制冷与低温技术原理—第3章 蒸气压缩式制冷-单级蒸气压缩制冷循环

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第三章 蒸汽压缩式制冷

第三章 蒸汽压缩式制冷


QH > QL
COPC = f (TH, TL) ,与制冷剂无关
COPC =COP max
3.1.2 逆卡诺制冷循环
逆Carnot 循环很难实现
● 蒸发器(4-1),冷凝器(2-3) → 要求无温差 传热,则需要换热面积无穷大,循环周期无限长;
● 压缩机(1-2)→ 要求无摩擦运动,等熵压缩; ● 膨胀机(3-4)→ 可逆等熵膨胀的高精度膨胀机
TL、 TH 对COP的影响程度
( ) COPc
TL
TH TH TL
2
( ) COPc
TK
TL TH TL
2
COPc
COPc
TL
TH
3.1.2 逆卡诺制冷循环
逆卡诺循环的特点
用膨胀机完成等熵膨胀过程 两个等温、两个等熵过程

湿压缩 →1.降低了吸气量;2.液态制冷剂影响润滑,液击。
3.1.2 逆卡诺制冷循环
算例
某蒸汽压缩制冷过程,制冷剂在250K吸收热量Q0,在300K放出热 量QH,压缩和膨胀过程是绝热的,向制冷机输入的净功为W ,判断 下列情况是:
A.可逆的 B. 不可逆的 C .不可能的
(1) Q0 =2000kJ (2) Q0=1000kJ (3) W=100kJ
W =400kJ QH=1500kJ QH=700kJ
蒸发器
q0 T0
膨胀阀的作用: 使制冷剂节流降压; 调节进入蒸发器的制冷剂流量。
单级蒸气压缩式制冷系统
3.2.1 特点及工作过程
理论循环与理想循环(逆卡诺循环)的区别:
两个传热过程均为等压过程; 用膨胀阀代替膨胀机,理论循环不是等熵膨胀过程; 蒸气压缩为干压缩,而不是在湿蒸气区内进行(湿

第3章 蒸气压缩式制冷

第3章 蒸气压缩式制冷
(五条)
理论循环过程在压焓图 上的表示
1)压缩过程:1—2 2)冷凝过程:2—3 3)节流过程:3—4 4)蒸发过程:4—1
14
3.2 单级蒸气压缩式制冷的理论 循环
The Vapor-Compression Refrigeration Cycle
The vapor-compression refrigeration cycle has four components: evaporator, compressor, condenser, and expansion (or throttle) valve. The most widely used refrigeration cycle is the vapor-compression refrigeration cycle. In an ideal vapor-compression refrigeration cycle, the refrigerant enters the compressor as a saturated vapor and is cooled to the saturated liquid state in the condenser. It is then throttled to the evaporator pressure and vaporizes as it absorbs heat from the refrigerated space.
The ideal vapor-compression cycle consists of four processes.
Ideal Vapor-Compression Refrigeration Cycle
Process
Description

单级蒸气压缩式制冷的实际循环

单级蒸气压缩式制冷的实际循环

(1) 液体过冷
单位质量制冷量
3 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
q0 h1 h4
制冷量 理论比功 理论压缩功 制冷系数
Q0
MR
(h1
h4 )
VR v1
(h1
h4 )
N0
M R (h2
h1)
VR v1
(h2
h1)
结论:液体过冷提高制冷量、提高制冷系数
空调用制冷技术
(1) 液体过冷
3 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
氟利昂制冷系统采用回热循环的目的:减少有害过热,防止压缩机液击, 对某些制冷剂可以提高制冷系数
空调用制冷技术
3 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
(6) 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
冷凝过程
节流过程
通过排气 阀排气
蒸发过程
非绝热压缩 (多变过程)
蒸发器内 有效过热
管道的无 效过热
空调用制冷技术
制冷的基本理论知识
空调用制冷技术
3 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
问题:
B 4. 回气过热时,如为有效过热会(
)制冷量。
A.降低 B.提高 C.不确定
空调用制冷技术
3 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
问题:
A 5. 回气过热时,如为无效过热会(
)制冷量。
A.降低 B.提高 C.不确定
空调用制冷技术
3 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
v1 v1
空调用制冷技术
(2) 回气过热
3 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
结论:有效过热:提高制冷量 对循环有利的:提高制冷系数(R134a,R407C) 对循环不利的:降低制冷系数 (氨、R22、R410A)

