制冷原理知识点总结

1、制冷原理及设备期末复习有不全的大家相互补充题型：填空20分；选择10分；判断10分；简答45分（5道）；计算1道，带计算器。绪论? 实现人工制冷的方法（4大类，简单了解原理）1. 利用物质的相变来吸热制冷；融化（固体一液体），气化（液体一气体），升华（固体一气体）气化制冷（蒸气制冷）：包括蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸附式制冷。2. 利用气体膨胀产生低温气体等熵膨胀时温度总是降低的，产生冷效应。3. 气体涡流制冷高压气体经涡流管膨胀后，可分为冷热两股气流；4. 热电制冷（半导体制冷）利用半导体的温差电效应实现的制冷。? 根据制冷温度的不同，制冷技术可大体上划分三大类：? 普通冷

2、冻：120K【我们只考普冷】? 深度冷冻：120K20K? 低温和超低温：V 20K。t=T-273.15 （t, C; T, Kelvin 开） T=273+t常用制冷的方法有：液体蒸发制冷循环必须具备以下四个基本过程：液体气化制冷制冷剂液体在低压下汽化产生低压蒸气，气体膨胀制冷将低压蒸气抽出并提高压力变成高压气，涡流管制冷将高压气冷凝成高压液体，热电制冷高压液体再降低压力回到初始的低压状态。按照实现循环所采用的方式之不同，液体蒸发制冷有蒸气压缩式制冷蒸气吸收式制冷蒸气喷射式制冷吸附式制冷等蒸气压缩式制冷系统组成：1-压缩机2-冷凝器3-膨胀阀4-蒸发器 组成的密闭系统。工作原理：制冷剂在蒸

3、发器中吸收被冷却对象的热量而蒸发，产生的低压蒸气被压缩机吸入，经压缩机压缩后制冷剂压力升高，压缩机排出的高压蒸气在冷凝器中被常温冷却介 质冷却，凝结成高压液体。高压液体经膨胀阀节流，变成低压、低温湿蒸气，进入蒸发器， 低压液体在蒸发器中再次汽化蒸发。如此周而复始。蒸气吸收式制冷系统组成：发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液热交换器、溶液泵、冷剂泵等 工质对：制冷剂与吸收剂常用：氨一水溶液 溴化锂一水溶液工作原理：1 .溴化锂溶液在发生器中被热源加热沸腾，产生出制冷剂蒸汽在冷凝器被冷凝 成冷剂水。冷剂水经 U型管节流进入蒸发器，在低压下蒸发，产生制冷效应。n.发生器中出来的浓溶液，经热交换器降温

4、、降压后进入吸收器，与吸收器中的稀溶液混 合为中间浓度的溶液。中间热度的溶液被吸收器泵输送并喷淋，吸收从蒸发器中产生的冷 剂蒸汽，形成稀溶液。稀溶液由发生器泵输送到发生器，重新被热源加热，形成浓溶液。氨水吸收式制冷循环工作原理:在发生器中的氨水浓溶液被热源加热至沸腾，产生的蒸气（氨气中含有一小部分水蒸汽）经精馏塔精馏后（得到几乎是纯氨的蒸气），进入冷凝器放出热量后被冷凝成液体，经 节流机构节流，进入蒸发器，低压液体制冷剂，吸收被冷却物体的热量而蒸发，达到制 冷的目的，产生的低压蒸气进入吸收器。而发生器中发生后的稀溶液，降压后也进入吸收器，吸收由蒸发器来的制冷剂蒸气，浓溶液经溶液泵加压后送入发生

5、器。如此不断循环。热电制冷令直流电通过半导体热电堆，即可在一端产生冷效应，另一端产生热效应。半导体热电堆：一块 N型半导体（电子型）和一块 P型半导体（空穴型）联接成的热电偶。 原理：原理：利用热电效应的一种制冷方法。无回热气体制冷机循环yn 无ie热r佯制冷机 廉殉割r jjjHPk nr ijit：ML iv an砂m吒林區綁pvT-a图现在进行理论循环的咗能计算。单位制冷量乞及单柱热负荷么分別是q产代-h严 Cp(T-Tjq严-%=Cp(T2-T3)单位圧缩功Wc和膨胀功叫分别是%=九一瓦二勺-人）从而可以计算11循环消耗的单位功W及性能系数copsp=空上仝 w勺-仃-人）气坤按理想气

