制冷及低溫原理

1、制冷及低溫原理1緒論1.1制冷的定義要點(diǎn)：（1）人工方法（2）被冷卻對(duì)象溫度（3）過程實(shí)現(xiàn)制冷需要有補(bǔ)償過程即有能量輸入。用熱力學(xué)第二定律說明內(nèi)在本質(zhì)原因。普冷： 120 K制冷溫度范圍劃分：深冷（低溫）： 1200.3K超低溫： 0.3K掌握術(shù)語：制冷劑、制冷量制冷循環(huán)制冷機(jī)、制冷設(shè)備制冷裝置1.2研究內(nèi)容、應(yīng)用和發(fā)展內(nèi)容：（1）方法機(jī)理循環(huán)：熱物理過程（2）制冷劑：熱物理性質(zhì)、物理化學(xué)性質(zhì)（3）制冷機(jī)械與設(shè)備：原理一一性能一一設(shè)計(jì)要點(diǎn)：研究目的意義課外學(xué)習(xí)應(yīng)用：生活、生產(chǎn)、科研發(fā)展歷史2制冷方法2.1物質(zhì)相變制冷要點(diǎn)：基本概念：（1）物質(zhì)集態(tài)：（2）相變（3）潛熱相變制冷：液體蒸發(fā)1吸熱效

2、應(yīng)一一制冷固體融化升華J固體相變冷卻（1） 冰冷卻：融點(diǎn)：0C、潛熱335kJ/kg冰鹽冷卻七融席熱冰鹽種類T制冷溫度。冰鹽濃度（3） 干冰冷卻：固態(tài) CO2:三相點(diǎn)：-56.6oC , 0.52MPa三相點(diǎn)上吸熱融化，下吸熱升華，常壓升華溫度-78.5oC。液體蒸發(fā)制冷汽化吸熱T制冷要點(diǎn)：循環(huán)的基本原理：氣液平衡T飽和狀態(tài)p I t對(duì)應(yīng)保持低溫低壓下蒸發(fā)（汽化）四個(gè)過程 保持高溫高壓下冷凝（凝法）1 增壓、降壓實(shí)現(xiàn)循環(huán)方式多樣（1）蒸氣壓縮式制冷：要點(diǎn) 系統(tǒng)基本組成：四個(gè)部件+冷劑工作過程壓縮機(jī)作用：增壓，循環(huán)動(dòng)力膨脹閥作用：降壓，控制流量耗能：機(jī)械能，電能（2）蒸氣吸收式設(shè)備、工質(zhì)對(duì)要點(diǎn)：

3、系統(tǒng)組成工作回路冷劑回路溶液回路工作過程熱壓縮概念耗能：熱能（3）蒸氣噴射式制冷：要點(diǎn)：系統(tǒng)組成：噴射器，工質(zhì)泵工作過程：循環(huán)TS圖循環(huán)的熱力分析：制冷劑：H2O、R等能耗：熱能描述循環(huán)性能的指標(biāo)：制冷量，鍋爐熱負(fù)荷冷凝器熱負(fù)荷，泵功噴射系數(shù)，循環(huán)熱平衡詳解T-S圖（4）吸附制冷 要點(diǎn)：1）制冷原理：a、固體吸附劑吸附冷劑蒸汽作用，b、吸附能力fx tf，c、周期冷卻與加熱吸附劑形成吸附和解吸（脫附）2）吸附機(jī)理KM附3）工質(zhì)對(duì)物理吸附制冷：1）沸石（鋁硅酸鹽礦物）+水2）系汽組成：吸附床+Con+Eva3）間歇式制冷4）連續(xù)制冷：多吸附器連續(xù)作用循環(huán)制冷速率x吸附床傳熱傳質(zhì)特性（改善措施）固

4、一一氣熱化學(xué)制冷（反應(yīng)法）1）固氣化學(xué)吸附：氯化物與氨的反應(yīng)熱現(xiàn)象固 化學(xué)反應(yīng)（合成與分解氣2）單效液體蒸發(fā)吸附循環(huán)：見參考教材P203）工質(zhì)對(duì)：氯化鋇（Bacl2）+氨（NH3）系氣組成與工作過程:分解/冷凝過程合成/蒸發(fā)過程固一一氣相平衡圖：（見參考教材P20）2.2電磁聲制冷熱電制冷：要點(diǎn)：西貝克效應(yīng)兩種材料溫差電制冷（半導(dǎo)體），熱電效應(yīng)（帕爾帖效應(yīng)）： 電回路冷熱節(jié)點(diǎn)直流電注意：熱電效應(yīng)強(qiáng)度X材料的熱電勢熱電制冷元件（熱電偶）：P型+N型半導(dǎo)體，連接銅線式銅片熱電堆：并聯(lián)式串聯(lián)多個(gè)熱電偶磁制冷要點(diǎn)：磁熱效應(yīng)的物理意義補(bǔ)充知識(shí)：磁感應(yīng)強(qiáng)度：表示磁場強(qiáng)弱和方向的物理量：B = FlIF受力

