制冷与低温原理03第三章课件

1、制冷与低温原理配套教材第三章蒸气制冷循环目 录两级蒸气压缩制冷循环2蒸气吸收制冷循环4单级蒸气压缩制冷循环 31复叠式制冷循环33制冷与低温原理配套教材3.1 单级蒸气压缩制冷循环 蒸气压缩制冷机是目前应用最广泛的一种制冷机。这类制冷机设备比较紧凑，可以制成大、中、小型，以适应不同场合的需要，能达到的制冷温度范围比较宽广，且在普通制冷温度范围内具有较高的循环效率。 单级蒸气压缩制冷机是指将制冷剂经过一级压缩从蒸发压力压缩到冷凝压力的制冷机。空调器和电冰箱以及中央空调用的冷水机组大都采用单级制冷机。单级制冷机一般可用来制取-40以上的低温。 一、理想循环 二、实际循环 三、循环性能计算机计算 四

2、、循环特性分析与制冷机工况制冷与低温原理配套教材3.1 单级蒸气压缩制冷循环（一）简单理想循环 简单理想循环是建立在以下一些假设的基础上的：（1）压缩过程为等熵过程，即在压缩过程中不存在任何不可逆损失；（2）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度，且冷凝温度和蒸发温度都是定值；（3）离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的饱和液体；（4）制冷剂在管道内流动时，没有流动阻力损失，忽略动能变化，除了蒸发器和冷凝器内的管子外，制冷剂与管外介质之间没有热交换；（5）制冷剂在流过节流装置时，流速变化

3、很小，可以忽略不计，且与外界环境没有热交换。制冷与低温原理配套教材一、理想循环 制冷与低温原理配套教材3.1 单级蒸气压缩制冷循环 图3-1为上述简单理想循环在温-熵图和压-焓图上的表示。 压缩机吸入的是以点1表示的饱和蒸气，1-2表示制冷剂在压缩机中的等熵压缩过程。 2-3-4表示制冷剂在冷凝器中的冷却和冷凝过程。 4-5表示节流过程。 5-1表示制冷剂在蒸发器中的蒸发过程。 制冷与低温原理配套教材3.1 单级蒸气压缩制冷循环按照热力学第一定律，对于在控制容积中进行的状态变化存在如下关系： （3-1）这里，把自外界传入的功作为负值。对上式积分可以得到整个过程的表达式单级蒸气压缩制冷循环的各个

4、过程有如下关系：1) 压缩过程 因而 =dh w=h2-h1（3-3）（3-2）w称为单位理论功2) 冷凝过程 =0 因而=dh qk=h2-h4（3-4）qk称为单位冷凝热3) 节流过程 w=0, q=0 因而 h=0 h4=h5 （3-5） 4) 蒸发过程 =0 因而=dh q0=h1-h5=h1-h4 （3-6） q0称为单位制冷量 制冷与低温原理配套教材3.1 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷机简单理想循环的性能指标1）单位制冷量q02）单位容积制冷量qv 3）理论比功w0 4）单位冷凝热qk 5）制冷系数 6）热力完善度 制冷与低温原理配套教材3.1 单级蒸气压缩制冷循环(二)

5、液体过冷、吸气过热及回热循环1）液体过冷 将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝温度的状态，称为液体过冷。图中4-4为制冷剂液体在过冷器中的过冷过程。过冷器实际上就是一个换热器，来自冷凝器的饱和液体经过过冷器再放出热量给冷却介质，使自己成为过冷状态。4-5为节流过程，其余过程与基本循环相同。 制冷与低温原理配套教材3.1 单级蒸气压缩制冷循环2）吸气过热 压缩机吸入前的制冷剂蒸气的温度高于吸气压力下制冷剂的饱和温度时，称为吸气过热。图中1-1是吸气的过热过程，其余与基本循环相同。 有效过热：如果吸入蒸气的过热发生在蒸发器的后部，或者发生在安装于被冷却空间内的吸气管道上，或者发生在两者皆有的情况下，

6、那么由于过热而吸收的热量来自被冷却的空间，因而产生了有用的制冷效果。无效过热：制冷剂蒸气在被冷却空间以外吸取环境空气的热量而过热。 制冷与低温原理配套教材3.1 单级蒸气压缩制冷循环3）回热 利用回热使节流前的制冷剂液体与压缩机吸入前的制冷剂蒸气进行热交换，使液体过冷、蒸气过热，称之为回热。 4）非共沸混合制冷剂循环 对于变温热源，洛伦兹循环具有最高的效率 。 用非共沸混合制冷剂还可以实现用单级压缩获得较低的蒸发温度。 3.1 单级蒸气压缩制冷循环（一）实际循环的特点 1）流动过程存在阻力（1）吸入管道（2）排出管道 （3）液体管道（4）两相管道 （5）蒸发器 （6）冷凝器 2）系统与环境间存