6、体处理时则上式可简化为C0)1 二 T 二 h 心）巳_厂人 Po(2)(:3:(4)(5)(6)(7)因为热源温发是恒饥 此时叮逆卡诏循环fit性能系数为:囚此上述理论循环的循环效率V为定压回热气体制冷机循环所谓回热就是把由冷箱返回的冷气流引入一个热交换器一回热器，用来冷却从冷却器来的高压 常温气流，使其温度进一步降低，而从冷箱返回的气流则被加热，温度升高。这样就使压缩机 的吸气温度升高，而膨胀机的进气温度降低，因而循环的工作参数和特性发生了变化。乖瞰时僭环的罔W3-I0宦压问做汽悻制冷机1 一冷希II-iftY-M机I门一冲也器1F遴平膨.掘拼一叵熬器图5 10为定压回热式气体制冷机的系统

7、图及其理论循环的T-s图。图中1 2和4 5是压缩和膨胀过程；2 3和5 6是在冷却器中的冷却过程及冷箱中的吸热过程；3 4和6 1是在回热器中的回热过程。为了区别于无回热的制冷循环，在叭、qc.u;和iv等符合上加上下标则%（耳-耳）=加理论回热循环性能系数H(5-21)因为口=土2丄丄亡吕 T斗 A片（兀一）八匚八Pa第二章单级蒸气压缩式制冷循环【重点看压焓图、温熵图，各个状态点，过程描述】 2-1单级蒸气压缩式制冷理论循环【各点含义，计算】与逆卡诺循环比较各过程的热力过程：逆卡诺循环有两个等温过程、两个绝热过程（等熵过程）。理论循环与逆卡诺循环的区别: 热力过程为绝热压缩（干压缩）； 凝

8、结过程为等压过程； 节流过程为等焓过程； 蒸发过程为等压过程。2/14fA 八AW-X1-压缩机2-冷凝器3-膨胀阀4-蒸发器 图2-5单级蒸气压缩式制冷系统理论循环的假设条件:压缩机吸入的是饱和蒸气；节流前的液体是饱和液体；压缩过程是等熵压缩；制冷剂在蒸发和凝结过程及流动过程中没有阻力损失;? 工作过程：蒸发器中的制冷剂液体在低压、低温下吸收了被冷却物体的热量而蒸发，产生的低高压液体经膨胀阀节流降压，成为湿蒸气后进入蒸发器。压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中低压力、冷凝器中高压力的作用。 对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量。制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量从而达到制取冷量

9、的目的。将蒸发器中吸收的热量与压缩机中消耗的功所转化的热量在冷凝器中被冷却介压制冷剂蒸气被压缩机吸入，经压缩后成为高压气体进入冷凝器，在冷凝器中制冷剂放出热量 被凝结为液体， 压缩机的作用： 节流阀的作用： 蒸发器的作用： 冷凝器的作用： 质带走制冷剂出蒸发器、进压缩机的状态，是蒸发压力下的饱和蒸气。制冷剂出压缩机、进冷凝器的状态，压力为与冷凝温度tk对应的饱和压力，且s仁s2。1-2是压缩机的压缩过程（等熵）。制冷剂出冷凝器、进膨胀阀的状态，是冷凝压力下的饱和液体，Pk）冷却冷凝过程。点1: 点2:pk与饱和液体线的交点。点4:4-5表示制冷剂通过膨胀阀的节流过程。压力有Pk P0,温度由P