5、，l導(dǎo)線長度，I電流強(qiáng)度磁場強(qiáng)度：H磁導(dǎo)率日:B=日H磁矩：磁熵：課外自習(xí)：低溫磁制冷高溫磁制冷聲制冷要點(diǎn)：熱聲效應(yīng)：熱能與聲能之間相互轉(zhuǎn)換現(xiàn)象聲波傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力波動(dòng)，位移波動(dòng)，溫度波動(dòng)，當(dāng)其與固體邊界相遇，相互 作用而有能量之轉(zhuǎn)換。課外自習(xí)：2.3氣體渦流制冷原理：1.2方法，使壓縮氣體產(chǎn)生渦流運(yùn)動(dòng)并分離成冷、熱兩部分，冷氣流去制冷。工作介質(zhì)：空氣、CO2、NH3渦旋（流）管：構(gòu)成工作過程：高壓室溫氣體 ）冷熱氣流分離（壓力能r速度能）詳解工作過程的TS圖：制冷計(jì)算渦流管的冷卻效應(yīng)： = T1 - TC等熵膨脹強(qiáng)度效應(yīng)：函s = T1- Ts冷卻效率：門=Tc c ATS渦流管加熱效應(yīng)：A

6、Th = Th - T1制冷量：qo=c ATQ0制熱量：qh=CpATh 質(zhì)量平衡、能量平衡可應(yīng)用于過程，則：Q=g3單級(jí)蒸氣壓縮式制冷3.1可逆制冷循環(huán)制冷的熱力學(xué)原理要點(diǎn)：逆向循環(huán)-制冷循環(huán)熱源、熱匯概念制冷循環(huán)的熱力學(xué)本質(zhì)：能量補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移：低溫?zé)嵩粗粮邷責(zé)釁R逆向循環(huán)!制冷能量轉(zhuǎn)換關(guān)系見圖3-1制熱J描述循環(huán)性能的參數(shù)（指標(biāo)）：熱泵、制冷機(jī)、熱泵型制冷機(jī)COP=收益能量/補(bǔ)償能量copr = QoEcoph = qe重點(diǎn)理解關(guān)系式：COPH=COPR+1（有條件才成立）制冷系數(shù)，供熱系數(shù)（熱泵系數(shù)）循環(huán)效率（熱力完善度）：門=COP/COP C逆卡諾制冷循環(huán):13a41循環(huán)構(gòu)成及工

7、作過程：循環(huán)中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系：熱力學(xué)第一定律應(yīng)用循環(huán)的性能系數(shù)：COpc = Qq.w = 了 Ct = tH L H T _1LdCOP分析其特性：，注意應(yīng)用：的討論oTL要點(diǎn)：COP，門的特點(diǎn)、區(qū)別與聯(lián)系勞論茨循環(huán)要點(diǎn)：條件是熱源熱匯是變溫的制冷劑吸、放過程也是變溫的 循環(huán)構(gòu)成：條件：任何過程無傳熱溫差等熵壓縮與膨脹過程?？赡鎰诨难h(huán)的性能系數(shù)：q = f2 Tds = T (S - S ) 3m 23q = j1 Tds = T (S - S ) 04om 14放熱量:吸熱量:Tm、Tom平均變量溫差輸入功:COP =w=q-q0 q w = Tt . m-Tom3.2單級(jí)蒸汽壓縮式制

8、冷理論循環(huán)要點(diǎn)：循環(huán)系統(tǒng)組成與工作過程1、系統(tǒng)：四部件+Pipe+R2、工作過程：單級(jí)蒸汽壓縮：一次性壓縮P0 - Pk制冷劑的狀態(tài)圖熱力狀態(tài)參數(shù)：p、T、v、s、h（1）壓一一焓圖：圖的結(jié)構(gòu)特性：一點(diǎn)、兩線、三區(qū)、五態(tài)等值線族：等t、p、v、s、h、x臨界點(diǎn)：在臨界溫度以上，物態(tài)只能以汽相存在（2）溫熵圖：理論循環(huán)：（飽和循環(huán)）1、理論循環(huán)的假定：（見參考教材P69）五條2、理論循環(huán)在狀態(tài)圖上的描述：（見參考教材P70）3、循環(huán)特性：循環(huán)各過程包括：功、熱轉(zhuǎn)換與交換應(yīng)用熱力學(xué)第一定律（開口系）循環(huán)特性指標(biāo)：要點(diǎn)：單位質(zhì)量概念（1）： q（2）： qzv：壓縮機(jī)吸氣（3）： w 單位：kJ/k

9、g，kJ/m3（4）： wv（5）qk（6）壓比：兀（壓機(jī)）（7）排氣溫度：T2（8）COP（9）門注意點(diǎn)：對(duì)于某一制冷劑采用理論循環(huán)分析可知：系統(tǒng)壓力水平壓機(jī)工作條件制冷能力經(jīng)濟(jì)性制冷機(jī)性能指標(biāo)：中（kw）P（w） COP qvh（ m3s）壓縮機(jī)理論輸氣量（1） 制冷循環(huán)量：q = qvhvkg/s1（2）中=q - q = q - q kw00 m vh zv（3）P = q - w = q h - w kw（4）COP=o，p = q0-W4、理論循環(huán)的意義：（見參考教材P73表31）（1）不可逆性：不可逆損失（2）循環(huán)指標(biāo)與溫度及制冷劑物性有關(guān)實(shí)際循環(huán)的基準(zhǔn)與參照，用于評(píng)價(jià)制冷劑3.

