制冷原理史紅

1、制冷原理 1一、 基本定律和概念熱力學(xué)第一定律：即能量守恒定律 Q = U + W其中： Q 從外界吸入的熱量 U 內(nèi)能的增量 W 外界所作的功 熱力學(xué)第二定律： 熱不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳至高溫物體?；径?基本概念1. 溫度：標(biāo)志物體冷熱的程度 t ()= T (K) - 273.15 t F= 9/5 t + 322. 壓力：?jiǎn)挝幻娣e上所受到的垂直作用力（即壓強(qiáng)） Pa，MPa，bar, kgf/cm2 ，psia(g) 表壓=絕對(duì)壓力 - 大氣壓力 真空度=大氣壓力 - 絕對(duì)壓力3. 焓：H=U+pV 工質(zhì)內(nèi)能與推動(dòng)功的和 J 1kg工質(zhì)的焓稱為比焓 J/kg 4. 比容

2、：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)所占的容積 kg/m35. 比熱: 單位質(zhì)量物質(zhì)升高1 吸收的熱量 J/kg，Btu/lb. F 6. 干度：兩相區(qū)中的工質(zhì)氣體的比份 無量綱3單位轉(zhuǎn)換4制冷機(jī)高溫?zé)嵩?Tc（環(huán)境）低溫?zé)嵩?To（被冷卻對(duì)象）QcQoW =QoW(COP)根據(jù)熱力學(xué)第一定律： Qo + W = Qk=QoToQkTk根據(jù)熱力學(xué)第二定律：二、 制冷機(jī)熱力學(xué)基本原理= 1 +WQoTkTo所以1Tk / To - 1c =即（理論工質(zhì)、可逆循環(huán)）實(shí)際制冷機(jī)的 (COP) 達(dá)不到c存在效率因素 = / c5壓焓圖：1. 等壓線2. 等焓線3. 等溫線4. 等熵線5. 等容線6. 等干度線123456三

3、、壓焓圖 溫熵圖6溫熵圖：1. 等壓線2. 等焓線3. 等溫線4. 等熵線5. 等容線6. 等干度線3412567四、 單級(jí)蒸汽壓縮式制冷的理論循環(huán)理論循環(huán)組成：1. 壓縮機(jī) 2. 冷凝器 3. 節(jié)流裝置 4. 蒸發(fā)器 12348123423421h4h1h2phq0w0pkp0對(duì)于最簡(jiǎn)單的理論循環(huán)（或稱簡(jiǎn)單的飽和循環(huán)）：a. 離開蒸發(fā)器和進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑蒸氣 (1) 是處于蒸氣壓力下的飽和蒸氣；b. 離開冷凝器和進(jìn)入膨脹閥的制冷劑液體 (3) 是處于冷凝壓力下的飽和液體；c. 壓縮機(jī)的壓縮過程 (1-2) 為等熵壓縮；qk9d. 制冷劑通過膨脹閥節(jié)流 (3-4) 時(shí)，其前、后焓值相等；e.

4、 制冷劑在蒸發(fā) (4-1) 和冷凝 (2-3) 過程中沒有壓力損失；f. 在各設(shè)備的連接管道中制冷劑不發(fā)生狀態(tài)變化；g. 制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)溫度，蒸發(fā)溫度等于被冷卻介 質(zhì)的溫度。123423421h4h1h2phq0w0pkp0qk10圖1-4中各狀態(tài)點(diǎn)及各個(gè)過程敘述：點(diǎn) 1 表示制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)的狀態(tài)。它是對(duì)應(yīng)于蒸發(fā)溫度t0的飽和蒸氣。根據(jù)壓力與飽各溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，該點(diǎn)位于 p0 的等壓線與飽和蒸氣線（=1）的交點(diǎn)上。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk11點(diǎn) 2 表示制冷劑排出壓縮機(jī)的狀態(tài)，也就是進(jìn)冷凝器時(shí)的狀態(tài)。過程線 1-2 表示制冷劑蒸氣在壓縮機(jī)中的等熵壓縮過程（

