热力学基础知识与制冷原理（技能评定） XX品牌奶集团公司液态奶事业部制冷课程系列

1 热力学基础知识及制冷原理 液态奶事业部制冷课程系列 2 目录 第一部分 热力学基础知识第二部分 制冷基础及原理 3 一 质量 力和重量二 密度 比体积和相对密度三 压力 绝对压力 表压 真空压力四 功 功率和能五 热 温度六 湿度 湿球温度和露点温度 第一部分 热力学基础知识 4 一 质量 力和重量物体的质量是它所包含的物质的量 其国际单位就是Kg 力是一个物体施加于另一个物体的推力或拉力 其国际单位为N 物体的重量是地球引力施加在物体上的力 也就是说 重量是一种力而不是质量 5 二密度 比体积和相对密度密度是某种物质单位体积的质量 比体积是密度的倒数 液体的相对密度定义为它的密度与相同体积的4 的水的密度的比值 6 三 压力 绝对压力 表压 真空压力 1 压力 P 在制冷中 压力是单位面积上所受的垂直作用力 即压强 通常用压力表 压力计测得 压力的常用单位有 Mpa 兆帕 Kpa 千帕 bar 巴 kgf cm2 平方厘米公斤力 B0 标准大气压 一般看作是 1bar 0 1MPa mmHg 毫米汞柱 7 2 绝对压力 Pj 在容器中 分子热运动而对容器内壁产生的压力 制冷剂热力性质表中的压力一般为绝对压力 3 表压 Pb 制冷系统中用压力表测得的压力 表压是容器内气体压力与大气压 B0 的差值 Pb Pj B0一般认为 表压加上1bar 或0 1Mpa 就是绝对压力 4 真空度 H 当表压是负值时 取它的绝对值 用真空度表示 H B0 Pj或H Pj B0 8 四功 功率和能 1 功是当移动一个物体时 施加在它上面的力所产生的效果 功的单位是焦耳 J 功 力 距离2 是做功和所用时间的比 功率的标准国际单位是千瓦 Kw 功率 功 时间3 被定义为做功的能力 9 五 热 温度 1 热热可以定义为由于温差的存在而从一个物体向另一个物体转移的能量的一种形式 2 温度 温度是表示物质冷热程度的度量 常用的温度单位 温标 有三种 摄氏温度 华氏温度 绝对温度 10 1 摄氏温度 t 我们经常用的温度 用摄氏温度计测得的温度 2 华氏温度 F 欧美国家常用的温度 温度换算 F 9 5 t 32 已知摄氏温度求华氏温度 t F 32 5 9 已知华氏温度求摄氏温度 11 3 绝对温标 T K 一般在理论计算中使用 绝对温标与摄氏温度换算 T K t 273 已知摄氏温度求绝对温度 例 t T K 30243 10263027330303 12 六湿度 湿球温度和露点温度 1 湿度 湿度是指空气的潮湿程度 湿度是影响换热的一个因素 湿度的三种表示方法 绝对湿度 Z 每立方米空气含有水汽的质量 含湿量 d 一千克干空气含有的水汽量 g 相对湿度 表示空气实际绝对湿度接近饱和绝对湿度的程度 13 2 湿球温度温度计的感温球与空气直接接触所测出的空气温度称为空气的干球温度 如果用带有水分的湿纱布包在温度计的感温球上 这样的温度计就叫做湿球温度计 所测出的温度就叫做湿球温度 是纱布中的水与周围空气进行热 湿交换达到最终稳定状态时的温度 14 3 露点温度某物体被降温时其表面会出现凝结水 这是因为这些表面的空气含湿量超过了饱和含湿量 空气中的水就凝结出来 所对应的水汽凝结时的饱和含湿量的温度就叫露点温度 仪器 设备的表面温度低于空气的露点温度就会结露而损坏仪器 15 七 热力学定律 1 热力学第一定律自然界中的一切物质都具有能量 能量不可能被创造 也不可能被消灭 但能量可以从一种形态转变为另一种形态 且在能量的转化过程中能量的总量保持不变 能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一 