10、3單級(jí)蒸汽壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)實(shí)際循環(huán)：1、實(shí)際工作存在的影響因素：有傳熱溫差（外部條件）非飽和態(tài)（內(nèi)部條件）流動(dòng)阻力，及散熱損失非等熵壓縮2、實(shí)際循環(huán)的狀態(tài)圖3、實(shí)際循環(huán)的工作過程：蒸發(fā)過程：40 1a吸氣過程：1a 1b 1：過熱壓縮過程：吸熱壓縮（熵增），放熱壓縮（熵減）排氣過程：2 2a冷卻凝結(jié)過程：2a3：過冷節(jié)流過程：34：絕熱4、實(shí)際循環(huán)的簡化為工程設(shè)計(jì)方便，做如下簡化（1）忽略冷凝器蒸發(fā)器中壓降，以壓縮機(jī)排氣壓力作冷凝壓力（或排氣壓力減 去壓降后），以壓縮機(jī)吸氣壓力作蒸發(fā)壓力（或吸氣壓力加上吸氣壓降）， 認(rèn)為T0，Tk為定植。（2）壓縮過程簡化為有損失的簡單壓縮過程。（3）節(jié)流

11、為等焓過程簡化后的實(shí)際循環(huán)Ph圖：循環(huán)性能指標(biāo):q = qw= h - h1指示比功：因非等焓及阻力損失 氣：壓縮機(jī)指示效率各種實(shí)際因素對(duì)循環(huán)的影響1、液體過冷：概念：過冷過冷度：AT = T3 - T3過冷循環(huán)：AT = T - T#，Ah = h3 - h3 = c AT過冷循環(huán)與飽和循環(huán)對(duì)比：見P75，表32。難點(diǎn)：思考書上過冷度對(duì)不同冷劑的影響情況實(shí)現(xiàn)過冷的方法：利用冷凝器利用增加過冷器利用回?zé)徇^冷狀態(tài)3點(diǎn)比焊的確定：h , = h - c rATgor : h = h (T )s 32、吸氣過熱：概念：過熱，過熱循環(huán)的P-h圖過熱度直廣Ti- Ti有用過熱: 無用(有害)過熱:(1)

12、無用過熱時(shí)的循環(huán)對(duì)比:見表3 3,(2) 有用過熱對(duì)比：見表34,結(jié)論：有害結(jié)論.:q COP不確定zv有用過熱是否使qzv，COP增加取決于制冷劑性質(zhì)，增加幅度與過熱度大小有關(guān)。見圖 3 14, 3 15。3、回?zé)?循環(huán))：回?zé)崞鳠崞胶鈎3 - h3=氣-h1=h - h44 q - h 一 h - h 一 h0 1 41 4與理論循環(huán)對(duì)比，其等價(jià)于用有用過熱循環(huán)與理論循環(huán)對(duì)比，前者的結(jié)論適用。蒸發(fā)溫度低的制冷機(jī)適合采用回?zé)帷?、管管壓力損失及熱交換(1)吸熱：有害（保溫）.阻力：降低吸氣壓力(2)址戶做 放熱：有利（不保溫） 琲氣官：J阻力：提高排氣壓力(1)高壓液管：吸或放熱1阻力：降低

13、閥前壓力(2)低壓液管：吸熱阻力：提高出口壓力壓縮機(jī)損失：功率損失T耗功 ） T M容積損失T輸氣量COP I概念：（1） 指示功：.直接用于氣體壓縮指示功率：門.二% /吧軸功：弋輸入到主軸上的比功機(jī)械功率：門 =W W輸入電功：we電機(jī)輸入功電機(jī)功率：門0 = w / w壓縮機(jī)容積功率：X = q /q切實(shí)際輸氣量m3/s，理論輸氣量（輸氣系數(shù)）6、相變傳熱不可逆的影響：存在傳熱也，使：T , P個(gè),T , P Ik k 00T 兀個(gè),q J, q . J, X，T w 個(gè)T COP J, Q J單級(jí)蒸汽壓縮式制冷機(jī)的熱力計(jì)算熱力計(jì)算目的：為了系統(tǒng)部件設(shè)計(jì)或選型提供依據(jù)計(jì)算內(nèi)容 ：確定計(jì)算

14、工況計(jì)算實(shí)際循環(huán)特性計(jì)算制冷機(jī)性能和換熱的各負(fù)荷計(jì)算方法與步驟：確定制冷系統(tǒng)，工質(zhì)確定制冷溫度、冷卻介質(zhì)溫度，制冷量Q或壓縮機(jī)理論輸氣量確定循環(huán)工況：確定P-h圖 循環(huán)T = T +AT , T = T -ATk H K 0 L 0T = T/AT ，T廣 T3 -ATl注意點(diǎn)：吸氣溫度T1是否考慮無用過熱視情況而定。換熱溫差的選?。核淅淠鳎篈Tk = 46K風(fēng)冷冷凝器：ATk = 1014 K冷卻液體的蒸發(fā)器：AT0 = 35 K冷卻空氣的蒸發(fā)器：日0 = 810 K計(jì)算實(shí)際循環(huán)特性：確定進(jìn)出口各設(shè)備制冷劑熱力狀態(tài)參數(shù)（由圖、表、物性計(jì)算程序）計(jì)算各項(xiàng)性能指標(biāo)注意點(diǎn)：各效率的確定制冷機(jī)性

15、能及設(shè)備熱負(fù)荷計(jì)算q廣九/ vi = q - q = q - q0 m 0 vs zvp = q - wPk = m - Kp = q - wCOP = /p （封）COP = 0/p（開） = q - qK m KG = qm - 4gh = qm - qH計(jì)算示例見P8688。習(xí)題：1、 一臺(tái)制冷量為50KW的活塞式制冷機(jī)（開啟式）冷卻介質(zhì)溫度為32C，被冷 卻物溫度為一10C，制冷劑為R22,采用回?zé)嵫h(huán)，吸氣溫度為0C,試進(jìn)行 制冷機(jī)的熱力計(jì)算。（取門.=0.8, nm =0.92,人=0.75）2、 一房間空調(diào)器KC-25 （Q=2500W）制冷循環(huán)工況為：蒸發(fā)溫度t0=7.2C,