5、s1=s2），壓力由蒸發(fā)壓力 p0 升高到冷凝壓力 pk 。因此該點(diǎn)可通過 1 點(diǎn)的等熵線和壓力為 pk 的等壓線的交點(diǎn)來確定。由于壓縮過程中外界對(duì)制冷劑作功，制冷劑溫度升高，因此點(diǎn) 2 表示過熱蒸氣狀態(tài)。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk12點(diǎn) 3 表示制冷劑出冷凝器時(shí)的狀態(tài)。它是與冷凝度 tk 所對(duì)應(yīng)的飽和液體。過程線 2-2-3 表示制冷劑在冷凝器的冷卻（2-2）和冷凝（2-3）過程。由于這個(gè)過程是在冷凝壓力 pk 不變的情況下進(jìn)行的，進(jìn)入冷凝器的過熱蒸氣首先將部分熱量放給外界冷卻介質(zhì)，在等壓下冷卻成飽和蒸氣（點(diǎn) 2），然后再在等壓、等溫下繼續(xù)放出熱量，直至最后冷凝成飽和液體

6、（點(diǎn) 3）。因此，壓力 pk 的等壓線和 =0 的飽和液體線的交點(diǎn)即為點(diǎn) 3 的狀態(tài)。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk13點(diǎn) 4 表示制冷劑出節(jié)流閥時(shí)的狀態(tài)，也就是進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)的狀態(tài)。過程線 3-4 表示制冷劑在通過節(jié)流閥時(shí)的節(jié)流過程。在這一過程中，制冷劑的壓力由 pk 降到 po，溫度由tk 降到 to 并進(jìn)入兩相區(qū)。由于節(jié)流過程是一個(gè)不可逆過程，所以用一虛線表示 3-4 過程。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk14過程線 4-1 表示制冷劑在蒸發(fā)器中的氣化過程。由于這一過程是在等溫、等壓下進(jìn)行的，液體制冷劑吸取被冷卻介質(zhì)的熱量（即制冷）而不斷氣化，制冷劑的狀態(tài)沿等

7、壓線 po 向干度增大的方向變化，直到全部變?yōu)轱柡驼魵鉃橹?。這樣，制冷劑的狀態(tài)又重新回到進(jìn)入壓縮機(jī)前的狀態(tài)點(diǎn) 1，從而完成一個(gè)完整的理論制冷循環(huán)。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk15單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)溫熵圖表示123423421s3s4s1TsTdTkTo16根據(jù)熱力學(xué)第一定律，如果忽略位能和動(dòng)能的變化，穩(wěn)定流動(dòng)的能量方程可表示為 Q + P = qm (h2 - h1) Q 和 P 是單位時(shí)間內(nèi)加給系統(tǒng)的熱量和功qm是流進(jìn)或流出該系統(tǒng)的穩(wěn)定質(zhì)量流量h是比焓下標(biāo) 1 和 2 分別表示流體流進(jìn)和離開系統(tǒng)的狀態(tài)點(diǎn)23421h4h1h2phq0w0pkp0qk五、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷

8、理論循環(huán)的熱力計(jì)算171. 節(jié)流閥制冷劑液體通過節(jié)流孔口時(shí)絕熱膨脹，對(duì)外不作功， Q = 0， P = 0，故 P = 0 = qm (h4 h3) h4 = h323421h4h1h2phq0w0pkp0qk182. 壓縮機(jī)如果忽略壓縮機(jī)與外界環(huán)境所交換的熱量 Q = 0， 故P0= qm (h2 - h1) 式中 (h2 - h1)表示壓縮機(jī)每壓縮并輸送1kg制冷劑所消耗的功，稱為理論比功，用 w0 表示。23421h4h1h2phq0w0pkp0qk193. 蒸發(fā)器被冷卻物體通過蒸發(fā)器向制冷劑傳遞熱量Q0，因?yàn)檎舭l(fā)器不作功，P = 0 ，故Q0 = qm (h1 h4) = qm (h1 h3)式中 (h1 h4) 稱為蒸發(fā)器單位熱負(fù)荷，用 q0 表示。它表示1kg制冷劑蒸氣在蒸發(fā)器中吸收的熱量23421h4h1h2phq0w0pkp0qk204. 冷凝器假設(shè)制冷劑在冷凝器中外界放出熱量為Qk，因?yàn)槔淠鞑蛔鞴Γ琍 = 0故Qk = qm (h2 h3) 式中 (h2 h3) 稱為冷凝器單位熱負(fù)荷，用 qk 表示。它表示1k