蒸气压缩式制冷的热力学原理

制冷技术第一章蒸气压缩式制冷的热力学原理图1-1液体气化制冷原理图1冷凝器蒸发器贮液器2334t1p1p2冷却剂热热热热被冷却介质膨胀阀油分离器制冷段液化段保持低压气体液化制冷技术制冷技术第一节理想制冷循环一、逆卡诺循环卡诺循环（CarnotCycle）是在两个温度不相同的定温热源之间进行的理想热力循环。图1-2逆卡诺循环Tk΄3214∑wbaq0TsT0΄∑w制冷技术二、劳仑兹循环劳仑兹循环（LorenzCycle）是由两个等熵绝热过程和两个可逆多变过程组成的理想制冷循环。sT∑wcdbasasdT'0mT'kmT'kiT'0i图1-3劳仑兹循环制冷技术水的定压加热汽化过程ttst=tst=tst=tsttsvv’v=v’v=v’’v’vv’’vv’’未饱和水饱和水饱和湿蒸汽饱和干蒸汽过热蒸汽hh’h=h’h=h’’h’hh’’hh’’ss’s=s’s=s’’s’ss’’ss’’水预热汽化过热第二节蒸气压缩式制冷的理论循环制冷技术水的定压加热汽化过程水预热汽化过热第二节蒸气压缩式制冷的理论循环()QUWUpdVUpVUpVH制冷技术第二节蒸气压缩式制冷的理论循环一点、三区、五种状态制冷技术第二节蒸气压缩式制冷的理论循环制冷技术第二节蒸气压缩式制冷的理论循环图1-2逆卡诺循环Tk΄3214∑wbaq0TsT0΄∑w制冷技术一、蒸气压缩式制冷的理论循环0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器两个等压过程一个绝热压缩过程一个绝热节流过程与理想循环区别？制冷技术与理想制冷循环相比，有以下三个特点：1用膨胀阀代替膨胀机；2蒸气的压缩在过热区进行，而不是在湿蒸气区内进行；3两个传热过程均为等压过程，并且具有传热温差。制冷技术(一)膨胀阀代替膨胀机两部分损失：(1)节流过程3—4是不可逆过程，制冷剂吸收摩擦热，产生无益气化，降低有效制冷能力。(2)损失了膨胀功。0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器制冷技术(一)膨胀阀代替膨胀机节流损失大小有关因素：1.与Tk-To有关，随其增大而增大；2.与制冷剂的物理性质有关。比潜热r越小，液态制冷剂比热Cx越大节流损失越大。r/Cx3.Pk/Pkr越大过热损失越大。0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器制冷技术(二)干压缩过程湿压缩过程压缩机吸入的是湿蒸气，两个缺点：(1)湿蒸气迅速蒸发，占据气缸的有效空间，制冷量显著降低。(2)液珠既破坏压缩机的润滑，又会造成液击，使压缩机遭到破坏。0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器严禁发生湿压缩现象！制冷技术(二)干压缩过程实现干压缩，两种措施：(1)采用可调节制冷剂流量的节流装置。(2)在蒸发器出口设置气液分离器。0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器制冷技术过热损失大小与制冷剂物理性质有关，一般来说:1.节流损失大的制冷剂，过热损失较小;2.Pk/Pkr越大过热损失越大。0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器制冷技术'kTkT0T'0TTST'K11'2'233'4'4TKT'0T0△TK△T0ab0(三)有关换热过程的传热温差逆卡诺循环：1’-2’-3’-4’-1’有传热温差的循环：1-2-3-4-1耗功量增加：阴影面积制冷量减少：1-1’-4’-4-1—冷却介质的温度；—被冷却介质的温度；—冷凝器中制冷剂的温度；—蒸发器中制冷剂的温度。制冷技术(三)有关换热过程的传热温差○有传热温差的制冷循环的制冷系数小于逆卡诺循环的制冷系数。※制冷效率：理论循环的制冷系数与有温差传热的理想循环制冷系数的比值。ηR的数值反映了节流损失和过热损失的程度。%100'cthR制冷技术0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器四个基本过程是：①制冷剂液体在低压（低温）下蒸发，成为低压低温蒸气(蒸发器)②将该低压低温蒸气提高压力、温度成为高压高温蒸气(压缩机)制冷技术0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器四个基本过程是：③将高压高温蒸气冷凝，使之成为高压常温液体(冷凝器)④高压常温液体降低压力、温度重新变为低压低温液体，返回到蒸发器从而完成循环。(节流阀)制冷技术二、蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算温熵图：直观便于比较分析；定压过程换热量，以及绝热过程压缩机的耗功量都可以用过程初终状态的比焓计算。0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器制冷技术二、蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算（一）压焓图的应用制冷技术0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器制冷技术图2-1理论循环在T-s图（a）和lgp-h图（b）上的表示制冷技术1.单位质量制冷量q0q0=h1-h42.单位质量冷负荷qkq0=h2-h33.