16、冷 凝溫度tk=54.4C，過冷溫度：46C；蒸發(fā)器出口溫度：15C，壓縮機(jī)吸氣溫度：35C，試進(jìn)行熱力計(jì)算。（R22，n. =0.9，n =0.95，n =0.95，人=0.85）4制冷機(jī)變工況特性重點(diǎn)：1、工況變化對(duì)制冷劑性能的影響要點(diǎn)：工況參數(shù)：T0, Tk，T1，T3, （p0, p，COP 工況參數(shù)。外部參數(shù)：熱源、熱匯即冷卻介質(zhì)，被冷卻物溫度參數(shù)，流量參數(shù)。外部參數(shù)T 內(nèi)部參數(shù)（工況）（1）Tk變化的影響：以飽和循環(huán)為例，由p-h圖說明當(dāng)疽七,：循環(huán)：12341 12341循環(huán)特性變化：t個(gè)w個(gè),q J,兀個(gè),t個(gè),COP J制冷機(jī)性能變化：兀 f人 I q I (= X - q

17、)q 1 $q 0 JJ 0q $, w f p = q -巧不定COP $(2) t0變化的影響：t0 t0”循環(huán)：12341 12341循環(huán)特性變化：$v f,兀 f, T f w f, q $, q $v f, w f w = w /v (由此式不確定)對(duì)此，用理想氣體壓縮過程分析，有:J)b -1p0(%)K1P 01當(dāng)PK一定，對(duì)于某一制冷劑，K 一定*(P)對(duì)該式求導(dǎo)，且:dw 30)0 pkwv取得極值條件是：兀*= (P K / P0)= max = Kk-1當(dāng)K (Pk)一定，T0 P0 J兀個(gè)，當(dāng)Kk* 時(shí)，w J對(duì)于大多數(shù)制冷劑：兀* 3制冷機(jī)性能變化：，。J40 J,C

18、OP J, p 同上w3.4采用混和制冷劑的單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)理論循環(huán)：循環(huán)假設(shè)：忽略流阻損失，和成分變化吸、放熱過程為定壓，節(jié)流等焓壓縮，等熵對(duì)于共沸混合物，其循環(huán)情況與純質(zhì)相同；對(duì)于非共沸混合物，由相變變溫特點(diǎn)，可用勞倫茨循環(huán)作為理想化的基準(zhǔn)循環(huán)。對(duì)二元混合物的制冷循環(huán)，可表示為T-S圖上，實(shí)際循環(huán)與純質(zhì)循環(huán)類似要考慮實(shí)際因素。相變溫度滑移特別考慮兩器中溫度分布分流中成分改變1、蒸發(fā)器中制冷劑溫度的實(shí)際分布設(shè)定壓蒸發(fā)時(shí)的溫度滑移函仔使得蒸發(fā)器入口處：roi 蒸發(fā)器出口處：T02制冷劑沿程壓降，AP 出口蒸發(fā)溫度改變AT，兩種效應(yīng)是綜合影響的，相疊加 的結(jié)果，造成蒸發(fā)器中制冷劑溫度的實(shí)際

19、分布三種可能的情況：C： AT(AP) ATG定壓相變時(shí)，氣、液相成分在變，不等于充注時(shí)的成分。實(shí)際中造成成分偏移的原因：P1144制冷劑無機(jī)物氯化物碳?xì)浠衔?.1概述天然合成制冷劑分類/純質(zhì)1混合物1、命名：據(jù)ISO0817制冷劑編號(hào)規(guī)定R數(shù)字或字母無機(jī)物：R7（）（）氟利昂和烷烴：其分子式：CmHnFxCly,Brz2m+2R（m-1）（n+1）（x）B（z）共沸混合物：R5（）（）（按命名先后順序）非共沸混合物：R4（）（）（按命名先后順序）2、制冷劑的選用考慮因素：制冷性能實(shí)用性環(huán)境可接受性4.2制冷劑的性質(zhì)3、熱力性質(zhì)：p，t，v，h，s，c，c，k，a飽和蒸氣壓與溫度關(guān)系臨界溫度

20、粘性，導(dǎo)熱性和比熱容4、環(huán)境影響指數(shù)（1）臭氧衰減指數(shù)ODP：物質(zhì)氣體逸散到大氣中對(duì)臭氧破壞的潛在影響程度。 以R11的臭氧平衡影響做基準(zhǔn)（為1），其他則相比于R11。（2）溫室影響指數(shù)（GWP）：對(duì)大氣變暖的直接潛在影響程度；以CO2的溫 室影響做基準(zhǔn)（為1）。5、物理化學(xué)性質(zhì)（見參考教材P93）4.3混和制冷劑要點(diǎn)：混合物的T-x相圖，定壓下相變時(shí)的熱力特征：（1）非共沸混合物：相變溫度滑移：AT = t-七定壓下，(2)(3)T 很小概念：分餾，精餾混合物制冷劑的特點(diǎn)4.4實(shí)用的制冷劑要點(diǎn)：濃近年由于涉及臭氧層的損耗情況，為了能顯示制冷劑元素的組成，知道是否 含有氯（Cl）或漠（Br）等