第三章-单级蒸汽压缩式制冷循环

第三章-单级蒸汽压缩式制冷循环
3. 理论功率P0(kW)和理论比功w0(kJ/kg)
P qm ( h2 h1 ) 0 w0 h2 h1
4. 冷凝器热负荷Qk(kW)和单位热负荷qk(kJ/kg)
Qk qm ( h3 h2 ) qk h3 h2
5. 制冷量Q0(kW)和单位质量制冷量q0(kJ/kg)
饱和蒸气状态、过热蒸气状态。 八线:等压线p(水平线)、等焓线h(垂直线) 饱和液线x=0、饱和蒸气线x=1、无数条等干度 线x、等熵线s、等比体积线v、等温线t
3.1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
2. 温熵图 一点:临界点 三区:气相区、液相区、湿蒸气区 五态:过冷液体、饱和液体、饱和蒸气、 过热蒸气、湿蒸气 八线:等压线、等焓线、等温线、等熵线、 饱和蒸气线、饱和液体线、等干度线、 等容线
流量的变化规律也与制冷剂性质有关
0
1'
h
3.2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
四、换热及压力损失对循环性能的影响 1. 吸气管道 吸气管道是指蒸发器出口到压缩机吸气入口之间的管道,通常认为吸气管道 中的换热是无效的,它对循环性能的影响在前面的内容中已经作过详细的分析。 制冷剂压力的降低将会导致压缩机吸气比容增大、压缩机的压力比增大、单位 容积制冷量减小、压缩机比功增大、制冷系数下降。 2.预防措施 可以通过降低制冷剂流速的方法来减小阻力,即通过增大管径来减少压力降。 但是为了保证润滑油能顺利从蒸发器返回压缩机,制冷剂流速也不能太低。此 外,在吸气管道上应尽量减少安装阀门、弯头等阻力部件,以减少吸气管道的 局部阻力。
lg p
3—3′表示液体在回热器及液体管道中的降温、降压过程
3′—4′表示节流过程。
2s 3 3' 2 2s'

第三章-单级蒸汽压缩式制冷循环

第三章-单级蒸汽压缩式制冷循环

3.1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
一、制冷系统与循环过程 1.制冷系统的组成 2. 制冷系统的循环过程 压缩过程 冷凝过程 节流过程 蒸发过程
3.1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
二、压焓图和温熵图
1.压焓图
一点:临界点C 三区:液相区、两相区、气相区。
五态:过冷液状态、饱和液状态、湿蒸气状态、
压缩机的压缩过程为等熵压缩;
制冷剂通过膨胀阀的节流过程为等焓过程; 制冷剂在蒸发和冷凝过程中为定压过程,且没有传热温差,即制冷剂的冷 凝温度等于冷却介质温度,蒸发温度等于被冷却介质的温度。

制冷剂在各设备的连接管道中流动没有流动损失,与外界不发生热量交换。
3.1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
4. 单级蒸气压缩式制冷理论循环在压焓图上的表示 1-2:压缩过程 2-3:冷凝过程 3-4:膨胀过程
剂分配的均匀性,影响制冷效果。
3.2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
6. 蒸发器 假定不改变蒸发器出口制冷剂的状态,为了克服制冷剂在蒸发器中的 流动阻力,必须提高制冷剂进蒸发器时的压力,从而提高了蒸发过程中 的平均蒸发温度,使传热温差减小,要求的传热面积增大,但对循环的 性能没有什么影响。如果假定不改变蒸发过程中的平均温度,那么蒸发 器出口制冷剂的压力应稍有降低,压缩机吸气比容增大,压缩比增大, 压缩机比功增加,制冷系数下降。
3.2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
2. “有效过热”性能分析
(1) 单位比功w0增大,单位质量制冷量q0增大, 单位容积制冷量增大,制冷系数的大小与制冷剂 性质有关; (2) 如果给定制冷量Q0,则质量流量qm减小,容
1 1'
lg p 3 pk 2 2'
p0 4

