制冷基本原理

制冷基本原理第1页，课件共31页，创作于2023年2月ShenzhenMcQuayTC2制冷基本原理一、基本定律和概念:

1.温度：表示物体冷热程度的物理量

。

T（℃）=T（K）-273.15

tF=1.8t℃+32(t为摄氏温度数，T为华氏温度数)

最冷的—273.15℃(绝对零度)到最热的5.1亿℃约比太阳中心热30倍。

2.压力：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）。

1Pa=1N/m2

1MPa=10.2kN/cm2=10bar=9.8大气压

1bar=1.0197kg/cm2=0.987大气压;

1大气压=0.101325MPa=1.0333kg/cm2=1.0133bar;

1mmHg=133.33Pa

表压=绝对压力-大气压力

真空度=大气压力-绝对压力

3.比容：单位质量的物质所占有的容积称为比容。用小写的字母ν表示，

即：ν＝V/mm3/kg

式中m——物质的质量，kg；

V——物质所占有的容积，m3。

比容的倒数，即单位容积的物质所具有的质量，称为密度，用符号“ρ”，单位为kg/m3。

4.比热:单位质量物质升高1℃吸收的热量,单位:kJ/（kg.℃）5.热力学第0定律：

与第三个系统处于

热平衡状态的两个

系统之间，必定处

于热平衡状态。

第2页，课件共31页，创作于2023年2月ShenzhenMcQuayTC3制冷基本原理

6.热力学第一定律：即能量守恒定律

W+Q＝ΔU

其中：

W:外界对物体做的正功(J)

Q:物体吸收的热量(J)

ΔU:增加的内能(J)

7.热力学第二定律：

热不可能自发地、不

付代价地从低温物体

传至高温物体。

QH=QL+E8.焓：

焓是一个复合的状态参数，是表征系统中所有的总能量。工质在某一状态下的总能量等于其内能U与推动功PV之和。

H=U+pV(kJ

)

比焓：1kg工质的焓称为比焓。用符号h表示，单位是kJ/kg

h=U+pV(kJ/kg)

U---内能(kJ/kg)

p---压力(kPa)

V---比体积(m3/kg)9.熵：熵是一个导出的状态参数，是表示工质状态变化时，其热量传递的程度。对1kg工质而言，用符号S表示，单位为kJ/（kg.K）S=Q/T[kJ/(kg.k)]

Q---1kg物质所获得的热量（kJ/kg）

T---物质获得热量时的热力学温度（K）

绝热、可逆的压缩或膨胀过程为等熵过程。第3页，课件共31页，创作于2023年2月ShenzhenMcQuayTC4制冷基本原理11、制冷、制热（热泵）：

用人工的方法将低温区的热量移送到高温区，若转移热量是为获得低于环境的温度或满足某种低温需要，此种方法称为“制冷”；若是为了将低温区无用的热量移送到高温区成为有用的热量，此种方法称为“热泵”。10、对于一个由制冷机及其环境(包括被冷却物体及冷却介质)所构成的孤立系统,当其中进行的过程完全可逆时系统的熵保持不变。若过程不可逆，则系统的熵要增大。12、用来实现自低温区向高温区传递热量的主要方法：

A、热力循环法：通过一个热力循环系统把低温热源的热量传递到高温热源。

B、化学法。

C、半导体法。13、目前热力循环法最成熟，应用最普遍。而在热力循环法制冷与热泵中，可分为系统中工质发生相变与工质不发生相变两类，前者热效率高。第4页，课件共31页，创作于2023年2月lgp0h1、压焓图ShenzhenMcQuayTC5制冷基本原理456二、制冷剂状态分析工具11.等压线22.等焓线33.等温线4.等熵线5.等容线6.等干度线第5页，课件共31页，创作于2023年2月TS0ShenzhenMcQuayTC6制冷基本原理3412562、温熵图：3.等温线2.等焓线1.等温线4.等熵线5.等容线6.等干度线第6页，课件共31页，创作于2023年2月ShenzhenMcQuayTC7制冷基本原理三、热力循环及压焓图（lgp–h图）单级理论循环组成：

1.压缩机

2.冷凝器

3.节流装置

4.蒸发器

1234单级理论循环、多级理论循环第7页，课件共31页，创作于2023年2月ShenzhenMcQuayTC8制冷基本原理空调四大部件：1.压缩机；2.冷凝器；3.节流装置；4.蒸发器

作用：1234压缩机：压缩系统中的气态工质（制冷剂）；为系统的循环提供动力；对循环系统内作功的部件。冷凝器：将压缩机排出的高温高压蒸气的热量导走，使之冷凝成液态工质。节流装置：节流、降压、降温。

节流装置必须具有随时自动调节工质流量的能力。蒸发器：将被冷却对象的热量传递给循环工质，使工质液体蒸发成蒸气返回压缩机。蒸发器的性能直接影响到制冷机和热泵的性能。第8页，课件共31页，创作于2023年2月ShenzhenMcQuayTC9制冷基本原理压焓图（lgp–h图）

