建筑环境与设备工程专业毕业论文.doc

带喷射器和经济器的常规工质制冷循环性能分析第一章 绪论 1.1研究背景1.2国内外研究现状1.3课题研究意义1.4研究内容及创新点第二章 常规工质制冷循环及各种改进措施对比2.1常规工质的理论循环2.2各种改进循环热力计算与分析2.3本章小结第三章 喷射器循环热力计算3.1喷射器循环T-S图 P-h图3.2热力计算与分析3.3本章小结第四章 回热器对喷射器循环的影响 4.1回热器喷射器循环图4.2循环热力计算4.3本章小结第一章 绪论1.1研究背景 近几十年来，由于能源危机和矿物能燃烧过程对生态环境的污染，使得人们对生产生活中节能和环保问题十分关注。当前，人类面临着严峻的能源形势。随着我国经济的迅猛发展，建筑能耗占全国总能耗的比例高达25%，并且仍在持续增长。在我国的能源消耗结构中,制冷空调的能源消耗占到了总能耗的20%左右,其制冷剂泄漏也导致了温室效应及臭氧空洞等环境问题。系统耗能和传统制冷剂对环境的影响，使系统的节能和制冷剂的替代成为了前沿问题。在系统节能方面，研究人员不断改进各种设备，改善循环方式，力求最大限度地提高能效比。2005年6月30日国务院总理温家宝在召开的“全国做好建设节约型社会近期重点工作电视电话会议”上指出，加快建设节约型社会，事关现代化建设进程和国家安全，事关人民群众福祉和根本利益，事关中华民族生存和长远发展。要从全局和战略的高度，充分认识加快建设节约型社会的极端重要性和紧迫性，迅速行动起来，深入持久地开展资源节约活动，加快推进节约型社会建设，促进我国经济社会全面协调可持续发展。有关部门出台相关规定，在建筑空调使用上，要执行公共建筑空调室内温度最低标准。19世纪中叶开始开创了人工环境时代。1834年第一台乙醚活塞制冷剂问世，1844年出现空气制冷机，1859年出现吸收式制冷剂，1890年制冰工业开始，从而开创了制冷空调工业。例如：1911年Carrier的湿空气图标，1918年自动冰箱问世，1923年发明视频快速冻结，1927年生产出空调器，空气源热泵，1930年汽车空调逐渐发展，1935年出现卡车自动冷藏装置，飞机发动机低温试验装置等。此外，由于1928年制造出氟利昂R12，人类则从采用天然制冷剂迈向采用合成制冷剂的时代，解决了人类对制冷剂的各种要求，这样，人类从采用天然冰到采用人造冰，从采用天然冰迈向采用人造冷源的时代，才造出了各种人工环境，人类生活发生了重大变化。但是，此时用于创造人类生活与生产环境，人类生活发生了重大变化。但是，此时用于创造人类生活与生产环境所需求的制冷量只接近总人工制冷产量的10%，直至20世界70年代以后，随着科学技术发展，特别是信息技术的迅猛发展，以及人们对健康舒适环境要求的不断提高。在能源制冷方面国内外都有迅猛发展，美芝自主研发的R290压缩机生产线全面通过联合国代表与国家环保部验收，正式成为联合国蒙特利尔议定书示范生产项目，该压缩机的面世冲破了一直以来发达国家对新一代制冷技术的垄断。 随着现代化工业的发展和技术的进步,离心式制冷机以其单机制冷能力大,结构紧凑,重量轻,没有磨损部件等优势在制冷空调行业得到广泛的应用,从二十年代初期美国开利公司生产了 世界上第一台离心式制冷机到现在,世界上已有近十个国家生产离心式制冷机,其中美国的生产量最大,占世界总产量的50以上,其次是日本。美国的离心式制冷机生产厂家主要有开利、约克和特灵。日本有日立、荏原及三菱重工等。除日立外,其余均为引进美国的技术或与其合作生产的。1.3课题研究意义本文主要将基本热力循环改进后的性能进行分析，详述出各种改进措施的优缺点并进行热力计算，得出各项参数并进行综合对比1.4研究内容及创新点第二章 常规工质制冷循环及各种改进措施对比2.1蒸汽压缩式理论制冷循环 2.11 蒸汽压缩式制冷的工作原理在日常生活中，我们都有这样的常识，炎热的天气，室内温度很高，把水洒在地上，能使室温略微降低，因为会有凉爽的感觉。这是因为洒在地上的水蒸发时吸取室内热量的缘故。同样，把酒精滴在皮肤上，由于酒精蒸发吸热，也会有凉爽的感觉。实际上不仅是水喝酒精，任何一种物质，在由液态到气态的转化过程中，都要吸取周围的热量。 水在常压下的蒸发温度为100;氨在常压下的蒸发温度却为-33.4。