制冷原理与设备吴业正第二版复习大全A

制冷原理与设备考试复习资料
制冷技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。

一、人工制冷
是指用人为的方法不断地从被冷却系统（物体或空间）吸收热量并排至环境介质（空气或水）中去，并在必要长的时间内维持所必要的低温的一门技术。

二、制冷技术的研究内容
1）研究获得低温的方法和有关机理，以及与此相应的制冷循环，并对制冷循环进行热力计算。

2）研究制冷工质的性质
3）研究制冷循环所必需的各种机械设备、控制仪表和系统等，以及它们的工作原理、性能分析、结构设计、组织流程、系统配套、设备隔热及自动化运行
制冷技术的应用
1）空调工程对环境的温度、湿度、洁净度进行控制。

2）食品工程保持稳定的低温环境，延长和提高食品的质量。

3）机械及冶金工业 4）医疗卫生事业5）国防工业和现代科技
6）石油化工、有机合成 7）轻工业、精密仪表工业
8）农业、水产业 9）建筑及水利 10）日常生活
第一章制冷的方法
一、制冷的方法
1、相变：是利用某些物质在发生相变时的吸热效应进行制冷的方法。

2、气体膨胀制冷
是利用压缩气体的绝热膨胀效应，从而获得低温气流的制冷技术。

3、热电制冷（半导体制冷）
是利用帕尔帖效应的原理来达到制冷的目的。

4、固体吸附式制冷
某些固体物质在一定的温度和压力下能吸附某种工质的气体或水蒸气，在另一温度及压力下又能将它释放出来。

5、气体涡流制冷
是利用压缩气体经过涡流管产生的涡流，使气流分离成冷、热两股气流。

6、磁制冷
是一种以磁性材料为工质的制冷技术。

其基本原理是借助次制冷材料的可逆磁热效应（磁卡效应），即磁制冷材料等温磁化时，向外界放出热量，而绝热退磁时因温度降低，从外界吸收热量。

二、各种制冷方法的原理
1、蒸汽压缩式制冷
2、蒸汽吸收式制冷
3、蒸汽喷射式制冷
4、吸附式制冷
5、热电制冷（半导体制冷）
6、气体膨胀制冷（空气制冷）
7、涡流管制冷
第2章单极蒸汽压缩式制冷循环
一、单级蒸汽压缩式制冷循环的基本工作原理
1、制冷循环系统的基本组成
基本组成：制冷压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器
基本原理图
2 、制冷循环过程
压缩过程（升压）、冷凝过程（放热）、节流过程（降压）、蒸发过程（吸热）3、制冷系统各部件的主要作用
1）制冷压缩机
作用：将来自蒸发器的制冷剂蒸汽由蒸发压力提高至冷凝压力。

2）冷凝器
作用：将蒸发器吸收的热量以及相当压缩机功率的热量一起排至环境介质中去。

3）节流器
作用：将冷凝后的制冷剂液体由冷凝压力PK降至蒸发压力P0。

4）蒸发器
作用：吸收低温热源的热量。

二、单级蒸汽压缩式制冷理论循环
（一）单级制冷循环的假设条件和压焓图
1、理论制冷循环的假设条件
1）压缩为干压缩，且压缩过程为等熵过程。

2）制冷剂与高、低热源间换热时传热温差为无限小。

3）制冷剂液体在节流前无过冷，并且为等焓节流。

4）制冷剂在管内流动时，无流动阻力。

2、制冷剂的压焓图
看图要点：
一个点：临界点C
两条线：液体饱和线、气体饱和线
三个区域：液相区、两相区（湿蒸汽区）、气相区
五种状态：过冷液体状态、饱和液体状态、湿蒸汽状态、饱和蒸汽状态、过热蒸汽状态六组等参数线：等压线P、等焓线h、等温线t、等熵线s、等比容线υ。

