制冷教案b(黑白)

1、制冷原理及设备制冷原理及设备1 1、“冷冷”的概念及何谓的概念及何谓“制冷制冷” 就如同我们所熟悉的就如同我们所熟悉的“短短”和和“长长”，从词性讲，从词性讲，“冷冷”和和“热热”属于反义。从物理意义说，它们则属于同一范畴。属于反义。从物理意义说，它们则属于同一范畴。 短和长依据某一比较标准由主观来界定，冷和热可类似界定，短和长依据某一比较标准由主观来界定，冷和热可类似界定，这个比较标准就是这个比较标准就是“环境温度环境温度”。 如果某个物体的温度高于环境温度，就可以说该物体为热物如果某个物体的温度高于环境温度，就可以说该物体为热物体，如果某个物体的温度低于环境温度，就可以说该物体为冷物体，如

2、果某个物体的温度低于环境温度，就可以说该物体为冷物体。体。 把一个热物体变为（并保持）冷物体就是制冷。把一个热物体变为（并保持）冷物体就是制冷。 要注意：环境温度每天都是一个在变动的数据，不过在某一要注意：环境温度每天都是一个在变动的数据，不过在某一段时间内相对稳定在某一个均值。段时间内相对稳定在某一个均值。 根据以上可以从不同角度给出根据以上可以从不同角度给出“制冷制冷”的概念。这里要注意的概念。这里要注意“制冷制冷”与与“冷却冷却”的差别。的差别。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司2 2、制冷分类、制冷分类n 制冷一般有二种分类方法：制冷一般有二种分类方法：n 按温

3、度范围分可分为，按温度范围分可分为，120K120K以上，普通制冷；以上，普通制冷；12012020K20K，深，深度制冷；度制冷； 20200.3K0.3K，低温；，低温； 0.3K0.3K以下，超低温。以下，超低温。n 按实现制冷的物理过程分可分为，液体汽化法；气体膨胀法，按实现制冷的物理过程分可分为，液体汽化法；气体膨胀法，热电法；固体绝热去磁法。热电法；固体绝热去磁法。n 为什么对制冷要使用不同的分类方法呢？这样做有什么意为什么对制冷要使用不同的分类方法呢？这样做有什么意 义呢？请思考，对人有几种分类方法？义呢？请思考，对人有几种分类方法？ 本教材主要涉及普冷范围中的液体汽化法制冷。本

4、教材主要涉及普冷范围中的液体汽化法制冷。 3 3、制冷技术的研究内容、制冷技术的研究内容主要研究影响制冷的内因和外因。教材共列出三项内容。主要研究影响制冷的内因和外因。教材共列出三项内容。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司n 制冷技术主要理论基础之一是热力学。 热力学指出了过程进行的方向和条件问题：过程自发地向熵增的方向进行，非自发过程的进行必须遵守孤立系熵增原理。 人工制冷为进行一个热量由低温向高温传递的非自发过程,其得以实现的条件是提供一个能自发进行的补偿过程,补偿过程（功或热量）的熵增大于等于非自发过程的熵减。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限

5、公司熵 减熵 增 前面提到过按实现制冷的物理过程划分的几种制冷方法，本课程主要研究液体汽化法制冷，该制冷方法主要包括蒸汽压缩式、吸收式、喷射式、吸附式等制冷方式，本课程重点学习压缩式、吸收式制冷。对其它制冷方法和制冷方式只进行初步了解。 1、为什么液体汽化过程可以进行制冷？ 我们知道“把一个热物体变为（并保持）冷物体就是制冷把一个热物体变为（并保持）冷物体就是制冷”。因此，实现制冷需要二个要素，即热量传递和温度降低。 根据液体汽化过程的二个物理特征：r（汽化潜热） p-ts(饱和温度与压力一一对应）。我们可以推论： 对于合适的液体，只要创造合适的低压力条件，使液体在此低压力下被加热沸腾汽化，就

6、可以取得希望的制冷效果。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司制冷对象制冷机温度水平制冷温度非自发 过程自发过程环境温度 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 这里提出一个问题：如果需要的制冷时间很长，所需要这里提出一个问题：如果需要的制冷时间很长，所需要的液体量就会很大，怎么办？的液体量就会很大，怎么办？n 自然是只有循环能解决这个问题。自然是只有循环能解决这个问题。n 把低压蒸汽变成液体的方法：把低压蒸汽变成液体的方法： 把低压蒸汽直接变成低压液体需要温度更低的热把低压蒸汽直接变成低压液体需要温度更低的热源，这肯定不现实。源，这肯定不现实。 但利用液

7、体汽化时的二个物理特征，可以把低压但利用液体汽化时的二个物理特征，可以把低压蒸汽变成高压液体：将低压蒸汽压缩到一个比较高的蒸汽变成高压液体：将低压蒸汽压缩到一个比较高的压力，使其所对应的饱和温度高于环境温度，就可以压力，使其所对应的饱和温度高于环境温度，就可以使蒸汽向环境放热而冷凝成液体。然后使高液体节流使蒸汽向环境放热而冷凝成液体。然后使高液体节流降压成为低压液体。降压成为低压液体。 这就是蒸汽压缩式制冷循环。（见这就是蒸汽压缩式制冷循环。（见1.1.1） 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司n 吸收式制冷循环使用了与蒸汽压缩式制冷循环不同的吸收式制冷循环使用了与蒸汽压缩

