制冷技术考试内容.doc

一、 制冷工质分类、命名：制冷工质对环境的影响： 1. 对臭氧层的破坏和耗损2. 温室效应引起全球变暖替代过程：采用HFCs制冷剂替代，采用天然工质替代。二、温室效应：大气层中有些气体（ H2O、CO2、CH4、O3、氟利昂等）具有和玻璃相似的性质：短波辐射几乎无衰减地通过，吸收地球的长波辐射，阻止反射。温室气体，吸收地球辐射，地球辐射净量，全球变暖。ODP：臭氧层消耗指数(Ozone Depletion Potential) 相对于R11GWP：全球变暖潜能值(Global Warming Potential)相对于CO2三、 采用HFCs制冷剂替代的理由：ODP=0，GWP虽高，但HFCs排放量很小采用天然工质制冷剂替代的理由：1、HFC物质的GWP太高，已列入京都议定书温室气体清单。2、HFC物质还可能有不可预测的后果。3、全球性环保问题比只有局域性伤害的可燃性更严重。4、小型制冷设备（冰箱）HC的泄漏量很少。优点：ODP0，GWP0 或很小。缺点：HC具有强可燃性，CO2系统的压力很高，NH3具有毒性，空气制冷系统效率较低。四、TEWI：变暖影响总当量TEWITotal Equivalent Warming Impact。1、考虑了制冷剂排放的直接效应和能源利用引起的间接效应 2、直接效应取决于制冷剂的GWP值、气体释放量和考虑的时间框架长度3、间接效应取决于系统的效率以及能源型式 五、替代制冷工质的研究进展：1、CFC12的替代状况（冰箱）：HC-600a（异丁烷）CFC-12（欧盟） HFC-134aCFC-12（美国、日本）2、CFC11发泡剂的替代状况：H5C10（环戊烷）CFC-11（欧盟） HCFC-141bCFC-11（美国、日本）HFC-245faHCFC-141b（美国、日本在研）3、 空调机组HCFC-22替代技术研究动态：已逐步进入使用阶段的有：R407C、R410A、HFC-134a。六、R407C应用中的技术问题： 1、专用压缩机 2、非共沸混合物，成分会发生变化 3、工作压力高10%，部件、管道需耐压校核 4、增大换热面积 5、用酯类油 6、用XH-10C或XH-11分子筛 7、在不作优化匹配时，冷量约为0.9-1.1倍，效率为0.9-1.0倍七、 替代制冷剂表面传热系数研究：目的：设计冷凝器、蒸发器。要求：冷凝换热系数、蒸发换热系数、制冷剂压降关联式。研究方法：实验研究。研究内容： 结论1、由于实验条件（干度、质量流速、压力、过冷度、过热度。）及研究对象几何尺寸的不同，得到的结论不同。2、 R410a、R407C、R134a表面传热系数与HCFC22大致相当， R407C、R134a流阻 ， R410a流阻。3、 加入润滑油后表面传热系数，流阻。八、冷水机组工质替代技术研究动态：目前应用的冷水机组a) 离心式冷水机组：CFC-11 HCFC-123，CFC-12 HFC-134a，HCFC-22过渡性制冷剂b) 容积式冷水机组：i. 螺杆式冷水机组ii. 活塞式冷水机组iii. 涡旋式冷水机组九、CO2制冷工质的性质：优点：ODP=0，GWP1，价格低廉，传热性能好。缺点：能效低，压力高。3种循环的lgp-h图、T-s图：十、带回热器的跨临界CO2制冷循环、带膨胀机的跨临界CO2制冷循环、复叠式CO2制冷循环的特点：采用回热的跨临界CO2制冷循环COP比传统亚临界制冷循环低（约25） 主要的原因是节流损失较大 膨胀机代替节流阀情况会有很大改善 对传统工质亚临界循环：膨胀比大(2040)不易实现 膨胀功回收比例低(10%20%)不经济 对CO2跨临界循环：膨胀比小(24)膨胀功大(占压缩功的25%30%)减少节流损失回收膨胀功4-5h：膨胀阀等焓膨胀过程4-5s：理想膨胀机的等熵膨胀过程4-5t：实际膨胀机的膨胀过程复叠式：氨制冷剂的充注量可以减少 体积减小到原来的1/10 （与NH3两级压缩系统相比 ）CO2制冷系统关键设备研究进展：1、CO2制冷压缩机：压力高：强度 CO2粘性小：泄漏问题，应用活塞环密封油润滑机制可以达到最低的泄漏率。2、 CO2换热器：微管平行流换热器 CO2换热性能。铜制“平行流”空气冷却器。蒸发器：工作压力为3.57.0MPa（传统制冷剂压力的10倍左右），流体特性和最优制冷剂质量流量及压降与传统制冷剂的不同。蒸发器发展趋势：管径、流量密度 换热系数; “平行流”式蒸发器具有较高的性能 3、 CO2节流机构：新型式节流机构。利用膨胀机回收膨胀功是提高CO2跨临界循环效率的根本途径。但膨胀机结构复杂，长期在湿工况下工作 ，对膨胀机的设计、制造带来了较大难度。利用涡流管节流、利用引射器节流、两相流引射器节流。十一、压缩机的分类、特点，研究动态。特点：活塞式适应的压力广，压力不随输气量变化，变工况性能好，结构复杂，零部件多，转速不能太高，变频特性不好。