在压焓图的六组参数中，只要知道其中两个参数，就可确定一个状态点。

3、理论循环在压焓图上的表示
四个过程：1－2 压缩过程、2－3 冷凝过程、3－4 节流过程、4－1 蒸发过程
三、单级蒸汽压缩式制冷实际循环
1 、单级蒸汽压缩式制冷实际循环与理论循环的区别
1）实际压缩过程是曾熵过程
（1）实际吸气过程中，制冷剂蒸汽通过吸气管道、吸气阀件时有磨阻压降，使得进入气缸中的制冷剂压力P1必低于蒸发压力P0。

低温蒸汽进入气缸时将吸收气缸壁热量而比容增大，使吸气量减少。

（2）实际压缩过程不是等熵过程，而是增熵过程。

（3）实际排气过程中，只有当实际排气压力P2大于冷凝压力PK时，才能开启排气阀片。

排气时制冷剂通过排气阀片时有节流压降。

（4）在压缩过程中，压缩机运动部件存在机械摩擦;制冷剂会通过气缸的间隙由高压部位向低压部位泄漏;活塞式压缩机存在余隙容积，所以压缩机的实际输气量减少，无效耗功增大
2、实际制冷循环中压缩机吸入的制冷剂往往是过热蒸汽，节流前往往是过冷液体。

3、实际制冷循环制冷剂与高、温热源进行换热时存在传热温差。

4、制冷剂在管道及设备流动时存在流动阻力损失，且与外界有热交换。

5、实际节流过程不是等焓节流，而是增焓节流
简化后的压焓图
四、单级蒸汽压缩式制冷实际循环的热力性能及分析
（一）理论输气量、实际输气量、输气系数、循环量。

1、理论输气量Vh
m3/h 2、实际输气量Vs 压缩机单位时间内将制冷剂从吸气管道输送到排气管道的容积。

3、理论输气系数
压缩机的实际输气量Vs 与理论输气量Vh 之比 一般计算采用如下公式： 或木村公式： 循环量：压缩机在单位时间内输送的制冷剂质量流量。

（二）制冷量 制冷量是指制冷循环在单位时间内制冷剂从被冷却系统中吸收的热量。

（三）压缩机的功率和效率 1、单位理论功与理论功率
压缩机等熵压缩小时每输送1Kg 制冷剂蒸汽时所消耗的功。

W0=h2－h1′ KJ/㎏
理论功率是指压缩机在单位时间内按等熵压缩时所消耗的功。

2、单位指示功、指示功率、指示效率
单位指示功是指每压缩输送1㎏制冷剂蒸汽实际所消耗的功。

Wi=h2′－h1′ KJ/㎏
指示功率是指压缩机在单位时间内压缩制冷剂蒸汽实际所消耗的功。

60....42Z n S D V h π=Vh Vs =λl T p v λλλλλ...=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-=1085.094.010n K P P λs Kg V Vs q H m /.3600..360011'
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h h qm w qm N i i ).(.12''-==
指示效率是指单位理论功与单位指示功的比值。

压缩机的指示经验公式： 3、摩擦功率 由往复运动部件和回转运动部件的摩擦功率组成。

4、轴功率、机械效率与绝热效率 轴功率是指原动机传到压缩机轴上的功率。

Ns=Ni+Nm KW 机械效率是压缩机的指示功率与轴功的比值
绝热效率是压缩机的理论功率与轴功之比 （四）冷凝器负荷 单位冷凝负荷与冷凝负荷 冷凝负荷：
（五）制冷系数 五、 液体过冷、吸气过热及回热循环对循环的影响 1、液体过冷对循环的影响
液体过冷－是指节流前饱和制冷剂液体的温度低于冷凝压力下相对应的饱和温度。

液体过冷的目的：减少节流后湿饱和蒸汽的干度
液体过冷的形式：再冷却器、冷凝器、回热器等设备来实现
液体过冷对循环的影响 1）单位制冷量增加、2）单位容积制冷量增加
3）制冷系数增大
结论：液体过冷对系统总是有利的。