这说明不同的物质，由液态转变成气态是的温度是不一样的。同样一种物质，当压力变化时，由液态转化为气态时的蒸发温度也是不同的。例如：水在0.00087MPa（绝对压力）时，它的蒸发温度就可降低为5。这就告诉我们，只要创造一个低压环境，就可以利用液体的气化获取所要求的低温。冷却剂油分离器压缩机膨胀阀图2-1热热蒸发器图2-2液体气化制冷的工艺流程，如图2-1所示。图中点划线部分以外为制冷段，氨液（制冷过程称为制冷剂）从贮液器经膨胀阀，降低压力和温度；低温低压氨进入蒸发器，吸收周围空气或物体的热量而气化，从而降低室温或物体的温度，达到制冷的目的。而图中点划线内部分为液化段，它的作用是一方面是蒸发器内保持一定的低压，利益方面是在真发起中气化了的制冷剂液化，重新回流贮液器再用于制冷。液化的方法是抽取蒸发器的低压气态制冷剂并使之增压，以提高其饱和温度；然后在利用自然界大量存在的常温空气或睡（统称冷却剂）,使之在冷凝器内液化。图2-1所示的制冷系统采用压缩机是气态制冷剂增压，故称为蒸汽压缩式制冷、整齐压缩式制冷是利用液态工质（如氨、氟利昂）在汽化时从被冷却的物体中吸收热量来实现制冷的。从19实际70年代开始，到如今已有100多年的历史，是目前发展比较完善、应用最为广泛的制冷方法之一。这不仅因为蒸汽压缩制冷所需的及其设备紧凑，操作管理方便，制冷温度范围广，从稍低于环境温度值-150左右的温度均可实现，而且还因为在普冷温度范围内（-120以上）具有较高的循环管效率。目前，我们所使用的制冷设备采用蒸汽压缩式制冷循环居多。蒸汽压缩式制冷循环是有压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器(俗称制冷四大件)等四个主要不封组成，工质循环于其中。用管道依次将其连接，形成一个完全封闭的系统，如图2-2所示。制冷剂在这个封闭的制冷系统中以流体状态循环，通过相变，连续不断地从蒸发器中吸热量，并在冷凝器重放出热量，从而实现制冷的目的。蒸汽压缩式制冷循环的工作过程如下:蒸发器内，制冷剂在一定的蒸发温度下气化，从被冷却对象中吸取热量q0，实现制冷。气化后的低温低压的制冷剂整齐被压缩机及时抽出，并压缩至冷凝压力，送入冷凝器，压缩过程中压缩机消耗功率P0 。高温高压制冷剂整齐在冷凝器内把热量qk传递给环境冷却介质，首先被冷却然后被冷你为高压常温的制冷剂液体。该液体通过节流降压装置，大部分成为低压液体，小部分变成了低压整齐，两者一并进入蒸发器，准备再次吸热气化，为压缩机所吸入，从而完成一个蒸汽压缩式制冷循环。整个循环过程主要由压缩、冷凝、节流以及蒸发四个过程组成，每个过程在不同的部件中完成，制冷剂在每个过程中的状态又各不相同，具体情况如下。压缩过程 整个循环过程中，压缩机骑着压缩和运输制冷剂蒸汽并造成蒸发器中低压和冷凝器中高压的作用，是整个系统的心脏，制冷循环的压缩过程是在压缩机中完成的；压缩机不断抽吸从蒸发器中产生的压力为p0，温度为t0的制冷剂蒸汽，将它压缩成为pk的过热蒸汽，并输送到冷凝器中。在这个过程中，压缩机需要做功。冷凝过程 冷凝器是制冷系统中输出热量的设备，冷凝过程是在冷凝器中完成的，在压力pk下，来自于压缩机的制冷剂过热蒸汽在冷凝器中首先被冷却成饱和蒸汽，然后再逐渐被冷却成液体，来自于压缩机的制冷剂过热蒸汽在冷凝器中首先被冷却成饱和蒸汽，然后再逐渐被冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝是放出的热量床给冷却介质（通常是水或空气）。在冷凝过程中，与冷凝压力pk相对应的冷凝温度tk一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过节流装置进入蒸发器。节流过程 冷凝器冷凝得到的高压制冷剂液体不能直接进入低温低压的蒸发器。利用饱和压力与饱和温度一一对应的原理，降低制冷剂液体压力可以降低制冷剂液体的温度。当制冷剂液体经过节流装置（膨胀阀、毛细管等）时，制冷剂压力由pk降到p0，温度有tk降至t0，部分液体气化。所以离开膨胀阀的制冷剂为温度为t0的两相混合物进入蒸发器。