shí)制冷劑的壓力應(yīng)稍有降低，吸氣比容增大，壓縮比增加，將導(dǎo)致制冷量減少，制冷系數(shù)下降 108u冷凝器冷凝器 假定出冷凝器時(shí)制冷劑的壓力不變，為了克服冷凝器

52、中的流動(dòng)阻力，必須提高進(jìn)冷凝器時(shí)制冷劑的壓力，必然導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣壓力升高，壓縮比增大，壓縮機(jī)耗功增大，制冷系數(shù)下降 109u壓縮機(jī)壓縮機(jī) 在理論循環(huán)中，假定壓縮過(guò)程為等熵過(guò)程 實(shí)際上，整個(gè)壓縮過(guò)程中，壓縮指數(shù)是在不斷地變化的 由于壓縮機(jī)氣缸中有余隙容積存在，氣體經(jīng)過(guò)吸、排氣閥及通道處，有熱量交換及流動(dòng)阻力，活塞與氣缸壁間隙處會(huì)產(chǎn)生制冷劑泄漏等，這些因素都會(huì)使壓縮機(jī)的輸氣量下降，功率消耗增大 110111 壓縮機(jī)的理論輸氣量 Gh = (/4)D2 SnZ3600 壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量 Gs Gh 損失因素 氣缸余隙容積 氣缸有泄漏現(xiàn)象 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦 壓縮機(jī)吸、排氣壓力損失 制冷劑蒸氣與氣缸壁間

53、的熱交換 輸氣系數(shù)= Gs / Gh1126、不凝性氣體對(duì)循環(huán)性能的影響、不凝性氣體對(duì)循環(huán)性能的影響u 不凝性氣體（Noncondensable gas）就是在冷凝壓力下不能冷凝為液體的氣體（如空氣等） u 制冷系統(tǒng)中不凝性氣體來(lái)源：系統(tǒng)檢修時(shí)帶入的空氣；部分潤(rùn)滑油、制冷劑發(fā)生的分解；制冷壓縮機(jī)負(fù)壓時(shí)低壓部分滲透進(jìn)來(lái)的空氣 u 不凝性氣體對(duì)系統(tǒng)的影響：使冷凝器內(nèi)冷凝面積減少，冷凝壓力升高，導(dǎo)致制冷壓縮機(jī)排氣壓力、溫度升高；理論比功增加；制冷系數(shù)下降，制冷量減少?？諝庵械乃謺?huì)和氟里昂反應(yīng)，生成酸對(duì)內(nèi)部件危害很大u 在熱力計(jì)算中由于無(wú)法統(tǒng)計(jì)且數(shù)量小，通常忽略不計(jì) 113u 實(shí)際應(yīng)用中采取以下措施

54、減少不凝性氣體的影響： 小型家用空調(diào)（窗式空調(diào)除外）在安裝時(shí)，靠室外機(jī)內(nèi)原有的制冷劑壓力排出連接管路中的不凝性氣體 中、大型冷庫(kù)制冷系統(tǒng)中加裝空氣分離器。定期由空氣分離器排出不凝性氣體 在一些中央空調(diào)系統(tǒng)中，由于使用的制冷機(jī)是在高真空度下工作，如溴化理吸收式制冷機(jī)、使用R11的離心式制冷機(jī)等，因此，在系統(tǒng)中加裝抽氣裝置，及時(shí)抽出制冷機(jī)中的不凝性氣體，維持制冷系統(tǒng)的高真空度u 在空分用離心壓縮機(jī)組（R123、R134a）中設(shè)排氣裝置，其原理是：氟里昂與油互溶，而空氣和油不溶。為了回收氟里昂，用油作溶劑。冷凝器頂部的空氣和氟里昂蒸氣由壓力壓入排氣筒，在排氣筒內(nèi)，氟里昂蒸氣遇冷卻的盤(pán)管，冷凝成液滴溶

55、入油中，而空氣則聚集在排氣筒頂部，當(dāng)壓力達(dá)到一定時(shí)，頂部電磁閥打開(kāi)，把空氣排到大氣中，氟里昂和油一起回到油槽 1147、實(shí)際制冷循環(huán)在壓、實(shí)際制冷循環(huán)在壓-焓圖上的表示焓圖上的表示 u 4-1表示制冷劑在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)和壓降過(guò)程u 1-1表示制冷劑蒸氣在回?zé)崞髦械募訜岷蛪航颠^(guò)程u 1-2s表示壓縮機(jī)偏離等熵壓縮的多方壓縮過(guò)程（其中1-2為等熵線）u 2s-2s表示壓縮機(jī)經(jīng)過(guò)排氣閥的壓降過(guò)程u 2s-3表示制冷劑在冷凝器中的冷卻、冷凝和壓降過(guò)程u 3-3表示制冷劑液體在回?zé)崞髦械睦鋮s和壓降過(guò)程u 3-4表示制冷劑的非絕熱節(jié)流過(guò)程。 h13lgP422s2s131158、實(shí)際制冷循環(huán)的性能指標(biāo)及熱