10、0）蒸发过程。2-3-4是制冷剂在冷凝器中的等压（ 点5:制冷剂出膨胀阀的状态。tk t t0 ,进入两相区。5-1表示制冷剂在蒸发器中的等压（?理论循环的热力计算kJ/kg单位制冷量q。：每公斤制冷剂在蒸发器中从被冷却物体中吸气的热量。 q0=h1-h4看例题2-1例：假定循环为单级压缩蒸气制冷的理论循环，蒸发温度to=-10 C ,冷凝温度tk=35C,制冷剂为R22，循环的制冷量Q）=55kw,试对该循环进行热力计算。2.热力计算 单位制冷量 单位容积制冷量 制冷剂循环量 理论比功 压缩机消耗的理论功率 压缩机吸入的容积流量解：1将循环表示在lgp-h图上，并确定各状态参数状态点参数数值

11、状态点参数数值蒸发压力3.543bar2h2 kJ/kg435.2冷凝压力13.548bart2 C571h1 kJ/kg401.5554h4 kJ/kg243.114V1m3/kg0.06535h5 kJ/kg243.114o=hi-h 5=158.441 kJ/kg3v=q/v 1=2426 kJ/mm =Q0/q 0=0.3471 kg/s0=h2-h 1=33.645 kJ/kgP 0= q m w0=11.68 kw3V= q m v 1=0.0227 m /s 理论循环制冷系数 冷凝器单位热负荷q 冷凝器热负荷Q 热力完善度e o=qo/wo=4.71k=h2-h4=192.086

12、 kJ/kgk= q m q k=66.67 kwn = e 0/ e c=0.806 2.3单级蒸气压缩式制冷的实际循环 ? 实际循环中： 制冷剂进入压缩机不一定是饱和蒸气，在管路流动中及进入压缩机中吸热使之成为过热蒸 气； 出冷凝器的制冷剂状态不一定是饱和液体，会有过冷； 制冷剂在流动过程中会有阻力损失； 实际压缩过程不是等熵过程，而是多变过程； 系统中会存在不凝性气体等。? 液体过冷对制冷循环性能的影响具有液体过冷的循环在压焓图上的表示如图示。图中 1-2-4-5-1是理论循环，1-2-4 -5 -1是过冷循环。过冷循环比较结论： 采用过冷循环在理论上是有利的，且 tg越大，越有利； 过

13、冷度获得的方法：a. 利用冷凝器本身，过冷度有一定限制；b. 采用再冷却器，可加大厶tg，但需要温度低的冷却介质；c. 采用回热器。 过冷循环一般不单独采用。采用过冷循环理论上总是有利的，而且过冷度越大，对循环越有利。依靠冷凝器本身来使液体过冷，其过冷度是有一定限度的，如果要求获得更大的过冷度， 通常需要增加一个单独的热交换设备，称为再冷却器。在再冷却器中单独通入温度更低的冷却介质（如深井水）或将冷却介质先通过该再冷却器,然后再进入冷凝器。? 蒸气过热对循环性能的影响为了防止压缩机液击，一般希望制冷剂出蒸发器后有一些过热，使制冷剂成为过热蒸气。循环T -2 -3-4-1 表示蒸气过热循环。压缩

14、机吸入状态为1 ，如果忽略制冷剂在管路的流动阻力损失，则1-1 的过热过程为等压过程。1过热没有产生有用的制冷效果从蒸发器出来的制冷剂蒸气的温度很低，在进入压缩机之前，在管路中吸收了外界的热量， 使制冷剂蒸气过热。T单位制冷剂在蒸发器中的吸热量不变，即qo不变，而WorW0I Or=qo/WOrv1 ,所以qv可能增加也可能减小。qv =q0r/v1 与制冷剂的性质有关。即使是有效过热，也不是对所有工质都有利。 由于吸气温度的升高会引起排气温度的升高， 吸入蒸气的过热会对往复式压缩机的容积效率有所改善。 回热循环【图是重点】氨、R22过热不利的 12应不超过140 C。liA-压缩机图2-6B

