空气调节用制冷技术_01蒸气压缩式制冷理论循环

1、空气调节用制冷技术0 绪论绪论 本课程为“空气调节”用制冷技术，即是此制冷技术是为“空调”服务的。本课程作为空气调节之“冷源”的一门技术，讲述其制冷方法、工作原理、制冷系统的组成、设备构造及其计算、系统设计、运行调节等。 制冷是将低温热源（某物体或某空间）中的热量转移到高温热源中去，使其达到比环境更低的温度，并使之维持这个温度的过程。如冷库、冰箱等。什么是制冷？什么是制冷？ 空调冰箱冷库哪些场合需用到制冷？哪些场合需用到制冷？ 实现制冷可以通过哪些途径？实现制冷可以通过哪些途径？利用天然冷源和利用人工冷源。利用天然冷源和利用人工冷源。 天然冷源是自然界存在的冷源，例如冰、雪、地下水等，可用作食

2、品的冷藏和防暑降温。天然冷源具有价廉、贮量大等优点，而且利用它还不需要复杂的技术和设备。 人工冷源是利用各种类型的制冷机械进行冷量的生产，即利用人工的方法实现制冷。人工制冷需要比较复杂的技术和设备，而且生产的冷量成本较高，但是它完全避免了天然冷源的局限性，特别是可以根据不同的要求获得不同的低温。实现人工制冷有哪些途径？实现人工制冷有哪些途径？ 即利用物质相变的吸热效应实现制冷。目前相变制冷中应用得最多的是利用液体的汽化吸热的特性来实现，即为蒸汽制冷。蒸汽制冷可分为蒸汽压缩式、蒸汽喷射式和吸收式三种类型。以第一种应用最为广泛。 .相变制冷相变制冷 利用高压气体通过节流阀或膨胀机绝热膨胀时，对外输

3、出膨胀功，同时温度降低，达到制冷的目的。最早出现的空气制冷机采用定压循环。现在它主要用于飞机机舱的冷却降温，而且在循环上也有较大改进。 2.气体膨胀制冷气体膨胀制冷 高压气体经涡流管膨胀后即可分离为热、冷两股气流。 目前温差电制冷只用在小型制冷器中，如电子计算机恒温冷却、精密测量仪器的冷源及精密机床的油箱冷却器等等，都是温差电制冷。 3. 气体涡流制冷气体涡流制冷4.半导体制冷（热电制冷）半导体制冷（热电制冷）第一章 蒸气压缩式制冷的热力学原理 基本系统及工作原理基本系统及工作原理 液体的气化过程要吸收热量，我们就利用这个原理来达到制冷的目的。一个最简单的固体或液体气化实现制冷的装置如图所示：

4、 这种装置的问题是：（1）不能连续制冷，制冷效应只能维持到氨液全部汽化为止；（2）流体汽化后被排入大气，既浪费了工质，又污染了环境；（3）汽化时的温度不易控制。 1.1 理想制冷循环一、逆卡诺循环一、逆卡诺循环1. 绝热压缩过程（12）：耗功Wc；2. 等温压缩过程（23）：放热qk；3. 绝热膨胀过程（34）：作功We；4. 等温膨胀过程（41）：制冷q01 kg制冷剂每一循环：制冷量q0；消耗净功wWc-We；向高温热源放热：qk=q0+w效率收获收获/代价代价q0/w。对于逆卡诺循环：q0T0(sa-sb)qkq0wwqk-q0cq0/w=T0(sa-sb)/(Tk-T0)=T0/（Tk

5、-T0）1逆卡诺循环的制冷系数仅取决于被冷却物（低温热源）的温度T0和冷却剂（周围介质水或空气）的温度Tk，而与制冷剂性质无关。2. 为了提高制冷系数，在满足需要条件下应使被冷却物质温度T0升高而使冷却剂温度Tk下降。3. T0变化比Tk变化对影响更大。注意：注意：4. 热泵装置 供热系数qk/w1，所以热泵供热量消耗的功量，可以综合利用能源。5. 制冷系数实际上不是衡量制冷装置经济性的唯一指标。 热力完善度 （制冷剂效率） 实现逆卡诺循环最大的困难是两个等温过程。而只有液体的定压蒸发吸热过程和蒸汽的定压凝结放热过程是定温过程，所以在湿蒸汽区域内进行的制冷循环有可能易于实现逆卡诺循环。劳仑兹循

6、环 劳仑兹循环（Lorenz Cycle）是由两个等熵绝热过程和两个可逆多变过程组成的理想制冷循环。mkmmklTTTqqqwq000001.1 蒸气压缩式制冷的理论循环一、蒸汽压缩式制冷的理论循环一、蒸汽压缩式制冷的理论循环图1-4 蒸气压缩式制冷的理论循环（a）工作过程；（b）理论循环用节流阀代替膨胀机；干压缩代替湿压缩；吸热及放热过程为定压过程且存在传热温差。制冷理论循环与理想循环的制冷理论循环与理想循环的3个不同点是：个不同点是： 进入膨胀机的是液态制冷剂，体积变体很小，膨胀机体积也要很小，难于制造； 膨胀机作功能力不足以克服机器本身的摩擦阻力； 节流阀便于调节进入蒸发器的制冷剂流量。

