制冷热力循环实验指导书

能量平衡实验指导书（3）
一、实验名称 热力系统循环过程中的能量平衡实验 （1）全系统能量平衡 （2）冷凝器能量平衡 （3）回热器能量平衡 （4）蒸发器能量平衡
二、实验的基本理论基础 本实验以压缩式制冷循环系统为实体硬件模型，改系统建立在热力学第一定
律，热力学第二定律以及工程传热学基本理论基础上，同时涉及到压缩机制冷循 环的基本理论。在实验过程中需测量、读取或查取系统循环工质的压力、温度、 比容、比焓等热力学状态参数，因此参与实验人员需要具备上述相关的基本理论 知识。 三、实验目的
lgp
43
2
5
61
h
图二
无回热循环与有回热循环各点异同。
点号
无回热
有回热
1 压缩机吸气状态
压缩机吸气、回热器蒸汽出口状态
2 压缩机排气状态
压缩机排气状态
3 冷凝器出口状态
冷凝器出口状态，回热器进口液体状态
4 节流前状态
节流前，回热器液体出口状态
5 节流后、蒸发器进口状态 节流后、蒸发器进口状态
6 蒸发器出口状态
图二
3、由 R134a 的压—焓图查各状态点的焓值
点号
符号
单位
1
h1
KJ/kg
2
h2
3
h3
KJ/kg KJ/kg
4
h4
5
h5
6
h6
KJ/kg KJ/kg KJ/kg
数值
h
备注
4、数据处理 序 名称 号
计算式
1 制冷量
Q0=m(h6-h5)1000/3600
2 压缩机功率消耗
N=m(h2-h1)1000/3600
通过本实验，使学生了解热力学第一定律与热力学第二定律的具体体现和应 用，熟悉和掌握有关热力学状态参数的测量、数据的采集、显示、查取的基本方 法。了解压缩式制冷循环系统的基本构成，了解和掌握热力系统能量平衡前需具 备的基本条件。 四、实验装置的原理及操作 1、实验装置
图一为本实验的装置原理图 图一中各温度测量名称如下： （1）压缩机吸气温度 （2）压缩机排气温度 （3）冷凝温度（冷凝器出口制冷剂液体温度） （4）节流前制冷剂温度 （5）节流后制冷剂温度 （6）蒸发器出口制冷剂蒸发温度 （7）冷却水进口温度
量 Q0 应来自外界的电加热量 Nj，即应有 Q0 =Nj
但由于传热过程的热损失,因此 Q0 与 Qj 之间存在一定的误差，其误差为: △1= (Nj - Q0)/ Q0×100%
（2）理论上冷却水带走的热量，即 QG 应来自于制冷剂放出的凝结热量即 QK, 应有:
QK =QG 但由于传热过程的热损失, QK 与 QG 之间存在一定的误差,其误差为:
1
吸气温度
℃
t1
2
排气温度
℃
t2
3
冷凝器出口温度 ℃
t3
4
节流前温度
5
节流后温度
℃
t4
℃
t5
6
蒸发器出口温度 ℃
t6
7
冷却水进口温度 ℃
t7
8
冷却水出口温度 ℃
t8
9
冷凝压力
Mpa
PK
10
蒸发压力
Mpa
P0
11
加热功率
W
Nj
12
压缩机功率
W
Np
13
冷却水流量
Kg/h G
14
制冷剂流量
Kg/h m
七、循环制冷剂的压—焓（p—h）图计及数据处理 1、R134a 的压—焓图
（8）冷却水出口温度
图一 装置面板上除有上述 8 个温度数显仪表外，还有制冷压缩机输入功率数显 表，蒸发器电加热功率数显表，制冷剂流量数显表，冷却水流量数显表，冷凝压 力（排气压力）和蒸发压力（吸气压力）数显表。 2、装置制冷循环过程 该循环以 R134a 为工质（制冷剂），在运行过程中，制冷剂按图中箭头方向 进行这个循环。制冷剂蒸汽经压缩机耗功压缩后，温度压力均提高。制冷剂蒸汽 进入冷凝器后与外界提供的冷却水进行热量交换，则制冷剂凝结为液体。在冷凝 器中制冷剂放出的热量应与冷却水吸收的热量平衡。自冷凝器中排出的液体进入 回热器，继续放出热量被从蒸发器排出的制冷剂蒸汽吸收。在回热器中制冷剂液 体放出的热量与制冷剂蒸汽吸收的热量平衡。从回热器出来的制冷剂液体经节流 阀节流降温降压后进入蒸发器，在蒸发器中制冷剂吸收外界提供的电加热量，蒸 发成蒸汽，该制冷剂蒸汽而后进入回热器与从冷凝器出来液体进行热交换，温度 继续提高后自回热器中排出被压缩机吸入，完成一个循环。在蒸发器中，制冷剂
℃
t4
℃
t5
6
蒸发器出口温度
7
冷却水进口温度
℃
t6
℃
t7
8
冷却水出口温度
9
冷凝压力
10 蒸发压力
℃
t8
Mpa
PK
Mpa
P0
11 加热功率 12 压缩机功率
W
Nj
W
Np
13 冷却水流量
Kg/h
G
14 制冷剂流量
Kg/h
m
