FE第七章制冷分析
工程热力学制冷循环课件
影响性能因素分析
蒸发温度与冷凝温度
蒸发温度越低、冷凝温度越高，制冷系数越 低，性能下降。
制冷剂性质
不同制冷剂的热力性质不同，对制冷循环性 能产生显著影响。
过冷度与过热度
适当的过冷度和过热度有利于提高制冷系数， 但过度增加会导致性能下降。
压缩机效率
压缩机效率越高，输入功越小，制冷循环性 能越好。
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优化设计策略探讨
优化蒸发器和冷凝器设计
提高传热效率，降低传热温差，有利 于提高制冷系数。
采用高效压缩机
选用高性能压缩机，降低输入功，提 高制冷循环经济性。
优化制冷剂选择
选用环保、高效制冷剂，提高制冷循 环性能。
系统集成与优化
通过系统集成和优化设计，降低系统 能耗和成本，提高整体性能。
06 工程应用案例分析
螺杆式压缩机
利用螺杆的旋转运动，使 制冷剂在压缩腔内受到挤 压和输送。具有高效、低 噪音等特点。
离心式压缩机
通过叶轮的高速旋转，使 制冷剂在离心力作用下获 得动能并压缩。适用于大 型制冷系统。
冷凝器、蒸发器及节流装置
冷凝器
节流装置
将高温高压的制冷剂蒸气冷却为饱和 液体，释放热量给冷却介质。通常采 用风冷或水冷方式。
04 热电偶合式制冷循环
热电偶合式制冷原理
塞贝克效应
利用两种不同材料之间的 温差产生电压。
帕尔贴效应
当有电流通过由两种不同 材料组成的回路时，在结 点处会吸收或放出热量。
汤姆逊效应
当电流通过有温度梯度的 导体时，导体将吸收或放 出热量。
热电偶材料选择与性能
材料选择
选择具有高热电势、低电阻率、高导 热率、良好机械性能和化学稳定性的 材料。
制冷原理及设备课程设计
制冷原理及设备课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解制冷原理的基本概念，掌握制冷循环的基本过程。
2. 学习制冷设备的主要组成部分及其功能，理解不同设备的工作原理。
3. 掌握制冷剂的选择原则，理解其对制冷效果的影响。
技能目标：1. 能够分析制冷循环中各个组件的作用，绘制简单的制冷循环图。
2. 能够运用所学知识，解释实际制冷设备中的常见问题，并提出解决方案。
3. 能够运用制冷剂的特性表，选择合适的制冷剂应用于特定制冷设备。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对制冷技术领域的兴趣，激发其探索科学技术的热情。
2. 增强学生的环保意识，理解制冷剂对环境的影响，培养其选择环保制冷剂的责任感。
3. 培养学生的团队协作精神，通过小组讨论和实验，学会与他人合作共同解决问题。
课程性质：本课程为应用科学课程，结合理论教学和实践操作，旨在使学生掌握制冷原理及设备的基本知识。
学生特点：学生处于好奇心强、动手能力逐渐增强的阶段，对实际应用有较高的兴趣。
教学要求：注重理论与实践相结合，提供丰富的实例和实验操作，使学生在实际情境中理解和应用制冷原理。
教学过程中，鼓励学生提问、讨论，培养其独立思考和解决问题的能力。
通过课程目标的分解与实现，为学生提供明确的学习方向和成果评估标准。
二、教学内容1. 制冷原理概述- 制冷的基本概念与制冷循环- 制冷剂的物性与选择原则2. 制冷设备结构与工作原理- 压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等主要组件的结构与功能- 不同类型制冷设备的优缺点及应用场景3. 制冷循环的实际应用- 热泵原理及其在空调、热水器等设备中的应用- 冷链设备中的制冷技术，如冷藏、冷冻等4. 制冷设备的维护与故障处理- 制冷设备常见故障分析及解决方案- 制冷设备的日常维护方法与注意事项5. 环保制冷剂的应用与发展趋势- 环保制冷剂的种类及其特性- 制冷剂替代技术的发展趋势与环保要求教学内容安排与进度：第一周：制冷原理概述，制冷剂的基本概念第二周：制冷设备结构与工作原理，分析主要组件的功能第三周：制冷循环的实际应用，探讨热泵技术及其应用第四周：制冷设备的维护与故障处理，分析常见问题及解决方法第五周：环保制冷剂的应用与发展趋势，关注制冷行业的发展动态教学内容与教材关联性：本教学内容基于教材中关于制冷原理及设备的相关章节，结合实际应用和环保要求，对教材内容进行梳理和拓展，确保学生掌握制冷技术的基本知识和实际应用能力。
传热学第七章答案讲解
第七章思考题1.什么叫膜状凝结，什么叫珠状凝结?膜状凝结时热量传递过程的主要阻力在什么地方？ 答：凝结液体在壁面上铺展成膜的凝结叫膜状凝结，膜状凝结的主要热阻在液膜层，凝结液体在壁面上形成液珠的凝结叫珠状凝结。
2．在努塞尔关于膜状凝结理论分析的8条假定中，最主要的简化假定是哪两条?答：第3条，忽略液膜惯性力，使动量方程得以简化；第5条，膜内温度是线性的，即 膜内只有导热而无对流，简化了能量方程。
3．有人说，在其他条件相同的情况下．水平管外的凝结换热一定比竖直管强烈，这一说法一定成立？答；这一说法不一定成立，要看管的长径比。
4．为什么水平管外凝结换热只介绍层流的准则式？常压下的水蒸气在10=-=∆w s t t t ℃的水平管外凝结，如果要使液膜中出现湍流，试近似地估计一下水平管的直径要多大? 答：因为换热管径通常较小，水平管外凝结换热一般在层流范围。