2、吸气过热对循环的影响
吸气过热－是指压缩机吸入前制冷剂蒸汽的温度高于蒸发压力下的饱和温度。

蒸汽过热的形式：1）蒸发器内过热。

2）回气管道过热。

3）封闭式压缩机内电机过热。

4)回热器过热
121200'
''--===h h h h w w N N i i i η0bt T i +=λη⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯-=-3.01216.01P P i η3600..f m h m P V N =m i i s i m N N N N N +==ηm i Ns N e ηηη.0==5
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h q k -='i h h h h η1212'''-+=KW h h q q q Q m k m K ).(.52-=='Ns Q 0=ε
吸气过热对循环的影响
1）吸气比容增大，压缩机的吸气量减少 2）排气温度升高 3）耗功增加 4）制冷系数降低
从以上可以看出，蒸汽过热对循环有不利影响，但在制冷循环中，为了改善制冷循环的性能及压缩机的安全运行，所以还是希望制冷剂在进入压缩机前有一定的过热度。

（1）可避免制冷剂液体进入压缩机气缸中而造成液击
2)在蒸发器内过热，可增大有效制冷量。

3)可减少进入气缸的制冷剂蒸汽与气缸壁的温差。

4)防止在低温装置中由于吸气温度过低而造成压缩机气缸壁过量结霜，从而改善润滑条件。

5)吸入具有一定过热度的制冷剂蒸汽，可提高往复式压缩机的容积效率。

3、回热循环对循环的影响
回热可使节流前的制冷剂液体过冷，又能使压缩机吸入前的制冷剂蒸汽过热。

六、不凝性气体对制冷循环的影响
不凝性气体－是指在冷凝压力下不能冷凝为液体的气体。

不凝性气体积存于冷凝器或储液器的上部
影响：冷凝器内转热面积减少；冷凝压力升高；耗工增大；制冷量减少；制冷系数下降。

系统存在不凝性气体的原因：
1、抽真空不彻底。

2、系统检修时带入的空气。

3、润滑油、制冷剂发生的分解。

4、压缩机负压运行时渗透进来的空气。

七、冷凝温度变化对制冷机性能的影响
冷凝温度的变化主要有地区的不同及季节的变化、冷却方式的不同等原因引起的。

假设冷凝温度升高
1、冷凝压力PK随TK升高而升高，压力比PK/P0增大，排气温度T2升高。

2、单位制冷量减少。

单位容积制冷量也减少。

3、单位理论功增大。

4、轴功Ns增大。

5、制冷系数降低。

冷凝温度TK升高对循环的影响有：
（1）冷凝压力PK随TK升高而升高，压力比PK/P0增大，排气温度T2升高。

（2）单位制冷量减少。

单位容积制冷量也减少。

（3）单位理论功增大。

（4）轴功Ns增大。

（5）制冷系数降低。

八、蒸发温度变化对循环的影响
蒸发温度的变化主要由生产工艺要求的不同和实际操作工况的变化引起的。

蒸发温度变化对制冷循环的影响（蒸发温度降低）
1、蒸发压力P0随蒸发温度T0降低而降低，压力比PK/T0增大，排气温度升高，压缩机的不可逆因素增大。

2、单位制冷量q0减少。

3、吸气比容增大。

4、单位耗功增大。

5、制冷系数降低。

九、跨临界CO2制冷循环的原理及应用
第3章制冷剂
制冷剂是制冷系统中完成制冷循环所必需的工作介质，载冷剂是在间接冷却系统中的传热介质。

一、制冷剂的分类与命名
R（m-1(n+1)(p)(r)
二、制冷剂的分类
高温低压制冷剂、中温中压制冷剂、低温高压制冷剂
1、卤代烃类制冷剂
2、环状有机化合物类制冷剂
3、共沸溶液类制冷剂
4、饱和
碳氢化合物类制冷剂5、有机化合物类制冷剂 6、无机化合物类制冷剂7、不饱
和碳氢化合物及其卤素衍生物类制冷剂8、非共沸溶液类制冷剂
三、选择制冷剂考虑的因素
对制冷剂的性能要求从热力学、物理化学、安全性、环境影响、经济性等方面考虑。