7、在漏热 制冷与低温原理配套教材二、实际循环 制冷与低温原理配套教材3.1 单级蒸气压缩制冷循环(二) 实际循环的性能指标及热力计算 在工程计算中，作简化：（1）忽略冷凝器及蒸发器中的微小压力变化，即以压缩机出口压力作为冷凝压力，以压缩机进口压力作为蒸发压力，同时认为冷凝温度和蒸发温度均为定值；（2）将压缩机内部过程简化成一个从吸气压力到排气压力的有损失的简单压缩过程；（3）节流过程仍认为是前后焓相等的过程。 制冷与低温原理配套教材3.1 单级蒸气压缩制冷循环简化后的循环的性能指标的表达式 1）单位制冷量、单位容积制冷量及单位理论功 2）单位冷凝热 3）制冷剂的循环流量4）压缩机的理论功率和指示

8、功率分别为5）实际制冷系数 6）冷凝器的热负荷 3.1 单级蒸气压缩制冷循环（一）Tk变化时制冷机的性能 （二）T0变化时制冷机的性能（三）单级压缩制冷机的工况 制冷与低温原理配套教材四、循环特性分析与制冷机工况一、概述 二、两级压缩制冷循环三、两级压缩制冷循环特性分析 制冷与低温原理配套教材3.2 两级蒸气压缩制冷循环3.2 两级蒸气压缩制冷循环 单级压缩循环所能达到的最低制冷温度通常只能达到-40左右,主要是受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制。单级蒸气压缩活塞式制冷机，压缩比一般不超过10。当蒸发温度过低，超出极限使用条件时会带来如下问题：（1）压缩比增大时压缩机的输气系数大为降低，压

9、缩机的输气量及效率显著下降。（2）压缩机排气温度过高，使润滑油的粘度急剧下降，影响压缩机的润滑。当排气温度与润滑油的闪点接近时，会使润滑油碳化，以致在阀片上产生结碳现象。（3）制冷剂节流损失增加，单位质量制冷量及单位容积制冷量下降过大，经济性下降。 所以，为了获得较低的温度（4070），同时又能使压缩机的工作压力控制在一个合适的范围内，就要采用多级压缩循环。 制冷与低温原理配套教材一、概述3.2 两级蒸气压缩制冷循环（一）流程的组织形式 （二）热力计算（三）两级压缩制冷循环中间压力的确定 制冷与低温原理配套教材二、两级压缩制冷循环 制冷与低温原理配套教材3.2 两级蒸气压缩制冷循环（一）流程的

10、组织形式1）一级节流两级压缩制冷循环 制冷与低温原理配套教材3.2 两级蒸气压缩制冷循环2）两级节流两级压缩制冷循环 制冷与低温原理配套教材3.2 两级蒸气压缩制冷循环（二）热力计算（三）两级压缩制冷循环中间压力的确定 (1)按压力的比例中项确定中间压力 (2)按温度的比例中项确定中间压力(3) 用经验公式直接计算最佳中间压力（或温度） 3.2 两级蒸气压缩制冷循环（一）制冷剂与循环特性 （二）中间温度（或中间压力）（三）变工况特性 制冷与低温原理配套教材三、两级压缩制冷循环特性分析 制冷与低温原理配套教材3.2 两级蒸气压缩制冷循环（二）中间温度（或中间压力） 中间温度与高、低压压缩机的容积

11、流量比、冷凝温度及蒸发温度有关。 当高、低压级压缩机的容积流量比不变，冷凝温度升高时，使高压级的压缩比增大，输气系数g下降，高压级吸气量减小,这时，中间冷却器内的气体量逐渐增多，中间压力，中间温度升高。反之，pk降低，则中间压力下降。 蒸发温度降低时，使低压级的压缩比增大，低压级吸入气体比体积v1增大，输气系数g下降，使低压级输入中间冷却器的气体量逐渐减少，引起中间压力下降，中间温度降低。一、系统的组成 二、性能指标计算三、系统的运行特性分析 制冷与低温原理配套教材3.3 复叠式制冷循环3.3 复叠式制冷循环 制冷与低温原理配套教材一、系统的组成 复叠式制冷循环通常是由两个（或数个）不同制冷剂

