制冷空調(diào)原理培訓(xùn)教程資料教學(xué)資料

（二）熱交換設(shè)備(shèbèi)制冷系統(tǒng)的熱交換設(shè)備(shèbèi)主要是冷凝器和蒸發(fā)器，它們是制冷劑與外部熱源介質(zhì)之間發(fā)生熱交換的設(shè)備(shèbèi)。

第一頁(yè)，共50頁(yè)。

⒈冷凝器用冷凝器將制冷劑從低溫?zé)嵩次盏臒崃?rèliàng)及壓縮后增加的熱焓排放到高溫?zé)嵩?。冷凝器按冷卻(lěngquè)方式空氣冷卻式冷凝器中根據(jù)管外空氣流動(dòng)(liúdòng)方式空氣冷卻式水冷式蒸發(fā)冷卻式自然對(duì)流空氣冷卻式冷凝器強(qiáng)制對(duì)流空氣冷卻式冷凝器第二頁(yè)，共50頁(yè)。

圖2-27自然(zìrán)對(duì)流空氣冷卻式冷凝器第三頁(yè)，共50頁(yè)。

圖2-28空氣(kōngqì)強(qiáng)制對(duì)流冷凝器1-肋片2-傳熱管3-上封板4-左端板5-進(jìn)氣集管6-彎頭(wāntóu)7-出液集管8-下封板9-前封板10-通風(fēng)機(jī)11-裝配螺釘?shù)谒捻?yè)，共50頁(yè)。

圖2-29氨臥式殼管式冷凝器第五頁(yè)，共50頁(yè)。

圖2-30氟利昂套管(tàoɡuǎn)式冷凝器第六頁(yè)，共50頁(yè)。

圖2-31蒸發(fā)式冷凝器結(jié)構(gòu)(jiégòu)原理1-通風(fēng)機(jī)2-擋水柵3-傳熱(chuánrè)管組4-水泵5-濾網(wǎng)6-補(bǔ)水閥7-噴水嘴第七頁(yè)，共50頁(yè)。

⒉蒸發(fā)器蒸發(fā)器是制冷(zhìlěng)機(jī)中的冷量輸出設(shè)備。制冷(zhìlěng)劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，吸收低溫?zé)嵩唇橘|(zhì)（水或空氣）的熱量，達(dá)到制冷(zhìlěng)的目的。

第八頁(yè)，共50頁(yè)。

冷卻空氣的蒸發(fā)器空氣(kōngqì)自然對(duì)流時(shí)多采用光盤管結(jié)構(gòu)空氣(kōngqì)強(qiáng)制對(duì)流時(shí)采用翅片管結(jié)構(gòu)殼管式沉沒(méi)(chénmò)式

冷卻液體(yètǐ)（水或其它液體載冷劑）的蒸發(fā)器第九頁(yè)，共50頁(yè)。

圖2-32臥式滿液式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)(jiégòu)第十頁(yè)，共50頁(yè)。

圖2-33干式(ɡànshì)殼管蒸發(fā)器第十一頁(yè)，共50頁(yè)。

圖2-34空氣強(qiáng)制(qiángzhì)對(duì)流的蒸發(fā)器及其肋片管型式a)蒸發(fā)器b)繞片管c)套片管1-傳熱管2-肋片3-擋板4-通風(fēng)機(jī)5-集氣管6-分液器第十二頁(yè)，共50頁(yè)。

第一節(jié)制冷與低溫原理(yuánlǐ)的熱工基礎(chǔ)自然界中的一切物質(zhì)都具有能量，能量不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅；但能量可以從一種形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形態(tài)，且在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量的總量保持不變。能量守恒與轉(zhuǎn)換定律是自然界基本規(guī)律之一。1.1.1制冷與低溫(dīwēn)原理的熱力學(xué)基礎(chǔ)1.熱力學(xué)第一(dìyī)定律第十三頁(yè)，共50頁(yè)。

用符號(hào)U表示，單位是焦耳（J）熱力學(xué)能1kg物質(zhì)的熱力學(xué)能稱比熱力學(xué)能用符號(hào)u表示，單位是焦耳/千克（J／kg）比熱力學(xué)能熱力學(xué)能熱力學(xué)能和總能熱力狀態(tài)的單值函數(shù)。兩個(gè)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)。狀態(tài)參數(shù)，與路徑無(wú)關(guān)。第十四頁(yè)，共50頁(yè)。

