制冷原理与设备课件4.2

Department of Power Engineering
4.2单级蒸气压缩式制冷实际循环
2、液体过冷、吸气过热及回热循环 1）过冷循环
– 单位质量制冷量q0 增大 – 比功w0 不变 – 制冷系数ε = q0/w0 增大
3’
4’
△ 0
q
过冷循环流程图.swf
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4.2单级蒸气压缩式制冷实际循环
4.2 单级蒸气压缩式制冷实际循环
4.2.1 单级蒸气压缩式制冷实际循环的特性
实际循环和理论循环的差异主要表现在： 1）压缩过程是非等熵过程，且有摩擦损失。 2）热交换过程中，有吸气过热、液体过冷现象存在。通常制 冷压缩机的吸气是过热蒸气，节流器前的液体是过冷液体。 3 ）热交换过程中，存在传热温差，被冷却对象温度高于制冷 剂的蒸发温度，环境介质温度低于制冷剂冷凝温度，即TL>T0、 TH<Tk。 4）节流过程不完全是绝热过程，即不是等焓节流过程。 5）制冷剂在设备及管道内流动时，存在流动阻力损失，且与 外界有热量交换。 6）制冷系统中存在着不凝性气体。
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有效过热对循环是否有益与制冷剂本身的特性有关。如图所示， 该图是在蒸发温度为 0℃、冷凝温度为40℃的条件下计算所得 的结果
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4、 热交换及压力损失对制冷循环的影响
1）吸气管道
1’
吸气管道的换热 无效
吸气管道的压力降
v'1 > v1
p2 p2 > p '1 p1
qv '﹤q v
容积效率
'0﹤ 0 始终是无益的，对系统循环性能的影响最大！
w'0 > w0
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4.2单级蒸气压缩式制冷实际循环
过热循环
– 有效过热 • 单位质量制冷量q0 增大 • 比功w0 增大 • 制冷系数ε = q0/w0 不确定 – 有害过热 • 单位质量制冷量q0 不变 • 比功w0 增大 • 制冷系数ε = q0/w0 减小
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实际循环的简化
1）不考虑压力降，以及管道的传热和管道内制冷剂的状 态变化，将这些问题归属于制冷工艺设计中解决。 2）忽略节流时制冷剂与环境的换热，仍近似认为是等焓 过程。 3）考虑制冷剂与热源、冷源间的有温差传热。 4）考虑制冷循环中的蒸气过热和液体过冷现象的影响。 5）通过输气系数λ、制冷压缩机的指示效率ηi将压缩过程 中的实际输气量的减少、压缩的非等熵变化等复杂的不可 逆过程，简化成一个从吸气压力p1（p1=p0）到排气压力 p2（p2=pk）的简单增熵压缩过程。
qm Q0 q0
5、压缩机的理论功率和指示功率
P0 qm w0
6、冷凝器的热负荷
P0 Pi i
Qk qm qk
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7、实际制冷系数
Q0 Pi
8、热力完善度 （实际制冷循环与逆卡诺循环制冷系数的比值）
过冷
q0
液体管道的压力降
流速相对小 阻力相对较小 节流装置要高于冷凝器，防止 液体制冷剂气化！
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4、 热交换及压力损失对制冷循环的影响
4）两相管道
两相管道的换热
被冷却空间内 被冷却空间外
有效
q0
两相管道的压力降 压力降对系统性能无影响， 但是若多蒸发器用一节流元件，要保证分液均匀。
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3）存在排气损失和排气节流损失，造成系统附加能 耗。 活塞式制冷机的实际排气压力高于冷凝压力时，才 能开启排气阀件，制冷剂通过排气阀件时有节流压 降。螺杆式制冷机排气压力高于背压间才能顺利排 气。 4）实际输气量的减少，无效耗功增大。 制冷剂会通过制冷机内部部件的间隙由高压部位向 低压部位泄漏，且制冷压缩机存在余隙容积。存在 机械摩擦。
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4、 热交换及压力损失对制冷循环的影响
6）冷凝器
假定流出冷凝器时制冷剂压力不变 进冷凝器时制冷剂的压力提高
p2 p1
p2
w0
0
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4、 热交换及压力损失对制冷循环的影响
7）压缩机 压缩机的换热为多变非等熵过程!
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2）过热循环
2’
1’
△ 0
q
过热循环流程图.swf
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4.2单级蒸气压缩式制冷实际循环
过热分为有效过热和有害过热两种。 1）选择的蒸发器面积大于设计面积 （有效过热） 2）在压缩机吸气管路中吸收外界环境的热量而过热 （有害过热） 3）在制冷压缩机中，低压制冷剂蒸气进入压缩以前，吸 收电动机绕组和运转时所产生的热量而过热 （属有害过热，但是必须的） 4）回热循环中，制冷剂蒸气在回热器中吸收制冷剂液体 的热量而过热 （属有害过热，但有过冷过程伴随）
实际循环的输气量小于理论循 环，功率消耗大于理论循环！
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5、不凝性气体对制冷循环的影响
定义：冷凝压力下不能冷凝为液体的气体 来源：系统检修时带入的空气。部分润滑油、制冷剂 发生的分解。制冷压缩机负压时低压部分渗透进来的 空气。 影响 • 冷凝面积减少 • 冷凝器内的压力增加 • 压缩机排气压力、温度提高 • 比功增加 • 制冷系数下降 • 制冷量减少 • 压缩机容积效率降低
3、 回热循环
– 回热循环 • 单位质量制冷量q0 增大 • 比功w0 增大 • 制冷系数ε = q0/w0 不确定
R717
R22
ε 下降
ε 无明显变化
R134a、R290、R502 ε 提高
回热循环流程图.swf
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4.2单级蒸气压缩式制冷实际循环
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4.2单级蒸气压缩式制冷实际循环 1、制冷压缩机的实际压缩过程 1 ）压缩机进气压力低于制冷剂蒸气压力、实际 吸气量减小。 吸气管道、吸气阀件时有摩阻压降。低温蒸气进 入压缩气缸时将吸收气缸壁热量而比体积增大。 2）实际压缩过程是绝热非等熵过程。 存在与外界环境的换热，压缩过程是一个多变指 数不断变化着的不可逆多变过程，其表现出来的 总效应使得压缩后的熵增加。
c
9、能效比（有效制冷量与总输入功率的比值）
Q0 E.E.R Pin
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4.2单级蒸气压缩式制冷实际循环
作业 6．单级蒸气压缩式制冷理论循环和实际循 环有何区别？ 7．影响单级蒸气压缩式制冷循环效率的因 素有哪些，这些因素会产生怎样的影响?