对于水平横圆管：()r t t dh R w s e ηπ-=4()4132729.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=w s t t d gr h ηλρ临界雷诺数()()1600161.9Re 434541324343=-=rg t t dw s c ηλρ由100=s t ℃,查表：kg kJ r /2257= 由95=p t ℃，查表：3/85.961m kg =ρ ()K m W ∙=/6815.0λ()s m kg ∙⨯=-/107.2986η ()()mg t t rd w s 07.23.976313235=-=λρη即水平管管径达到2.07m 时，流动状态才过渡到湍流。
5．试说明大容器沸腾的t q ∆~曲线中各部分的换热机理。
6．对于热流密度可控及壁面温度可控的两种换热情形，分别说明控制热流密度小于临界热流密度及温差小于临界温差的意义，并针对上述两种情形分别举出一个工程应用实例。
答：对于热流密度可控的设备，如电加热器，控制热流密度小于临界热流密度，是为了防止设备被烧毁，对于壁温可控的设备，如冷凝蒸发器，控制温差小于临界温差，是为了防止设备换热量下降。
制冷循环原理详解
制冷循环原理蒸气紧缩式制冷原理若是制冷工质的状态转变跨越液、气两态，那么制冷循环称为蒸气紧缩制冷循环。
蒸气紧缩制冷装置是目前利用最普遍的一种制冷装置，绝大多数家用冰箱、空调机、冷柜等都是采纳蒸气紧缩式制冷。
单级蒸气紧缩制冷循环分析家用冰箱、空调机、冷柜等制冷装置的功能、结构形式、整体布局尽管不同，其要紧部件都包括紧缩机、冷凝器、膨胀阀（或称节流阀）和蒸发器四部份。
通过简化如图3-1所示。
图3-1是蒸气紧缩制冷装置制冷循环示用意。
其工作循环如下：通过膨胀阀（毛细管）绝热节流，降压降温至状态4的湿蒸气进入蒸发器（冷库），进行定压蒸发吸热，离开蒸发器时已成为干饱和蒸气；从蒸发器出来的状态1的干饱和蒸气被吸入紧缩机进行紧缩，升压、升温至过热蒸气状态2；进入冷凝器，进行定压放热，凝结为液体3；从冷凝器出来的液体通过膨胀阀（毛细管）节流降压至湿蒸气状态4进入蒸发器（冷库），从而完成了一个循环4-1-2-3-4。
蒸气紧缩式制冷循环可归纳为四个进程。
①蒸发进程4-1 低温低压的液体制冷剂从冷库中以汽化潜热方式吸收被冷却物热量后，变成低温低压的制冷剂蒸气。
②紧缩进程1-2 为了维持必然的蒸发温度，制冷剂蒸气必需不断地从蒸发器引出，从蒸发器出来的制冷剂蒸气被紧缩机吸入并被紧缩成高压气体，且由于在紧缩进程中，紧缩机要消耗必然的机械功，机械能又在此进程中转换为热能，因此制冷剂蒸气的温度有所升高，制冷剂蒸气呈过热状态。
③冷凝进程2-3从制冷紧缩机排出的高温高压过热的制冷剂蒸气，进入冷凝器后受到冷却物（如冷却水、空气等）的冷却而变成液体。
④节流进程3-4从冷凝器出来的制冷剂液体通过降压设备（如节流阀、膨胀阀等）减压到蒸发压力。
节流后的制冷剂温度也下降到蒸发温度，并产生部份闪蒸气体。
节流后的气液混合物进入蒸发器进行蒸发进程。
上述四个进程依次不断进行循环，从而达到持续制冷的目的。
单级紧缩式制冷循环在压-焓图上的表示单级紧缩式制冷循环要紧由紧缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器四大件所组成，这四大件由管道连接起来，便组成了一个最简单的制冷系统（如图3-1所示）。
制冷系统调整工作规程
制冷系统调整工作规程第一章总则第一条根据国家相关法律法规以及行业标准，本规程制定。
第二条本规程适用于制冷系统调整工作。
第三条制冷系统包括空调系统、冷冻系统、制冷设备等。
第四条制冷系统调整工作是指对制冷系统进行性能测试、运行参数调整、故障排查和维修等工作。
第二章工作流程第一节任务接派第五条制冷系统调整任务由管理部门根据工作情况进行分派。
第六条制冷系统调整工作应事先对设备进行必要的检查，确定问题和调整目标。
第二节调整方案制定第七条制冷系统调整工作应制定调整方案，包括调整的具体步骤、方法和参数等。
第八条调整方案需经相关部门审核，确认后方可执行。
第三节调整工作实施第九条调整工作应现场进行，调整前应确认设备正常运行，确保安全。
第十条调整过程中应按照调整方案进行操作，严禁随意变更参数。
第十一条调整过程需记录各项参数值和调整步骤，确保调整结果可追溯。
第十二条调整完成后应进行性能测试，确认调整效果。
第四节故障排查和维修第十三条若调整过程中发现设备故障，应及时进行排查和维修。
第十四条对于不能及时修复的故障，需及时报告上级领导，并采取相应措施保障设备运行。
第十五条维修完成后应进行设备的功能性、安全性等测试，确保故障得到解决。
第三章工作要求第十六条调整工作人员应具备相关的技能和知识，经过培训合格后方可上岗。
第十七条调整工作应严格按照规程和标准操作，确保设备调整合理、正常运行。
第十八条调整过程中应加强沟通与协作，与设备相关人员密切配合，确保工作顺利进行。
第十九条调整工作应按照时间节点完成，确保任务及时交付。
第四章工作责任第二十条调整工作责任由管理部门负责，包括任务分派、调整方案审核等。
第二十一条调整工作人员应对设备调整过程和结果负责，保证调整质量。
第二十二条设备管理人员应进行设备检查和运行状态评估，及时发现问题并采取措施。
第五章安全保障第二十三条调整工作需严格按照安全操作规程进行，确保工作人员安全。
第二十四条调整现场应进行安全检查，确保设备和人员安全。
制冷原理及过程详解
循环过程 1 逆卡诺循环
p
3 2
p
3 2
4
1
4
1vh源自循环过程 T例：环境温度T0：35℃ 室内温度T1：25℃ W=Q0-Q1
3
Q0=T0· ΔS
2
T0
4
1
T1
Q1=T1· ΔS
s
循环过程 2 制冷剂性质
循环过程 2 制冷循环 p
3
环境温度
2
p
3
2
室内温度
4
1
1 4
等温线
h
h
循环过程 3 实际循环 p
2> 湿空气的露点： 随着湿空气温度的降低，其饱和压力也随之降低。当饱和压力降低到与水蒸气分压 力相等时，便会出现结露现象。此时的温度称为露点温度。