滚动转子式绝大多数为全封闭型，制冷量10kW，运转平稳，摩擦损失小，可靠性高；无吸气阀，吸气过热小，几乎无余隙气体膨胀过程输气系数高；零部件少，易损件少，结构简单，体积小，重量轻；适于高效大批量生产 。制造、装配精度要求高；在热泵工况下运行时，由于压比大，造成内部泄漏量增加；对于单缸机器，转矩峰值较大，滑片仍然是易损部件。 涡旋式结构简单，零部件少，无吸、排气阀，易损件少，体积小；采用柔性结构，抗杂质与液击能力强，可靠性高；可高速运转，变速性能好；吸、排气过程几乎连续进行，气流脉动小；涡旋盘的加工要求高，需专用加工设备和技术；由于工作腔密封与零部件强度条件的限制，排气压力不宜过高。 双螺杆式高速运转，体积小，重量轻，无往复惯性力；零部件少，易损件数仅为往复活塞式压缩机的1/10，无吸、排气阀，可靠性高；能适应较大压缩比，对湿行程不敏感；能量调节性能好，可实现10%100%范围内的有级或无级调节；易实现自动控制，操作、维修方便。造价高，价格高于同等容量的活塞压缩机；由于受转子开度及轴承寿命等方面的影响，排气压力一般不能超过4.5 Mpa；一般在容积流量大于0.2m3/min时，其优越性才能显现出来，不适宜小流量范围的使用。单螺杆式力的平衡性好，螺杆上的径向气体力相互抵消，运转平稳；理论上无余隙容积，效率高；相同结构尺寸的前提下，单螺杆压缩机的容积流量最大；可达到较高的排气压力，可达到6.16Mpa。星轮磨损导致能量衰减 ；吸、排气通道狭窄，阻力损失较大；高低压腔的泄漏损失较大。 离心式单机制冷量大：1163kW8440kW；结构紧凑，重量轻：1/51/8 ；运转惯性力小，振动小；磨损零件少，易损件少，可靠性高，寿命长，维修费用低；润滑油几乎不随制冷剂带入制冷系统。不易在高压比下运行（如热泵工况，目前，适应于蓄冰工况下的离心式制冷压缩机仅有特灵生产的3级压缩机组）；压缩机的加工水平要求高，技术难度较大；不适于小冷量范围运行。 研究动态： 替代制冷剂压缩机研制提高经济性与可靠性的研究新型压缩机的研究 新材料、新工艺的使用 现代化设计手段的使用 振动与噪音的研究压缩机成本的降低 十二、固体吸附式制冷原理：基本的固体吸附式制冷系统: 吸附床（发生器）、冷凝器、蒸发器12 等容脱附吸附床吸收热量 Qh23 等压脱附（冷凝）吸附床吸收热量 Qg34 等容吸附制冷剂放出热量 Qce 41 等压吸附（蒸发）制冷剂吸收热量 Qref 两床基本循环连续制冷系统：基本系统间歇制冷 两床系统连续制冷，吸附床温度波动过大，解吸周期吸附周期吸附工质对：对吸附剂的要求吸附量大；吸附容量对温度变化敏感；吸附剂与吸附质相容对吸附质（制冷剂）的要求单位体积蒸发潜热大；合适的冰点；适当的饱和蒸汽压；无毒、不可燃、无腐蚀性；良好的热稳定性常用的吸附工质对：物理吸附工质对：活性炭甲醇/氨，沸石水，硅胶水化学吸附工质对：氯化钙氨，氯化锶氨，氯化钙甲醇 吸附介质改善：吸附剂（如沸石、活性炭等）接触热阻大，导热性能差。 复合吸附剂；固化吸附剂；满足热导率要求时保持较高的传质率 十三、吸收式机组的分类：1、用途冷水机组 ：供应冷水 ；冷热水机组（热泵机组）：交替或同时供应冷水和热水 2、 工质对氨/水：采用NH3/H2O工质对（氨吸收式）；水/溴化锂采用H2O/LiBr工质对（溴化锂吸收式）3、 驱动热源蒸汽型：利用蒸汽的潜热；热水型：利用热水的显热；直燃型：利用燃料的燃烧热；余热型：利用工业或生活余热 4、 驱动热源的利用方式单效：热源在机组内被直接利用一次；双效：热源在机组内直接和间接地二次利用；多效：驱动热源在机组内被直接和间接地多次利用；多级发生：驱动热源在多个压力不同的发生器内被多次直接利用5、 低温热源利用方式第一类热泵：从低温热源吸热，输出热的温度低于驱动热源提升热的量；第二类热泵：向低温热源放热，输出热的温度高于驱动热源提升热的质（温度）；多级吸收：有多个蒸发温度，吸收剂在多个不同压力下吸收 吸收制冷循环的研究：1、提高循环的性能系数，降低能源的消耗：a) 冷剂蒸汽凝结热的多次利用b) 吸收热的利用c) 三效溴化锂吸收式冷水机组、复叠循环、复合循环、GAX循环及辅助循环 2、扩大其功能，增加其应用范围：吸收/压缩循环、附有发电机的循环 十四、空气制冷技术的发展历程：1944：首台空气制冷机出现（美）。1962：封闭循环的空气制冷机（英）。由于COP不高，在较长一段时间内空气制冷技术处于停滞状态。1990s：空气制冷循环又一次成为世界科学家关注的焦点。目前发展水平：在普通制冷空调温区：COPAIRCOPCOM，在-50-80：COPAIRCOPCOM，-80以下温区：COPAIRCOPCOM十五、空气制冷机基本循环：基本系统：空气压缩机、冷却器、膨胀机、用冷装置 理论循环（逆Brayton循环）：由两个等压过程和两个等熵过程组成（12s34s1）实际循环：由两个等压过程和两个多变过程组成（12341）关键部件：1、膨胀机：涡轮；