15、-冷凝器C-节流阀 回热循环的系统图D-F.回热器E-蒸发器结论： 氨、R22不利的判定回热循环制冷系数是否提高的判据：ToCpoq oCp。、qo是与工质有关的，所以，上式并非所有工质都成立。不同制冷剂采用回热循环是否有利，与制冷剂采用有效过热循环时一样。有一些工质不能用上式进行判断，其T-S图中蒸气线向左下方倾斜，压缩机等熵压缩后进入两相区，因此必须采用回热循环。不凝性气体的存在对循环性能的影响系统中的不凝性气体（如空气等）往往积存在冷凝器上部，因为它不能通过冷凝器（或贮液器） 的液封。不凝性气体的存在将使冷凝器内的压力增加，从而导致压缩机排气压力提高，比功增 加，制冷系数下降，压缩机容积

16、效率降低。单级压缩制冷的实际循环【温差、损失、多变】 实际循环与理论循环的区别 制冷剂在压缩机中的压缩过程不是等熵过程，引起内部的不可逆； 制冷剂的冷凝温度及蒸发温度不等于热源温度，存在传热温差，引起了外部不可逆； 制冷剂流动过程及流经吸气阀与排气阀时有损失。2. 3单级蒸气压缩式制冷机的性能1蒸发温度To为定值，冷凝温度变化的情况T o=c,Vi=c.TkT PkT对循环的影响：循环单位制冷量qo减小了，qo qo；单位容积制冷量减小了q J wo,；单位容积压缩功增大了w v wv;由于 qv J、w T,导致：Q J, Pe To结论：当To不变而Tk升高时，制冷机的制冷量减少而功率增大

17、。制冷系数减小了。 o = q o / w o o .绘出To=c, Tk变化时制冷机的Q、Pe与Tk的关系曲线。对循环的影响：循环单位制冷量 qo减小了，qo vi ；单位容积制冷量减小了q v wo;单位容积压缩功不能直接比较。PkPoPomax对于不同的工质 即：各种制冷剂其压比大约等于3时，功率最大。结论：当Tk不变而T0降低时，制冷机的制冷量减少，而功率有一最大值存在。 制冷系数减小了。e 0 = q0 / w0 0实际循环参考书上例题 2-6第三章制冷剂【这一章主要概念】制冷剂又称制冷工质，是制冷装置中的工作介质，用于制冷循环的热量传递。它以低温、低压的状态自蒸发器吸收热量，并且在

18、高温、高压下从冷凝器向外界放出热量。 因而要求制冷剂的蒸发温度必须低于用冷场合的温度，而其冷凝温度必定高于环境介质的温度。一、制冷剂种类：无机物：NH3、CO2、H2O等；氟里(利)昂： R22、R134a、R152a等;碳氢化合物：甲烷、乙烷、乙烯、丙烷等。饱和碳氢化合物、烯烃、卤代烯在空调制冷及一般制冷中并不采用，它们只用 在石油化工工业中的制冷系统中。二、制冷剂的符号国际上统一规定用字母 R (refrigeration)和它后面的一组数字或字母作为制冷剂的简写符号。1. 无机化合物：R7 ()()括号中填入的数字是该无机化合物的分子 _例：水 R718 NH3 R7172. 氟里昂：烷

19、烃化合物的分子式CmH2m+2氟里昂的分子式CmHnF xCLyBrz (n+x+y+z=2m+2)符号规定R(m-1)( n+1)(x)B(z)例：CH2F-CF2四氟乙烯R134aCHF2CL 二氟一氯甲烷 R223. 共沸混合工质：R5()()括号内的数字为该工质命名的顺序号，从00开始。R500 R501 R502R5064非共沸混合工质：R4()()括号内的数字为该工质命名的顺序号，从00开始。5.饱和碳氢化合物(烷烃):碳氢化合物称烃，其中饱和碳氢化合物称为烷烃，烷烃中 有甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、。这些制冷剂的编号法则是这样的，甲烷、乙烷、丙烷 同卤代烃；其他按600序号