空气调节原理简述
3> 湿空气的相对湿度： 湿空气中水蒸气分压力pv与同一温度、同样总压力的饱和湿空气中水蒸气分压力ps 的比值称为相对湿度，一般用φ来表示：
过程分析 4 节能措施
p
3
高压微雾 低温水源
2
4
1
h
过程分析 4 节能措施
p
3
换热
2
4
1
h
热泵原理简述
空气调节原理简述
1> 湿空气的水蒸气分压力（pv）： 湿空气中水蒸气所占压力，与干空气所占压力之和等于大气压力。
根据湿空气中水蒸气含量不同，有未饱和与饱和之分。水蒸气与制冷剂一样，一定 温度下都对应着一个饱和压力ps，当水蒸气分压力等于饱和压力时，湿空气处于饱和状 态。
3' 2'
3 2 1
4 1’
2''
4'
制冷原理及设备思考题答案解析
思考题1．什么是制冷？制冷技术领域的划分。
答：用人工的方法在一定时间和一定空间内将物体冷却，温度降到环境温度以下，并保持这个温度。
120k以上，普通制冷120-20K深度制冷20-0.3K低温制冷0.3K以下超低温制冷2．了解各种常用的制冷方法。
答：1、液体气化制冷：利用液体气化吸热原理。
2、气体膨胀制冷：将高压气体做绝热膨胀，使其压力、温度下降，利用降温后的气体来吸取被冷却物体的热量从而制冷。
3、热电制冷：利用某种半导体材料的热电效应。
4、磁制冷：利用磁热效应制冷3．液体气化为什么能制冷？蒸气喷射式、吸附式属于哪一种制冷方式？答：液体气化液体汽化时，需要吸收热量；而吸收的热量是来自被冷却对象，因而被冷却对象变冷。
蒸气喷射式、吸附式属于液体气化制冷4．液体气化制冷的四个基本过程。
答：压缩过程、冷凝过程、膨胀过程、蒸发过程5．热泵及其性能系数。
答：热泵:以环境为低温热源，利用循环在高温下向高温热汇排热，收益供热量，将空间或物体加热到环境温度以上的机器。
用作把热能释放给物体或空间，使之温度升高的逆向循环系统称作热泵。
（当使用目的是向高温热汇释放热量时，系统称为热泵。
）热泵的性能系数COP=Qa/W供热量与补偿能之比。
6．制冷循环的热力学完善度，制冷机的性能系数COP答：1、循环效率（热力学完善度）:说明制冷循环与可逆循环的接近程度。
热力完善度愈大，表明该实际制冷循环热力学意义上的损失愈小，因此循环的经济性必然俞高。
定义：一个制冷循环的性能系数COP与相同低温热源、高温热汇温度下可逆循环的性能系数之比COPc 0< ∩=COP/COPc <1完美DOC格式整理2、制冷机的性能系数:COP=Q/W7．单级蒸气压缩制冷循环的四个基本部件答：压缩机：①提高制冷剂的压力；②形成输送制冷剂的动力冷凝器：制冷剂高压蒸气与环境温度介质充分热交换膨胀阀: ①使高压常温制冷剂节流膨胀降压；②调节进入蒸发器的制冷剂流量蒸发器: 提供低压制冷剂与冷却空间充分热交换的场所，使制冷剂不断吸热汽化。
热工基础第7章课后答案
热工基础第7章课后答案第七章思考题1. 什么情况下必须采用多级压缩？多级活塞式压缩机为什么必须采用级间冷却？答：为进一步提高终压和限制终温,必须采用多级压缩。
和绝热压缩及多变压缩相比，定温压缩过程，压气机的耗功最小，压缩终了的气体温度最低，所以趋近定温压缩是改善压缩过程的主要方向，而采用分级压缩、中间冷却是其中一种有效的措施。
采用此方法，同样的压缩比，耗功量比单级压缩少，且压缩终温低，温度过高会使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质。
理论上，分级越多，就越趋向于定温压缩，但是无限分级会使系统太复杂，实际上通常采用2－4级。
同时至于使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质,必须采用级间冷却。
2. 从示功图上看，单纯的定温压缩过程比多变或绝热压缩过程要多消耗功，为什么还说压气机采用定温压缩最省功？答：这里说的功是技术功，而不是体积功，因为压缩过程是可看作稳定流动过程，不是闭口系统，在p-v图上要看吸气、压缩和排气过程和p轴围成的面积，不是和v轴围成的面积。
3. 既然余隙不增加压气机的耗功量，为什么还要设法减小它呢？答：有余隙容积时，虽然理论压气功不变，但是进气量减少，气缸容积不能充分利用，当压缩同量的气体时，必须采用气缸较大的机器，而且这一有害的余隙影响还随着增压比的增大而增加，所以应该尽量减小余隙容积。
4. 空气压缩制冷循环能否用节流阀代替膨胀机，为什么？答：蒸汽制冷循环所以采用节流阀代替膨胀机，是因为液体的膨胀功很小，也就是说液体的节流损失是很小的，而采用节流阀代替膨胀机，成本节省很多，但是对于空气来说，膨胀功比液体大的多，同时用节流阀使空气的熵值增加很大，从T-s图上可以看出，这样使吸热量减少，制冷系数减少。
5. 绝热节流过程有什么特点？答：缩口附近流动情况复杂且不稳定，但在缩口前后一定距离的截面处，流体的流态保持不变，两个截面的焓相等。
对于理想气体，绝热节流前后温度不变。
6. 如图7-15(b)所示，若蒸汽压缩制冷循环按122 351 运行，循环耗功量没有变化，仍为h2 h1，而制冷量则由h1 h4增大为h1 h5,这显然是有利的，但为什么没有被采用？答：如果按122 351运行，很难控制工质状态，因此采用节流阀，经济实用。
食品工程原理 第七章制冷
低温液体冻结装置 液氮冻结装置(Liquid Nitrogen Freezer) 液氮冻结装置大致有浸渍式、喷淋式和冷气循环 式三种。 液氮喷淋冻结装置 (Liquid Nitrogen Spraying Freezer) 液氮浸渍冻结装置 (Liquid Nitrogen Immersion Freezer)
冻结方法
空气冻结法
间接接触冻结法
直接接触冻结法
空气冻结法
