制冷技术综述

蒸汽压缩式制冷循环概论 1 海海 南南 大大 学学 2015 2016 学年第 1 学期 制冷技术制冷技术 课程论文课程论文 课程名称 蒸汽压缩式制冷循环概论 学生姓名 张 芸 兀 学生学号 115 所在院系 食品科学与工程 专业年级 13 科三 任课教师 林向东 2015 年 10 月 26 日 海 南 大 学 制 蒸汽压缩式制冷循环概论 2 目录目录 1 蒸汽压缩式制冷循环系统的概述 3 2 蒸汽压缩式制冷技术发展及研究现状 3 参考文献 6 蒸汽压缩式制冷循环概论 3 前言前言 蒸汽压缩式制冷循环系统是一种多干扰 参数强祸合 工况变化 大 惯性强的非线性系统 本文对蒸汽压缩式制冷循环系统进行概括式讲 述 并简述其发展及研究现状 一 蒸汽压缩式制冷循环系统的概述一 蒸汽压缩式制冷循环系统的概述 蒸汽压缩式制冷循环由压缩过程 冷凝过程 膨胀过程和蒸发过程组 成 就是利用有限的制冷剂在封闭的制冷系统中 反复地将制冷剂压缩 冷凝 膨胀 蒸发 不断的在蒸发器处吸热汽化 对室内空气进行制冷降 温 在蒸汽压缩式制冷系统中 制冷剂从某一状态开始 经过各种状态变 化 又回到初始状态 在这个周而复始的热力学过程中 每一个都消耗一 定机械能 电能 而从低温物体吸收热量 并将此热量转移到高温物体 这 个一面改变制冷剂状态 一面完成制冷任务的全过程被称为制冷循环 图 1 图 1 为整个蒸汽压缩式制冷循环系统中制冷剂的压力与烙值的关系图 图中各点所代表的物理意义为 点 1 表示制冷剂由蒸发器出来进入压缩机 吸气口时的稍过热的气体状态 点 2 表示制冷剂从压缩机排出来进入冷凝 器的过热气体状态 点 3 表示制冷剂在冷凝器内经冷却后 过热蒸汽变成 干饱和蒸汽 气体开始液化时制冷剂状态 制冷剂从点 2 到点 3 放出显 热 温度降低 点 4 表示制冷剂在冷凝器中进一步冷却 全部液化后 的饱和液体状态 由 3 点到 4 点是冷凝过程的主要放热阶段 制冷剂放出 蒸汽压缩式制冷循环概论 4 液化潜热 制冷剂的温度及压力均保持不变 点 5 表示制冷剂在冷凝 器下部 稍过冷后进入节流阀前的过冷液体状态 点 6 表示制冷剂经节流 阀节流降压后进入蒸发器时的湿饱和蒸汽状态 Pl 代表蒸发压力 P2 代 表冷凝压力 下面结合压力与焙值的关系简单分析一下制冷循环中的四个过程 1 从点 6 到点 1 为制冷剂在蒸发器中进行的等压蒸发过程 节流降压后的制冷剂液态 混合饱和蒸汽 进入蒸发器 从周围介质吸 热蒸发成气体 实现制冷 在蒸发过程中 制冷剂的温度和压力保持不变 从蒸发器出来的制冷剂己成为干饱和蒸汽或稍有过热度的过热蒸汽 物质 由液态变成气态时吸热 这是制冷系统中使用蒸发器吸热制冷的原因 焓差 H1 H6 为单位重量制冷剂在该过程中的制冷量 它表示 1 千克 制冷剂在蒸发器中所吸收的热 单位为 kj kg 用符号 Q 表示 如用点 1 状态的比容除单位重量制冷剂制冷量 则为单位容积制冷剂制冷量 它 表示 1 立方米制冷剂在蒸发器内所吸收的热量 单位 kj m 2 从点 1 到点 2 为制冷剂在压缩机中沿等嫡线进行的绝热压缩过程 3 压缩机是制冷系统的心脏 在压缩机中完成对蒸汽的吸入和压缩过 程 把从蒸发器出来的低温低压制冷剂蒸汽压缩成为高温高压的过热蒸汽 压缩蒸汽时 压缩机要消耗一定的外能即压缩耗能 焓差 H2 一 H1 为单位重量制冷剂在该过程中的压缩功耗 即压缩每千 克制冷剂蒸汽时在制冷机上所消耗的机械功 也即要获得 H1 H6 的单位 重量制冷剂制冷量 必须消耗外功 H2 一 H1 用符号 W 表示 单位 KJ kg 3 从点 2 到点 5 为制冷剂在冷凝器中进行的等压冷凝过程 从压缩机排出来的高温高蒸汽进入冷凝器后同冷却剂进行热交换 使 得过热蒸汽逐渐变成饱和蒸汽 进而变成饱和液体或过冷液体 冷凝过程 中制冷剂的压力保持不变 物质由气态变成液态时要放出热量 这就是制 冷系统中要使用冷凝器散热的道理 冷凝器的散热常采用风冷或水冷的形 式 焓差 H2 一 H5 为单位重量制冷剂在冷凝器中放出的热量 由于 H2 一 H5 H2 一 H1 H1 一 H6 所以说 1 千克制冷剂在冷凝器中放出的热量为 单位制冷量与压缩功耗转换的热量之和 H2 一 H5 也称为冷凝器的单位热 蒸汽压缩式制冷循环概论 5 负荷 用符号 Qc 表示 单位用 kJ kg 4 从点 5 到点 6 为制冷剂在节流阀中进行的节流降压过程 从冷凝器出来的高压制冷剂液体通过膨胀阀时被节流降压 变为低压 液体 然后进入蒸发器重复上述的蒸发过程 该过程进行的是一个近似的等焙过程 即 H5 H6 