蒸发过程 蒸发器是制冷系统中冷量输出设备，蒸发过程是在蒸发器中完成的，在蒸发器中，来自膨胀阀的两相混合物在压力p0和温度t0下蒸发，从被冷却介质中吸取它所需要的汽化热，从而达到制取冷量的目的。在蒸发过程中，与蒸发压力p0相对应的蒸发温度t0一定要低于被冷却介质的温度。2.12蒸汽压缩式理论制冷循环在压焓图上的表示用热力状态图来研究整个循环，不仅可以直观的看到循环中各过程的状态变化及其特点，而且还能使问题得到简化。如图2-3所示。利用压焓图不仅可以研究制冷循环的每个过程，而且可以了解各过程之间的关系，同时还可以利用p-h图进行制冷循环的热力计算。因为循环的各过程与热量的变化均可用焓值得变化来加以计算。p-h图以压力的对数值p为纵坐标，焓值h为横坐标。图中包含如下内容。一点:临界点C三区：液相区、两相区、气相区五态：过冷液体状态、饱和液体状态、过热蒸汽状态、湿蒸气状态。八线：等压线p、等焓线h，饱和液体线x=0，饱和蒸气线x=1，无数条等干度线x，等熵先s，等比体积先v，等温线t如图2-3所示，临界点C的左包络线为饱和液体线，线上任意一点代表一个饱和液体状态，对应的干度x=0；临界点C的右包络线为饱和蒸汽线，线上任意一点代表一个饱和蒸汽状态，对应的干度x=1。饱和液体线和饱和蒸汽线将整个区域划分称为三个区：饱和液体线左边的是液相区，饱和蒸汽线右边的是气相区，该区内处于湿蒸气状态。等压线为水平线，等焓线为垂直线，等温线在液体去机会为垂直线；两相区内是水平线，在气相区为右下方弯曲的倾斜线；等熵先为向右上方弯曲的倾斜线。等比体积线为向右上方弯曲的倾斜线，较等熵线平坦；等干度线只存在于两相区，其方向大致与饱和也体现或饱和蒸汽线相近，视干度大小而定。 为缩小图面尺寸，纵坐标是压力的对数值p来绘制的，有时还将湿蒸气区中间的，在实际计算中用不到的部分去掉，使图形更为紧凑。在温度t、压力p、比体积v、比焓h、比熵s、干度x等参数中，只要知道其中任何两个状态参数，就可以再p-h涂上确定过热蒸汽或过冷液体的状态点，从而在图中读出该状态下的其他参数。对于饱和状态的蒸汽和液体，则只需知道一个状态参数，就可根据其干度x=1或x=0的特点，在图中确定其状态点。 现将图1-2所示的蒸汽压缩式制冷循环的各工作过程，表示在压焓图上，如图2-4所示。制冷理论循环管中的各状态点及各个过程如下。图2-4a 过程线2-2表示等熵压缩过程，压力由蒸发压力p0升高到冷凝压力pk。点1表示制冷剂进入压缩机的状态，它对应于蒸发温度的饱和蒸气，根据压力与饱和温度的对应关系，该带你位于蒸发压力p0的等压线与饱和蒸气线的交点上；点2表示制冷剂出压缩机是的状态，也是进制冷器时的状态，该点可通过1点的等熵线和冷凝压力1点的等熵线和冷凝压力pk的等压线的交点来确定。由于压缩机过程中外界对制冷剂做功，制冷剂温度升高，因此点2表示过热蒸汽状态。b 过程线2-3表示制冷剂在冷凝器中的冷却（2-2）过程和冷凝（2-3）过程。点3表示制冷剂出冷凝器是的状态，它是与冷凝器温度tk所对应的饱和液体。整个过程是在冷凝压力不变的情况下进行的，进入冷凝器的过热蒸汽首先将部分热量放给冷却介质，在等压下冷却成饱和蒸气（点2）。然后再在等压、等温条件下继续放出热量，直至最后冷凝成饱和液体（点3）。因此，压力为pk的等压线和饱和液体线的交点即为点3。c. 过程线3-4表示制冷剂在节流阀中的节流过程。点4表示制冷剂出节流阀时的状态，也是进入蒸发器时的状态。在该过程中，制冷剂的压力由冷凝压力pk降至蒸发压力p0，温度由冷凝温度tk降到蒸发温度t0，并进入两相区。由于节流前后制冷剂的焓值相等，因此由点3作等焓线与压力为P0的等压线的交点即为点4.由于节流过程是一个不可逆过程，所以通常用虚线表示3-4过程。d. 过程线4-1表示制冷剂在蒸发器中的汽化过程。该过程是在等温、等压下进行的，液体制冷剂系吸收被冷却介质的热量而不断气化，制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状态点1，从而完成一个完整的理论循环。2.13制冷系数与热力完善度 在理论循环中，单位时间内制取的冷量与所消耗的功率之比称为制冷系数，用0表示，即理论制冷循环的效果和代价之比。制冷系数0是分析理论制冷循环的一个重要性能指标。