在冻结过程中，冷空气以自然对流或强制对流的方式与食品 换热。由于空气的导热性差，与食品间的换热系数小，故所 需的冻结时间较长。但是，空气资源丰富，无任何毒副作 用，其热力性质早已为人们熟知，所以，用空气作介质进行 冻结仍是目前应用最广泛的一种冻结方法。 空气冻结法
制冷工质的发展与CFCS的替代
一、制冷工质的发展
乙醚（1850） 二氧化硫（1874） 二氧化碳（1886） 氨（1870） 1930，CCl2F2(Freon12,F12)
氟、氯、氢类制冷工质的分类： 1）CFCS： Chlorofluorocarbons 2）HCFCS: HydroChlorofluorocarbons 3）HFCS: Hydrofluorocarbons
（八）低温制冷方法
双级压缩制冷循环
两级串联制冷循环 1-高温压缩机 2-高温冷凝器 3-高温膨胀阀 4-中间换热器 5-低温压缩机 6-低温膨胀阀 7-低温蒸发器
7-3 蒸气压缩式制冷循环
总结制冷原理的步骤与方法
总结制冷原理的步骤与方法
制冷原理的步骤与方法可以总结为以下几点：
1. 压缩：制冷系统中的压缩机会将制冷剂从低压态压缩成高压态，从而提高其温度和压力。
2. 冷凝：高压高温的制冷剂进入冷凝器，在冷凝器中与外部环境的热交换，冷凝剂的温度和压力降低，从而使其转化为高压液体。
3. 膨胀：高压液体制冷剂通过膨胀阀（节流装置）进入蒸发器，由于膨胀过程中的急剧降压，制冷剂的温度也会急剧降低，转化为低温低压的蒸发气体。
4. 蒸发：在蒸发器中，低温低压的制冷剂与外界的热量进行吸收，从而从蒸发器中的冷媒盘管内部吸收热量，使其完全蒸发，从而完成制冷作用。
制冷原理的方法包括：
1. 压缩循环制冷：利用压缩机将制冷剂压缩，提高其温度和压力，再通过冷凝器、膨胀阀和蒸发器等元件实现热量的传递和转换，完成制冷作用。
2. 吸收式制冷：利用吸收剂和制冷剂的相互作用，在吸收剂中实现制冷剂的溶解和析出，通过加热、冷凝、蒸发等过程完成制冷作用。
3. 热泵制冷：通过热泵的工作原理，将低温热量从低温环境提取，经过压缩和热交换等过程，提高温度并释放高温热量，从而实现制冷或供暖效果。
4. 蒸发冷却：利用蒸发过程中的吸热效应，将水或其他液体转化为蒸汽，从而达到降低温度的目的。
此方法常用于空调、冷藏等领域。
分析冷水机制冷系统压力变化的原因
分析冷水机制冷系统压力变化的原因冷水机制冷系统正常工作时，冷水机系统内会产生高、低压力,而且都有一个正常的压力工作范围。
冷水机制冷系统运行工况如冷水机压缩机转速、冷水机环境温度、冷水机风量等发生变化，冷水机系统内压力也会相应变化。
如果制冷系统出现故障,如冷凝器散热差、制冷剂充注过多或过少、系统内有空气等,系统内压力会出现异常现象，使空调制冷量不够，冷气不足。
亚佛加德罗通过实验证明，相等体积的不同种类气体，在同温度同压强下有相同的分子数。
即气体在温度、体积不变的条件下，气体压力的大小与气体分子数量成正比。
在一个密闭系统,如果系统内有气体分子，系统内就会产生压力：气体分子数目越多，系统内压力越高；气体分子数目越少，系统内压力越低。
轮胎能承受载荷，是因为轮胎内充有空气：空气分子数目越多,轮胎内压力越大，承受的载荷越大。
对气球打气，气球会越来越大，就是由于气球内空气分子数目越来越多，压力越来越大,使气球逐渐膨胀。
气球放气时，由于里面的空气跑掉了，空气分子数目越来越少，气球内压力低了，气球就变得越来越小了。
冷水机制冷系统气体压力的大小与气体的温度也有关，但由于气体的温度变化对压力影响很小，我们可以忽略不计。
利用亚佛加德罗定律可以很好地分析制冷系统工作时压力变化的原因以及制冷系统发生故障时压力的异常变化。
水机压缩机工作时，由于压缩机不断抽吸从蒸发器出来的气态制冷剂并向冷凝器输送，使系统内蒸发器到压缩机内的气态制冷剂分子数目不断减少，逐渐产生低压，而压缩机到冷凝器内的气态制冷剂分子数目不断增多，逐渐产生高压。
在冷凝器,由于气态制冷剂放热冷凝成液态制冷剂，气态制冷剂分子数目不会无限增多，所以压力不会无限升高。
在稳定的工况下，当压缩机输送的气态制冷剂分子数目和气态制冷剂转变成液态制冷剂的分子数目相同时，压力就会稳定在一定值。
同样在蒸发器，由于液态制冷剂吸热蒸发成气态制冷剂，气态制冷剂分子数目不会无限减少，所以压力不会无限下降。
(车07)第七章 习题讲解
例2：蒸汽压缩制冷装置采用了什么补偿条件？
4
例2：蒸汽压缩制冷装置采用了什么补偿条件？ 蒸汽压缩制冷装置是采用压缩机和节流阀来控制压力的，并用 功量转换成热量的能质下降过程作为补偿条件，来实现热量从低温 区转移到高温区的能质升高过程。
5
例3：众所周知，卡诺循环具有最高的热效率。为什么不
7
例4：设有一台制冷装置按照逆向卡诺循环工作。已知冷 库温度为－5℃，环境温度为 20℃，求制冷系数的数值。又 若利用该装置作为热泵，并从－5℃的环境取热而向 20℃ 的 室内供热，求热泵供热系数的数诺循环工作。已知冷 库温度为－5℃，环境温度为 20℃，求制冷系数的数值。又 若利用该装置作为热泵，并从－5℃的环境取热而向 20℃ 的 室内供热，求热泵供热系数的数值。 解：按照制冷系数的计算公式，有
' 1 1 10.72 11.72
吸热 q2 低温热源
9
例5：有一空气制冷装置，冷藏室的温度保持在－8℃，大气环 境温度为 25℃，已知制冷量 Q2＝1×105 kJ/h。求：(1)该制冷装 置循环制冷系数可能达到的最大值；(2)该装置必须消耗的最小功
率；(3)每小时传给大气环境的热量 Q1 。
10
例5：有一空气制冷装置，冷藏室的温度保持在－8℃，大气环
境温度为 25℃，已知制冷量 Q2＝1×105 kJ/h。求：(1)该制冷装