21、消耗臭氧的元素，因此制冷劑命名符號(hào)中，用組成元素符號(hào)代 替字母R，方法是：C-碳，F(xiàn)-氟B-漠，C-氯，H-氫碳的完全鹵代烴碳的不完全鹵代烴 碳的天然鹵代烴氟，氟氟，則符號(hào)有：CFC-含氯，HCFC-含氯HFC-含氯，HC -碳?xì)浠衔锍粞鯇樱何挥诘厍虮砻嫔峡?0-50Km的區(qū)域內(nèi)，為平流層占80%（和位于10Km以下，為 對(duì)流層，占15%）前者吸收大部分太陽輻射紫外線，可避免其危害地表生物。制冷劑擴(kuò)散到平流層中，在紫外線照射下，分解出氯原子，其促成臭氧（o3）分解成氧 原子（o2），造成臭氧層衰減。溫室效應(yīng)：地球周圍的CO2和水蒸氣可使太陽短波輻射穿過，而加熱地球，但攔截地球發(fā) 射的長波熱輻

22、射，會(huì)使地表氣溫達(dá)到平衡溫差（入射能量與反射能量處于平衡時(shí)）大氣的這種保溫作用稱之為CO2 稱為溫室氣體，還包括，甲烷，N02，制冷劑，溫室氣體過度排放后，增強(qiáng)地球溫室效 應(yīng)，導(dǎo)致全球變暖。A:宜(AP) Y 宜GB： AT(AP) = ATGC： AT(AP) A ATG5多級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)單級(jí)壓縮在常溫冷卻條件下，能獲得的低溫程度有限，受壓比和排氣溫度制約。當(dāng)th(tk)定，TL (T0)下降就會(huì)使得丸t，t21。對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)有如下影響：1、因有余隙容積，當(dāng)兀t時(shí)，會(huì)使人It 02、門.，t80, COP，3、T21 t超過允許值一般基于經(jīng)濟(jì)性和可靠性考慮，對(duì)氟機(jī)兀 10,氨機(jī)8,對(duì)

23、于回轉(zhuǎn)式容積壓縮機(jī)，主要影 響是t2；對(duì)于離心式，單級(jí)壓比34解決單機(jī)壓縮的問題即采用分級(jí)壓縮，中間冷卻：即多級(jí)壓縮后可完成總壓的要求，在每 一級(jí)壓縮可使壓比減小，并在壓縮后進(jìn)行排氣冷卻，可使在一級(jí)壓縮的排氣溫度降低。見表3 13 5.1兩級(jí)壓縮制冷的循環(huán)形式過程：壓縮兩個(gè)階段。P0tPm，PmtPk中間冷卻完全冷卻不完全冷卻一次節(jié)流：P t P(T t T)節(jié)流過程二次節(jié)流：P t P，P t P(T t T，T t T )k m m 0 k m m 0有四種基本循環(huán)形式：見表3 14，F(xiàn)3 345.2兩級(jí)壓縮制冷的系統(tǒng)流程與循環(huán)分析1、一次節(jié)流中間完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)(1)系統(tǒng)流程及

24、循環(huán)的ph圖，見F3 35工作過程：要點(diǎn)：中間冷卻器的作用高壓級(jí)吸由三部分中間冷卻器端差：) = 17 t = 3 5oC熱力計(jì)算：假定已知制冷量4 0單位制冷量q0=h1h7比功 w0=h2h1低壓級(jí)制冷劑流量：qmD= 4 0/q0低壓級(jí)制冷劑耗功率：Pk.D=qmD wD/n kD低壓級(jí)輸氣量：實(shí)際：qvsD=qmD V1理論：qvh.D= qvs.D/入 D高壓級(jí)比功：wG=h4-h3高壓級(jí)流量：可由中間冷卻器熱平衡確定質(zhì)量平衡：qm.G=qm.D+qm6=qm6+qm7qm7=qm.D熱平衡：qm.D h2+qm.Dh5+(qm.G-qm.D) %小3+常*所以 qm.G=qm.D(

25、h2-h7)仙3丸)高壓級(jí)耗功率：Pk.G=qm.GWG代k.G高壓級(jí)輸氣量：實(shí)際：qVsG=qmGv3理論：qvhG= qvsG/ 入 g性能系數(shù)：冷凝器熱負(fù)荷：見P120，實(shí)測見F3 372、一次節(jié)流中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)(1)系統(tǒng)流程及ph圖工作流程熱力計(jì)算：基本同前一樣，只是高壓級(jí)流量的計(jì)算有所不同，其吸氣為過 熱八、對(duì)中間冷卻器熱平衡有：(q- q ) . (h - h ) = q (h - h ) TOC o 1-5 h z m.Gm. D37m. D 68h7 = h6所以 q = q(h - h )/(h - h )m.Gm.D 3836對(duì)于混合點(diǎn)4，有：(qmG -

26、 qmD )3+2=常. h = h + (h - h )(h - h )/(h - h )43362338實(shí)測見圖：F3-413、(參考教材P123),自學(xué)5.3兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)中間壓力的確定及熱力計(jì)算確定循環(huán)型式，tk，t0，使tm(pm)即可進(jìn)行計(jì)算中間壓力確定按最佳中間壓力，使COP最佳，方法是試算：在已知tk，t0條件下，確定一組中間溫度丁面，對(duì)應(yīng)每一個(gè)Tmi，對(duì)循環(huán)計(jì)算得COPj，取對(duì)應(yīng)COPmax的Tmopt，即對(duì)應(yīng)的Pmopt為最佳。m1作圖式依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，如式(3-62)基于Pmopt值下的循環(huán)計(jì)算，確定高、低的壓縮機(jī)容量：qvhg，qvhD已知選配好壓縮機(jī)，通過試算，確定P