56、力計(jì)算、實(shí)際制冷循環(huán)的性能指標(biāo)及熱力計(jì)算 u 實(shí)際制冷循環(huán)的熱力計(jì)算一般分為設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)算和校核性計(jì)算兩類(lèi) 設(shè)計(jì)性計(jì)算的目的是根據(jù)需要設(shè)計(jì)的制冷系統(tǒng)，按工況要求計(jì)算出實(shí)際制冷循環(huán)的性能指標(biāo)：制冷壓縮機(jī)的理論輸氣量、軸功率、冷凝器和蒸發(fā)器等熱交換設(shè)備的熱負(fù)荷，為設(shè)計(jì)或選擇制冷壓縮機(jī)、熱交換設(shè)備提供理論依據(jù) 校核性計(jì)算的目的是根據(jù)已有的制冷壓縮機(jī)、熱交換設(shè)備型號(hào)，校核它能否滿足預(yù)定的制冷系統(tǒng)的要求 116u 單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)的熱力計(jì)算步驟： 根據(jù)需要的制冷系統(tǒng)的使用性質(zhì)、場(chǎng)合等，確定所需要的制冷劑和制冷循環(huán)形式； 確定制冷循環(huán)的工作參數(shù)： 蒸發(fā)溫度to：蒸發(fā)溫度的確定取決于被冷卻對(duì)象的低溫要

57、求、制冷劑與被冷卻對(duì)象之間的傳熱溫差、蒸發(fā)器形式以及所采用的冷卻方式。一般直接冷卻：制冷劑與被冷卻對(duì)象之間的傳熱溫差t=710。間接冷卻方式：制冷劑與載冷劑之間的傳熱溫差t=28； 冷凝溫度tk：冷凝溫度的確定取決于制冷系統(tǒng)所處地的當(dāng)?shù)貧庀?、水文條件及冷凝器型式。一般取815。 過(guò)熱度tgr：對(duì)于用氟里昂作制冷劑的制冷循環(huán)，過(guò)熱度tgr15； 根據(jù)已確定的制冷劑、制冷循環(huán)型式和制冷循環(huán)的工作溫度，在對(duì)應(yīng)制冷劑的熱力性質(zhì)圖中繪出制冷循環(huán)的lgp-h圖，并由熱力性質(zhì)表及l(fā)gp-h圖確定各狀態(tài)點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)； 進(jìn)行計(jì)算 117u 忽略換熱器中的微小壓力變化u 冷凝溫度和蒸發(fā)溫度均為定值u 將壓縮機(jī)內(nèi)部

58、過(guò)程簡(jiǎn)化成一個(gè)從吸氣壓力到排氣壓力的有損失的簡(jiǎn)單壓縮過(guò)程u 節(jié)流過(guò)程仍認(rèn)為是前后焓值不變的過(guò)程u 簡(jiǎn)化后的圖中：122s34501，其中12是實(shí)際的壓縮過(guò)程，1-2s是理論的等熵壓縮過(guò)程線 152slgPh2340118u 單位制冷量50hhqo12hhwso1vqqovooqQm 式中：Qo 制冷量，通常由設(shè)計(jì)任務(wù)給出，或通過(guò)熱負(fù)荷計(jì)算出 （326） （327） （328） （329）u 理論比功u 單位容積制冷量119u 制冷壓縮機(jī)的容積流量oowmP （330） （331）1vmqQGvosu 壓縮機(jī)理論功率hsGG其中：輸氣系數(shù)120u 壓縮機(jī)消耗的單位功（稱單位指示功）1212hhh

59、hwwisioii2h式中：壓縮機(jī)指示效率（Indicated efficiency）， 它被定義為等熵壓縮過(guò)程耗功量與實(shí)際壓縮過(guò)程耗功量之比 （是指壓縮機(jī)在壓縮過(guò)程中偏離等熵過(guò)程的程度）壓縮機(jī)實(shí)際排氣狀態(tài)焓值 （332）由式（3-32）求得ihhhh121 2 （333） 上式表明在給出指示效率的前提下，可計(jì)算出壓縮機(jī)實(shí)際壓縮后的狀態(tài)點(diǎn)121u 壓縮機(jī)指示功率 （334）ioiPPu 軸功（消耗在壓縮機(jī)軸上的功）komiomiewwww （335） 式中：m機(jī)械效率，考慮到壓縮機(jī)克服運(yùn)動(dòng)部件的摩擦力， 通常=0.80.9 k 壓縮機(jī)的軸效率， 。如果選擇電機(jī)還需要乘上電機(jī)效率 ，總效率（Ov

60、erall efficiency）mikmicc122u 軸功率emewqP （336）u 制冷系數(shù)ioiosPQwq（338）式中：s 實(shí)際循環(huán)制冷系數(shù)；也稱作COP值（Coefficient of performance）或單位軸功率制冷量（壓縮機(jī)每消耗單位軸功率所能得到的制冷量），對(duì)于全封閉壓縮機(jī)也可稱作能效比（EER） 123u 熱力完善度cs32hhqk32hhmqmQkk4301hhmhhmQR （339） （340） （341） （342）u 單位冷凝熱u 冷凝器熱負(fù)荷u 回?zé)崞鳠嶝?fù)荷124u例例3-7 某單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)用于空調(diào)冷水機(jī)組，制冷量330kW，環(huán)境介質(zhì)溫度tH