制冷与低温技术原理—第3章 蒸气压缩式制冷-多级蒸气压缩制冷循环

制冷与低温技术原理—第3章 蒸气压缩式制冷-多级蒸气压缩制冷循环

P k ,G
q mG w 0G
k ,G
kW
高压级压缩机的绝热效率
q vs ,G q m G v 3 m3 / s
q v h ,G q
vs ,G
G
m3 / s
高压级压缩机 的输气系数
p 7 5 6 8 po pk pm 3 1 h 4 2
制冷系数: • 理论循环: • 实际循环:
p 7 5 6 8 0 po pk pm 3 1 h 4 2
(3)热力计算
计算的步骤和内容:
循环的 p-h表示
两级压缩制冷循环的性能计算需借助p-h图或T-S图 • 已知制冷量Q0,工作条件; • 确定冷凝温度,蒸发温度,压缩机吸气温度, 高压液体过冷温度; • 借助p-h图,确定冷凝压力,蒸发压力, • 确定中间压力和中间温度; • 计算或查出各状态点的状态参数(焓,吸气比体积); • 进行循环性能指标计算,计算按先低压级后高压级顺序。
不完全冷却循环的p-h表示 h
氨两级压缩制冷系统
氟利昂两级压缩制冷系统
涉及到的辅助设备: (1)油分离器:
把压缩机排气的润滑油分离出来,并返回到曲轴箱去,
以免油进入各种换热器影响传热。
(2)干燥过滤器:
除去冷凝器中出来液体中的水分和杂质,防止膨胀阀 冰堵或堵塞。
(3)回热器:
过冷液体制冷剂,同时提高低压蒸气温度,避免
0 0 qm G w0G qm D w0 D
0
循环的 p-h表示
S
0 qm G w0 G qm D w0 D
k ,G
k , D
冷凝器的热负荷: k q mG (h 4 h5 ) kW
p
(4)设计计算和校核计算:

制冷技术单级蒸气压缩式制冷循环

制冷技术单级蒸气压缩式制冷循环

制冷技术单级蒸气压缩式制冷循环单级蒸气压缩式制冷循环是一种常用的制冷技术,广泛应用于家用、商用及工业领域。

该制冷循环通过压缩制冷剂,使其在高温高压下变成高温高压气体,然后通过冷凝器对其进行冷却并变成高压液体,最后通过膨胀阀使其变成低温低压液体,完成整个循环过程。

单级蒸气压缩式制冷循环主要由四个部分组成,分别是压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。

这些部分都有各自的功能和特点,下面将逐一介绍。

1. 压缩机:是整个制冷循环的核心部分,其作用是将低压低温制冷剂压缩成高温高压气体。

在压缩机内部,制冷剂通过旋转或往复运动的活塞被压缩,使其温度和压力都升高,然后排出到冷凝器中。

2. 冷凝器:主要作用是对高温高压气体进行冷却,使其冷却成高压液体。

在冷凝器中,高压气体通过散热器散发出热量,同时被冷却的制冷剂也变成高压液体。

3. 膨胀阀:是制冷循环中的节流装置,其作用是将高压液体膨胀成低温低压液体。

膨胀阀的流道十分窄小,制冷剂在经过时会发生流速的急剧降低,从而产生一定的压缩膨胀效应,使其温度和压力都降低。

4. 蒸发器:主要作用是对低温低压液体进行蒸发,从而吸收蒸发时需要的热量。

在蒸发器中,低温低压液体通过翅片式散热器散发出热量,同时由于蒸发带走了一定的热量,制冷剂变成低温低压气体,然后重新进入压缩机进行再次压缩。

以上四个部分形成的制冷循环流程是一个不断循环的过程,从而达到制冷的目的。

制冷循环中每个部件的功能及性能特点,都对整个制冷循环的效率、能耗有很大的影响。

因此,在实际应用中需要根据具体的环境和要求,选择合适的制冷剂和设备,调整制冷循环的工作参数,以满足不同的制冷需求。

制冷技术 单级蒸气压缩式制冷循环

制冷技术 单级蒸气压缩式制冷循环
仅供教材参考,请勿他用
理论制冷循环与理想循环(逆卡诺循环)相比有两个特点
1.用膨胀阀(节流机构)代替膨胀机
2.干压缩代替湿压缩 汽液分离 蒸气过热
利:防止液滴进入压缩机气缸,产生液击、冲缸事故,损坏压缩机。 油裂解结碳
弊:造成压缩机排气温度升高,导致 轴承烧坏
1.蒸汽压缩式制冷循环的实现-四大部件的作用
逆卡诺循环实现的困难
1)压缩过程在湿蒸气区中进行的,危害性很大。( 什么是湿压缩,湿压缩的危害??)
2)膨胀机等熵膨胀不经济,不现实。因此,在实际 蒸气压缩式制冷循环中采用膨胀阀(也称节流阀 )代替膨胀机。
3)无温差的传热实际上是不可能的。因为冷凝器和 蒸发器不可能有无限大的传热面积。所以实际循 环只能使蒸发温度低于被冷却物体的温度,冷凝 温度高于冷却剂的温度。
1.85
2)已知R22的压力为0.1MPa,温度为10℃。求该状 态下R22的比焓、比熵和比体积。
2.1单级蒸汽压缩式制冷的理论循环 1.蒸汽压缩式制冷循环的实现-四大部件的作用; 2.压焓(lgp-h)图和温熵(T-S)图; 3.在特性图上表示制冷循环; 4.理论制冷循环计算。
计算题
有一逆卡诺循环,其被冷却物体(冷源)的温度恒 定为5℃,热源温度为40℃,求其制冷系数。
有一理想制冷循环,被冷却物体(冷源)的温度恒 定为5℃,环境介质(热源)的温度为25℃,两个传 热过程的传热温差均为5℃,试问: a) 逆卡诺循环的制冷系数为多少? b) 当考虑传热温差时,制冷系数又是多少?
计算题
两台制冷机的冷热源温度同为T0=260K,Tk=300K ,其制冷系数为E1=5.0,E2=4.0,试问哪台制冷机 的经济性好?若两台制冷机的冷热源温度不同:分 别为T01=260K,Tk1=300K, T02=240K, Tk2=300K,试问哪台制冷机的经济性好?

制冷与低温技术原理习题1

制冷与低温技术原理习题1

制冷与低温技术原理习题1第三章蒸气压缩式制冷(1)一、填空题1.单级蒸气压缩式制冷循环的理论循环中,制冷系统由(),(),()和()四个基本部件组成,并用管道将它们串连成一个封闭的系统。