置循环制冷系数可能达到的最大值；(2)该装置必须消耗的最小功 率；(3)每小时传给大气环境的热量 Q1 。 解：(1) 当制冷循环为逆向卡诺循环时制冷系数最大：
让如图所示的蒸气压缩制冷循环1-2-3-4-1按照逆向卡诺循环 1’-2’-3-4’-1’工作？
6
例3：众所周知，卡诺循环具有最高的热效率。为什么不让如图所示的蒸气压 缩制冷循环1-2-3-4-1按照逆向卡诺循环1’-2’-3-4’-1’工作？
(最新整理)制冷的基本原理
进入冷凝器时的状态。过程线
1-2表示制冷剂蒸汽在压缩机
中的等熵Lnp压缩h 过t 程（k s1=s2），Lnp
压力由蒸发压力p0压缩到S 冷凝
3
=0 =1
压力pk。等熵线与于压力P 为冷
凝压力pk等压线的交点为2点。
4
压缩过程中外界对制冷剂h作功，
使制冷剂温度增加，2点处于
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2'
2
1 h
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制冷剂和载冷剂
一、制冷剂的选用原则
只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的 物质才有可能作为制冷剂使用。
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1.制冷剂热力学性质
(1) 工作温度范围内有合适的压力和压力比。
➢蒸发压力≧大气压力 ➢冷凝压力不要过高 ➢冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大
(2) 单位制冷量q0和单位容积制冷量qv较大。 (3) 比功w和单位容积压缩功wv小，循环效率高。 (4) 等熵压缩终了温度t2不能太高，以免润滑条件恶化
强制对流空气冷 却式冷凝器
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自然对流空气冷却式冷凝器
空气强制对流冷凝器
1-肋片 2-传热管 3-上封板 4-左端板 5-进气集管 6-弯头 7-出液集管 8-下封板 9-前封板 10-通风机 11-装配螺钉
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氨卧式壳管式冷凝器
氟利昂套管式冷凝器
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2）蒸发器
与冷凝压力相对应的温度tk称为冷凝温度，tk一定要 高于冷却介质的温度；冷凝后的高压液体通过膨胀阀 或节流元件使其压力从冷凝压力pk降低到蒸发压力p0， 使部分液体汽化，剩余液体温度降至t0；离开膨胀阀 的制冷剂变为温度为t0的汽液混合物。混合物中的液 体在蒸发器中从被冷却对象中吸收他所需要的蒸发热， 使被冷却对象冷却；混合物中的蒸汽通常称为闪发蒸 汽，不起吸热作用。在整个循环过程中，压缩机起着 压缩和输送制冷剂蒸汽和造成蒸发器中低压的作用， 推动系统循环，是整个系统的心脏；节流阀对制冷剂 起着节流降压的作用，并用作调节进入蒸发器的制冷 剂流量；蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器 中吸收被冷却对象的热量，达到制冷的目的；冷凝器 是输出热量的设备，制冷剂从蒸发器中吸收的热量连 同压缩机消耗的功所转化的热量在冷凝器中一起被冷 却介质带走。
化工运行制冷过程工程分析
化工运行制冷过程工程分析1. 前言在化工生产过程中，许多化学反应发热，需要通过制冷系统将热量散发出去，以保证生产过程的安全和稳定。
因此，制冷系统在化工生产过程中具有重要的地位。
本文将介绍化工运行制冷过程的工程分析，包括制冷系统的基本原理和组成，运行过程中出现的常见问题及解决方法，以及如何优化制冷系统的运行效率。
2. 制冷系统基本原理和组成制冷系统的基本原理是利用制冷剂在不同状态下的相变过程来吸收或释放热量，从而达到制冷的目的。
制冷系统的组成主要包括制冷剂循环系统、压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器等几个主要部分。
制冷剂循环系统是制冷系统中最核心的部分，主要由制冷剂、蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置等组成。
其中，制冷剂循环系统中的压缩机是制冷系统中最重要的元件之一，主要负责将低压制冷剂吸入，压缩成高压制冷剂，然后将高压制冷剂通过节流装置降压后送至蒸发器中。
在节流装置中，通过调整节流装置的流量来控制制冷剂进入蒸发器的速率，从而达到控制制冷效果的目的。
蒸发器是制冷系统中最关键的部分，主要负责将液态制冷剂通过换热器与待制冷物质进行热交换，吸收物质的热量来完成制冷过程。
在制冷过程中，制冷剂经过蒸发器后会变成蒸汽状态，随后通过压缩机将蒸汽压缩成高压蒸汽，然后送至冷凝器中。
冷凝器主要由冷凝管路和换热器组成，通过与环境进行热交换将高压制冷剂冷凝成液态，然后交回到节流装置中，循环运行。
3. 常见问题及解决方法在化工制冷过程中，会出现多种常见问题，需要对其进行及时的处理和解决。
3.1 制冷剂泄漏制冷剂泄漏是制冷系统中极为常见的问题之一，在运行过程中，经常会出现制冷剂泄漏现象。
制冷剂泄漏时会对环境造成污染，同时还会影响制冷效果。
解决方法：在运行制冷系统时，需要定期对其进行检测，发现问题及时排除。
一旦发现制冷剂泄漏问题，需要及时对系统进行维护和修复，从而避免制冷效果受到影响。
3.2 压缩机故障在制冷系统中，压缩机是一个非常重要的元件，一旦发生故障，会影响整个制冷系统的运行效率。