7、（1）用节流阀代替膨胀机原因：）用节流阀代替膨胀机原因：（2）干压缩代替湿压缩）干压缩代替湿压缩 湿压缩制冷能力降低：吸入湿蒸汽时，制冷剂与压缩机汽缸壁热交换强烈，因为压缩后温度很高，吸入时流体碰到热的汽缸壁，液珠变为气体，占据了汽缸的有效空间，使压缩机吸入制冷剂的质量减少；同时，汽缸壁受到强烈冷却，压缩时汽缸壁又从压缩蒸汽中吸收热量，这种强烈热交换不可逆程度增加，熵增大，耗功量增大。 避免液击（敲缸）危险：当大量液体制冷剂进入汽缸时，因液体是不可压缩的，所以当压缩机活塞冲到尽头时，汽缸的压力大增，引起液压冲击，使压缩机和电机受到危害。这是不允许的。 1蒸汽压缩式制冷理论循环中为什么用节流阀代

8、替膨胀机，对制冷系数有何影响？2蒸汽压缩式制冷理论循环中为什么用干压缩代替湿压缩？对制冷系数有何影响？思考题：思考题：二、蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算二、蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算 （一）（一）lgp-h（压焓）图的应用（压焓）图的应用 等压线等焓线等温线等熵线等容线等干度线蒸汽压缩式制冷循环在蒸汽压缩式制冷循环在lgp-h图上的表示图上的表示 1）12：绝热压缩过程，单位质量制冷剂消耗功wc=h2-h1 kJ/kg；2）23：制冷剂在冷凝器中定压放热过程，其中22放出过热量，23放出汽化潜热，33再冷却放热。制冷剂放热量：qk=h2-h3 kJ/kg。3）34：节流过程，h不变；4

9、）41：制冷剂在蒸发器在定压吸热（制冷）过程。制冷量：q0=h1-h4 kJ/kg。（二）蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算（二）蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算1单位质量制冷能力单位质量制冷能力： 14110vhhvqqv单位容积制冷能力：单位容积制冷能力：v1压缩机入口气态制冷剂的比容，m3/kgqv表示吸入1m3制冷剂所产生的冷量q0=h1-h42. 制冷剂质量流量制冷剂质量流量MR和体积流量和体积流量VR00qMR kg/s vRRqvMV01m3/s0制冷量，kJ/s或kW3. 冷凝器的热负荷冷凝器的热负荷kMR(h2-h3)4. 压缩机理论耗功率压缩机理论耗功率PthPth=MR(h

10、2-h1)5. 理论制冷系数理论制冷系数th：thq0/wc=0/Pth=(h1-h4)/(h2-h1)6.热力完善度热力完善度=th/0=(h1-h4)/(h2-h1)/T0/ (TK-T0) 热力完善度是制冷循环的一个技术经济指标，但它与制冷系数的意义不同。只是从热力学第一定律（能量转换）的数量角度反应循环的经济性，而是同时考虑了能量转换的数量关系和实际循环中不可逆程度的影响。从数量上看，可以小于1，等于1或大于1，而则始终小于1，因为理想的可逆循环的实际上是不可能达到的。当比较两个制冷装置循环的经济性时，如果两者的工作温度Tk、T0相同，采用与采用进行比较是等价的；如果两者的Tk、T0不

11、同，只有对它们的加以比较才是有意义的，因为这时只比较不能看出哪个制冷装置的经济性更好。 :相同TK、T0的制冷循环 :不相同TK、T0的制冷循环评价制冷循环的经济型指标计算实例计算实例3.1 改善蒸气压缩制冷循环的措施第一章 蒸气压缩式制冷装置的基本原理 与热力计算节流损失过热损失膨胀阀前液态制冷剂的再冷却；蒸气回热环；中间冷却或多级压缩过热度再冷度Pk/P08回收膨胀功大容量制冷装置中采用膨胀机（少）有再冷却器的蒸气压缩式制冷回热式蒸气压缩式制冷多级蒸气压缩式制冷循环多级压缩多级压缩 多级压缩制冷循环常采用闪发蒸气分离器和中间冷却器两种形式。闪发蒸气分离器中间冷却器一次节流完全中间冷却一次节

12、流不完全中间冷却带闪发蒸气分离器的双级压缩制冷四、复叠式制冷循环图1-16 复叠式蒸气压缩制冷循环(a) 工作过程；(b) 理论循环的lg p-h图第四节 跨临界制冷循环一、CO2跨临界制冷循环气体冷却器蒸发器膨胀阀压缩机q0qkwc12341234简单单级CO2跨临界制冷循环lgph二、CO2跨临界循环的改善（一）蒸气回热循环（二）双级压缩回热循环（三）用膨胀机回收膨胀功 前面所述的是蒸汽压缩式制冷的理论循环，但实际循环和理论循环又有不少差别，表现在理论循环忽略了：1. 在压缩过程中：气体内部及气体与气缸壁之间的摩擦；气体与外部的热交换。2. 制冷剂进入吸气阀和排出时经排气阀有节流损失；3. 制冷剂通过管道、冷凝器、蒸发器等设备时，制冷剂与管壁、器壁之间摩擦以及外部热交换。 一、实际循环与理论循环的主要差别一、实际循环与理论循环的主要差别第五节 蒸气压缩式制冷的实际循环蒸气压缩式制冷实际循环二、实际循环二、实际循环 综上所述，由于存在摩擦、涡流等阻力，以及与外界有热量交换，蒸汽压缩式制冷的实际循环与理论循环相比，实际能够获得的制冷量稍有减少，实际