16 热力学能 热力学能和总能 17 能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式 推动功 2 能量的传递和转化 18 工质流过阀门时流动截面突然收缩 压力下降 这种流动称为节流 设流动绝热 前后两截面间的动能差和位能差忽略 因过程无对外做功 故节流前后的焓相等 19 1 制冷循环的热力学分析 热力学循环 2 热力学第二定律 20 2 热源温度不变时的逆向可逆循环 逆卡诺循环 第二部分 制冷原理 制冷剂单级蒸汽压缩式制冷循环经济器循环双级蒸汽压缩式制冷循环 1制冷原理 概述 制冷用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体或流体冷却 使其温度降低到环境温度以下 并保持这个低温 热量 制冷系统 制冷剂 一 概念制冷剂是在制冷系统中通过相变传递热量的流体 它在低温低压下吸收热量 在高温高压下放出热量 又称工质 制冷剂 二 分类按化学组成分类1 甲烷系列R226 共沸混合物R5022 乙烷系列R1237 有机化合物R6003 丙烷系列R2908 氮化合物4 环状有机化合物RC9 无机化合物R7175 非共沸混合物R407A10 不饱和有机化合物 制冷剂 三 R717的性质 1 中温中压制冷剂 标准沸点 33 4 凝固点 77 7 2 单位容积制冷量大 汽化潜热大 1368kJ kg 3 粘度小 流动阻力小 比重小 传热性能好 4 绝热指数较大 k 1 32 在大压缩比时压缩机的排气温度较高 5 氨在润滑油中的溶解度小 油路系统复杂 6 毒性B2级 无色强烈刺激气味 0 01 0 07 人的眼睛及呼吸器官有刺激感觉 0 5 0 6 半小时中毒 氨液溅到皮肤上引起冻伤 制冷剂 7 氨易燃易爆 16 25 爆炸极限 11 14 点燃 530 分解 8 氨易溶于水 含水量控制在0 2 9 氨对金属的腐蚀性 钢铁 磷青铜无腐蚀性 对锌 铜有腐蚀性 10 对环境的影响 ODP 0 GWP 0 环境友好性 是 11 制造工艺 简单 价廉 制冷剂 R22 中温中压制冷剂 标准沸点 40 8 凝固点 160 无色 无味 不燃烧 不爆炸 毒性较小A1 遇明火或电弧光会分解出有毒的HCl HF及光气 溶水性差 含水量控制在 0 0025 易发生冰堵 R22的溶油特性 R22对有机物有膨润作用 分子量大 比重大 阻力损失大 传热性质差 与氨比较 在大气层中的寿命较短 属于HCFC类制冷剂 过度性替代制冷剂 ODP 0 05GWP 0 43 制冷剂 冰塞当制冷剂中的水分超出标准时 因节流降温效应 在节流部位当节流后制冷剂的温度低于水的凝固点时 制冷剂中的水分会析出成冰 堵塞制冷剂的流通 形成冰塞 所以要通过以下几方面严格控制含水量 要求充注工质含水量在0 0025 以下 充注制冷剂前 制冷系统的管道和设备确保无水 进行严格的抽真空处理 运行时防止空气渗入制冷系统 在系统中安装干燥过滤器 充注制冷剂时 必须用干燥剂吸收R22中的水分 吸热汽化 放热冷凝 汽化和液化 单级蒸汽压缩式制冷循环 制冷热力学基本概念 液体的沸腾在某一压力 蒸发压力 下 沸腾只能在一定的温度下进行 这个温度称为沸点 蒸发温度 降低压力能使液体的沸点降低 增加压力则使沸点升高 对每一个作用于液体的压力就有一个对应的沸点 制冷热力学基本概念 气体的冷凝液化又称冷凝 指物质由气态变成液态 此时物质放出热量 在同一条件下 汽化潜热与液化潜热是相等的 同一物质在同一条件下 气体的冷凝温度也即为液体的蒸发温度 R717的压力与沸点的关系 单级蒸汽压缩式制冷循环 