CE第七章
代替 压缩机
最常用的工质有： ① 氨—水二元溶液 氨NH3为制冷剂，水为吸收剂
② 水—溴化锂二元溶液 水为制冷剂，溴化锂LiBr为吸收剂 溴化锂极易溶于水，溴化锂水溶液有较强的 吸水能力。
3.蒸汽喷射式制冷
利用高压水蒸气在喷射器内高速喷射造成低压， 并使水在此低压下蒸发吸热的原理实现制冷。
广泛应用于空调
例 将20℃,相对湿度0.05的新鲜空气和50℃,相对湿 度0.80的废气混合，混合比为2:5 （以干空气作基 准），求混合气的比焓和湿含量。将混合气加热至 90℃时，其相对湿度和比焓是何值？ 解：在空气的焓-湿图上， 查点A( T = 20℃,φ = 0.05) D h B hA 20kJ/kg , d
3.制冷剂循环量
Φ0 Φ0 qm Qm h1 h4 (kg/s)
Qm Qv v0
Φ0v0 Φ0 qv qm v0 Qm Qv
(m3 /s)
4.制冷剂的放热量 Φc Φc Φc Φc qm (h2 h4 )
Φc qm h2 h3 冷却 Φc qm h3 h4 冷凝
7-4 蒸汽压缩式制冷的计算
1.制冷机的制冷量 Φ0
单位时间制冷剂从被冷却物体中所能取走的热量 Φ0冷量Qm
Qm h1 h5 h1 h4 (J/kg)
(J/m3 )
单位容积制冷量Qv Qm h1 h4 Qv v0 v0
7-5 蒸汽压缩式制冷设备
7.5A 压缩机(compressor)
1.活塞式制冷压缩机
冷凝器 膨胀阀 蒸发器 压缩机
类型最多，应用最广，Φ0范围：1~1000kW 2.离心式制冷压缩机 特点为低压大流量,适于温度较高制冷量较大场合 结构简单，尺寸小，运转平稳，耗能低 3.旋转式制冷压缩机 特点为中压小流量,适用于小型制冷机,如电冰箱 应用较广的是螺杆式制冷压缩机
热学答案第七章 完整版
7.1(1) 因为TT 21-=η，所以40=η℅时高温热源的温度： )(4671121K T T =-⋅=η而当50'=η℅时，)(560'K T =所以高温热源需增加的温度为：)(931'1K T T =-（2）当50'=η℅时，低温热源温度为：)(233)5.01(467)1(1'2K T T =-⨯=-=η所以低温热源降低的温度为：)(47'22K T T =-7.2（1） 制冷机所需的最小功率就是它做逆向准静态卡诺循环时每秒所需的功A 。
已知每秒钟吸热J Q 20002=，并知高温热源的温度K T 3101=，低温热源温度K T 3002=，可得：)(7.662212s J T T T Q A =-= 所求最小功率为66.7W 。
（2） 每秒钟从室外取热：)(6002703002707.662122s J T T T AQ =-⨯=-= 所以每秒钟给室内最大热量：)(7.66621s J A Q Q =+=。
7.3此时将热机视为卡诺机。
（1）kJ T T T Q A T T T Q A kJ Q K T K T 23.4110027847312111211121=-=-====(2)kJT T T AQ T T T Q A kJ A K T K T 29.80523.412782932111121121=-=-====7.4工作在同样高低温热源之间的热机，以可逆卡诺机的效率最高，令热机I , II , III 都是可逆的。
热机I 放热为：12112T T Q A Q Q =-=热机II 的最大功为：132123222T T T Q T T T Q A -=-=热机III 的最大功为：211311A A T T T Q A +=-=。
7.5，I 代表热机，II 代表制冷机，1Q ，2Q ，3Q ，4Q ，A , 1T ,2T, 3T 各符号的意义如图，暖气系统（温度3T ）所得热量：131123313143T TT Q A T T T A T T Q Q Q -=-+=+其中所以：J T T T T T T Q Q Q 432321131431025.62883332884834833331092.20⨯=--⨯⨯⨯=--⋅=+ 即暖气系统所得的总热量为J 41025.6⨯，可见比单烧燃料获得的热量多7.6(1) 在昼间，()kW T T T Q A T T T Q A kW T T Q KT K T 9.1040805.05.02933732212221221221=-=-==⨯=-⨯===（3） 在夜间，()kW T T T Q A T T T Q A kW T T Q KT K T 6.24601205.05.01732931211121121121=-=-==⨯=-⨯=== 7.7 7.8对1 mol 范德瓦尔斯气体，有：2Vab V RT P --=（1） 对上式在定容下求T 的偏微商：bV R T P V -=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ 所以：22V a V a b V RTb V R T P T P T V u VT =⎪⎭⎫ ⎝⎛----⋅=-⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂（2）dT C dV V a dT T u dV V u du V VT +=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=2积分可得：⎰⎰⎰⎰++-=+=-=TT V TT V VV uu dT C V aV a dT C dV V a u u du 0000020所以：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-++=⎰V V a dT C u u TT V 11000（2）若V C 