第二篇 能力篇
模块四 单级制冷循环系统原理与应用 （2）
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理论制冷循环过程在压焓图上的表示
h 4 h3
s
3
2’
2
pk
p0
1）制冷压缩机压缩过程
2）制冷剂冷却、冷凝过程 3）制冷剂膨胀过程
4
1
理论循环流程图.swf
4）制冷剂蒸发过程 Department of Power Engineering
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4.2单级蒸气压缩式制冷实际循环 3、单位冷凝热负荷
Lg p 5 4 p
,
k 3 (2) 2
qk h2' h4
p 0 6
,
1 1 h
简化后的实际循环在压焓图上的表示
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4.2单级蒸气压缩式制冷实际循环 4、制冷剂质量流量
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4.2单级蒸气压缩式制冷实际循环
图4-9 简化分析的单级制冷实际循环的热力状态图
1—1′为蒸气过热过程，1′是制冷压缩机吸气状态点。 1′一2′为实际增熵压缩过程。 2′是实际压缩过程排气状态点，也是进入冷凝器的蒸气状态点。 1′—(2)为理论压缩过程。 2′—3—4为制冷剂在冷凝压力pK下的等压冷却冷凝过程。 4—5为制冷剂在冷凝压力pk下的再冷却过程。 5—6为制冷剂的等焓节流过程。 6—1为制冷剂在蒸发压力p0下的等压汽化吸热过程。 Department of Power Engineering
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4.2单级蒸气压缩式制冷实际循环 2、理论比功、指示比功和指示效率
Lg p 5 4 p , k 3 (2) 2
p 0 6
w0 h 2 h1 wi h 2' h1'
w0 i wi
,
1 1 h
简化后的实际循环在压焓图上的表示
4.2单级蒸气压缩式制冷实际循环
4.2.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环的热力性能及分析
1、单位质量制冷量和单位容积制冷量
Lg pLeabharlann Baidu5 4 p , k 3 (2) 2
q0 h1 'h6(有效)
p 0 6 , 1 1 h
q 0 h1 h6(有害) q0 qv v'1
简化后的实际循环在压焓图上的表示
复习巩固
3
2
4
1
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1．单位质量制冷量 2．单位容积制冷量 3．制冷剂质量流量 4．单位理论比功 5．压缩机消耗的理论功率 6．压缩机吸入的容积 7．制冷系数 8．冷凝器单位热负荷 9．冷凝器热负荷 10．热力完善度
q0=h1－h4 qv=q0/v1 qm=Q0/q0 w0=h2－h1 P0 = qm×w0 V=qm×v1 ε0=q0/w0 qk=h2－h3 Qk= qm×qk εc= T0/（TK- T0） β＝ε0/εc
4、 热交换及压力损失对制冷循环的影响
2）排气管道
2’’
无影响 p2 排气管道的换热
排气管道的压力降
容积效率
w0
0
对系统性能的影响比吸气管道小！
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4、 热交换及压力损失对制冷循环的影响
3）液体管道
液体管道的换热
4.2单级蒸气压缩式制冷实际循环
4.2.2 单级蒸气压缩式制冷实际循环的热力状态图
4-1表示制冷剂在蒸发器汽化和压降过程； 1-1表示制冷剂蒸气的过热（有益或有害）和压降过程； 1-2s表示制冷剂蒸气在制冷压缩机内实际的非等熵压缩过程； 2s-2s表示制冷压缩机压缩后的制冷剂蒸气经过排气阀的压降过程； 2s-3表示制冷剂蒸气经排气管进入冷凝器的冷却、冷凝和压降过程； 3-3表示制冷剂液体的过冷和压降过程； 3-4表示制冷剂液体的非绝热节流过程 Department of Power Engineering
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4.2单级蒸气压缩式制冷实际循环
4、 热交换及压力损失对制冷循环的影响
5）蒸发器
4’
不改变制冷剂流出蒸发器时的状态
p '4 >p 4 t '4 > t 4 对系统性能无影响 传热温差 传热面积 h3 h'4 h 4
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4.2单级蒸气压缩式制冷实际循环
6、冷凝、蒸发过程传热温差对循环性能的影响
冷凝温度比理论循环的冷凝温度高，蒸发温度则比 理论循环的蒸发温度低，制冷系数下降。 传热温差的存在并不影响理论制冷循环的热力计算 用于实际制冷循环。
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