8、式制冷循环不同的方法由低压蒸汽得到高压液体方法由低压蒸汽得到高压液体 。具体方法是：。具体方法是： 利用某种液体可以吸收（水）利用某种液体可以吸收（水） 蒸汽的性质，先用低压液体将蒸蒸汽的性质，先用低压液体将蒸 汽吸收，然后使用泵将吸收了蒸汽吸收，然后使用泵将吸收了蒸 汽的液体的压力提高，再对液态汽的液体的压力提高，再对液态 进行加热释放（解吸）所吸收的进行加热释放（解吸）所吸收的 蒸汽，同样，与蒸汽的压力所对蒸汽，同样，与蒸汽的压力所对 应的饱和温度要高于环境温度，应的饱和温度要高于环境温度， 就可以使蒸汽向环境放热而冷凝就可以使蒸汽向环境放热而冷凝 成液体。成液体。n 这就是吸收式制冷循环

9、。（见这就是吸收式制冷循环。（见1.1.2） 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司n 吸附制冷吸附制冷 (见见1.1.4）的基本原理与吸收式制冷相似，）的基本原理与吸收式制冷相似，差别在于差别在于 吸收蒸汽的介质为液体，而吸附蒸汽的介质为多吸收蒸汽的介质为液体，而吸附蒸汽的介质为多孔固体。孔固体。 多孔多孔 固体介质在温度比较低时吸附蒸汽，而在温度固体介质在温度比较低时吸附蒸汽，而在温度比较高时解吸蒸汽。吸附蒸汽时可使定容系统压力降低，比较高时解吸蒸汽。吸附蒸汽时可使定容系统压力降低，当压力低于外界（需要制冷的系统）温度所对应的饱和压当压力低于外界（需要制冷的系统）温度所对

10、应的饱和压力时，定容系统内的液体介质将吸收热量汽化；反之，当力时，定容系统内的液体介质将吸收热量汽化；反之，当压力高于外界（环境）温度所对应的饱和压力时，定容系压力高于外界（环境）温度所对应的饱和压力时，定容系统内的蒸汽介质将向环境放热而凝结。统内的蒸汽介质将向环境放热而凝结。 所以，吸附式制冷一般在夜间制冷，而在白天解吸，所以，吸附式制冷一般在夜间制冷，而在白天解吸，进行间歇制冷。进行间歇制冷。n 还有一种比较有意思的制冷方法还有一种比较有意思的制冷方法涡流管制冷涡流管制冷(1.1.7)。 其工作原理简单而深奥。其工作原理简单而深奥。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司

11、. 石 家 庄 铁 道 学 院 石 家 庄 博 一 之 科 技 发 展 有 限 公 司各流线线速度相等，角速度不同。涡流管原理 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 1.2 制冷的基本热力学原理制冷的基本热力学原理 前面说过，当提供一定量的补偿能量，就可以使制冷前面说过，当提供一定量的补偿能量，就可以使制冷这个非自发过程进行。这是热力学第二定律所告知我们的。这个非自发过程进行。这是热力学第二定律所告知我们的。 我们也知道，补偿能量种类不同可能导致不同的制冷我们也知道，补偿能量种类不同可能导致不同的制冷循环。循环。 本节主要解决制冷循环所取得的制冷量与所需要的补本节主要解决制

12、冷循环所取得的制冷量与所需要的补偿能量之间数量关系的问题。偿能量之间数量关系的问题。 认识论启示我们，学习任何知识都要从最简单的模式认识论启示我们，学习任何知识都要从最简单的模式开始，由浅入深，深入浅出。开始，由浅入深，深入浅出。 热力学已经给出了由二个可逆定温过程和二个可逆定热力学已经给出了由二个可逆定温过程和二个可逆定熵过程构成的最简单的制冷循环熵过程构成的最简单的制冷循环-逆卡诺循环。热力学告逆卡诺循环。热力学告诉我们，在一定条件下，取得某一制冷量时，逆卡诺循环诉我们，在一定条件下，取得某一制冷量时，逆卡诺循环所需要的补偿能量最少（理想制冷循环）。所需要的补偿能量最少（理想制冷循环）。

13、石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 对于以机械能或电能作为补偿能量的制冷循环，把取对于以机械能或电能作为补偿能量的制冷循环，把取得单位制冷量所需要消耗的补偿能量叫做制冷系数，用符得单位制冷量所需要消耗的补偿能量叫做制冷系数，用符号号表示，即：表示，即： =Q0/W 对于以热能作为补偿能量的制冷循环，把取得单位制对于以热能作为补偿能量的制冷循环，把取得单位制冷量所需要消耗的补偿能量叫做热力系数，用符号冷量所需要消耗的补偿能量叫做热力系数，用符号表示，表示，即：即： =Q0/Qg 对于理想循环，则分别表示为对于理想循环，则分别表示为c和和c。 并且，我们可以把并且，我们可以把