所以在绝热较好的 条件下 该过程没有发生热交换 即能量不发生变化 上述四个过程依次不断循环 从而达到制冷的目的 制冷循环的制冷效率通常用性能系数 COP coefficients Of Performance 来评估 制冷效率可以定义为 COP 值实际就是制冷系统所能实现的制冷量和输入功率的比值 在相 同的工况下 其比值越大说明这个制冷系统的效率越高越节能 因此在作 制冷系统 COP 值比较之前 首先要确定各个制冷系统是否在相同的工况之 下 然后再进行计算比较 影响机组的 COP 的因素有以下几点 1 压缩机 的性能系数 2 制冷机组的系统匹配性 所谓系统匹配是指 压缩机 冷凝 器 蒸发器 节流机构和自控系统的匹配性能 通常蒸汽压缩式制冷系 统的 COP 为 3 左右 也就是说工质所获得的 33 的热量是由压缩机所做的 机械功产生的 二 蒸汽压缩式制冷技术发展及研究现状二 蒸汽压缩式制冷技术发展及研究现状 七十年代全球性的能源危机发生以后 人类一直在寻找新的能源 同 时 各应用领域都在研究如何提高系统的效率 降低能源的消耗 空调系 统的节能研究主要集中在压缩机的效率 换热器的效率 系统匹配 高性 能制冷剂等方面 对于蒸汽压缩式制冷系统 系统的优化就是在系统的性 能系数 coefficient of performance Cop 最大的前提下 寻求系统最佳 的操作点 通常多数是通过适当调节系统中冷凝器和蒸发器之间热交换面 积的分布来获得最优的系统性能 提出了带有定温和变温储热器的可逆和 不可逆卡诺循环热交换器换热面积最优分布的分析表达式 利用该表达式 对真实系统进行数值分析 获取换热面积最优的分布 用于系统设计 来 改善系统的性能 利用他们所提出的有限时间热力学模型 研究了简单蒸 汽压缩式制冷循环系统 得到了冷凝器的热交换面积大于蒸发器热交换面 蒸汽压缩式制冷循环概论 6 积可以获得较高系统性能的结论 并在的集成机械过冷系统中进一步验证 了上面的结论 变频技术的应用为提高制冷系统的效率 尤其是对提高季节性能系数 提供了一条有效的途径 因为空调系统的实际工作条件是千变万化的 包 括各地的气候 每一时刻的环境温湿度 房间热负载等都是随时随地变化 的 而普通空调器的设计只能针对某一标准工况最优进行 不能很好地根 据实际工作条件调整系统的工作参数 故在大多数情况下达不到最佳的工 作效率 同时 普通空调采用的开停工作方式 造成了大量的能量损失 而变频空调器则可以根据实际的工作环境实时调整系统的工作参数 使之 始终保持较佳的工作状况 并且取消了普通空调器采用的开停工作方式 所以变频空调器可以达到较高的季节性能系数 空调系统的另一个研究方向是空调智能化研究 随着社会的不断发展 人类对自己赖以生存的环境提出了更高的要求 为了达到创造舒适的室内 环境的目的 人们不仅提出了多种评价空调环境的舒适性的方法 同时还 展开了创造室内舒适环境的空调器的智能控制技术研究 采用智能控制技 术也是由空调器本身性质决定的 因为制冷系统中进行的过程是一个融合 传热 传质流动和相变的复杂动态过程 难以建立精确的系统控制模型 因此经典的控制理论在空调系统中很难取得良好的控制效果 而建立在智 能控制理论基础上的智能控制技术则可以较好的解决这个问题 变频空调 系统由于采用了高性能的微处理器 为智能控制技术的实现提供了硬件支 持 所以 变频空调中采用智能控制和变频技术的结合 可以达到很高的 系统性能 结语结语 蒸汽压缩式制冷循环由压缩过程 冷凝过程 膨胀过程和蒸发过程组 成 就是利用有限的制冷剂在封闭的制冷系统中 反复地将制冷剂压缩 冷凝 膨胀 蒸发 不断的在蒸发器处吸热汽化 对室内空气进行制冷降 温 空调系统的节能研究主要集中在压缩机的效率 换热器的效率 系统 匹配 高性能制冷剂等方面 对于蒸汽压缩式制冷系统 系统的优化就是 在系统的性能系数 coefficient of performance Cop 最大的前提下 寻 求系统最佳的操作点 通常多数是通过适当调节系统中冷凝器和蒸发器之 间热交换面积的分布来获得最优的系统性能 蒸汽压缩式制冷循环概论 7 参考文献参考文献 1 卢苇 马一太 成建宏 我国中央空调的节能潜力预测 制冷与空调 2004 4 2 卢苇 马一太 成建宏 电冰箱能效标准的节能及环保评估 制冷与空调 2004 4 3 王飞 孙文哲 新型蒸汽压缩 喷射制冷循环系统研究 2007 6 4 丁绪东 贾磊 蔡文剑 基于模型的蒸汽压缩式循环系统的优化 2009 9 5 余建祖 换热器原理与设计 M 北京 北京航空航天大学出版社 2006 1 6 刘敬辉 陈江平 陈芝久