工質(zhì)的總儲(chǔ)存(chǔcún)能內(nèi)部(nèibù)儲(chǔ)存能外部(wàibù)儲(chǔ)存能熱力學(xué)能總能動(dòng)能位能E－總能，Ek－動(dòng)能Ep－位能E=U+Ek+Ep

(1-2)內(nèi)部?jī)?chǔ)存能和外部?jī)?chǔ)存能的和，即熱力學(xué)能與宏觀運(yùn)動(dòng)動(dòng)能及位能的總和。若工質(zhì)質(zhì)量m，速度cf，重力場(chǎng)中高度z宏觀動(dòng)能

重力位能工質(zhì)的總能(1-3)第十五頁(yè)，共50頁(yè)。

能量從一個(gè)(yīɡè)物體傳遞到另一個(gè)(yīɡè)物體有兩種方式作功借作功來(lái)傳遞能量總和物體宏觀位移有關(guān)。傳熱借傳熱來(lái)傳遞能量無(wú)需物體的宏觀移動(dòng)。推動(dòng)(tuīdòng)功因工質(zhì)在開(kāi)口系統(tǒng)中流動(dòng)而傳遞的功對(duì)開(kāi)口系統(tǒng)進(jìn)行功的計(jì)算時(shí)需要考慮這種功。推動(dòng)功只有在工質(zhì)移動(dòng)位置時(shí)才起作用。力學(xué)參數(shù)cf和z只取決于工質(zhì)在參考系中的速度和高度2.能量的傳遞(chuándì)和轉(zhuǎn)化(1-4)比總能第十六頁(yè)，共50頁(yè)。

焓用符號(hào)H表示，單位是焦耳（J）H=U+pV（內(nèi)能+推動(dòng)功）(1-5)比焓

(1-6)

用符號(hào)h表示，單位是焦耳/千克（J／kg）焓是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。焓也可以表示成另外兩個(gè)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)。如：h=f(T,v)或h=f(p,T);h=f(p,v)(1-9)3．焓第十七頁(yè)，共50頁(yè)。

進(jìn)入系統(tǒng)(xìtǒng)的能量-離開(kāi)系統(tǒng)(xìtǒng)的能量=系統(tǒng)(xìtǒng)中儲(chǔ)存能量的增加(1-10)4.1閉口系統(tǒng)的能量(néngliàng)平衡4．熱力學(xué)第一定律的基本(jīběn)能量方程式工質(zhì)從外界吸熱Q后從狀態(tài)1變化到2，對(duì)外作功W。若工質(zhì)宏觀動(dòng)能和位能的變化忽略不計(jì)，則工質(zhì)儲(chǔ)存能的增加即為熱力學(xué)能的增加ΔU

(1-11)熱力學(xué)第一定律的解析式第十八頁(yè)，共50頁(yè)。

圖1-6噴管能量轉(zhuǎn)換圖1-5換熱器能量平衡

工質(zhì)流經(jīng)換熱器時(shí)和外界有熱量交換而無(wú)功(wúɡōnɡ)的交換，動(dòng)能差和位能差也可忽略不計(jì)1kg的工質(zhì)吸熱量

1kg工質(zhì)動(dòng)能的增加工質(zhì)流經(jīng)噴管(pēnɡuǎn)和擴(kuò)壓管時(shí)不對(duì)設(shè)備作功，熱量交換可忽略不計(jì)第十九頁(yè)，共50頁(yè)。

研究與熱現(xiàn)象相關(guān)的各種過(guò)程進(jìn)行的方向、條件及限度的定律熱不能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳到高溫物體1.制冷循環(huán)(xúnhuán)的熱力學(xué)分析熱力學(xué)循環(huán)(xúnhuán)正向循環(huán)

熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功逆向循環(huán)消耗功循環(huán)除了一二個(gè)不可避免的不可逆過(guò)程外其余均為可逆過(guò)程。可逆循環(huán)是理想循環(huán)。理想循環(huán)2.熱力學(xué)第二(dìèr)定律第二十頁(yè)，共50頁(yè)。

熱力學(xué)第二定律涉及的溫度為熱力學(xué)溫度(K)

T=273.16+t

(1-29)

熵是熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)，是判別實(shí)際過(guò)程的方向，提供過(guò)程能否(nénɡfǒu)實(shí)現(xiàn)、是否可逆的判據(jù)。定義式