27、m，使得S vhG =，mG GD = g =定值qvh. D匕強(qiáng)七熱力計(jì)算例題：P1255.4復(fù)疊式制冷要點(diǎn)：采用復(fù)疊式制冷的原因 制冷系統(tǒng)與循環(huán)（參考教材P131）,自學(xué)5.5 CO2制冷采用CO2作制冷劑通過制冷循環(huán)實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷近臨界循環(huán)和跨臨界循環(huán)CO2臨界點(diǎn)，31 C, 7.28Mpa,-10C 2.65Mpa 0C 3.48Mpa 5C 3.97Mpa在常溫冷卻介質(zhì)冷卻下，冷卻（或冷凝）在近臨界溫度，或超過臨界溫度，故單級(jí)壓縮循 環(huán)可能是上兩種情況，近臨界或跨臨界循環(huán)。兩種循環(huán)表示在p-h圖上由圖可知兩種循環(huán)的單位制冷量q0都很小，對(duì)于跨臨界循環(huán)，可以進(jìn)一步提高高壓側(cè)壓力 來增加q

28、0 （原因是等溫線t3存在一斜度平緩段），但提高壓力對(duì)COP的影響是先增后減， 因此，存在一最佳Pn值，其確定方法見圖3-54。要點(diǎn)，解釋：P138*號(hào)段跨臨界循環(huán)的應(yīng)用裝置1、CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)組成：見F3-55b，循環(huán)p-h圖工作過程:特點(diǎn)：無凝，系統(tǒng)壓力高，但壓比小，貯液器及回?zé)崞鞯淖饔茫奝1402、熱泵式水加熱器系統(tǒng)組成：見F3-56工作過程：特點(diǎn)：見 P140，P141 3、單機(jī)雙級(jí)制冷壓縮機(jī)應(yīng)用R22,按一級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮循環(huán)工作，tk=35C，t=40C，高低壓級(jí)理論輸氣量之比& =1/3，取人D = 0.66人 = 0.76試確定中間壓力，絕對(duì)效率氣=0.776

29、熱交換過程及熱換熱器6.1 過程見 p2302386.2蒸發(fā)器要點(diǎn)：各類蒸發(fā)器的特點(diǎn)蒸發(fā)器的分類和結(jié)構(gòu)1、干式蒸發(fā)器：制冷劑在管內(nèi)一次完全汽化見F66， P238特點(diǎn)：在正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，液體體積占管內(nèi)體積1520%,有效沸騰面積均為管內(nèi) 表面積30%。干式殼管式蒸發(fā)器：用于冷卻液體，管內(nèi)制冷劑 管外(殼側(cè))載冷劑管組排列方式直管式U型管式見 F68 F69(2) 板式蒸發(fā)器：由金屬傳熱板片疊加而成，板片為波紋狀，波紋形式有人字、 水平、鋸齒。屬高效緊湊式。冷卻完全型：蛇形管式，外加翅片干式蒸發(fā)器優(yōu)缺點(diǎn)：P2442、再循環(huán)式蒸發(fā)器，制冷劑經(jīng)多次循環(huán)后完全汽化見F6-17 (重力供液)F6-18F

30、6-20 (泵力供液)3、滿液式蒸發(fā)器：見 F6-21優(yōu)缺點(diǎn)：P247蒸發(fā)器內(nèi)的對(duì)流換熱包括制冷劑J管內(nèi)流動(dòng)沸騰 池？沸騰被冷卻介質(zhì)強(qiáng)迫對(duì)流換熱自然對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算關(guān)聯(lián)式!通用專用1、制冷劑側(cè)：(1)(2) (3)見 P247-2502、表面式蒸發(fā)器空氣側(cè)3、單機(jī)對(duì)流換熱蒸發(fā)器的傳熱計(jì)算1、流動(dòng)壓力降：AP制冷劑的AP t運(yùn)行工況(t0) T COP被冷卻介質(zhì)AP t泵送功率t COP所以針對(duì)具體蒸發(fā)器，計(jì)算AP(1) 干式管管內(nèi)蒸發(fā)器載冷劑側(cè)：四部分，參見公式6-44-49AP沿程制冷劑側(cè)：AP：局部AP = AP】+ AP 11AP= W f ug 2 Pgi 2 R di0.31

31、06f =Reg0.25APm計(jì)算較復(fù)雜通常：竺 =2050%AP表面式蒸發(fā)器空氣流動(dòng)壓降見(654)2、蒸發(fā)器設(shè)計(jì)的一般原則 滿液式結(jié)構(gòu)：要點(diǎn)：防止出氣帶液載冷劑流體：鹽水：0.5 1.5m/s水：22.5m/s溫降：水：45C干式殼管式制冷劑質(zhì)量流量q m:qm個(gè)七.個(gè)A。個(gè)存在q mopt流程數(shù)：內(nèi)肋管：二級(jí)U型管 光管：4、6?載冷劑水溫降：46C折流板數(shù)：表面式蒸發(fā)器：見P257結(jié)構(gòu)參數(shù)6.3冷凝器 分類與結(jié)構(gòu)風(fēng)冷冷凝器：多為蛇管式結(jié)構(gòu)自然通風(fēng)：絲管式見F6-26強(qiáng)制通風(fēng)：管片式：F6-27管帶式：F6-28水冷式冷凝器：殼管式套管式天然水水 自來水、循環(huán)水“、士做倉立式：見F6-3