制冷系数越大，制冷循环经济性越好，投入少、产出多。反之则投入大、产出少。 制冷系数适用于低温热源（被冷却对象）温度tc和高温热源（环境冷却介质）温度tk都相同，企鹅制冷压缩设备师通过一类型的制冷循环管之间的经济性的比较。而涉及工作于不同的热源温度，消耗不同能量品味、制冷压缩设备也不同的各类制冷循环之间效率的比价，则须采用热力完善度，用表示。热力完善度与制冷系数两者均为制冷循环的经济性指标。 所谓热力完善度，就是制冷循环接近它理想状况的程度。理论循环的热力完善度0，即理论循环的制冷系数0与理想循环的制冷系数c的比值。式中c理想循环的制冷系数2.2蒸气压缩式制冷循环的热力计算 制冷循环的热力计算主要是根据所确定的蒸发温度t0、冷凝温度tk、液态制冷剂的再冷度ts.c和压缩机的习气温度t1等一直条件，在p-h图上标出循环的各状态点，画出循环工作过程，并从图上查出个点的状态参数，计算出制冷循环的性能指标、压缩机的容量和功率以及热交换设备的热负荷，为选择压缩机和其他制冷设备提供必要的数据。（1）1kg制冷剂在蒸发器中从被冷却物质吸收的热量，即单位质量制冷量q0单位质量制冷量也可以表示成为气化潜热r0 和节流后的干度的关系制冷剂的气化潜热越大或节流所形成的蒸气越少（x越少），则循环的单位制冷量就越大。（2）1kg制冷剂在冷凝器中冷却冷凝器过程中放出热量，即单位冷凝负荷qk （3）压缩机每压缩并输送1kg制冷剂所消耗的理论功，即单位理论压缩功c（4）制冷剂节流前后，焓值相等，即 （5）单位容积制冷量qv ，表示压缩机吸入1m3 制冷剂所产生的冷量式中v1压缩机吸入蒸气的比体积， 为了获得一定的制冷量，若选用qv大的制冷量，则压缩机需要提供的输气量就小。循环的单位溶剂制冷量不仅随着制冷剂种类的变化不同，并且随着压缩机的吸气状态而不同。对于某一具体的制冷剂来说，理论循环的蒸汽比体积v1随着蒸发温度（或蒸发压力）的降低而增大，若冷凝温度确定，则单位溶剂制冷量qv将随着蒸发温度的降低而变小。（6）制冷剂的质量循环量Mr式中0制冷循环中的总制冷量，kW或（7）压缩机的吸气体积流量VrVr= MrVr=0qv（8）冷凝器的热负荷kk=Mr qk= Mr（h2 h3）kw（9）压缩机的理论耗功率Pth Pth = Mrc = Mr（h2 h1）（10）理论制冷系数thth =0Pth = q0c =（h1h4）（h2 h1）通常冷凝温度越高，蒸发温度越低，制冷系数就越小。在冷凝温度和蒸发温度给定的情况下，制冷系数愈大，表示循环的经济性愈好。2.3 改进的蒸汽压缩式理论制冷循环 实际采用的蒸气压缩式理论循环有节流损失和过热损失，因此，采取措施减少这种损失对于提高制冷系数、节省能量消耗非常重要。减少节流损失有再冷却和会热两个措施；而采用具有中间冷却的多级压缩可以减少过热损失。下面将分别予以分析和讨论。2.21液体过冷循环理论制冷循环中，我们认为制冷完毕的制冷剂液体正好是饱和液体态，忽略制冷剂流动是的热交换，制冷剂达到节流阀前仍为饱和液状态，而在实际循环中，节流阀前斜体过冷。液体过冷是指液体制冷剂的温度低于同一压力下饱和液体的温度，两者温度之差称为过冷度，具有液体过冷度的循环称为液体过冷循环。液体过冷循环压焓图如图1-5所示。其中1-2-3-4-1表示理论循环，1-2-3-4-1表示过冷循环，其中3-3表示液态制冷剂的过冷过程。由图中可以看出，液体过冷循环的单位质量制冷量有所增加，增加量为h4-h4,。由于两个循环的耗功相同，所以过冷循环的制冷系数必然大于理论循环的制冷系数。对于给定的制冷量q0,液体过冷循环所需要的制冷剂质量流量将小于理论循环的质量流量。在两个循环的压缩机吸入状态相同的情况下，液体过冷循环所需要的体积流量qv同样小于理论循环的体积流量，即给定量的制冷剂需要较小的容积的压缩机。图2-5从上面的分析可知道，采用液体过冷循环是有利的，而且过冷度越大，对循环越有利。在实际制冷循环中，制冷剂液体离开冷凝器进入节流阀之前往往具有一定的过冷度，过冷度的大小取决于冷凝系统的设计和制冷剂与冷却介质之间的温差。然而仅仅依靠冷凝器本身使液体过冷，获得的过冷度是有一定限度的。如果要求获得更大的过冷度，通常需要再冷凝后增加额外的热交换设备（再冷却器）。 