20、依次编号。该系列编号的最后两位数，并无特殊含义，例如，丁烷为R600,乙醚为R610b三、对制冷剂的要求【参考书 】(一) 热力学方面(1) 蒸发温度下的压力不太低，冷凝温度下的压力不太高；(2) 冷凝压力与蒸发压力之差小，冷凝压力与蒸发压力之比小；(3 )单位制冷量和单位容积制冷量较大；(4)理论比功和单位容积压缩功小；(5 )制冷剂的凝固温度要低，临界温度要高；(6 )绝热指数应小。(二) 物理化学方面(1) 无毒，无刺激性臭味，无燃烧爆炸的危险；(2) 化学稳定性和热稳定性好，不腐蚀制冷剂的结构材料，与润滑油不发生化学反应，高温下 不分解；(3) 比重小，粘度小；(4) 导热系数大，汽化

21、潜热大。(三) 其它方面(1) 制冷剂的臭氧破坏指数(ODP和温室效应指数(GWP应为零或尽可能小，具有环境可接受 性；(2 )价格低廉，容易制取，不含水分及机械杂质。3.2制冷剂的性质标准(正常)蒸发温度：制冷剂在标准大气压(1.0132bar )下的沸腾温度，称为标准蒸发温度或沸点。用ts表示物质对臭氧层的危害程度用臭氧衰减指数 ODP(Ozo ne Depletion Pote ntial消耗臭氧潜能值)表示；物质造成温室效应危害的程度用温室指数GWP(Global Warming Potential 全球变暖潜能值)表示。为了评估各种制冷剂对臭氧层的消耗能力和对全球温室效应的作用能力，

22、提出了消耗臭氧 潜能值 (Ozone Depletion Potential)简称 ODP!全球变暖潜能值(Global Warming Potential)简称GW值OD值以R11为基准比较物，设定R11的OD值为1.0，其它物质的OD值按损耗臭氧能力比 R11 大或小的分数值表示。GW值的参照物也是 R11,即R11的GW值为1.0，其他物质的GW值按导致全球变暖的能力比 R11大或小的分数值来表示。(GW还有按照CO为1.0来确定的)选择制冷剂时须考虑这两个值，显然制冷剂的OD值和GW值越小越好。? 特鲁顿定律大多数物质在沸点下蒸发时，其摩尔熵增的数值都大体相等。 S 76 88 kJ/

23、(kmol K )结论： 标准蒸发温度(标准沸点)相近的物质，分子量大的，汽化潜热小；分子量小的，汽 化潜热大。各种制冷剂在一个大气压力下汽化时，单位容积汽化潜热rs/vs大体相等。制冷剂与润滑油的溶解性【看书】制冷剂与油的溶解性分为有限溶解和完全溶解两种情况。各自的优缺点?溶油性： 溶油性好(完全溶解?在传热表面不会形成油膜，传热效果好，但会使油变稀，润滑表面的油膜太薄或形不成油膜，与润滑油溶解性好的制冷剂应采用粘度高的润滑油。制冷剂与油形成溶液，相同压力下会使蒸发温度升高，蒸发器的制冷效果下降。?溶油性差(有限溶解)?在传热表面会形成油膜，影响传热效果，制冷剂与润滑油出现分层现象。如果制冷

24、剂比油重，如采用满液式蒸发器，会出现回油困难。溶解度与温度有关，两者可以相互转化。制冷剂的溶水性【看书】?溶水性：? 难溶于水(如氟里昂)当含水量超过其溶解度时，游离态的水会在低温下结冰，发生冰堵现象。 溶于水（如氨） 制冷剂会发生水解作用，生成的物质对材料具有腐蚀性危害。3.3 混合制冷剂【看书】 共沸混合工质有两种 （或两种以上） 不同制冷剂按一定比例互相溶解而成的一种溶合物。 共沸混合工质几乎具有纯工质的所有特性，可以向纯工质一样使用。优点：共沸混合工质的标准蒸发温度比构成它的纯组分的标准蒸发温度低； 在相同工况下，单位容积制冷量比构成它的纯组分的单位容积制冷量大； 采用共沸混合工质可以