的构成1234lgph0A压焓图（lgp–h图）

的构成：

压焓图是以焓（h）值作为横坐标，以绝对压力（p）为纵坐标所组成的直角坐标系。为了方便起见，便于图型的展开，避免图下部分线条过分拥挤，所以纵坐标又以对数lgp标度排列。

X=0为饱和液体线；x=1为干饱和蒸气线；X=0与x=1两条线若向上延长将交于一点，A点为临界点，临界点存在于理想状态，实际上不可能存在。一般不表示出来。X=0X=1ⅠⅡⅢ第9页，课件共31页，创作于2023年2月ShenzhenMcQuayTC10制冷基本原理lgph0AX=0与x=1两条线将整个直角坐标平面分成了3个区域：

①：X=0左边为过冷液态区；

②：X=0为饱和液体；

③：X=0与X=1之间为湿饱和蒸气区（气液共存区）；由X=0向X=1移动时，则干度x也相应增加，即气体成分越来越多；

④：X=1为干饱和气体；

⑤：X=1的右边为过热蒸气区。X=0X=1ⅠⅡⅢ压焓图lgp–h

的构成：在X=0与x=1以及两者之间，均为饱和状态，此时制冷剂的温度线与压力线重合。因此，在饱和状态时，制冷剂确定一个压力，便有一个并且有一个温度与之相对应。

第10页，课件共31页，创作于2023年2月ShenzhenMcQuayTC11制冷基本原理用lgp–h图来分析单级理论循环的单一工质变化状态1234对于最简单的理论循环（或称简单的饱和循环）：

1点----蒸发器出口点、压缩机吸气口点；

2点----压缩机排气口点、冷凝器入口点；

3点----冷凝器出口点、节流装置入口点；

4点----节流装置出口点、蒸发器入口点；232’h4h1h2lgphq0w0pkp0qk041第11页，课件共31页，创作于2023年2月各状态点叙述：

1点----蒸发器出口点、压缩机吸气口点

它是对应于蒸发温度t0的饱和蒸气。

根据压力与饱各温度的对应关系，

该点位于p0的等压线与饱和蒸气线（χ=1）的

交点上。2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qkShenzhenMcQuayTC12制冷基本原理第12页，课件共31页，创作于2023年2月各状态点叙述：

2点----压缩机排气口点、冷凝器入口也就是进冷凝器时的状态点。

该点可通过1点的等熵线和冷凝压力为pk的等压线的交点来确定。

由于压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷剂温度升高，因此点2表示过热蒸气状态。2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qkShenzhenMcQuayTC13制冷基本原理第13页，课件共31页，创作于2023年2月

各状态点叙述：

3点----冷凝器出口、节流装置

入口点

它是对应于冷凝温度tk的饱和液体。

根据压力与饱各温度的对应关系，

该点位于冷凝压力

pk的等压线与饱和湿蒸气线

（χ=0）的交点上。2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qkShenzhenMcQuayTC14制冷基本原理第14页，课件共31页，创作于2023年2月

各状态点叙述：

4点----节流装置出口点、蒸发

器入口点

由于节流过程为等焓过程,所以该点处于点3的等焓线

与蒸发压力p0

的等压线的交点上。

2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qkShenzhenMcQuayTC15制冷基本原理第15页，课件共31页，创作于2023年2月ShenzhenMcQuayTC16制冷基本原理单级理论循环的单一工质在压焓图各段的状态2342’1h4h1h2lgphq0w0pkp0qk0单级理论循环假设了：

1、压缩过程等熵过程；

2、除两个热交换器外，其余各部分绝热；

3、在冷凝与蒸发过程中与两恒温热源间无传热温差且冷凝温度和蒸发温度都是定值。

4、离开蒸发器和进入压缩机的工质为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷凝器和进入节流装置的液体为冷凝压务下的饱和液体。

5、工质流动中无压力损失。第16页，课件共31页，创作于2023年2月ShenzhenMcQuayTC17制冷基本原理单级理论循环的单一工质在压焓图各段的状态2342’1h4h1h2lgphq0w0pkp0qk01-2段:等熵压缩过程。

制冷剂:由低温、低压、饱和蒸气向高温、高压、过热蒸气转变。

其2点的温度就是压缩机排气温度。这两点（1、2）的焓差是压缩机作功大小的主要参数值。因此，尽量减少这两点的距离才能节约能源。若蒸发温度不变时，尽量降低冷凝压力就可以减少功耗。W0=h2-h1

第17页，课件共31页，创作于2023年2月ShenzhenMcQuayTC18制冷基本原理单级理论循环的单一工质在压焓图各段的状态2342’1h4h1h2lgphq0w0pkp0qk02-2’段:等压放热过程。