14、和和统称为统称为COP,把把c和和c统称为统称为COPc。 利用热力学第一定律和第二定律可分别推导得到：利用热力学第一定律和第二定律可分别推导得到： 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 c= T0/(T0-Tc) c = T0/(T0-Tc) (Th-Tc)/Th = cc 式中各符号的意义见下图。式中各符号的意义见下图。高温热源 (环境）低温热源 (被制冷对象）制冷机制冷机低温热源 (被制冷对象）高温热源 (环境）驱动热源 热机（(1.3 1.3 热泵热泵 所谓热泵是所谓热泵是“利用冷凝热量的制冷机利用冷凝热量的制冷机”。原理流程如图。原理流程如图。 石 家 庄 铁 道

15、 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司高温热源 (环境）低温热源 (被制冷对象）制冷机（(低温热源 (环境）热泵高温热源 (被加热对象） 石 家 庄 铁 道 学 院 石 家 庄 博 一 之 科 技 发 展 有 限 公 司 热泵的经济性用供热系数热泵的经济性用供热系数来表示，其物理意义为热来表示，其物理意义为热泵循环消耗单位补偿功所取得的热量。即：泵循环消耗单位补偿功所取得的热量。即： = Qc/W =(Q= Qc/W =(QO O+W)/W = +W)/W = +1+1 注意：这里的注意：这里的 为图为图b中工作条件下制冷循环的制冷中工作条件下制冷循环的制冷系数，而不是系数，而不是图图a a中

16、工作条件下制冷循环的制冷系数中工作条件下制冷循环的制冷系数, ,不能不能混淆。混淆。2.1 2.1 单级蒸汽压缩式制冷的理论循环单级蒸汽压缩式制冷的理论循环2.1.1 2.1.1 系统与循环系统与循环 这里我们主要讨论一个问题：什么是理论循环？这里我们主要讨论一个问题：什么是理论循环？ 首先要从理想循环说起，前边提到过，理想循环首先要从理想循环说起，前边提到过，理想循环-逆卡诺循环是由二个可逆定温传热过程和二个可逆定熵逆卡诺循环是由二个可逆定温传热过程和二个可逆定熵膨胀或压缩过程构成的制冷循环膨胀或压缩过程构成的制冷循环,理想循环是最简单、经理想循环是最简单、经济性最高的制冷循环，但从构成的四

17、个过程分析，它是济性最高的制冷循环，但从构成的四个过程分析，它是不可能实现的。为什么呢？不可能实现的。为什么呢？ 可逆传热过程是在系统与热源间进行的传热过程，可逆传热过程是在系统与热源间进行的传热过程，所谓所谓“热源热源”是指这样的一个系统，其它系统与其进行是指这样的一个系统，其它系统与其进行有限的热量交换，其系统温度不变；而保证与其进行热有限的热量交换，其系统温度不变；而保证与其进行热作用的系统温度也不变，只有在二相区才能实现。如图。作用的系统温度也不变，只有在二相区才能实现。如图。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有

18、限公司 蒸发过程蒸发过程4-1的终点在二相区，的终点在二相区，蒸汽压缩机吸入含液体的蒸汽是蒸汽压缩机吸入含液体的蒸汽是实际运行所不允许的。实际运行所不允许的。 另外，由于液体的膨胀系数另外，由于液体的膨胀系数很小，液体膨胀过程很小，液体膨胀过程3-4的膨胀的膨胀功数量很小，且液体膨胀机技术功数量很小，且液体膨胀机技术要求高，成本高。要求高，成本高。 图2-1 所以，我们研究理想循环的重点在于它对提高制冷循环所以，我们研究理想循环的重点在于它对提高制冷循环经济性的指导作用。如，冷凝温度、蒸发温度的影响，工质经济性的指导作用。如，冷凝温度、蒸发温度的影响，工质性能的影响等。性能的影响等。 2.1.

19、2 理论循环理论循环 理论循环是在理想循环的基础上提出来的，具体有如下理论循环是在理想循环的基础上提出来的，具体有如下几个改变：几个改变： 1、用干压缩代替湿压缩、用干压缩代替湿压缩 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 我们知道，使液体，比如水升压的设备是我们知道，使液体，比如水升压的设备是“泵泵”，而使，而使气体（包括蒸汽）升压的设备是气体（包括蒸汽）升压的设备是“压缩机压缩机”，理论循环压缩，理论循环压缩机吸入干蒸汽（包括饱和蒸汽好、过热蒸汽）的压缩过程叫机吸入干蒸汽（包括饱和蒸汽好、过热蒸汽）的压缩过程叫干压缩，如图干压缩，如图2-1中的中的a-b过程。过程。 用干