常见制冷剂的压力与沸点的关系 单级蒸汽压缩式制冷循环 单级蒸汽压缩式制冷循环 单级蒸汽压缩式制冷循环 蒸汽压缩式制冷系统的组成 四大部件压缩机 冷凝器 节流机构和蒸发器 单级蒸汽压缩式制冷循环 蒸发器换热设备 制冷剂在其内吸热气化 从而达到冷却的效果 蒸发压力 制冷剂在蒸发器内沸腾时的压力称为蒸发压力 蒸发温度 蒸发压力相对应的饱和温度称为蒸发温度 单级蒸汽压缩式制冷循环 压缩机从蒸发器抽吸出蒸发的制冷剂蒸汽并进行压缩的设备 它的作用有 将吸入的蒸汽进行压缩 将蒸汽的压力升高 从而有可能在较高温度下将它冷凝成液体 从蒸发器中抽吸出蒸汽 一维持蒸发器内一定的蒸发压力 同时也维持蒸发器内一定的蒸发温度 在制冷系统中起到输送制冷剂的作用 单级蒸汽压缩式制冷循环 吸气压力 温度 压缩机吸气口处的压力 温度 蒸发压力 吸气压力 忽略管道阻力 蒸发压力 蒸发温度吸气压力 吸气温度吸气过热度 吸气温度 蒸发温度排气压力 温度 压缩机排气口处的压力 温度 单级蒸汽压缩式制冷循环 冷凝器换热设备 制冷剂蒸汽在其内凝结并释放出热量 这些热量由空气或水等介质带走 冷凝压力 冷凝器中的冷凝过程是等压过程 其中制冷剂压力称为冷凝压力冷凝温度 冷凝压力对应的饱和温度 单级蒸汽压缩式制冷循环 冷凝压力 冷凝温度排气压力 冷凝压力 忽略管道阻力 排气温度与排气压力之间没有准确的对应关系 排气温度主要决定于压缩机的形式制冷剂种类 绝热指数 以及压力比等 单级蒸汽压缩式制冷循环 节流机构 使高压液体转变为低压液体 创造在低温低压下汽化的条件 调节蒸发器的供液量 42 经济器循环 43 经济器循环原理 在自带经济器的二次进气机组中配有干式换热器 来自冷凝器的液体一路经过节流变成低温低压的液体进入管程 与另一路进入壳程的常温高压液体进行换热 本身汽化成气体进入压缩机补气口 而另一路被冷却进而得到过冷 经济器循环 44 带经济器螺杆机组的高效 经济器循环 45 操作说明 1 二次进气只在满载时才有意义 2 二次进气只在进入压缩机完全汽化后才有意义 3 在高压液停止供液时 压缩机易回液 4 自动型的必须采用热力膨胀阀调整 5 电磁阀应以满载信号为开停信号 经济器循环 双级蒸汽压缩式制冷循环 一 采用两级蒸汽压缩式制冷循环的原因压力比PK PO过大 制冷量下降 压缩机的排气温度高 润滑油变稀 恶化压缩机的运行状况 单级R717排气温度不超过150 R22不超过145 压缩机效率下降 功耗增加 制冷系数下降 液体制冷剂节流损失增大 双级蒸汽压缩式制冷循环 现代活塞式单级制冷压缩机的压力比PK PO一般不超过8 10 氨机PK PO 8 氟机PK PO 10 双级蒸汽压缩式制冷循环 螺杆式制冷压缩机设计和使用条件 双级蒸汽压缩式制冷循环 单级压缩的最低蒸发温度 单级与双级制冷循环所能达到的蒸发温度单级 20 40 双级 40 70 双级蒸汽压缩式制冷循环 二 两级压缩制冷循环的原理来自蒸发器的制冷剂蒸汽先进入低压级被压缩到中间压力后 经过中间冷却后在进入高压级 压缩到冷凝压力排入冷凝器中 两阶段压缩的压力比都小于10 35 40 工况下R717系统 单级 P冷凝 15 55bar P蒸发 0 931bar 压力比 16 7 两级压缩 P中间 2 5bar 压力比 6 22 2 68 双级蒸汽压缩式制冷循环 三 两级蒸汽压缩式制冷循环的形式1 一级节流中间完全冷却循环2 一级节流中间不完全冷却循环3 两级节流中间完全冷却 双级蒸汽压缩式制冷循环 一级节流中间完全冷却循环从蒸发器出来的低压蒸汽首先在低压级压缩机中由蒸发压力Po压缩至中间压力Pm 低压级排出的过热蒸汽在中间冷却器中冷却到中间压力Pm对应的干饱和蒸汽 这时的制冷剂蒸汽温度是中