①环境可接受性
1）臭氧层破坏指数（ODP）为0
2）温室效应指（GWP）尽可能小。

②热力性质满足使用要求
1）具有适宜的工作压力和压力比③
2）汽化潜热要大（单位容积制冷量和单位质量制冷量要大）
3）排气温度不高4）耗功小5）性能系数大
③传热性和流动性好④化学稳定和热稳定性好，使用可靠。

⑤无毒、不燃、不爆，使用安全⑥价格便宜，来源广。

四、载冷剂
1、载冷剂与载冷循环的特点
载冷循环：载冷剂是在蒸发器中被制冷剂冷却并送到冷却设备中吸收被冷却系统的热量，然后返回蒸发器将吸收的热量传递给制冷剂，而载冷剂重新被制冷剂冷却。

循环不止，从而达到制冷的目的。

载冷剂是靠显热来运载冷量的。

载冷剂的种类：水、盐水、有机化合物。

2、对载冷剂的要求
1）在工作温度，不发生相变。

2）比热要大。

3）导热要大。

4）粘度要小。

5）化学性能要求稳定。

6）对人体和食品、环境无毒、无害，不会引起其他物质的变色、变味、变质。

7）不腐蚀设备和管道。

8）价格低廉，易于获得。

3、盐水溶液性质
盐水溶液作为载冷剂时应注意的问题
1）要合理地选择盐水的浓度2）防止盐水溶液对设备、管道的腐蚀
（1）最好采用闭式系统
（2）系统加入缓蚀剂
3）盐水溶液在使用过程中，会因吸收空气中的水分而使浓度降低。

4）氯化钙和氯化钠不能混合使用5）严禁在盐水池中有两种或两种
五、冰蓄冷系统
冰蓄冷系统由三部分组成：制冷系统、蓄冷系统、用冷系统。

流态冰的优点：
①既可蓄冷又可载冷，载冷时，单位载冷能力大。

②输送管道尺寸小，隔热费用低。

③用冷场所的冷却器进出口温差小，冷却场所温度分布均匀。

④冷却器内相变换热，表面传热系数大。

第4章两级压缩复叠式制冷循环
一、压力比过大对循环的影响
为了满足生产工艺要求，要求制冷循环获得较低的蒸发温度，PK/P0会增大，而PK/P0增大会带来一系列的问题。

1、压力比PK/P0过大，余隙容积的影响会增大。

即输气系数减少，实际输气量减少，
制冷量下降。

2、压力比PK/P0过大，会使压缩机的排汽温度升高。

当排汽温度过高时，会使润滑
油的粘度下降，从而导致压缩机的润滑条件恶化；当排汽温度超过润滑油的闪发点时，会使润滑油碳化，从而堵塞管道。

3、压力比PK/P0过大，会使压缩过程的不可逆性增大。

4、压力比PK/P0过大，节流损失增大。

二、按节流级数和中间冷却方式的不同，可分为：
1、一级节流中间完全冷却两级压缩制冷循环；
2、一级节流中间不完全冷却两级压缩制冷循环；
3、一级节流中间完全不冷却两级压缩制冷循环；
4、两级节流中间完全冷却两级压缩制冷循环；
5、两级节流中间不完全冷却两级压缩制冷循环；
一级节流：是指蒸发器供液的制冷剂液体由冷凝压力PK节流至蒸发压力P0的节流过程。