2.单级制冷机一般可用来制取()以上的低温。

3.蒸气压缩制冷循环中,节流过程产生的蒸气是()出来的,该蒸气通常称之为(),它在蒸发器中几乎不产生()作用。

4.在制冷剂的状态图p-h图中,等温线在液体区()线,在两相区是()线,在过热区是()线。

5.在制冷剂的状态图p-h中可以看到,在过热区,蒸气的过热度越大,其等熵线的斜率越()。

6.制冷机的性能主要用(),()和()反映。

7.单级蒸气压缩式制冷循环中,制冷剂的汽化潜热越(),或节流后所形成的蒸气的干度越(),则循环的单位制冷量越大。

(填大,小,不变)8.单级蒸气压缩式制冷循环中,对某一具体的制冷剂来说,理论循环的蒸气比体积v1随蒸发温度或蒸发压力的降低而()。

若冷凝温度已经确定,则单位容积制冷量随蒸发温度的降低而()。

9.单级蒸气压缩式制冷循环的理论比功与()和()有关。

10.单级蒸气压缩制冷循环中,冷凝温度越(),蒸发温度越(),则制冷系数越小。

(填高,低,不变)11.设不同制冷剂工质在一定蒸发温度和冷凝温度下完成制冷循环。

通过()可以反映系统的压力水平,通过(),()和()可以了解压缩机的工作条件,()和()可以反映制冷机的制冷能力,通过()可以反映制冷循环的经济性。

12.高压液体过冷对制冷循环的影响表现为:可使单位制冷量(),单位容积制冷量(),循环比功(),制冷系数()。

(填增加,略增加,减小,不变,或不定)。

13.由制冷剂的热力状态图可知,节流前液体的过冷度愈大,则节流后的干度愈(),循环的单位制冷量愈()。

因此,采用液体过冷循环,对提高()和()都是有利的。

14.采用液体过冷循环,在相同过冷度下,过冷使制冷量和制冷系数提高的百分数与制冷剂的()和()有关。

制冷原理与装置课件第三章 单级压缩蒸汽制冷循环

制冷原理与装置课件第三章  单级压缩蒸汽制冷循环
制冷原理与装置课件第三章 单级压缩蒸汽制冷循环
第一节 单级压缩蒸汽制冷机的理论 循环
• 单级压缩蒸汽制冷机是指将制冷剂从P0压 缩到PK经过一级压缩。
• 一、理论循环—作为研究制冷机实际循环 的基础。
• 定义:为了能应用热力学理论对蒸汽制冷 机的实际过程进行分析,我们先提出一种 简化的循环,称为理论循环。
2020/8/2
7
6、热力完善度η
例3-1 e1D
1(0.2150.81310.20510.21280.804)97
0.42343.23%3
课件\例题3-1表1.tif 课件\例题3-1表2.tif
2020/8/2
8
• 例3-1计算结果分析: 在相同工作条件下,
①R22、R717的qv值很接近,但R134a小的 多(约小45%)。
• 压缩机吸入前的制冷剂蒸汽的温度高于吸气压力 所对应的饱和温度时,称为吸气过热。具有吸气 过热过程的循环,称为吸气过热循环。
• 1、循环的压-焓图及温-熵图
qv qv
0 0
1 cp0tR 1 tR
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q0
T0
14
过热包括
有效过热
无效过热—氨系统一般属于
对有效过热循环,循环的ε′与无过热循环的ε0 比较大小取决于△q0/ △w0的大小。 如△q0/ △w0> ε0,则过热有利;
q0=h1-h5=r0(1-x5)kJ/kg;
• 2、单位容积制冷量qv
定义:压缩机每输送1m3以吸气状态计的制冷剂 蒸汽经循环从低温热源所吸收的热量。
qv=q0/v1=(h1-h5)/v1 kJ/m3;
• 3、理论比功w0
定义:理论循环中制冷压缩机输送1Kg制冷剂所 消耗的功。

制冷与低温技术原理第3章蒸气压缩式制冷-单级蒸气压缩制冷循环

制冷与低温技术原理第3章蒸气压缩式制冷-单级蒸气压缩制冷循环

a
29
无效过热对循环性能的影响
单位制冷量
不变
制冷量
减少
p
0
q0h1h4 Q0qmq0
3
pk, TK
2 2’
po, To
4
1 1’
有吸气过热的循环 h
给定压缩机
制冷系数
降低
q0
w0
单位容积制冷量
结论 无效过热为有害过热。 如何变化?
措施
在吸气管道上敷设隔热材料。
但不能完全消除。
a
30
p
有效过热对循环性能的影响
而产生压降,制冷剂通过管道与外界有热交换; ➢ 压缩机中的实际压缩过程为非等熵过程; ➢ 系统中存在不凝性气体等。
a
20
p
3.2.1 各种实际因素对循环的影响
3’ 3 pk, TK 2’ 2
1. 高压液体过冷的影响
po, To
4’ 4
1
0
高压液体过冷的循环 h
(1)过冷:制冷剂液体的温度低于同一压力下 饱和状态的温度。
qzvq v1 0h1v 1h4 kJ/m3
p
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
0
理论循环p-h图
h
式中: v1—压缩机入口处状态点1的比体积。
制冷剂的质量流量:
qmqvv1h kg/s 式中: qvh—压缩机的理论输气量,m3/s。
a
13
p
(2)压缩过程和比功
与制冷剂的种类和
理论比功:
工作条件有关
a
5
6等参数线簇(压-焓图)
等压线--- 水平线; 等焓线--- 垂直线;
p

第三章-单级蒸汽压缩式制冷循环讲解

第三章-单级蒸汽压缩式制冷循环讲解
3.3 单级蒸气压缩式制冷循环性能的影响因素及工况 3.3.1 单级蒸气压缩式制冷循环性能的影响因素 3.3.2 制冷机工况
3.1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
一、制冷系统与循环过程 1.制冷系统的组成
2. 制冷系统的循环过程 压缩过程 冷凝过程 节流过程 蒸发过程
3.1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
3.2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
5. 两相管道 两相管道是指膨胀阀出口到蒸发器入口之间的管道。这段管道中
制冷剂的温度通常比环境温度要低,所以热量的传递将使制冷量减少。 管道中的压力降对性能没有影响,因为对于给定的蒸发温度,制冷剂 进入蒸发器之前的压力,必须降到相应的蒸发压力。压力的降低无论 是发生在节流机构本身,还是发生在管路中,是没有什么区别的。但 是如果系统中采用液体分配器,管道中的阻力大小将影响到液体制冷 剂分配的均匀性,影响制冷效果。
3.2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
五、实际循环在p-h图上的表示
1-2-3-4表示理论循环,1-1′-2s-2s′-3-3′-4′-1表示实际循环。
4′—1表示制冷剂在蒸发器中的蒸发和压降过程;
1-1′表示蒸气在回热器、吸气管中以及蒸气经过吸气阀时的加热和压降过程;
1′-2s表示压缩机内实际的多方压缩过程;
3.1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
三、举例 制冷工质为R22, t0 10 0C
tk 35 0C Q0 55kW
试对该理论循环进行热力计算。 解:
ห้องสมุดไป่ตู้基本思路为: 首先由tk得到:Pk、h3、h4 由t0得到:P0、h1、v1 由pk、p0得到:h2
然后按热力计算公式进行计算
3.1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环