25、使压缩终温降低； 采用共沸混合工质可以改善制冷剂的物理、化学性质。 二非共沸混合工质由T-X图可知，不存在共沸点，在定压下蒸发或凝结时，汽相与液相的组成成分不同 在相变过程中，工质的温度是变化的。优点：减小冷凝器和蒸发器的传热不可逆损失。 缺点：系统泄漏后可以引起制冷剂混合成分的变化。氨 对锌铜青铜以及其他铜合金具有强腐蚀性，磷青铜除外氟利昂 对金属材料的腐蚀性很小，但对天然橡胶、树脂、塑料等非金属材料有腐蚀（膨润 ） 作用3.5 第二制冷剂 一采用载冷剂的优缺点： 优点： 1可以将制冷剂系统集中在机房内，使制冷系统的连接管路短，减少了制冷剂 泄漏的可能性，减少了制冷剂的充灌量； 2载冷剂的热

26、容量大，被冷却对象的温度易于保持恒定； 3易于解决用冷场合的冷量控制和分配问题； 4便于机组的运行管理； 5便于安装。缺点： 1系统比较复杂； 2增大了被冷却物和制冷剂间的温差。载冷剂的性质：（书P76页）（ 1）载冷剂在工作温度下应处于液体状态。 其凝固温度应低于工作温度， 沸点应高于工作温度。（2）比热要大；（Q0=m t，当Q（一定时，c大可以使载冷剂量 m、，减小输送泵的功率。（ 3）比重小、粘度小； （4）化学稳定性好；载冷剂应在工作温度下不分解，不与空气中的氧气起化学变化，不发生物 理化学性质的变化。（ 5）不腐蚀设备与管道；（ 6）不燃烧、不爆炸，无毒，对人体无害；（ 7）价格低

27、廉，易于获得常用载冷剂1. 盐水（氯化钙、氯化钠、氯化镁等）E 点称冰盐共晶点， CaCL2 -55 C , NaCL -21 C , MgCL2 -34 C ,WE-析冰线, EG-析盐线，tE 共晶温度，E E共晶浓度。盐水溶液的性质与溶液中盐的浓度有关。 低于共晶浓度的溶液， 随着浓度的增加， 起始凝固温度不断降低， 对于高于共晶浓度的 溶液，随着浓度的增加，起始凝固温度不断升高 配置盐水溶液时，浓度不易大于共晶浓度。浓度过高，则耗盐量增大；比重增大; 阻力增大；泵的功率增大；凝固温度升高。在所使用的浓度下，其析冰温度应比制冷剂的蒸发温度低58 Co盐水对金属材料有腐蚀作用，使用中应添加

28、缓蚀剂，使PH直达到7.08.5。缓蚀剂：Na2Cr2O7 2H2O (重铬酸钠)2. 水用于空调系统。制冷机组产生出的冷水，送到空调房间的终端设备中，与房间的空气进行热交换， 使房间的温度降低。3. 有机载冷剂甲醇、乙醇、丙三醇、乙二醇、丙二醇、氟里昂等甲醇：冰点-97 C，乙醇：冰点-117 C。使用温度低，流动性比较好，有挥发性和可 燃性，使用中应注意安全。丙三醇(甘油)：稳定性好，水溶液对金属无腐蚀。无毒，可以和食品直接接触。 乙二醇、丙二醇水溶液：比重和比热容较大；溶液粘度高；略有毒，但无害。 氟里昂等：比重大、比热容小、粘度小，工作温度较低。第四章两级压缩和复叠式制冷循环 【主要看氨的，流程图，压焓图，温熵图】 两级压缩制冷循环的类型：两级压缩制冷循环按其制冷剂节流和冷却方式可分为： 中间不完全冷却氟两级压缩一级节流制冷循环中间完全冷却氨中间不完全冷却两级压缩两级节流制冷循环中间完全冷却两级压缩制冷机中间压力确定看书P90-91流量比，两种方法两种情况。性能系数P97 图 4-16第九章制冷机的热交换设备? K值的计算【不考计算 看概念】? 蒸发器的分类：【特点，优缺点，图】 按照制冷剂在蒸发器内的充满程度以及蒸发情况进行分类：(1 )再循环式蒸发器 p191图9-17高压液体经节流阀后首先进入气液分离器中，在其中分离