二级节流：是指蒸发器供液的制冷剂液体由冷凝压力PK节流至中间压力Pm，再由Pm 节流至蒸发压力P0的节流过程。

中间完全冷却：是指在中间冷却过程中，将低压级排出的过热蒸汽完全冷却为干饱和汽体。

中间不完全冷却：是指在中间冷却过程中，将低压级排出的过热蒸汽未冷却为干饱和汽体，而是过热蒸汽。

三、一级节流中间完全冷却的原理图及工作过程
四、两级蒸汽压缩式制冷循环热力计算
1、循环工作参数的确定
中间温度tm的确定
1）比例中项计算法 2）最大制冷系3）经验公式计算法 4）容积比插入法5）经验线图法
五、复叠式制冷循环
1、采用复叠式制冷的原因及循环特点
为了获得更低的蒸发温度，其原因是：
1）在获得更低的蒸发温度时，受到中温制冷剂凝固点的限制。

2）若直接用低温制冷剂，虽然其凝固点较低，但临界点温度叫低，不能用空气、水来冷却。

3）有些中温制冷剂其凝固点较低，由于蒸发温度较低，压力比增大，输汽系数减少，若用多级循环，系统叫复杂，当蒸发温度过低时，系统在高真空度下运行，空气易进入系统。

2、复叠式制冷循环特点
1）采用复叠式制冷循环时，低温部分制冷压缩机的理论输汽量比两级压缩的低压级压缩机的理论输汽量要小得多。

2）每台压缩机的工作压力范围适中，压力比适中。

3）系统内能保持正压，空气不易进入。

4）系统较复杂。

第7章溴化锂吸收式制冷机
一、溴化锂吸收式制冷
吸收式制冷机是一种以热能为主要动力的制冷机。

吸收式制冷工作原理
1、吸收式制冷的基本原理
（1）吸收式制冷循环的基本组成
组成：发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液泵及节流器。

（2）吸收式制冷循环的基本工作原理
吸收式
2、溴化锂吸收式制冷的基本原理图及工作过程
3、常用吸收式制冷循环工质对的性质
（1）溴化锂－水溶液
在溴化锂水溶液中，水是制冷剂，溴化锂水溶液是吸收剂，两者沸点相差很大（100℃，1265℃），只能得到0℃以上的冷水。

二、溴化锂吸收式制冷机的特点
1、以热能为主要动力，且对热源温度要求不高，t＞75℃。

2、运动部件少（屏蔽泵除外），震动小，噪音低。

3、溴化锂溶液为无毒、无臭、无爆炸危险，称为无公害制冷剂。

4、冷量调节范围宽，10～100％
5、对外界条件适应性强。

6、安装方便，对基础要求低
7、制造简单，操作维修方便。

8、在有空气的情况下，溴化锂溶液对碳钢有较强的腐蚀性。

9、制冷机在真空下运行，空气易渗入。

10、机组的排热负荷大，对水质要求高
三、研究方向
1、太阳能溴化锂吸收式制冷机研究。

2、高效燃气冷、热水机的研究。

3、利用低温热源的溴化锂吸收式制冷机研究
4、吸收式热泵的分析研究。

四、溴化锂水溶液的性质
五、溴化锂制冷循环的热力计算
六、溴化锂吸收式制冷机的性能及提高途径
影响溴化锂吸收式制冷循环性能的主要因素：
工作热源特性、冷却水特性、冷媒水特性及溶液特性、机组特性。

1、工作蒸汽压力（温度）变化对机组性能的影响
蒸汽压力升高，机组制冷量增大；但蒸汽压力升高到一定值时，制冷量增加缓慢，系统会有结晶的危险；蒸汽压力降低，制冷量减少。

2、冷媒水出口温度变化对机组性能的影响
在其他条件不变时，降低冷媒水出水温度时，吸收器内溶液吸收水蒸气的能力减弱，放气范围减少，制冷量下降。

3、冷却水进水温度变化对机组性能的影响
冷却水进口温度降低时，吸收器出口稀溶液的温度和浓度会下降，放气范围增大，制冷量增加。

若进水温度过低，会引起浓溶液结晶。

七、提高溴化锂吸收式制冷机性能的途径
1、及时抽除不凝性气体
2、调节溶液的循环量
3、强化传热与传质过程（1）添加能量增强剂（辛醇）（2）减少制冷剂水蒸气的流动阻力。