制冷与低温技术原理—第3章 蒸气压缩式制冷-制冷剂

制冷与低温技术原理—第3章 蒸气压缩式制冷-制冷剂

使用温度范围内压力较高 无毒,安全, 使用 (常温下冷凝压力高达8MPa) 机器笨重 广泛 淘汰
1. 制冷剂的发展和种类
制冷剂 碳氢化合物 (20世纪) 氟里昂 (1930-至今) 共沸混合制冷剂 非共沸混合制冷 剂 (1950-至今) 沸点温度 特点 易燃,易爆 应用 石油化工
毒性小,无燃爆危 实用广泛 险,腐蚀小,分子 量大,排气温度低 使用 广泛
(3)特鲁顿(Trouton)定律:
大多数物质在标准蒸发温度下蒸发时,其摩尔墒增 的数值都大体相等。
即: s M rs 76 88 kJ /(kmol.k )
Ts
分析
1. 标准蒸发温度相近的物质,分子量大的, 汽化潜热小,单位质量制冷量小; 2. 各种制冷剂在一个大气压下汽化时, 单位容积汽化潜热大体相等; 3. 相同蒸发温度下,压力高的制冷剂其 单位容积制冷量大。
环境可接受性
• 对大气环境无破坏作用; • 臭氧破坏指数和温室效应指数为零或尽可能小。 总结 • 完全满足上述要求的制冷剂很难找到; • 其中,环境指标是硬指标; • 制冷剂选定后,反过来要求制冷系统在流程安排, 结构设计及运行操作等方面要与制冷剂相适应。
3.3.2 制冷剂的性质
1. 热力性质: 是指其热力参数之间的相互关系。
燃烧性
• 可燃性低限LFL— 用引起燃烧的空气中 制冷剂含量的极限值 表示。 • 避免使用易燃工质。 • 燃烧热HOC— 单位 质量制冷剂燃烧时的 发热量kJ/kg。
爆炸性
• 爆炸极限—制冷剂 在空气中发生爆炸 时的体积百分比的 范围。 • 爆炸极限下限越小, 越易燃易爆; • 下限相同,范围越 宽,越易燃易爆。
• 含氢氯氟碳的不完全卤代烃HCFC类: 例如:HCFC21,HCFC22 • 含氢氟碳的无氯卤代烃HFC类:

制冷与低温技术原理(3.3.1)--单级蒸气压缩式制冷的实际循环

制冷与低温技术原理(3.3.1)--单级蒸气压缩式制冷的实际循环

※ 过冷循环的特性:
西安交通大学制冷与低温工程系
5
Department of Refrigeration and Cryogenic Engineering
3.3 单级蒸气压缩式制冷的实际循 环
实现过冷的方法
利用冷凝器 利用增加过冷器 利用回热
西安交通大学制冷与低温工程系
6
Department of Refrigeration and Cryogenic Engineering
3.3 单级蒸气压缩式制冷的实际循 环吸 气 过 热 的 影 响
※无用过热: !有害
※有 用 过 热 :
西安交通大学制冷与低温工程系
7
Department of Refrigeration and Cryogenic Engineering
3.3 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
有用过热是否使 qzv, COP 增加取决于制冷剂性质
3.3 单级蒸气压缩式制冷的实际循 环
简化后的实际循环 P—h 图:
西安交通大学制冷与低温工程系
4
Department of Refrigeration and Cryogenic Engineering
3.3 单级蒸气压缩式制冷的实际循 环各 种 实 际 因 素 对 循 环 的 影 响
液体过冷的影响
13
Department of Refrigeration and Cryogenic Engineering
3.3 单级蒸气压缩式制冷的实际循 环 相变传热不可逆的影响
其 它 影 响 因 素
( 1 )润滑油 ( 2 )水分与不凝性气体
西安交通大学制冷与低温工程系
14
Department of Refrigeration and Cryogenic Engineering
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2
节流过程是不可逆过程。。 节流时绝热膨胀,对外不作功。。 整个循环比功与压缩机的理论比功相等。
0
理论循环p-h图
节流前后焓值不变;但节流过程非等焓过程。 h4 h3
节流后4状态点
焓值 干度 比体积
h 4 (1 x4 ) hf 0 x4 hg 0
x4 h4 h f 0 hg 0 h f 0
q0 h1 h4'
h1 h3' h1 h3
qz v
h1 h3 ' v1
循环比功
不变
w h2 h1
过冷前后压缩机进出口状态不变,比功不变。 制冷系数 增加
q0 w
p
(5)结论:
3’ 3
pk, TK 2’ po, To
2
4 采用液体过冷循环,理论上总是有利的,可以提高循环 1 0 高压液体过冷的循环 的经济性。且过冷度越大,对循环越有利; 4’
4 0
3
pk, TK 2’ po, To 1
2
理论循环p-h图
h
压缩机的排气温度 T2 :
制冷剂气体压缩终了的温度。
(3)冷凝过程和冷凝器的热负荷
冷凝器单位热负荷:
1kg 制冷剂蒸汽在冷凝器中放出的热量。
qk h 2 h 3
kJ / kg
(4)节流过程
节流过程特点
p 3 pk, TK 2’ po, To 4 1 h
3区
液相区 (liquid region) 汽液两相区(liquid-vapor region) 汽相区 (vapor region)
未饱和液体,饱和液体,湿饱和蒸汽, 干饱和蒸汽,过热蒸汽。
5态
p
h
T
c
s
T
s c
p v
6等参数线簇(压-焓图)
x p
v
h T
等压线--- 水平线; 温度-比熵图 压力-比焓图 等焓线--- 垂直线; 等温线--- 液相区:几乎为垂直线, 两相区:水平线, 气相区:向下方弯曲的倾斜线; 等熵线--- 向右上方倾斜的实线; 等容线--- 向右上方倾斜的虚线,比等熵线平坦; 等干度线--- 只存在于湿蒸气区。
容积比功:
压缩机每压缩和输送 1m3 制冷剂 (按压缩机吸气状态)所消耗的压缩功。
w h 2 h 1 wv v1 v1
kJ / m3
压缩机功率: P 0 q m ( h 2 h 1 ) kw
p
压缩机的压力比:
循环中压缩机的排气压力 与吸气压力之比。 p2 pk p1 p 0
坐标图中的表示
p 3 pk, TK 2’ po, To 4 0 1 h
T
2
2 3 pk, T K 2’
po, To 4‘ 0 4 1 S
理论循环p-h图
理论循环T-s 图
课堂问题1:不可逆 绝热过程熵变如何?
课堂问题2:理论循 环是否是可逆循环?
3. 理想循环特性 理论依据: 热力学第一定律 (开口系统稳定流动的能量守恒方程式)
3.2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
3
p
pk, TK 2’
2
影响实际循环的因素
0
po, To 4 1 h
外部条件 高温热源和低温热源为变温热源, 热源与制冷剂的传热为有限温差传热。
内部条件
理论循环p-h图
制冷剂液体过冷和蒸气过热的影响; 冷凝器,蒸发器和连接各设备的管道中因制冷剂流动 而产生压降,制冷剂通过管道与外界有热交换; 压缩机中的实际压缩过程为非等熵过程; 系统中存在不凝性气体等。
(3)过冷循环的坐标图表示