20、压缩代替湿压缩后将使制冷循环的制冷系数有所减用干压缩代替湿压缩后将使制冷循环的制冷系数有所减小，其减小的程度称作过热损失。小，其减小的程度称作过热损失。 2、用膨胀阀代替膨胀机、用膨胀阀代替膨胀机 我们知道，能得到有效膨胀功的工质一般是气体或蒸汽，我们知道，能得到有效膨胀功的工质一般是气体或蒸汽，液体的膨胀系数很小。（这也是液压专业存在的基础），理液体的膨胀系数很小。（这也是液压专业存在的基础），理论循环膨胀阀的热力过程为图论循环膨胀阀的热力过程为图2-1中的中的3-c过程。由于绝热节过程。由于绝热节流过程是不可逆过程，故在图中用虚线表示。流过程是不可逆过程，故在图中用虚线表示。 用膨胀阀代替

21、膨胀机后将使制冷循环的制冷系数有所减用膨胀阀代替膨胀机后将使制冷循环的制冷系数有所减小，其减小的程度称作节流损失。小，其减小的程度称作节流损失。 3、用定压换热过程代替定温换热过程、用定压换热过程代替定温换热过程 现实的换热过程一般都是定压过程。理论循环的换热过现实的换热过程一般都是定压过程。理论循环的换热过程见图程见图2-1中的过程中的过程 b-3。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司图 2-2 状态状态1和和3处于饱和状态的处于饱和状态的基本理论循环见图基本理论循环见图2-2。 压缩机吸入过热蒸汽的一压缩机吸入过热蒸汽的一般理论循环见图般理论循环见图2-3。其中。其中

22、t1-t1叫做过热度，用叫做过热度，用t tshsh表示。表示。 图 2-3 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 图 2-4 压缩机吸入过冷液体的一般理论循环见图压缩机吸入过冷液体的一般理论循环见图2-4。其中。其中t3 -t3叫叫做过冷度，用做过冷度，用trc表示。表示。图 2-52.1.2 压焓图压焓图 1、提出压焓图的目的及压焓图、提出压焓图的目的及压焓图 、提出压焓图的目的、提出压焓图的目的 之前，我们一直使用温熵图来表示制冷循环，在温之前，我们一直使用温熵图来表示制冷循环，在温熵图上，使用过程线围成的面积来表示传热过程交换的热熵图上，使用过程线围成的面积来表示传

23、热过程交换的热量，使用温熵图上与压容图对应的面积来表示压缩过程消量，使用温熵图上与压容图对应的面积来表示压缩过程消耗的功。如图耗的功。如图2-5。其中红色区域为蒸发过程的热量交换；。其中红色区域为蒸发过程的热量交换；黑色区域为与压容图对应面积的压缩过程消耗的功；绿色黑色区域为与压容图对应面积的压缩过程消耗的功；绿色区域为与膨胀机比较，膨胀阀不可回收的功，其转化为热区域为与膨胀机比较，膨胀阀不可回收的功，其转化为热量需要在冷凝过程释放；黑、红、绿色区域之和为冷凝过量需要在冷凝过程释放；黑、红、绿色区域之和为冷凝过程的热量交换（也符合热力学第一定律）。可知，这样的程的热量交换（也符合热力学第一定律

24、）。可知，这样的二维表示方法，在计算热量与功，尤其是进行相关分析时二维表示方法，在计算热量与功，尤其是进行相关分析时是比较麻烦的。是比较麻烦的。 我们喜欢使用线性的关系进行有关数据的计算和分析，我们喜欢使用线性的关系进行有关数据的计算和分析，具体到制冷循环，就是能够使用线段的长短来表示热量交具体到制冷循环，就是能够使用线段的长短来表示热量交换和功量。这就是提出压焓图的目的。换和功量。这就是提出压焓图的目的。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 、压焓图的构造、压焓图的构造 根据热力学理论，定压换热过程的热量交换等于

25、过程根据热力学理论，定压换热过程的热量交换等于过程始、终状态的焓差，可逆压缩过程的功量等于过程始、终始、终状态的焓差，可逆压缩过程的功量等于过程始、终状态的焓差，而绝热膨胀过程是始、终状态焓值相等的。状态的焓差，而绝热膨胀过程是始、终状态焓值相等的。可知，制冷理论循环的每个过程都与焓有关，故满足需要可知，制冷理论循环的每个过程都与焓有关，故满足需要的新图应以焓作为一个主坐标。而制冷理论循环的四个过的新图应以焓作为一个主坐标。而制冷理论循环的四个过程中有二个为定压过程，所以将另一个主坐标选定为压力。程中有二个为定压过程，所以将另一个主坐标选定为压力。因而提出了压焓图。其中压力作为纵坐标。因而提出