图2-6为具有再冷却器的蒸气压缩式制冷的工作流程。从图中可以看出，冷却水先经过在冷凝器下游设置的再冷却器，然后进入冷凝器，就可以实现液态制冷剂的再冷却。图2-7的3-3就是高压液态制冷剂再冷却过程线，其所达到的温度Ts.c称为过冷温度。图2-7 理论循环图2-6 工作流程 从图中还可以明显看出，由于高压液态制冷剂的再冷却，在压缩机耗功量不变的情况下，单位质量制冷能力增加q0（面积a44ba），所以，节流损失减少，制冷系数有所提高。 因此，应用液体过冷对改善循环的性能总是有利的。但采用液体过冷必然增加工程初投资和设备运行费用，应进行全面技术经济分析比较。通常，对于大型的氨制冷装置且蒸发温度t0在-5以下多采用液体过冷，过冷一般取2-3，对于空气调节用的制冷装置并不单独设置再冷却器，二十适当增大冷凝器面积，使冷却剂与制冷剂呈逆流，以此到此目的。2.22 蒸气过热循环 理论制冷循环中，可以认为制冷剂在蒸发器中蒸发完毕是恰好是饱和蒸气状态，忽略制冷剂蒸气流动时与外界的热交换，因此，制冷压缩机吸入的制冷剂蒸气亦为饱和蒸气，如图1-4所示的1点。但实际制冷循环中，制冷压缩机吸入的制冷剂蒸气往往是过热的蒸气。蒸气过热是指制冷剂蒸气的温度高于同一压力下饱和蒸气的温度，两者温度之差称为过热度，有蒸气过热的循环称为蒸气过热循环。 蒸气过热循环压焓图如图2-7所示。其中1-2-3-4-1表示理论循环，1-2-3-4-1表示蒸气过热循环，其中1-1过程蒸气过热过程。由蒸发器出来的低压饱和蒸气，在通过吸入管道进入压缩机前从周围环境中吸取热量而过热，但它没有对被冷却介质产生制冷效应，这种过热称为无效过热；如果蒸气的过热发生在蒸发器本身，或者发生在安装于被冷却室内的吸气管道上，从被冷却介质吸取热量而过热，对被冷却介质产生了制冷效应，这种过热常称为有效过热。（1） 无效过热对于无效过热循环，由图2-8中可以看出以下几点。图2-8 蒸气过热循环压焓图图2-9制冷剂制冷系数随过热度变化而变化的规律a. 蒸气过热循环的单位质量制冷量没有变化，压缩机的比功却有增加，即h2-h1h2-h1(因为在蒸气过热区，等熵线越向右越平缓)，所以过热循环的制冷系数降低。b. 在给定制冷量q0下，蒸气过热循环所需要的质量流量不变，然而压缩机吸气口的蒸气比体积增大（v1v1）l ,所以过热循环需要的体积流量增大，即给定量的制冷剂需要更大容积的压缩机。c. 压缩机的排气温度升高，冷凝器的单位热负荷增大。由此可见，无效过热循环是不理的，所以又称为有害过热。而且蒸发温度越低，与环境温度的差值越大，有害过热度越大，循环经济性越差。因此，通常采用在吸气管路上辐射保温材料来尽量避免有害过热。（2） 有效过热图2-10 制冷剂单位容积制冷量随过热度变化而变化的规律对于有效过热循环，由图2-8中可以看出一下几点。a. 蒸气过热循环的单位质量制冷量增加（h1-h4h1-h4）了 ,压缩机的比功也增加了，即h2-h1h2-h1,循环制冷系数的变化取决于制冷剂本身的性质。图1-9所示为几种制冷剂制冷系数随过热度变化而变化的规律。从图中可以看出，蒸气有效过热对制冷剂R134a、R600a、R502友谊，制冷系数增大，且增大值随过热度的增加而增大；蒸气有效过热对制冷剂R22、R717不利，制冷系数减小，制冷系数减小值随着过热度增大而增大。b. 在给定制冷量q0下，蒸气过热循环所需要的质量流量减小，然而压缩机吸气口的蒸汽比体积增大（v1v1）l ,所以蒸气过热循环需要的题记流量及其单位溶剂制冷量的变化也取决于制冷剂本身的性质。图2-10所示为几种制冷剂单位溶剂制冷量随过热度变化而变化的规律。从图中可以看出，蒸气有效过热对制冷剂R744、R502、R290的容积制冷量是有利的，单位容积制冷量增大，且增大值随过热度的增加而增大；蒸气有效过热对制冷剂R22、R717是不利的，单位容积制冷量减小，且减小值随过热度的增加而增大。总体上来说，虽然蒸气过热对循环有不利影响，但在实际循环中，为了防止压缩机吸入在蒸发器中未完全汽化的制冷剂液滴，对运行带来危害，并使压缩机的输气量下降，通常希望压缩机吸入的蒸气具有一定的过热度。