p 3’ 3 pk, TK 2’ 2 po, To 4’ 4 0 高压液体过冷的循环 1 h 0 T 3 3’ 4’ 4 1 S 2’ 2
高压液体过冷的循环
p 3’ 3 pk, TK 2’ po, To 4’ 0 高压液体过冷的循环 4 1 h 2
(4)过冷对制冷循环的影响 单位制冷量 单位容积制冷量 增大 增大
(3)3-4 节流阀中饱和液体绝热节流过程; (4)4-1 蒸发器中湿蒸汽等温等压汽化过程。
冷却介质
2 3
各点对应状态
膨 胀 阀
4
冷凝器 蒸发器
1
压缩机
被冷却介质 蒸气压缩式制冷的基本系统图
(1)1点:制冷剂进入压缩机的状态, 对应于蒸发温度To下的饱和蒸汽。 (2)2点:压缩机压缩后的排气状态, 对应于冷凝压力下的过热蒸汽。 (3)3点:制冷剂在冷凝器出口处的状态, 是与冷凝温度TK对应的饱和液体。 (4)4点:节流后流出节流阀,进入蒸发器的状态, 为湿饱和蒸汽状态。
p
总结
4
3
pk, TK 2’ po, To
2
制冷机的性能
1 h
制冷量Ф0
0
理论循环p-h图
压缩机功率P
循环的性能系数COP
运用某种制冷剂时:
蒸发压力po ,冷凝压力pk 反映系统的压力水平; 压力比,压力差和排气温度反映压缩机的工作条件; 单位制冷量,单位容积制冷量反映制冷能力, COP 反映制冷循环的经济性。
h
相同过冷度下,制冷量和制冷系数提高的百分数取决于 制冷剂的热力性质,即与制冷剂液体的比热容和蒸发温 度下的汽化潜热有关。
(h1 h4 ) (h4 h4 ) ct h2 h1 h2 h1
使进入节流装置前的制冷剂液体不会因流动阻力产生 气化现象,从而保证了制冷剂流动的稳定性。 蒸发温度越低,过冷使性能的相对提高越大。
p
3.2.1 各种实际因素对循环的影响
1. 高压液体过冷的影响
0
3’ 3
pk, TK 2’ 2 po, To
4’ 4
1 h
高压液体过冷的循环
(1)过冷:制冷剂液体的温度低于同一压力下 饱和状态的温度。 过冷度:两者温度之差。 (2)液体过冷循环: 在一定的冷凝温度和蒸发温度下,采用使 制冷剂离开冷凝器,进入节流阀之前具有一定 过冷度的循环。
p
循环比功
略增大
0
3
pk, TK
2 2’
w '0 h 2 ' h 1 ' w 0 ( h 2 ' h 1 ' ) ( h 2 h 1)
po, To 4 1
1’ h
吸气过热时比功变化
冷凝器的热负荷
增加
由于过热循环在1-1’过程中吸收了一部分热量, 再加上比功又略有增加,则冷凝器的热负荷增加。
p
4. 理想循环的意义
理论环是不可逆循环。
4 0
3
pk, TK 2’ po, To 1
2
影响理论循环特性的因素:
(1)热源的温度; (2)制冷剂的性质。
理论循环p-h图
h
理论循环的意义:
(1)是实际循环的基准和参照,用于分析研究实际循环 的各种不完善因素和作出相应改进。 (2)用于评价制冷剂。相同Tk,To条件下,通过不同 制冷剂的理论循环特性比较,可以评价它们在热力 性质方面的适宜程度。
x
0 h
0
s
3.1.3 单级蒸气压缩式制冷循环的理论循环
1. 简单的理论循环假设
高温热源TH和低温热源TL温度恒定,制冷剂在相变过程 中与热源之间没有传热温差, 蒸发温度To=TL,冷凝温度 TK=TH; 制冷剂除在蒸发器和冷凝器外,在整个循环的其它流动 过程中与外界不发生热交换。 制冷剂离开蒸发器的状态为饱和蒸气, 离开冷凝器的状态为饱和液体; 制冷剂除在压缩机和膨胀阀处发生压力升降外, 在整个循环的其它流动过程中没有压力损失; 压缩机的压缩过程为等熵压缩过程;
1 Q mh mc 2 mg z Ws f 2 1 q h c 2 gz ws f 2
(1)蒸发过程和单位制冷量 单位质量制冷量:
1kg 制冷剂在蒸发器中从低温热源 吸收的热量。
p 3 pk, TK 2’ po, To 4 0 1 h
2
理论循环p-h图
制冷量:
采用气-液热交换器(回热器)。
p
2. 压缩机吸气过热的影响 (1)过热:制冷剂蒸气的温度高于同 一压力下饱和蒸气的温度。 0 过热度:两者温度之差。
3
pk, TK po, To
2 2’
4
1 1’ h
有吸气过热的循环
(2)蒸气过热循环: 制冷剂蒸气在蒸发器中完全蒸发后仍然要 继续吸收一部分热量,这样,当它到达压缩机 之前已处于过热状态。
制冷剂进出蒸发器的焓差
p
单位容积制冷量:
压缩机每吸入 1m3 制冷剂蒸气 (按压缩机吸气状态)所制取的冷量。
0 4
3
pk, TK 2’ po, To 1
2
理论循环p-h图
h
q 0 h 1 h 4 qzv v1 v1
kJ / m3
式中: v1—压缩机入口处状态点1的比体积。
制冷剂的质量流量:
q 0 h 1 h 4 h 1 h 3 kJ / kg
制冷剂通过蒸发器时从低温热源吸收的热量。
0 qm (h 1 h 4) qm (h 1 h 3) kw
式中: qm—制冷剂的质量流量。 说 明 制冷量 制冷剂的质量流量
与压缩机的尺寸 和转速有关 与制冷剂的种类和 工作条件有关
v4 (1 x4 ) v f 0 x4 vg 0
p
(5)制冷系数:
q0 h1 h4 w h2 h1
4 0
3
pk, TK 2’ po, To 1
2
理论循环p-h图
h
(6)循环效率(热力完善度):
h1 h4 TK T0 c h2 h1 T0
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