26、了压焓图。其中压力作为纵坐标。 从温熵图可以看出，冷凝压力与蒸发压力相差比较大，从温熵图可以看出，冷凝压力与蒸发压力相差比较大，二个压力之间的部分图面基本不使用；另外，由联想制冷二个压力之间的部分图面基本不使用；另外，由联想制冷循环知道，较低的蒸发压力的变化对循环性能的影响比较循环知道，较低的蒸发压力的变化对循环性能的影响比较显著，因此，应将较低压力的变化清晰表示。这就需要纵显著，因此，应将较低压力的变化清晰表示。这就需要纵坐标的分格比较小。但是，这样一来，将使纵坐标比坐标的分格比较小。但是，这样一来，将使纵坐标比 较长，给制图和使用带来不便。我们需要一张图面比较均较长，给制图和使用带来不便。

27、我们需要一张图面比较均衡的压焓图。衡的压焓图。 对数可以帮我们的忙。对数是把等比级数变为等差级对数可以帮我们的忙。对数是把等比级数变为等差级数的工具。它可以将将较大数据之间的间隔减小，将较小数的工具。它可以将将较大数据之间的间隔减小，将较小数据之间的间隔增大。比如：数据之间的间隔增大。比如： 原数原数 自然对数自然对数 原数原数 自然对数自然对数 100000 5 1 0 10000 4 0.1 -1 1000 3 0.01 -2 100 2 0.001 -3 10 1 0.0001 -4 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司而且，而且，lg(1000*100)=3+2=5

28、, lg(1000100)=3-2=1。这是多。这是多么好的工具。所以纵坐标一压力的自然对数分格，但读么好的工具。所以纵坐标一压力的自然对数分格，但读数仍为实际的压力值。压焓图的构造见图数仍为实际的压力值。压焓图的构造见图2-6。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司图 2-62.1.3-4 理论循环在压焓图上的表示及热力计算理论循环在压焓图上的表示及热力计算 1、理论循环在压焓图上的表示、理论循环在压焓图上的表示 见图见图2-7。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司图 2-7 在图在图2-7中，循环中，循环1-2-3-4为基本理论循环，循环为基本理论

29、循环，循环1-2-3-4为有过热的理论循环，循环为有过热的理论循环，循环1-2-3-4为有过冷的理论为有过冷的理论循环，循环循环，循环1-2-3-4为有过热、过冷的理论循环。为有过热、过冷的理论循环。 2、循环的热力计算、循环的热力计算 、基本理论循环、基本理论循环 单位质量制冷量单位质量制冷量q0=h1-h4 单位质量压缩功单位质量压缩功 w=h2-h1 单位质量冷凝热量单位质量冷凝热量qk=h2-h3 单位容积制冷量单位容积制冷量qv=q0/v1 制冷系数制冷系数 =q0/w=(h1-h4)/(h2-h1)图 2-7 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 、有过热的循环

30、有过热的循环1-2-3-4 过热分为有效过热和无效过热。无效过热：过热没过热分为有效过热和无效过热。无效过热：过热没有取得制冷效果；有效过热：过热取得了制冷效果。有取得制冷效果；有效过热：过热取得了制冷效果。 对于无效过热：对于无效过热： 单位质量制冷量单位质量制冷量q0=h1-h4 单位质量压缩功单位质量压缩功 w=h2-h1 单位质量冷凝热量单位质量冷凝热量qk=h2-h3 单位容积制冷量单位容积制冷量qv=q0/v1 制冷系数制冷系数 =q0/w=(h1-h4)/(h2-h1) 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限

31、公司 对于有效过热：对于有效过热： 单位质量制冷量单位质量制冷量q0=h1-h4 单位质量压缩功单位质量压缩功 w=h2-h1 单位质量冷凝热量单位质量冷凝热量qk=h2-h3 单位容积制冷量单位容积制冷量qv=q0/v1 制冷系数制冷系数 =q0/w=(h1-h4)/(h2-h1) 、 有过冷的循环有过冷的循环1-2-3-4 单位质量制冷量单位质量制冷量q0=h1-h4 单位质量压缩功单位质量压缩功 w=h2-h1 单位质量冷凝热量单位质量冷凝热量qk=h2-h3 单位容积制冷量单位容积制冷量qv=q0/v1 制冷系数制冷系数 =q0/w=(h1-h4)/(h2-h1) 过冷的取得方法：过冷

32、的取得方法：a.增加冷凝器传热面积；增加冷凝器传热面积；b.增加增加 过冷器。一般采用过冷器。一般采用a方法取得较小的过冷度。方法取得较小的过冷度。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司、 有过热、过冷的循环有过热、过冷的循环1-2-3-4 循环循环1-2-3-4的过冷度一般比较大，但一般不增设的过冷度一般比较大，但一般不增设过冷器，而是采取回热循环。过冷器，而是采取回热循环。 回热循环的特点是回热器中的热平衡，即有：回热循环的特点是回热器中的热平衡，即有： h1-h1=h4-h4 且且q0=h1-h4=h1-h4 制冷系数制冷系数 =q0/w =(h1-h4)/(h2-h