32、0殼官式： 臥式：見F6-29套官式：蛇形，螺旋形.F6-313.蒸發(fā)式和淋激式.4,冷卻水系統(tǒng)：!直流式見F6-33循環(huán)式冷卻塔：自然通風(fēng)強(qiáng)制通風(fēng)：F6 - 34冷凝器內(nèi)的對(duì)流換熱制冷劑側(cè)：冷卻介質(zhì)側(cè)：冷凝器的傳熱計(jì)算：水冷式給定條件：冷劑、qk、工況主要參數(shù)選擇：材料：水速：冷卻水進(jìn)口溫度及溫升:t -1 1 = 8 120Ct -1 2 - 5。C污垢熱阻：表6-1(3) 戶計(jì)算:式(6-7)風(fēng)冷式給定條件：參數(shù)選擇：結(jié)構(gòu)：空氣進(jìn)口溫度及溫升：tk -t 1 13 -150 Ct 2 -1 1 1Oo C迎面風(fēng)速：3 - 5m / sAP計(jì)算：6.4蒸發(fā)器供液量的自動(dòng)調(diào)節(jié) 熱力膨脹閥控制

33、蒸發(fā)器出口過熱度，隨負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷劑流量。內(nèi)平衡式結(jié)構(gòu)與工作原理：見F-6-38金屬膜片受力：p = P+ P3膨脹閥特性：靜態(tài)特性：其容量（供液能力）與過熱度關(guān)系。關(guān)閉過熱度：SS開啟過熱度：稍大于關(guān)閉過熱度也稱靜態(tài)（或裝配）過熱度均為30C。OP打開過熱度：從開啟至額定（或最大）中過熱度變化值2 - 40 C。（可變）工作過熱度：OPS=SS+OP : 5 70 CS4OFOPS100%靜特性曲線：注意： 一般有20%的容量裕度。2.感溫包的充注.液體充注氣體充注交叉充注：不同工質(zhì)吸附充注V,充注形式:F6-39相同于系統(tǒng)不同于系統(tǒng)同種液體充注：要求溫包內(nèi)始終有液體存在，即保證膜片上

34、方壓力始終為保和壓 力。見F6-40:表示過熱度控制示意圖.特點(diǎn): 交叉充注特點(diǎn)：七不同，但牛n才不變。氣體充注：同種工質(zhì)，但限量。當(dāng)七低于規(guī)定值時(shí)，溫包內(nèi)有液體存在，工作與液體充注相同。但當(dāng)10超過時(shí)，溫包內(nèi)全部汽化，壓力幾乎不再隨溫度變化，因此閥的開度不變。吸附充注：(見P290底)外平衡式采用外平衡式的原因：如采用內(nèi)平衡式當(dāng)存在尸個(gè)一孔個(gè)T q J有效面積利用(外平衡式結(jié)構(gòu)：增加了一根平衡管使膜片下的蒸氣作用力為蒸發(fā)器出口壓力，從而使 膨脹閥提供的過熱度與蒸發(fā)器出口處的飽和溫度相對(duì)應(yīng)。熱力膨脹閥容量：補(bǔ)充內(nèi)容：定義：通過在某壓差作用下處于一定開度的膨脹閥的制冷劑流量，在一定的蒸發(fā)溫度下完

35、全蒸發(fā)時(shí)所產(chǎn)生的冷量Q對(duì)應(yīng)額定開度T額定容量。0流量計(jì)算式：M = KCDAjPpK一常數(shù)與冷劑有關(guān)Cd 一流量系數(shù)與閥有關(guān)P -P2 = AP閥進(jìn)出口壓差。影響容量的因素：(1)M；(2) % :，。一 M tQ0 ；(3) At Jt M 個(gè)熱電膨脹閥：(1)控制信號(hào)反饋滯后大熱力膨脹閥不足之處 (2)控制精度較低調(diào)節(jié)范圍有限熱電式原理：利用被調(diào)參數(shù)產(chǎn)生電信號(hào)其去控制閥上電壓或電流,繼而控制閥針動(dòng)作而 實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成：傳感器：檢測過熱度有兩種方法見尸 6 - 44(a)見尸 6 - 44(8)電子調(diào)節(jié)器：輸出控制信號(hào) 執(zhí)行器：控制閥針。閥的種類及工作特性按驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器方式分：熱動(dòng)式：

36、電加熱產(chǎn)生的熱力驅(qū)動(dòng)。見F6-45電磁式：電磁線圈產(chǎn)生的磁驅(qū)動(dòng)，見F6-46a電動(dòng)式：步進(jìn)電機(jī)正反向旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)閥針移動(dòng)。3.特點(diǎn)：見P294毛細(xì)管與浮球閥1.毛細(xì)管：d : 0.7 2.5mm, L: 0.6 6m毛細(xì)管內(nèi)制冷劑過程：見圖6-48存在臨界流動(dòng)現(xiàn)象液相長度+兩相長度+自由膨脹區(qū)臨界壓力P P 汽化潛熱。故生產(chǎn)LH2時(shí)加催 化劑。促使Ofp轉(zhuǎn)化。氦的性質(zhì)主要是天然氣中提取，氦有兩種同位素4He、3He，通常指的氦為4He，同位素3He含量很少。氦是最難液化的氣體。氦有兩個(gè)三相點(diǎn)，在2.5MPa以下得不到固體He，但存在一個(gè)高階的液態(tài) 相變LHeI T LHe：叫做超液氦，中間的線叫人