（3）提高换热器管内工作介质的流速。

（4）传热管表面进行脱脂和防腐处理。

（5）改进喷嘴结构，改善喷淋溶液的雾化情况。

（6）提高冷却水和冷媒水的水质，减少污垢热阻。

（7）采用强化传热管（8）合理地调节喷淋密度。

4、采取适当的防腐措施。

第9章制冷机的热交换器
一、蒸发器
分类：按制冷剂在蒸发器内的充满程度及蒸发情况分类：满液式蒸发器、干式蒸发器、再循环式蒸发器。

1、为了防止蒸发不完的制冷剂进入压缩机，要设置汽－液分离器。

2、冷却空气型干式蒸发器
分类：自然对流和强制对流
3、与满液式蒸发器相比，干式蒸发器的优点：①制冷剂冲注量少②回油方便。

③制冷剂在管内沸腾，适用于运输冷藏装置。

④对于壳管式蒸发器，水不易结冰。

⑤可采用热力膨胀阀供液。

缺点：①传热系数较低。

②在多管路干式壳管式蒸发器中制冷剂在端盖处转向时会出现气、液分层现象。

③在干式壳管式蒸发器中，由于存在折流板，影响载冷剂的换热。

④折流板安装困难
⑤水侧污垢清洗困难。

4、满液式蒸发器的制冷剂在壳侧蒸发，载冷剂在管内流动。

二、冷凝器
1、种类：空气冷却式冷凝器、水冷式冷凝器、蒸发式冷凝器。

2、空气冷却式冷凝器中，制冷剂在管内冷凝，空气在管外流动
3、壳管式冷凝器优点：
1）水侧可做成多流程，故管内流速高，传热系数较大。

2）冷却水循环量较少。

3）制冷剂可在冷凝器内过冷。

4）结构紧凑，占地面积小。

缺点：
1）冷却水的流动阻力大，水泵耗功较大。

2）水垢清洗较困难，对水质要求较高。

三、过冷器
目的：防止制冷剂液体在节流前汽化，减少节流后的干度。

安装位置：冷凝器后。

过冷器所用介质的温度要比冷凝器的介质温度要低。

四、在换热器中，冷热流体都是通过金属间壁进行换热。

第10章制冷机的其他辅助设备及管道
一、节流阀的种类：
1、手动节流阀
2、热力膨胀阀
3、热电膨胀阀
4、毛细管
5、电子膨胀阀
6、浮球阀
二、热力膨胀阀
1、分类：内平衡式和外平衡式
2、工作原理
三、电磁阀
作用：接通和切断制冷剂通道
安装位置：节流前的液体管道
四、油分离器
安装位置：压缩机的排气和冷凝器之间。

作用：把压缩机排出的过热蒸汽中夹带的润滑油在进入冷凝器前分离出来。

种类：洗涤式、填料式和离心式（氨系统）过滤式（氟利昂系统）
五、制冷系统中进入空气的原因：
1）系统在投产前或维修后，抽真空不彻底。

2）日常维修时，局部管道、设备未抽真空。

3）系统加注制冷剂时，充注管道的空气未排空。

4）系统在负压下运行，密封不严渗入的空气。

六、系统中有不凝性的危害：
1）冷凝压力升高。

2）换热器的传热效率降低。

3）加快设备和管道的腐蚀。

4）制冷量下降和耗电增加。

5）压缩机的排气温度升高。

氨系统从空气分离器排出
氟利昂系统从冷凝器或储液器上部排出
七、过滤器
作用：除去制冷系统中的杂质。

安装位置：节流前。

八、干燥器
作用：除去制冷系统中的水分。

安装位置：冷凝器后。

安装要求：一般水平安装，制冷剂流动方向与干燥过滤器的箭头方向一致。