33、1) =(h1-h4)/(h2-h1) 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司2.2 单级蒸汽压缩实际循环单级蒸汽压缩实际循环 2.2.1 热交换及压力损失对循环性能的影响热交换及压力损失对循环性能的影响 吸入管道吸入管道 吸入管道的热交换和阻力对循环性能影响比较大。吸入管道的热交换和阻力对循环性能影响比较大。 用于压缩机一般在制冷空间外，可认为其热交换是用于压缩机一般在制冷空间外，可认为其热交换是无效换热；其阻力使压缩机吸气压力下降，吸气比容增无效换热；其阻力使压缩机吸气压力下降，吸气比容增大，单位容积制冷量减小，压缩比增大，压缩机容积效大，单位容积制冷量减小，压缩比增大，

34、压缩机容积效率降低，单位压缩功增大。这些使得制冷机总制冷量减率降低，单位压缩功增大。这些使得制冷机总制冷量减小，制冷系数降低。小，制冷系数降低。 一般对吸入管道要进行良好保温；限制吸入管道的一般对吸入管道要进行良好保温；限制吸入管道的压力降。压力降。 排出管道排出管道 排出管道的热交换和阻力对循环性能影响比较小。排出管道的热交换和阻力对循环性能影响比较小。 排出管道的热交换可使冷凝器冷凝负荷减小；在相排出管道的热交换可使冷凝器冷凝负荷减小；在相同冷凝压力下，其阻力使压缩机压缩比增大，压缩机容同冷凝压力下，其阻力使压缩机压缩比增大，压缩机容 积效率降低，单位压缩功增大，制冷系数降低。积效率降低，

35、单位压缩功增大，制冷系数降低。 冷凝器到膨胀阀之间的液体管道冷凝器到膨胀阀之间的液体管道 此管段内制冷剂与环境之间的热交换可使过冷度增加，此管段内制冷剂与环境之间的热交换可使过冷度增加，是有力的。当制冷剂过冷度较小时，其阻力可能造成液体是有力的。当制冷剂过冷度较小时，其阻力可能造成液体汽化，故，一般要保证适当的过冷度。尤其是对于上升液汽化，故，一般要保证适当的过冷度。尤其是对于上升液体管道更需如此。教材体管道更需如此。教材p41提供了相关例题。否则，该段提供了相关例题。否则，该段管道的阻力无关紧要，对于给定的蒸发温度，该阻力可当管道的阻力无关紧要，对于给定的蒸发温度，该阻力可当做膨胀阀降压的延

36、伸。做膨胀阀降压的延伸。 膨胀阀到蒸发器之间的管道膨胀阀到蒸发器之间的管道 如膨胀阀靠近蒸发器且位于制冷空间内，故该段管道如膨胀阀靠近蒸发器且位于制冷空间内，故该段管道的传热可看做是有效制冷量。否则就需要良好保温，且该的传热可看做是有效制冷量。否则就需要良好保温，且该段管道的传热可看做是无效制冷量。该段管道的阻力无关段管道的传热可看做是无效制冷量。该段管道的阻力无关紧要，对于给定的蒸发温度，该阻力可当做膨胀阀降压的紧要，对于给定的蒸发温度，该阻力可当做膨胀阀降压的延伸。延伸。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 蒸

37、发器蒸发器 蒸发器的作用：蒸发器的作用： a.进行热交换，吸收需要制冷空间的热量，同时液态制进行热交换，吸收需要制冷空间的热量，同时液态制 冷剂蒸发成为蒸汽（饱和或过热）。冷剂蒸发成为蒸汽（饱和或过热）。 b. 其热交换效果是决定蒸发压力的主要因素。对于确其热交换效果是决定蒸发压力的主要因素。对于确 定的制冷机，其换热效果好，产生的制冷剂蒸汽量大，蒸定的制冷机，其换热效果好，产生的制冷剂蒸汽量大，蒸 发压力就比较高，反之，则比较低。发压力就比较高，反之，则比较低。 冷凝器冷凝器 冷凝器的作用：冷凝器的作用： a.进行热交换，向环境放出热量，同时汽态制冷剂凝结进行热交换，向环境放出热量，同时汽态

38、制冷剂凝结 成为液体（饱和或过冷）。成为液体（饱和或过冷）。 b. 其热交换效果是决定冷凝压力的主要因素。对于确其热交换效果是决定冷凝压力的主要因素。对于确 定的制冷机，其换热效果好，凝结蒸汽的能力强，冷凝定的制冷机，其换热效果好，凝结蒸汽的能力强，冷凝 压力就比较低，反之，则比较高。压力就比较低，反之，则比较高。 压缩机压缩机 压缩机的作用压缩机的作用 a. 吸入蒸发器所产生的制冷剂蒸汽，压缩升压后向吸入蒸发器所产生的制冷剂蒸汽，压缩升压后向 冷凝器输送高压蒸汽。冷凝器输送高压蒸汽。 b.与制冷循环其它主要设备协同稳定蒸发压力和冷与制冷循环其它主要设备协同稳定蒸发压力和冷 凝压力。凝压力。