单位质量耗功量ωcωc=h2-h1制冷技术热力计算条件：蒸发温度；冷凝温度；液态制冷剂的再冷度；压缩机的吸气温度(二)蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算制冷技术序号计算名称计算符号计算公式1单位质量制冷量2单位容积制冷量3制冷剂的质量流量4制冷剂的体积流量014qhhvqMr01vqqv00MrQq10vVrMrvQqVr0q计算符号及公式制冷技术序号计算名称计算符号计算公式5单位冷凝热负荷6冷凝器热负荷7单位过冷负荷8过冷总负荷23kqhhkQ1gqkkQMrq'133gqhh11'33ggQMrqMrhh1gQkq计算符号及公式制冷技术序号计算名称计算符号计算公式9单位理论压缩功10压缩机理论耗功率11制冷系数12制冷效率021whhthP0021thPMrwMrhh000qw0w计算符号及公式%100'cthR制冷技术【例题1-1】某空气调节系统需冷量20kW，采用R22压缩式制冷，蒸发温度to=4℃，冷凝温度tk=40℃，无再冷，而且压缩机入口为饱和蒸气，试进行制冷理论循环的热力计算。图1-7例题1-1图lgph1234'4tk=40℃t0=4℃制冷技术饱和状态下热力性质表上查得：ｈ1=406.5ｈ3=ｈ4=249.7v1=0.04159s1=1.745pc=0.5661制冷技术【例题1-3】空气源热泵机组的制热量为12kW，采用R410A为制冷剂。已知蒸发压力为0.9MPa，冷凝压力为2.7MPa，再冷度为3℃，过热度为5℃，进行热泵理论循环的热力计算。图1-7例题1-1图lgph1234'4tk=40℃t0=4℃制冷技术例：蒸汽压缩式制冷循环的基本流程图正确的是下列哪一项？（图中箭头为制冷剂流向）（2011年真题）制冷技术第三节蒸汽压缩式制冷循环的改善节流损失过热损失0TsTkT032412΄opkp4΄a΄abb΄ΔwcΔq΄0Δq0weq01΄q0qk1234压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器再冷却膨胀机多级压缩制冷技术一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却（一）设置再冷却器TsTkT0323΄2΄0pkp4΄abΔq0Δts.cwcq041Ts.c1234΄压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器冷冻水3΄冷却水再冷却器冷却水TsTkT0323΄2΄0pkp4΄abΔq0Δts.cwcq041Ts.c1234΄压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器冷冻水3΄冷却水再冷却器冷却水液体过冷过冷循环Tsc—再冷温度Δtsc—再冷度制冷技术图2-2过冷循环在T-s图（a）和lgp-h图（b）上的表示定性分析：在1点一定时，若5点越靠近饱和液体线，即干度越接近于0，单位质量的湿蒸气所含的饱和液体越多，对制冷越有利。制冷技术图2-2过冷循环在T-s图（a）和lgp-h图（b）上的表示hhhhhhcthh144421021制冷技术120124441hhtchhhhhhTk=30℃，To=-15℃时，每再冷1℃，ε提高：•氨—0.46%•R22—0.85%Δtsc越大Tsc越低越好？NOTsTkT0323΄2΄0pkp4΄abΔq0Δts.cwcq041Ts.c1234΄压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器冷冻水3΄冷却水再冷却器冷却水制冷技术1.受技术、经济条件限制Tsc不可能很低；2.膨胀阀前3℃—4℃再冷度，防止闪发。两点说明：TsTkT0323΄2΄0pkp4΄abΔq0Δts.cwcq041Ts.c1234΄压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器冷冻水3΄冷却水再冷却器冷却水TsTkT0323΄2΄0pkp4΄abΔq0Δts.cwcq041Ts.c1234΄压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器冷冻水3΄冷却水再冷却器冷却水再冷温度高于冷却水进口温度；2℃—3℃温差。制冷技术措施：1、单独设置再冷却器（增加设备费）；2、再冷却器设置在水冷冷凝器内；3、增加冷凝面积（5%—10%）；4、设置回热器——回热循环。TsTkT0323΄2΄0pkp4΄abΔq0Δts.cwcq041Ts.c1234΄压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器冷冻水3΄冷却水再冷却器冷却水制冷技术膨胀阀前制冷剂有较大制冷度（二）回热循环一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却压缩机吸入有一定过热（液击、润滑条件）回热循环13压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器冷冻水1΄冷却水2΄TsTkT0323΄1΄0pkp4΄abΔq0Δts.h41Ts.hΔqa΄b΄Δwc回热器1΄2΄4΄3΄13压缩机膨胀阀冷凝器蒸发器冷冻水1΄冷却水2΄TsTkT0323΄1΄0pkp4΄abΔq0Δts.h41Ts.hΔqa΄b΄Δwc回热器1΄2΄4΄3΄制冷技术制冷技术回热循环在T-s图（a）和lgp-h图（b）上的表示制冷技术若不计回热器与环境空气之间的热交换，则液体过冷的热量等于使蒸气过热的热量，其热平衡关系为：hhhh4