七、循环的压—焓图及焓值的查取 1、p—h 图，图二为循环在 p—h 图上的表示：
制冷热力循环实验
指 导 书
制冷循环实验指导书（1）
一、实验名称 单级压缩有回热与无回热制冷循环对比实验
二、实验的基本理论基础 本实验是建立在热力学第一定律和热力学第二定律以及工程传热学基本理
论和蒸汽压缩式制冷循环的理论基础之上的，参与实验的人员具有上述相应的基 本知识。 三、实验目的
通过本实验，了解单级压缩有回热与无回热制冷压缩机两种不同的热力循环 的经济效果，了解换热器（回热器）的使用对提高热力循环经济性的重要作用， 此外还可以了解掌握、熟悉工质的相关热力参数测量、显示、采集及处理的基本 方法。 四、实验装置及操作 1、实验步骤
参与实验人员应严格按操作步骤操作，以避免事故的发生。 （1） 将“开关机”按钮置于“关机”处后，插上电源。 （2） 按顺时针方向将冷却水流量计下方手动调节阀调至零位（旋不动为止），
接通冷却水，按逆时针方向调节手动调节阀，使流量计浮子处于中间位 置。 （3） 将循环种类切换按钮按至“无回热”位置。 （4） 将电加热旋钮按逆时针方向旋至零位（旋不动为止） （5） 按动开机按钮启动压缩机。 （6） 观察吸气压力表，调节电加热旋钮，使吸气压力控制在 0.2Mpa-0.3Mpa
装置面板上除有上述 8 个温度数显仪表外，还有制冷压缩机输入功率数显表、 蒸发器电加热功率数显表、制冷剂流量数显表、冷却水流量数显表、冷凝压力（排 气压力）和蒸发压力（吸气压力）数显表。 2、装置制冷循环过程
装置系统中以 R134a 为工质（制冷剂），本实验制冷剂按图中箭头方向循环， 低于环境温度的的制冷剂蒸发经压缩机压缩后温度和压力均提高，进入冷凝器与 冷却水进行热量交换，放出凝结潜热成为高于环境温度的液体，液体经电磁阀 B 和视液镜，最后通过节流阀，压力下降，温度降低（大大低于环境温度），进入 蒸发器吸收气化热量（热量由电加热器提供）成为低温低压的制冷剂蒸汽，蒸汽 通过回热器（此时回热器不起回热交换作用，只作为通路使用）后，再被制冷压 缩机吸入，完成制冷循环。 3、实验操作步骤
内（绝对）。同时观察排气压力表调节冷却水手动调节阀，使排气压力控制 在 0.8-1Mpa 范围内（绝对）。 （2）有回热循环操作 无回热循环实验结束后，再进行有回热热循环实验 a、在运行状态下，按下循环切换按钮使之处于有回热位置； b、重复上述（1）g 操作，使吸气压力和排气压力与无回热循环实验记录相同，
1
-10
2
-8
3
-6
4
-4
5
-2
6
0
7
2
8
4
9
6
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8
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30
13
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14
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15
36
16
38
17
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18
Leabharlann Baidu
42
19
44
20
46
21
48
22
50
饱和压力 Mpa
0.20073 0.21704 0.23436 0.25273 0.27221 0.29282 0.31462 0.33765 0.36195 0.38756 0.41455 0.77006 0.81528 0.86247 0.91168 0.96298 1.0164 1.072 1.1299 1.1901 1.2526 1.3176
△2= (QK – QG)/ QG×100% （3）根据热力学第一定律系统能量守恒,带进系统的能量应等于系统带出能
量，即应有: Nj+Np= QG
但由于向空气中散发的热量，故存在一定的误差，其误差为： △3= (Nj+Qp- QG)/ QG×100%
附：R134a 的温度—饱和压力对应关系表
序号
温度℃
3 循环制冷系数
ξ= Q0/N= (h6-h5)/ (h2-h1)
4 冷却水带走热量
QG=G CP(t8-t1)1000/3600
5 冷凝器中制冷剂放出热量 Qk=m(h2-h3)1000/3600