为常数，则有，()'000011u V a T C V V a T T C u u V V +-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-+= 000'0V aT C u u V +-=7.9在绝热过程中，据热力学第一定律：Ad du Q d ==0 （1）对于范德瓦尔斯气体，据7.8题，有：dT C dV V adu V +=2（2）dV V a b V RTPdV A d ⎪⎭⎫ ⎝⎛---=-=2（3）将（2）（3）式代入（1）式并整理：dV bV RdT T C V --= 对上式积分可得：()常数+--=b V C RT Vln ln 所以：()常数=-VC R b V T7.10据热力学第二定律：TPdV T du dS +=对1 mol 范德瓦尔斯气体2V ab V RT P --=dT C dV V adu V +=2dT TC dV b V RdS V +-=对它积分可以得到：()00ln S dT T C b V R S TT V++-=⎰若V C 是常数，则：()'ln ln S T C b V R S V ++-= 7.11自由膨胀是不可逆过程，为了求其熵变，应当设想在给定的始末态之间有一可逆过程来代替原过程。
制冷技术：实际制冷循环
蒸气压缩式制冷的实际循环1. 液体过冷、吸气过热及回热循环实际制冷循环过程中，制冷剂在冷凝器的出口会达到过冷液体状态，在压缩机吸入口会呈现蒸气过热状态，实际制冷装置还会设置回热器，即将冷凝器出口的常温高压液体与蒸发器出口的低温低压蒸气进行热交换。
下面讨论制冷剂液体的过冷、低温蒸气的过热以及回热对循环的影响。
（1）液体过冷液体过冷是指制冷剂在节流阀前被冷却到过冷液体状态。
制冷剂此时的温度称为过冷温度。
冷凝温度与过冷温度之差，称为过冷度。
图1-7为有再冷却的蒸气压缩式制冷循环在lg p-h 图上的表示，图中的3’点所对应的温度即为过冷温度，3与3’两点之间的温差Δt即为过冷度。
从图中可以看出：无再冷的饱和循环12341和有再冷的循环1233’4’41相比，节流过程由3-4变为3’-4’，单位质量制冷剂制冷量由h1-h4增加了△q0变为h1-h4’，而整个循环的压缩功并没有发生变化，依然是h2-h1，因此，过冷会提高制冷量和制冷系数，对循环是有利的。
而采用再冷循环，提高制冷系数的大小与制冷剂的种类及再冷度有关。
根据计算，当T k=30℃，T0=-15℃时，每再冷1℃，制冷系数提高：氨为0.46%；R22为0.85%。
图1-7 有再冷却的蒸气压缩式制冷循环在lg p-h图上的表示使制冷剂过冷的方法有增加冷凝器换热面积、增加冷却介质的流量和设置过冷器。
通常，对于大型的氨制冷装置，且蒸发温度在-5℃以下会采用过冷器，空气调节用制冷装置（如冷水机组等）一般不单独设置过冷器，而是通过适当增加冷凝器的传热面积的方法，实现制冷剂在冷凝器内过冷。
此外，在小型制冷装置中采用气－液热交换器（也称回热器）也能实现液体过冷。
（2）蒸气过热蒸气处于过热蒸气状态时的温度称为过热温度，过热温度与该压力下的饱和温度之差，称为过热度。
图1-8为蒸气过热循环在lg p-h图上的表示，图中1’点所对应的温度称为过热温度，1’与1点的温差则称为过热度。
化工运行制冷过程工程分析
I will defeat you today, and I will defeat you without sleeping. This is our culture.简单易用轻享办公（页眉可删）化工运行制冷过程工程分析一、压缩蒸气制冷循环制冷操作是从低温物料中取出热量，并将此热量传给高温物体的过程。
根据热力学第二定律，这种传热过程不可能自动进行。
只有从外界补充所消耗的能量，即外界必须做功，才能将热量从低温传到高温。
液体汽化为蒸气时，要从外界吸收热量，从而使外界的温度有所降低。
而任何一种物质的沸点(或冷凝点)，都是随压力的变化而变化，如氨的沸点随压力变化的情况见表16—1。
从表中可以看出，氨的压力越低，沸点越低；压力越高，沸点越高。
利用氨的这一特性，使液氨在低压(101．325kPa)下汽化，从被冷物质中吸取热量降低其温度，而达到使被冷物质制冷的目的。
同时将汽化后的气态氨压缩提高压力(如压缩至1220kPa)，这时气态氨的冷凝温度(30℃)高于一般冷却水的温度，因此可用常温水使气态氨冷凝为液氨。
制冷是利用制冷剂的沸点随压力变化的特性，使制冷剂在低压下汽化吸收被冷物质的热量降低其温度达到被冷物质制冷目的，汽化后的制冷剂又在高压下冷凝成液态。
如此循环操作，借助制冷剂在状态变化时的吸热和放热过程，达到制冷的目的。
制冷剂如果在较高的压力下由于设备破裂泄漏，就会导致液态制冷剂快速汽化而发生爆炸。
二、制冷循环过程制冷循环是借助一种工作介质制冷剂，使它低压吸热，高压放热，而达到使被冷物质制冷的循环操作过程。
在制冷循环中的制冷剂，由于低压气体必须通过压缩做功才能变成高压气体，即外界必须消耗压缩功，才能实现制冷循环。
如果把上述的制冷循环，用适当的设备联系起来，使传递热量的工作介质制冷剂(氨)连续循环使用，就形成一个基本的压缩蒸气制冷的工作过程，如图16—4所示的制冷循环。
理想制冷循环(逆卡诺循环)由可逆绝热压缩过程(压缩机)、等压冷凝过程(冷凝器)、可逆绝热膨胀过程(膨胀机)、等压等温蒸发过程(蒸发器)等组成。
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7-4 蒸汽压缩式制冷的计算
1.制冷机的制冷量Φ 0
单位时间制冷剂从被冷却物体中所能取走的热量
Φ0表示制冷机的制冷能力，单位为W或kW 2.单位制冷量
单位质量制冷量Qm