12、工作的单级（也可以是多级）制冷系统组合而成。通常在高温系统里使用沸点较高的制冷剂，而在低温系统里使用沸点较低的制冷剂，各自成为一个使用单一制冷剂的制冷系统，其中高温部分系统中制冷剂的蒸发是用来冷凝低温部分系统中的制冷剂，而只有低温部分系统中的制冷剂在蒸发时向被冷却对象吸热（制取冷量）。因而它既能满足在较低蒸发温度下具有合适的蒸发压力，又能满足在环境温度下适中的冷凝压力。高温系统的蒸发器和低温系统的冷凝器合成一个设备，称为冷凝蒸发器。 3.3 复叠式制冷循环 制冷与低温原理配套教材(一) 两个单级压缩循环组成的复叠式制冷机 3.3 复叠式制冷循环 制冷与低温原理配套教材(二) 一个两级压缩循环和

13、一个单级压缩循环组成的复叠式制冷机 3.3 复叠式制冷循环 制冷与低温原理配套教材(二) 一个两级压缩循环和一个单级压缩循环组成的复叠式制冷机 3.3 复叠式制冷循环 制冷与低温原理配套教材(三) 三个单级压缩循环组成的复叠式制冷机 3.3 复叠式制冷循环 制冷与低温原理配套教材(四) 用CO2作为第二制冷剂的复叠式制冷机 3.3 复叠式制冷循环 制冷与低温原理配套教材二、性能指标计算 （一）复叠式制冷循环的热力计算 （二）复叠式制冷循环中间温度的确定 3.3 复叠式制冷循环 制冷与低温原理配套教材三、系统的运行特性分析 （一）循环型式及工作参数（二）变工况特性 （三）膨胀容器 制冷与低温原理

14、配套教材3.3 复叠式制冷循环（三）膨胀容器 复叠式制冷系统在停机时，由于内部温度升高到环境温度，低温制冷剂液体蒸发，压力将升高。为使低温系统的压力不致过度升高，复叠式制冷机的低温系统中大多设有膨胀容器。 膨胀容器的容积Vp计算：将膨胀容器内的制冷剂质量看作由m1和m2两部分组成。m1表示工作状态下膨胀容器中制冷剂的质量;m2表示停机时进入膨胀容器中制冷剂质量，则m1= Vp/ vx m2=(mx vp Vdx )/ vp mZ = mX + VP/ vX： 一、蒸汽单效吸收制冷 二、蒸汽双效吸收制冷 三、直燃式吸收制冷 四、蒸汽吸收制冷其他循环 制冷与低温原理配套教材3.4 蒸汽吸收制冷循环

15、 蒸汽吸收制冷和蒸汽压缩制冷都是利用制冷剂蒸发吸收潜热来实现制冷，前者以热能为动力，后者以机械能作动力。制冷与低温原理配套教材一、蒸汽单效吸收制冷 3.4 蒸汽吸收制冷循环 制冷与低温原理配套教材 吸收制冷主要采用二元溶液作工质，低沸点组份称为制冷剂，高沸点组份称为吸收剂。 对于液体吸收剂，应具有以下特性：（1） 具有较强吸收制冷剂的能力；（2）在相同压力下，沸腾温度远高于制冷剂沸腾温度；（3）无爆炸、燃烧的危险且对人体和环境无害；（4）对金属材料的腐蚀性小；（5）价格低廉，易于获得。 目前，LiBr-H2O和NH3-H2O工质对已获得了广泛的应用，前者通常应用于空调系统（制冷温度高于零度），

16、后者通常应用于低温系统（制冷温度低于零度）。 ： 3.4 蒸汽吸收制冷循环 在单效LiBr-H2O吸收制冷机组中，如果工作蒸汽压力偏高，则需要节流后才能使用，从而造成能量的浪费。为了充分利用高品位的能源，应采用双效LiBr-H2O吸收制冷循环流程。 根据稀溶液进入高低压发生器的不同方式，有三种循环流程： 串联流程: 稀溶液出吸收器后，先后进入高、低压发生器。 并联流程: 稀溶液出吸收器后分成两路，分别进入高、低压发生器。 串并联流程：稀溶液出吸收器后分成两路进入二个发生器，从高压发生器流出的浓溶液先进入低压发生器，与其中的溶液一起流回吸收器。制冷与低温原理配套教材二、蒸汽双效吸收制冷 3.4 蒸汽吸收制冷循环 制冷与低温原理配套教材（一）并联流程： 3.4 蒸汽吸收制冷循环 制冷与低温原理配套教材（二）串联流程： 3.4 蒸汽吸收制冷循环 制冷与低温原理配套教材（三）串并联流程： 3.4 蒸汽吸收制冷循环 直燃式LiBrH2O溴化锂水吸收制冷以燃气或燃油为动力，以产生高温烟气为热源，工作原理与蒸汽吸收制冷循环相同。 由于热源温度较高，直燃式通常采用双效吸收制冷。与蒸汽双效机组相同，直燃式双效机组溶液回路也有串联流程和并