注：水的比热容取 CP=4.18 KJ/kg。
单位 数值 备注
W W
W W
5、误差分析 （1）在循环稳定运行情况下，理论上蒸发器中制冷剂吸收的气化热量即制冷
2、实验操作步骤 参与实验人员应严格按操作步骤操作，以避免事故的发生
（1）无回热循环操作 先进行无回热循环操作的实验
a、检查“开关机”按钮，使之处于“关机”状态后，插上电源插头； b、将冷却水流量计下方手动调节阀调至零位（顺时针方向旋不动为止）； c、接通冷却水，调节冷却水调节阀，使流量计浮子处于中间某一位置； d、将循环种类切换按钮换至“无回热”位置； e、将电加热旋钮按逆时针方向旋至零位（旋不动为止）； f、 按动开机按钮，启动制冷压缩机； g、观察吸气压力表，调节电加热旋钮，使吸气压力控制在 0.2Mpa-0.1Mpa 范围
蒸发器出口、回热器蒸汽进口状态
2、焓值查取 分别按无回热循环与有回热循环，利用 R134a 的压—焓图查取各自循环的
各点状态焓值。
点号
符号
单位
数值
备注
1
h1
KJ/kg
2
h2
KJ/kg
3
h3
KJ/kg
4
h4
KJ/kg
5
h5
KJ/kg
6
h6
KJ/kg
对回热循环，应存在如下关系：h1-h6= h3-h4
注：可能有一定误差，这是由于测量数据之差取及焓值查取引起的累计误差。
图二为 R134a 的压—焓图 在压焓图上已知某状态的压力和温度均可查得该点的其它状态参数如比容、 焓、熵等。
2、循环在压—焓图上的表示 图二为循环在压焓图上的表示
lgp
43
2
5
61
图中：1 点为吸气状态点 2 点为排气状态点 3 点为冷凝器出口状态点 4 点为节流前状态点 5 点为节流后状态点 6 点为蒸发器出口状态点
待稳定后记录数据。
五、关机操作
按下“开关机”按钮，使之处于“关机”状态即可停止运行，将电加热旋钮
及冷却水调节旋钮处于零位，然后断开水源。
六、数据记录
对无回热循环和有回热循环，分别按下表记录各自相应的数据。
序号
名称
单位
符号
数值
1
吸气温度
℃
t1
2
排气温度
3
冷凝器出口温度
℃
t2
℃
t3
4
节流前温度
5
节流后温度
通过本实验，学生可以了解热力学第一定律和热力学第二定律的具体体现和 运用，熟悉和掌握有关热力学状态参数。 四、实验装置的原理及操作 1、实验装置
图一为本实验的装置原理图
图一
图中各温度测量名称如下： （1） 压缩机吸气温度 （2） 压缩机排气温度 （3） 冷凝温度（冷凝器出口制冷剂液体温度） （4） 节流前制冷剂温度 （5） 节流后制冷剂温度（蒸发温度） （6） 蒸发器出口制冷剂蒸发温度 （7） 冷却水进口温度 （8） 冷却水出口温度
图一
图中各温度测量名称如下： （1）压缩机吸气温度 （2）压缩机排气温度 （3）冷凝温度（冷凝器出口制冷剂液体温度） （4）节流前制冷剂温度 （5）节流后制冷剂温度（蒸发温度） （6）蒸发器出口制冷剂蒸发温度 （7）冷却水进口温度 （8）冷却水出口温度 装置面板上除有上述 8 个温度数显仪表外，还有制冷压缩机输入功率数显 表，蒸发器电加热功率数显表，制冷剂流量数显表，冷却水流量数显表，冷凝压 力（排气压力）和蒸发压力（吸气压力）数显表。
八、数据处理
序 名称
计算式
单
号
位
1 制冷量
Q0=m(h6-h5)1000/3600
2 压 缩 机 功 率 消 N=m(h2-h1)1000/3600
耗
3 制冷系数
ξ = Q0/N= (h6-h5)/ (h2-h1)
无回热结 有回热结
果
果
九、分析 根据制冷剂 R134a 的热力性质特点，在冷凝压力、蒸发压力相同的情况下，
回热循环的制冷系数应大于无回热循环时的制冷系数。
制冷循环实验指导书（2）
一、实验名称 单级压缩无回热制冷循环实验
二、实验的基本理论基础 本制冷循环实验遵循热力学第一定律和热力学第二定律。在实验过程中消耗
的机械能（由电能转换），转换成一定量的热能，并实现热量的转移，达到制冷 的目的。本实验还涉及到工质的压力、温度、比容、焓等热力学状态参数。因此 参与实验的人员应具有以上相应的基本知识。 三、实验目的
范围内（绝对）。同时观察排气压力表调节冷却水手动调节阀，使排气
压力控制在 0.8-1Mpa 范围内（绝对）。
五、关机操作
实验结束后，将“开关机”按钮按至“关机”位，即停止运行，然后将电加
热及冷却水调节纽旋至零位，最后切断水源。
六、数据记录
在运行稳定 10~20 分钟后记录数据
序号
名称
单位 符号
数值