Qm h1 h5 h1 h4 (J/kg)
单位容积制冷量Qv
Qv
Qm v0
h1 h4 v0
(J/m3 )
3.制冷剂循环量
qm
Φ0 Qm
Φ0 h1 h4
(kg/s)
qv
qmv0
Φ0v0 Qm
Φ0 Qv
(m 3/s)
4.制冷剂的放热量
Φc Φc Φc Φc qm (h2 h4 )
卡诺循环
η W Q1 Q2
Q1
Q1
1 T2 T1
T T1 1 T2 4
Q1 2
Q2 3
S
1→2 等温可逆膨胀， 2→3 绝热可逆膨胀
3→4 等温可逆压缩， 4→1 绝热可逆压缩 构成正循环：顺时针的热力循环
Q1=T1(S2-S1) Q2=T2(S2-S1)
1-2-3-4-1闭合线所围面积：对外所作之功
广泛应用于空调
第二节 蒸汽压缩式制冷
7-3 蒸汽压缩式制冷循环
7.3A 压焓图 7.3B 蒸汽压缩式制冷的理论循环
7-4 蒸汽压缩式制冷的计算 7-5 蒸汽压缩式制冷设备和系统
7-3 蒸汽压缩式制冷循环
7.3A 压焓图
制冷剂的压焓图(lgp-h图)，又称莫里哀(mollier)图,
用这种图表达制冷循环图线简明,计算非常方便。
低沸点组分作制冷剂 工质是二元溶液 高沸点组分作吸收剂
最常用的工质有：
① 氨—水二元溶液 氨为制冷剂，水为吸收剂
② 水—溴化锂二元溶液 水为制冷剂，溴化锂为吸收剂 溴化锂极易溶于水，溴化锂水溶液有较强的 吸水能力。
3.蒸汽喷射式制冷
利用高压水蒸气在喷射器内高速喷射造成低压， 并使水在此低压下蒸发吸热的原理实现制冷。
制冷剂首先被冷却成干饱和蒸汽（2-3） 并进一步冷凝为饱和液体（3-4） 4-5为膨胀阀中的绝热节流过程
是个等焓过程 5-1表示蒸发器内的等压蒸发过程 两图比较可见，制冷循环在压焓图上表达更为简洁， 也便于过程能量变化的计算。
出现制冷剂过冷过热的情形
①若饱和液体受到过冷(4-4’) 则节流过程为虚线4’-5’ 蒸发过程为5’-5-1 点4’由过冷温度确定
（5）临界温度 应高些，常温可液化
（6）比容
要小，可↓压缩机尺寸
（7）安全性 无毒无腐蚀性,难燃难爆,化学稳定
（8）价格
低廉易得
目前，最常用的制冷剂为氨和氟利昂等
（1）氟利昂（Freon）
氟利昂：饱和烃的卤素取代物的总称 氟利昂按其组成可分为三类：
CFC--含氯的氟化碳 HCFC--含氢和氯 的氟化碳 HFC--含氢无氯的氟化碳 分子通式：Cm HnCl xFyBrz (n x y z 2m 2) 氟利昂的种类多，通常用编号以便于称呼
氟利昂中: CFC类 对臭氧层的破坏能力最强 HCFC类 次之 HFC类 因不含氯而无破坏作用
为保护人类赖以生存的自然环境，1987年以来， 经过三次国际会议讨论，决定对R11，R12等15种 CFC物质及R10等5种物质到2010年完全停止生产,
对R22等34种HCFC物质从2020年起开始控制 现在，各国都在积极研究CFC的代用问题
（2） 氨（NH3）
是我国最广泛应用的制冷剂 按国家标准规定，无机化合物制冷剂:
编号数字为700加其分子量 因此，氨的制冷剂编号为R717
2．载冷剂
间接冷却装置需用载冷剂 载冷剂：将制冷系统产生的冷量传给被冷却物 体的中间介质 载冷剂条件：mp <最低工作温度；安全性好；
价廉易得；热容量大。 常用的载冷剂有三类： 水、盐水(NaCl,CaCl2)及有机物载冷剂(乙二醇)
逆卡诺循环 也是由四个可逆过程组成
T3 T1
Q1 2
T2 4 Q2
1 S
1→2 绝热可逆压缩，等熵过程， T2升至T1 2→3 等温可逆压缩,熵减少,向热源(T1)放热Q1 3→4 绝热可逆膨胀，熵不变，T1降到T2 4→1 等温可逆膨胀,熵增加,由冷源(T2)吸热Q2
经过一个反循环，并工和质外从功冷W一源并吸向热热Q2源，放热Q1
编号用字母R和其后数字(m-1)(n+1)(y)B(z)组成 当（m-1）= 0时不写出，z = 0 时字母B省略 例如：CCl3F 编号R11， CClF3 编号R13
CCFC3lBF2rC编C号lF2R编13号B1R11C4 HClF2 编号R22
氟利昂促进了制冷技术的发展。但到1970s，人 们发现氟利昂进入大气后会破坏臭氧层，并产生温 室效应。
横坐标：比焓h，纵坐标：lgp (直接读取的仍是p值)
除等压线,等焓线外，
过冷液体等比容线（v = c） 等熵线（S = c） 等干度线（x = c ）
湿蒸汽区
过热蒸汽区
7.3B 蒸汽压缩式制冷的理论循环
膨胀阀
冷凝器 蒸发器
压缩机
1-2表示压缩机中的绝热压缩过程
2-3-4 是冷凝器中的等压冷却过程:
第七章
制冷
Refrigeration
第一节 制冷技术的理论基础 第二节 蒸汽压缩式制冷 第三节 食品冷冻 第四节 湿空气热力学 第五节 空气调节
第一节 制冷技术的理论基础
7-1 制冷的基本概念
7.1A 逆卡诺循环 7.1B 制冷剂和载冷剂
7-2 一般制冷方法
7-1 制冷的基本概念
7.1A 逆卡诺循环
7-2 一般制冷方法
1.蒸汽压缩式制冷
应用最广泛的制冷方法 理想蒸汽压缩式制冷循环分四步：
饱和液体3
冷凝器
饱和蒸汽2（高温高压） 压缩机
膨胀阀
蒸发器
液体4（低温低压）
湿蒸汽1
1.绝热等熵压缩； 2.等温等压冷凝； 3.绝热等焓膨胀； 4.等温等压蒸发
2.吸收式制冷
以吸收器—发生器组代替压缩机 以热能代替机械能而工作
制冷因数： ε Q2
W
逆卡诺循环制冷因数：
εi
Q2 W
Q2 Q1 Q2
T2 T1 T2
7.1B 制冷剂和载冷剂
1.制冷剂 实现制冷循环的工作物质 对制冷剂的要求：
（1）汽化热 要大，↓制冷剂循环量
（2）冷凝压力 不应过高，省功
（3）沸点
应适当低，使压缩吸入压力适合
（4）凝固点 应低，适用温度范围较大