对于R717，通常希望有5-10的过热度；对于R22，由于等熵指数小，允许有较大过热度，但是仍然要受最高排气温度这一条件的限制。 2.23 回热循环为了使制冷剂液体过冷和制冷剂蒸气有一定程度的过热，通常在制冷系统中增加一个回热器。回热器又称为气-液交换器，其作用是使节流前的制冷剂液体与制冷压缩机吸入前的制冷剂蒸气进行热交换，同时实现制冷剂液体过冷和制冷剂蒸气过热的热交换设备。带有回热器的循环称为回热循环。回热循环系统如图1-11所示。由图可以看出，来自蒸发器的低压气态制冷剂1在进入压缩机前先经过一个热交换器回热器，在回热器中与来自冷凝器的高压饱和液3（也可以是再冷却液）进行换热，低温蒸气1等压过热至状态1，而高压液体3被等压再冷却至状态3，从而实现蒸气回热循环。 回热循环在压焓图上的标示如图1-11所示。其中1-2-3-4-1为理论循环，1-2-3-4-1为回热循环，其中3-3和1-1表示在回热器重的回热过程。从图中可以看出，回热循环的单位质量制冷量增加了，但是压缩机的比功也增加了，所以回热循环的制冷系数是增加还是减小与制冷剂的种类有关，这点与蒸气过热循环的情况一直。即对于制冷剂R502、R290来说，回热循环的制冷系数及单位容积制冷量均增加；对于制冷剂R717和R22来说，回热循环的制冷系数及单位容积制冷量均降低。如图1-13所示，器纵坐标为回热循环性能系数之比，则R717、R22等工质的制冷系数比值小于1；R744、R502、R290等工质的比值大于1；R744、R502、R290等工质的壁纸大于1，亦即经济性也是好的。如果不考虑回热器与外界的热量交换，那么回热器内液体过冷放出的热量应等于蒸气过热吸收的热量，其热平衡关系可表示为也可以写成式中，Cp1为制冷剂液体的比定压热容；Cpg为制冷剂蒸气的比定压热容由于制冷剂液体的比定压热容比制冷剂蒸气的比定压热容大，所以回热过程中制冷剂蒸气的温升要大于制冷剂液体的温升，制冷剂液体也不可能被冷却到蒸发温度。氟利昂制冷系统比较适合采用回热器。因为该系统一般采用直接膨胀供液方式供液，一般不设置气液分离器。回热循环的过冷可使节流降压后的闪发气体减少，从而使节流阀工作稳定，蒸发器供液均匀。同时回热循环的过热又可是制冷压缩机避免吸入制冷剂液滴，保护制冷压缩机。在低温制冷装置中通常也采用回热器，这是威力避免吸气温度过低使制冷压缩机气缸外壁结霜、润滑调节恶化，同时也是威力减少节流后的闪发气体。回热器是一种把热量从一种介质中传到另一种介质中的装置。回热器的结构和类型有三种：1 将供液管和回气管扎在一起，耦合保温，同行段的长短决定其热交换量的多少 2 套管式热交换器气体在管中流动，液体在套管间被冷却，换热量受套管长度和气体过热度限制 3 盘管式热交换器 液体在盘管内流动、流速通常为810ms 传热系数约为232290w过冷循环是指制冷工质在进入膨胀阀节流前已经过冷的制冷循环。图1单级蒸气压缩式制冷循环T-s图图2单级蒸气压缩式制冷循环p-i图从T-s图中可以看出液体工质节流后进入湿蒸汽区，在低压p0 低温T0下气化，节流后工质的干度越小说明工质节流过程产生的蒸汽越小，工质在蒸发器中气化过程的吸热量越大。而从另一意义来讲，工质节流前后等焓，则气化吸热量越大制冷量越大。节流前后温差越小节流损失越小。图3具有工质液体过冷的制冷循环T-S图图4具有工质液体过冷的制冷循环p-i图上图给出了具有制冷工质液体过冷的制冷循环的T-S及P-i图。1-2-2-3-3-4-1为过冷循环，过冷过程在等压下进行。Tk为冷凝温度、Tg过冷温度。不同种类的制冷工质，在同样的过冷度下制冷量不等。如R-12制冷机组，每过冷1制冷量提高0.8%,过冷循环工质的过冷度通常选择为3-5 图4具有工质蒸气过热的制冷循环T-S图图4中1-1为低压蒸气过热过程，Th为过热温度，T =Th T0为过热度 1-2为无过热蒸气绝热压缩过程，12为有过热的蒸气绝热压缩过程比较两个循环，制冷量q0相等，压缩工不等。A1为过热循环多为便于制冷剂液体过冷河制冷剂蒸气有一定程度的过热，通常在制冷系统中增加一个回热器（也称气液热交换器）。回热器可同时实现制冷剂过冷、过热。回热器在制冷循环中有重要的作用，可减少节流降压后的闪发气体减少，从而使节流阀工作稳定，并且避免压缩机吸入制冷液滴。