制冷剂:高压（冷凝压力pk

）条件下，制冷剂气体放出显热，由排气温度t2降至冷凝温度tk，温度下降，相态没变，仍为气态。

（相对高温、高压、过热蒸气变到饱和蒸气）

第18页，课件共31页，创作于2023年2月ShenzhenMcQuayTC19制冷基本原理单级理论循环的单一工质在压焓图各段的状态2342’1h4h1h2lgphq0w0pkp0qk02’-3段:等压放热过程。

制冷剂:

高压（冷凝压力pk

）条件下，制冷剂放出潜热而气态液化成液态,但温度没变,仍为冷凝温度tk，相态改变，由饱和气体->气液共存->饱和液体,干度从x=1到x=0逐渐变小。

第19页，课件共31页，创作于2023年2月ShenzhenMcQuayTC20制冷基本原理单级理论循环的单一工质在压焓图各段的状态2342’1h4h1h2lgphq0w0pkp0qk03-4段:等焓节流过程。

制冷剂:高压、高温饱和液体变成低压低温气液共存。

制冷剂通过节流装置，由高压pk

降至低压p0,

温度由冷凝温度tk降至蒸

发温度t0，状态由饱和液体

变为气液共存状态（湿蒸

气状态）。

第20页，课件共31页，创作于2023年2月ShenzhenMcQuayTC21制冷基本原理单级理论循环的单一工质在压焓图各段的状态2342’1h4h1h2lgphq0w0pkp0qk04-1段:等温等压吸热气化过程。

制冷剂:低压低温气液共存变成低压低温饱和蒸气。

压力p0为蒸发压力，温度t0称蒸发温度。4-1区间，p0与t0相对应，两点间焓差q0的大小是决定制冷量多少的重要参数值。因此，在不影响要求的条件下，尽量提高蒸发温度以提高制冷量。第21页，课件共31页，创作于2023年2月

根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，稳定流动的能量方程可表示为

Q+W=qm(h2-h1)

Q

------单位时间内系统从外界吸取的热量;

W------单位时间内外界对系统作的功;

qm是流进或流出该系统的稳定质量流量;

h是比焓

下标1和2分别表示流体流进和离开系统的状态点.

2342‘1h4h1h2hq0w0pkp0qk四、单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算ShenzhenMcQuayTC22制冷基本原理lgp0第22页，课件共31页，创作于2023年2月理论循环的热力计算

1.

节流阀

制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功，Q=0，W=0，

Q+W=qm(h2-h1)

故

W=0=qm(h4–h3)

h4=h32342’1h4h1h2hq0w0pkp0qklgp0ShenzhenMcQuayTC23制冷基本原理第23页，课件共31页，创作于2023年2月理论循环的热力计算

2.

压缩机

如果忽略压缩机与外界环境所交换的热量

Q=0，

因Q+W=qm(h2-h1)

故

W=qm(h2-h1)

式中(h2-h1)表示压缩机每压缩并输送1kg制冷剂所消耗的功，称为理论比功，用w0表示。

2342’1h4h1h2hq0w0pkp0qkShenzhenMcQuayTC24制冷基本原理lgp0第24页，课件共31页，创作于2023年2月理论循环的热力计算

3.蒸发器

被冷却物体通过蒸发器向制冷剂传递热量Q0，因为蒸发器不作功，

W=0，Q+W=qm(h2-h1)

故

Q0=qm(h1–h4)=qm(h1–h3)

式中(h1–h4)称为蒸发器单位热负荷，用q0

表示。它表示1kg制冷剂蒸气在蒸发器中吸收的热量。

2342’1h4h1h2hq0w0pkp0qklgp0ShenzhenMcQuayTC25制冷基本原理当蒸发温度T0不变而冷凝温度Tk升高时，对于同一台制冷机来说它的制冷量将要减小，而消耗的功率将要增大。第25页，课件共31页，创作于2023年2月理论循环的热力计算

4.冷凝器

假设制冷剂在冷凝器中外界放出热量为Qk，因为冷凝器不作功，

W=0

Q+W=qm(h2-h1)

故

Qk=qm(h2–h3)

式中(h2–h3)称为冷凝器单位热负荷，用qk

表示。它表示1kg制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热量。2342’1h4h1h2hq0w0pkp0qklgpShenzhenMcQuayTC26制冷基本原理0

当TK（冷凝温度）不变而T0(蒸发温度)降低时,制冷机的制冷量,制冷剂流量及制冷系数都是降低的,而压缩机的功率是增大还是减小,与变化前后的压比值有关。第26页，课件共31页，创作于2023年2月理论循环的热力计算

5.

制冷系数与供热系数

按定义，理论循环中，制冷/供热系数可用下式表示

2342’1h4h1h2hq0w0pkp0qklgpShenzhenMcQuayTC27制冷基本原理0第27页，课件共31页，创作于2023年2月2342’1h4h1h2hq0w0pkp0qklgpShenzhenMcQuayTC28制冷基本原理0五.

实际制冷循环的压焓图1、吸气过热：理论循环是假设了压缩机的吸气为干蒸气，即不会有液体进入压缩机。

因环境条件的不断变化、生产工艺不足等因素制约，