37、線。LHeI T LHeII人轉(zhuǎn)變點(diǎn)約2.17K，“人”顯示了 Cp的突變，無氣化潛熱。HeII特性：(1)超流性r= 0, “爬膜”、“噴泉”現(xiàn)象；(2)超導(dǎo)熱性人=3。8.2氣體液化循環(huán)低溫氣體液化，必須降溫至T以下，需要制冷降溫；維持低溫系統(tǒng)所 cr需制冷以補(bǔ)償冷損；如生低溫液體，補(bǔ)償帶走的的冷量。絕熱節(jié)流何謂節(jié)流過程：七=h2 ；實(shí)際氣體h = h(p,T)理想氣體h = f (T) 焦一湯效應(yīng)：實(shí)際氣體在節(jié)流前后的溫度變化效應(yīng)微分節(jié)流效應(yīng)dT )8p )h理想氣體空=dT積分節(jié)流效應(yīng)(dT)1a =h dP) cAT = j p2 a dpa h=0= 0a 0，但d(pv)不定，d

38、u動(dòng)=-du勢-d(pv)也不確 定。轉(zhuǎn)化溫度與轉(zhuǎn)化曲線根據(jù)微分節(jié)流效應(yīng) 氣=(導(dǎo))關(guān)系，可以求出a尸0時(shí)的狀態(tài)h此時(shí)(a廣0)n，即轉(zhuǎn)化溫度，實(shí)踐證明，當(dāng)p pmax時(shí)出現(xiàn)一條轉(zhuǎn)化溫度的曲線。節(jié)流前氣體狀態(tài)如果是p pT T min 尹空氣氧氮的節(jié)流液化循環(huán)低溫液化循環(huán)：（1）節(jié)流液化循環(huán)：利用節(jié)流裝置，獲得等溫節(jié)流效應(yīng)；（2）帶膨脹機(jī)的液化循環(huán)：利用膨脹機(jī)獲取大的等熵膨脹制冷量;（3）帶氣體制冷機(jī)的液化循環(huán)：利用低沸點(diǎn)氣體工質(zhì)的制冷效應(yīng);（4）復(fù)疊式液化循環(huán)：利用不同沸點(diǎn)工質(zhì)逐級(jí)冷卻最終液化。次節(jié)流液化循環(huán)是最早的液化循環(huán)，被德國的林德所采用，故命名林德循環(huán)。一次節(jié)流液化循環(huán)流程圖以及T-

39、S圖（1）理想循環(huán)等溫壓縮一等壓冷卻一節(jié)流膨脹一液化1-等壓復(fù)熱液化量：1kg空氣，氣=h0z + （1 - z）七kg/k g Ai r_ h - h _ - Ahhh0h h0單位冷量q =-Ah，0T等溫節(jié)流效應(yīng)；由于 - h0 一定（狀態(tài)參數(shù)）z Ah液化量大，即等溫節(jié)流效應(yīng)大，t 一定時(shí)-Ah是壓力的函數(shù)m竺n = oTL伽T（2）實(shí)際循環(huán)壓縮過程存在不可逆因素、換熱器有溫差、不完全換熱以及跑冷等因素。Ah q實(shí)際液化量 z =Tprh h12單位（加工空氣）制冷量為q=-AhT-Z qp2適當(dāng)升高，p 1升高，高壓氣體T下降，對(duì)提高有利。有預(yù)冷的一次節(jié)流液化循環(huán)降低高壓氣體溫度，減

40、小換熱器的溫差zpr-Ah + q -E qT0-h、- h10二次節(jié)流液化循環(huán)提高p 1循環(huán)氣體 高壓氣體節(jié)流一進(jìn)高壓壓機(jī)一*中壓節(jié)進(jìn)低壓壓機(jī)液體等膨脹機(jī)的空氣液化循環(huán)克勞特循環(huán)根據(jù)系統(tǒng)能量守恒的關(guān)系，并考慮跑冷損失q3，不完全熱交換損失q2q = (1 - z )(h、一 h )2pr 11則有 z =-AhT + Ve(h3 - h4)-E q = qo p prh hh h膨脹機(jī)的非等熵過程，定為膨脹機(jī)等熵效率PrE克勞特液化循環(huán)流程圖以及T-S圖海蘭德循環(huán)高壓常溫膨脹，增加絕熱焓降；可預(yù)冷，增加個(gè) w ；適用于小型液態(tài)裝 置?？ㄆげ檠h(huán)低壓低溫膨脹，液體節(jié)流，流程簡單，能耗小，投資低，適用于大中型空分。氦液化循環(huán)臨界點(diǎn)低，為5.2K，也低4.6K，7K以下節(jié)流才會(huì)產(chǎn)生液體；故必須 預(yù)冷+節(jié)流，或膨脹對(duì)外輸出功+節(jié)流。節(jié)流液化循環(huán)帶膨脹機(jī)液化循環(huán)其它型式的He液化循環(huán)134h i !14 ；141節(jié)流氨液化循環(huán)圖天然氣液化循環(huán)復(fù)疊式制冷液化循環(huán)用混合制冷劑的液化循環(huán)熱膨脹機(jī)的循環(huán)9溶液熱力學(xué)基礎(chǔ)9.1概述溶液：兩種級(jí)以上物質(zhì)組成的均勻，穩(wěn)定的液體，可以蒸發(fā)和凝固。組成：兩種液體混合、固體溶解于液體或氣體溶解于液體成分：各組成物質(zhì)的比分質(zhì)量成分、摩爾成分以及二者相互關(guān)系溶解度：溶質(zhì)在溶劑中可溶解的最大量，它是T，P的函數(shù)。溶解熱