该系统中，节流前的液体和来自蒸发器的低温蒸气进行热交换。效果：换热后制冷剂液体的过冷度增加 回气管中低温蒸汽的过热度增加 低温蒸汽中可能有的液滴汽化过热 提高压缩机的进口气流温度 增加单位制冷量 减少蒸气与环境的温差（三）不带回热器的理论循环与带回热器理论循环对比（1） 使回热对和qv影响一致过热度 tr =T1-T1说明比容积功的wv不随过热度变 容积效率 = 压力系数 余隙容积系数 泄露系数 温度系数R相对余隙容积 m多变过程指数 pd进气压力 ps出气压力 Tg 蒸发温度 Tk冷凝温度 a1 b1 为系数（2）回热器的效率可定义为： （3）相对制冷量指数没有回热器时制冷量相同蒸发温度和冷凝温度有回热器的制冷量（4）用上述方程计算结果图： 蒸发温度t0=-15 冷凝温度 tk =30 工况下图 制冷系数与过热度的关系图 回热量和制冷量比的关系 有压力损失修正时回热器低压侧的压力损失与的关系如图，R600a ，R134a， R125， R502， R290， R12 ，R152采用回热后制冷系数提高，制冷系数随回气管中过热度的增加而增加，使用这类制冷剂的制冷系统尽量采用回热器，回热器中的换热量越大越好。氨，R11，R22，R32采用回热器过热后对制冷系数减少，防止节流前气化的目的需要的过热量要控制吸气过热度在较小范围内。系统COP的相对改变量和制冷量Q的相对改变量不一定相等。（1） 制冷系数的对比（2） 单位容积制冷量的对比（3）比容积功的对比（4）单位制冷量比（5）系统制冷量比R600a、R134a、R125、R502、R290、R12、R152a采用回热循环后制冷系数提高R11、R22、R32采用回热器后制冷系数减小，因此为防止吸气带液和节流前气化而采用过热器时，应尽量控制吸气过热度在较小范围内。如上图，可得结论：回热器中有压力损失的制冷量Q无压力损失是的制冷量Q。回热器中有压力损失的制冷系数cop无压力损失的制冷系数cop 上图中给出了copcop的关系。压力损失导致制冷量减少，制冷剂流量减少，压缩机输入电功率降低。结论：采用温差较大的冷凝温度与蒸发温度有利于提高制冷系统的制冷性能。图5 有压力损失修正时回热器低压侧ide压力损失与cop比的关系 制冷系统使用回热器时，应充分考虑过热度对制冷系统性能的影响。同时，还应考虑制冷系统中压力损失对制冷剂质量流量和功耗的影响。当蒸发温度与冷凝温度差较小时，采用回热器的制冷系统的制冷量Q的相对改变量比COP的相对改变量要大，反之，制冷量Q的相对改变量比cop的相对改变量要小。可以适当提高蒸发温度与冷凝温度的差值，来提高制冷系统成绩系数。2.24带膨胀机的循环膨胀机代替节流阀目前，减小节流损失的主要方法有使用回热器和使用膨胀机代替节流阀。采用回热器的回热循环可以减小节流损失到一定程度，而且成本较低，对于容量较小及气体冷却器出口温度较小的家用热水热泵较为适合。但由于压缩机吸气过热度增加，使得压缩输气量减小，因而系统的容量有所减少。用理想膨胀机代替节流元件，可以最大程度的减少节流损失，但成本较高，采用膨胀机的循环对于气体冷却器出口温度较高的汽车空调或大型制冷空调系统较为适用。图3-1带膨胀机循环 如图为带膨胀机系统的工作流程图。由气体冷却器出口的流体状态进入膨胀机膨胀做功，其实际膨胀过程介于等焓膨胀和等熵膨胀之间，膨胀后的低压流体进入蒸发器内进行定压吸热变为高温低压的流体，最后回到压缩机，从而完成一个循环。 采用膨胀机代替节流阀回收膨胀功时，从理论上说采用膨胀机完全消耗了节流损失。而实际膨胀过程，由于工质的流动和摩擦等引起内部损耗，造成不可逆损失，这部分损失可以通过提高机械设计水平而减小。为衡量膨胀机的性能，我们引入膨胀机绝热效率指标对其进行评价。实际膨胀过程正，膨胀机实际产生的功为：膨胀机绝热效率：在设计中可尽量减少内部损耗造成的节流损失，是一种提高循环性能、节省能耗的有效方法。2.25带喷射器的循环喷射式制冷方式采用低品位能源驱动,且在建造、安装和维护方面简单,是近年来的研究热点问题。循环泵是该系统唯一的一个运动部件,该部件需要消耗机械能,且相比其它部件,需要更多的维护工作,近年来,许多学者试图采用其它方法来代替循环泵输送冷凝液体,发展一种无泵式喷射制冷系统。