39、压缩机种类压缩机种类 主要有容积式和离心式二种。常用的活塞式、螺杆主要有容积式和离心式二种。常用的活塞式、螺杆 式、涡旋式等压缩机属于容积式；离心式则只有离心式、涡旋式等压缩机属于容积式；离心式则只有离心 式压缩机一种。式压缩机一种。 压缩机的性能压缩机的性能 a. 容积效率容积效率 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司容积效率是指压缩机的实际输气汽量与理论排汽量之比，容积效率是指压缩机的实际输气汽量与理论排汽量之比，用用v表示，即：表示，即： v=Vr/Vh 应用式为应用式为 Vr=vVh 以活塞式压缩机为例，其理

40、论以活塞式压缩机为例，其理论 排气量为：排气量为： Vh=DDs/4 影响容积效率的主要因素是余隙系数影响容积效率的主要因素是余隙系数v, v与余隙容积与余隙容积v及及Pk/PO有关，这里不详述。有关，这里不详述。 影响容积效率的因素还有预热系数、节流系数、漏汽影响容积效率的因素还有预热系数、节流系数、漏汽 系数等，不一一详述。对于活塞式压缩机系数等，不一一详述。对于活塞式压缩机v一般为一般为 0.750.85。 因实际压缩过程偏离等熵过程，压缩过程所消耗的压因实际压缩过程偏离等熵过程，压缩过程所消耗的压缩功（称为指示功）要大于理论压缩功，二者的比值称为缩功（称为指示功）要大于理论压缩功，二者

41、的比值称为 指示效率指示效率i,即：即： i=wi/ws上死点下死点余隙活塞构造有效吸气行程 由于存在机械摩擦，实际消耗的压缩功要大于指示功，由于存在机械摩擦，实际消耗的压缩功要大于指示功，二者的比值称为指示效率二者的比值称为指示效率m m,即：即： m m=wi i/ws s 制冷循环实际制冷系数为：制冷循环实际制冷系数为： s s= i i m m 实际制冷系数又称为性能系数，用实际制冷系数又称为性能系数，用COP表示，也可表示，也可以称为单位轴功率制冷量，用以称为单位轴功率制冷量，用K Ke表示。表示。 对于封闭式压缩机，将制冷量与电动机输入功率的对于封闭式压缩机，将制冷量与电动机输入功

42、率的比值称为能效比，用比值称为能效比，用EER表示。家用空调和冰箱等常用表示。家用空调和冰箱等常用EER表示经济性。表示经济性。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司2.2.2 不凝性气体存在对循环性能的影响不凝性气体存在对循环性能的影响 不凝性气体是指在冷凝器中不能凝结为液体的除制不凝性气体是指在冷凝器中不能凝结为液体的除制冷剂之外的其它气体。当制冷系统中存在不凝性气体时会冷剂之外的其它气体。当制冷系统中存在不凝性气体时会积存在冷凝器中，其积存会使冷凝器的换热性能下降，导积存在冷凝器中，其积存会使冷凝器的换热性能下降，导致冷凝压力升高，冷凝压力升高对制冷循环性能所造成的致

43、冷凝压力升高，冷凝压力升高对制冷循环性能所造成的影响将在下一节进行分析。影响将在下一节进行分析。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司2.3 单级蒸汽压缩式制冷机的性能及工况单级蒸汽压缩式制冷机的性能及工况 2.3.1单级蒸汽压缩式制冷机的性能单级蒸汽压缩式制冷机的性能 制冷机的性能是指制冷机的制冷量和耗功率与外在参数制冷机的性能是指制冷机的制冷量和耗功率与外在参数之间的关系。之间的关系。 外在参数是指制冷系统外部能够人为控制的参数。外在参数是指制冷系统外部能够人为控制的参数。 内在参数：制冷系统内部通过外在参数的改变而改变的内在参数：制冷系统内部通过外在参数的改变而改变的

44、参数。参数。 1、蒸发温度对循环性能的影响、蒸发温度对循环性能的影响 分析时假定冷凝温度不变。如图分析时假定冷凝温度不变。如图2-14。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司各种参数的变化如下：各种参数的变化如下：to下降为下降为to；qo下降为下降为qo； v1增大为增大为v1；w增大为增大为w； qv下降为下降为qv, ,注意注意qv= = qo/v； 其它参数变化还有：排气温度升高，单位冷凝负荷增其它参数变化还有：排气温度升高，单位冷凝负荷增 大，制冷剂循环质量大，制冷剂循环质量Mr减小，总制冷量减小，见图减小，总制冷量减小，见图2-15。 其中（其中（h1-h3)/

45、v1= qv。 由于单位质量压缩功增大，制冷剂循环质量由于单位质量压缩功增大，制冷剂循环质量Mr减减 小，压缩总耗功的变化关系见图小，压缩总耗功的变化关系见图2-16。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 图图2-162-16表明，制冷机的表明，制冷机的 比容积功（代表了压缩比容积功（代表了压缩 总耗功率）随着蒸发温总耗功率）随着蒸发温 度的变化存在极值，理度的变化存在极值，理 论分析表明，此极值在论分析表明，此极值在 压缩比约等于压缩比约等于3 3时达到。时达到。 见教材见教材P46 P46 。 从总制冷量与总耗