在节流阀之后加入一个喷射器，利用需要降压的蒸汽来引射压缩地位能能量，可以提高能量利用率。在系统中加入喷射器后，还可以利用喷射器的节流效应减少了不可逆损失，从而增加制冷量。在喷射器后加入一个气液分离器，既可以使即将进入压缩的制冷剂蒸汽与即将进入蒸发器的制冷剂液体换热，又可以是本要进入蒸发器的无效气体提前分离，从而提高制冷系数。 在喷射器循环中，流出喷射器的液气混合冷媒进入气液分离器进行分离，分离后的气体被压缩机压缩成液体然后进入高温蒸发器吸热蒸发制冷，因此高温蒸发器中不在有无效气体，这样液体介质的制冷量更大，从而提高了这冷系数。一般空调中多使用热力膨胀阀和毛细管，这两种膨胀阀结构简单，使用方便，可以满足一定的要求。经过计算表明，节流过程所造成的损失超过制冷系统总损失的10%，这部分能量若能回收可以大幅提高制冷系统的制冷效率。从节能方面考虑，用喷射器代替节流阀。喷射器在制冷系统的应用主要源自1990年A.A.Kornhauser提出将射流泵应用到蒸气压缩式制冷系统的膨胀装置，回收了制冷剂的膨胀能，达到节能目的。喷射器主要由喷嘴、副喷嘴、混合腔和扩散腔构成。它的工作能力用喷射系数来表征，它表示在一定工况下，单位质量工作流体通过喷射器所能抽吸的引射流体的量，在数值上等于引射流体的质量流量与工作流体的质量流量之比。结构图图为带喷射器系统的简单工作流程图。由压缩机排出的流体进入气体冷却器冷却为低温高压的流体，然后作为工作流流入主喷射嘴变成低压高速流体。而由蒸发器出来的低温低压流体作为引射流进副喷嘴，然后工作流和引射流在混合腔混合，经过扩压段变为低速高压气液两相混合流体，通过气液分离器分为两路：一路试饱和液体，经过节流后为高温低压流体进入蒸发器然后作为引射流体进入喷射器；另一路饱和蒸气，经过压缩机压缩，实现制冷循环。喷射器循环中由于系统中还保留了一个节流阀，因此喷射器并没有彻底消除循环中膨胀过程中产生的节流损失，而是回收了部分节流损失。此外喷射器在喷射过程中存在有超音速的告诉流动，且在混合过程中由于很难保证高低压流体的参数一致，这些情况造成的喷射器内部不可逆损失不可避免。而喷射器的内部不可逆损失与膨胀机由于工质的流动和摩擦造成的内部不可逆损失比较起来，从理论上来讲前者比后者更大。故该循环与膨胀机循环从理论回收膨胀功和内部不可逆损失来讲，后则比前者在提高循环性能方面更有优势。喷射器内气液两相流动2.24 带经济器的制冷循环如果来自冷凝器的高压液态制冷剂在节流降压至中间压力时，将闪发蒸汽分离出来，送至压缩机进行压缩，就可达到节约压缩机功耗的目的。 第三章 喷射器循环热力计算3.1喷射器循环特点 来自气体冷却器出口的主流流体通过喷嘴进入喷射器。而来自蒸发器出口的引射流流体由于其压力较低由副喷嘴被吸入喷射器。主流流体和引流流体在混合腔会合。在混合腔的前面部分，由于主流流体的速度很大，故存在一个潜在的主流核心区，在该区域将不会夹带和混合引流流体。而引流流体在核心区的外围环形区域加速流动，考虑到连续性因素，引流流体的流苏可能会达到胜诉，导致在外围区域出现蒸发波使该区域内过热的引流流体发生闪蒸，这样在该区域将形成一个以引流流体为主的两相混合或则纯气相区。与此同时随着主流核心区的结束，主流流体同引流流体一样经历了蒸发波，变为气液两相流，此刻与引流流体混合。在混合腔内流体的动能不断向压能转化。随着该两相混合流体流入扩散段，流体的速度将会随着压力的上升而减小，同样在扩散段也将会受到一定程度的蒸发波的影响。 由以上分析，不论是在膨胀机中，还是在喷射器中，蒸发波对流体发生相变起着重要作用。3.2 循环模型假设3.2喷射循环热力计算3.21 喷射循环T-S图 -h图 为了进行热力计算，设定系统工况如下:制冷量Q为2500W；吸气温度为t1为15；过冷温度tL为49；高蒸发温度为t01为10；低蒸发温度为t02为5；冷凝温度为tk为54.4；工质为R22。根据系统流程图和已经设定的工况，绘出这种循环的T-S图和P-h图，如图3和图4图3喷射器循环T-S图图4p-h图压缩机喷射器制冷序号；1-2为压缩过程，2-3为冷却过程，3-4为过冷过程，4-5为喷射器喷嘴内的膨胀过程，8-7-1为工质在气液分离器中的分离过程（气体被压缩