46、功率从总制冷量与总耗功率 的关系可分析得到，制的关系可分析得到，制 冷系数一般随着蒸发温冷系数一般随着蒸发温 度的降低而降低。度的降低而降低。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司1、冷凝温度对循环性能的影响、冷凝温度对循环性能的影响 分析时假定冷凝温度不变。分析时假定冷凝温度不变。如图如图2-18。 各种参数的变化如下：各种参数的变化如下：tk上升为上升为tk；qo下降为下降为qo； qk降低为降低为qk；w增大为增大为w； qv下降为下降为qv, ,注意注意qv= =qo/v； 其它参数变化还有：排气温度升高，制冷剂循环质量其它参数变化还有：排气温度升高，制冷剂循环质量

47、Mr 不变，总制冷量减小，总耗功增加，制冷系数减小。不变，总制冷量减小，总耗功增加，制冷系数减小。 通过以上分析可知，蒸发温度的变化对循环性能的影响通过以上分析可知，蒸发温度的变化对循环性能的影响 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 要比相同程度冷凝温度变化对循环性能的影响大。要比相同程度冷凝温度变化对循环性能的影响大。 2.3.2 制冷机工况制冷机工况 由前面的分析知道，制冷机的制冷量、耗功率及其它由前面的分析知道，制冷机的制冷量、耗功率及其它特性均与由外在参数确定的蒸发温度和冷凝温度这些内在特性均与由外在参数确定的蒸发温度和冷凝温度这些内在参数有关。因此，脱离蒸发温度

48、和冷凝温度，甚至包括过参数有关。因此，脱离蒸发温度和冷凝温度，甚至包括过冷度、过热度等内在参数谈制冷机的性能不具有多大实际冷度、过热度等内在参数谈制冷机的性能不具有多大实际意义。比如，对于二台意义。比如，对于二台COP分别为分别为3.5和和4.0的制冷机，那的制冷机，那一台制冷机的经济性能更好呢？你可能会说，还要看它们一台制冷机的经济性能更好呢？你可能会说，还要看它们各自的工作条件，比如蒸发温度、冷凝温度、过冷度、过各自的工作条件，比如蒸发温度、冷凝温度、过冷度、过热度等，这些参数就组成了制冷机的工况。也就是说，只热度等，这些参数就组成了制冷机的工况。也就是说，只有在相同的工况下才能对制冷机的

49、经济性能进行比较。因有在相同的工况下才能对制冷机的经济性能进行比较。因为在不同的工况下，即使是同一台制冷机的经济性都不同。为在不同的工况下，即使是同一台制冷机的经济性都不同。 所以，提出工况的意义在于给制冷机制定一个性能比较基所以，提出工况的意义在于给制冷机制定一个性能比较基准，。准，。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 教材提到了三种工况，即名义工况、考核工况和试验工况，教材提到了三种工况，即名义工况、考核工况和试验工况，实际使用较多的是考核工况。试验工况用于对压缩机的可实际使用较多的是考核工况。试验工况用于对压缩机的可靠性、强度等进行检验。靠性、强度等进行检验。 表

50、表2-2和表和表2-4分别给出小型、中型压缩机的考核工况。分别给出小型、中型压缩机的考核工况。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 表表2-5给出了全封闭压缩机的试验工况。给出了全封闭压缩机的试验工况。 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 下面介绍一个概念下面介绍一个概念-压缩机制冷量换算系数。压缩机制冷量换算系数。 根据前面的学习，压缩机的制冷量的表达式为：根据前面的学习，压缩机的制冷量的表达式为： QO= Vrqv =vVhqv 其中其中Vh=DDs/4，qv=q0/v 而而v和和qv 都

51、与工况有关，所以压缩机在都与工况有关，所以压缩机在a、b二种二种不同工况之间制冷量的换算关系为：不同工况之间制冷量的换算关系为： QOb=KiQ0a Ki= (vbqvb)/ (vaqva) 石 家 庄 铁 道 学 院 石家庄博一之科技发展有限公司 3、制冷剂、制冷剂 3.1 概述概述 制冷剂就是我们前面说到的制冷剂就是我们前面说到的“合适的液体合适的液体”，究竟，究竟怎样才算合适，是需要满足一定条件的。怎样才算合适，是需要满足一定条件的。 3.1.1 制冷剂的种类和符号制冷剂的种类和符号 常用的制冷剂按照化学成分，主要有三种：无机物、常用的制冷剂按照化学成分，主要有三种：无机物、氟利昂和碳氢化合物（有机物）。氟利昂和碳氢化合物（有机物）。 为了书写和表达方便，采用国际统一规定的符号作为了书写和表达方便，采用国际统一规定的符号作为制冷剂的简化代号。制冷剂符号由字母为制冷剂的简化代号。制冷剂符号由字母“R”和它后面和它后面按一定规则编成的一组数字（及字母）组成。按一定规则编成的一组数字（及字母）组成。 无机化合物无机化合物