(1-30)

qrev是可逆過(guò)程的換熱量，T為熱源溫度可逆過(guò)程1-2的熵增克勞修斯積分

=0可逆循環(huán)＜0不可逆循環(huán)＞0不可能實(shí)行的循環(huán)第二十一頁(yè)，共50頁(yè)。

p、T狀態(tài)(zhuàngtài)下的比熵定義為(1-33)2.熱源(rèyuán)溫度不變時(shí)的逆向可逆循環(huán)——逆卡諾循環(huán)當(dāng)高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩措S著過(guò)程的進(jìn)行溫度不變時(shí)，具有兩個(gè)可逆的等溫過(guò)程和兩個(gè)等熵過(guò)程組成的逆向循環(huán)。在相同溫度范圍內(nèi)，它是消耗功最小的循環(huán)，即熱力學(xué)效率最高的制冷循環(huán)，因?yàn)樗鼪](méi)有任何不可逆損失。第二十二頁(yè)，共50頁(yè)。（一）簡(jiǎn)單單級(jí)蒸氣壓縮式制冷(zhìlěng)的理論循環(huán)計(jì)算單級(jí)理論循環(huán)(xúnhuán)是建立在以下一些假設(shè)的基礎(chǔ)上的：（1）壓縮(yāsuō)過(guò)程為等熵過(guò)程，即在壓縮(yāsuō)過(guò)程中不存在任何不可逆損失

（2）在冷凝器和蒸發(fā)器中，制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)的溫度，蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質(zhì)的溫度，且冷凝溫度和蒸發(fā)溫度都是定值第二十三頁(yè)，共50頁(yè)。（4）制冷劑在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，沒(méi)有流動(dòng)阻力損失，忽略動(dòng)能變化，除了蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)的管子(guǎnzi)外，制冷劑與管外介質(zhì)之間沒(méi)有熱交換（5）制冷劑在流過(guò)節(jié)流(jiéliú)裝置時(shí)，流速變化很小，可以忽略不計(jì)，且與外界環(huán)境沒(méi)有熱交換（3）離開(kāi)蒸發(fā)器和進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑蒸氣(zhēnɡqì)為蒸發(fā)壓力下的飽和蒸氣(zhēnɡqì)，離開(kāi)冷凝器和進(jìn)入膨脹閥的液體為冷凝壓力下的飽和液體第二十四頁(yè)，共50頁(yè)。

圖2-16理論循環(huán)(xúnhuán)在T-s圖（a）和lnp-h圖（b）上的表示按照熱力學(xué)第一定律，對(duì)于在控制容積中進(jìn)行的狀態(tài)變化存在(cúnzài)如下關(guān)系：（2-1）

第二十五頁(yè)，共50頁(yè)。這里，把自外界傳入的功作為負(fù)值。對(duì)上式積分可以(kěyǐ)得到整個(gè)過(guò)程的表達(dá)式：（2-2）

按照式（2-1）和式（2-2），單級(jí)壓縮(yāsuō)蒸氣制冷機(jī)循環(huán)的各個(gè)過(guò)程有如下關(guān)系：q0稱為單位制冷量，習(xí)慣上取為正值，在T-s圖上用面積1-5-b-a-1代表(dàibiǎo)，而在lgp-h圖上則用線段5-1表示。第二十六頁(yè)，共50頁(yè)。(2)冷凝(lěngníng)過(guò)程：dw=0dq=dhqk=h2-h4

（2-4）

(3)節(jié)流過(guò)程：

w=0q=0Δh=0h4=h5

（2-5）

（1）壓縮過(guò)程(guòchéng):dq=0,因而dw=dhw=h2-h1

（2-3）

（4）蒸發(fā)過(guò)程(guòchéng)：dw=0因而dq=dhq0=h1-h5=h1-h4

（2-6）第二十七頁(yè)，共50頁(yè)。(2)單位(dānwèi)容積制冷量qv(2-8)(3)理論(lǐlùn)比功w0對(duì)于單級(jí)蒸氣壓縮(yāsuō)制冷機(jī)的理論循環(huán)來(lái)說(shuō)，理論比功可表示為(2-9)單級(jí)壓縮蒸氣制冷機(jī)的理論比功也是隨制冷劑的種類和制冷機(jī)循環(huán)的工作溫度而變的。第二十八頁(yè)，共50頁(yè)。(4)單位(dānwèi)冷凝熱qk單位（1kg）制冷劑蒸氣在冷凝(lěngníng)器中放出的熱量，稱為單位冷凝(lěngníng)熱。單位冷凝(lěngníng)熱包括顯熱和潛熱兩部分

(2-10)

比較式（2-6）、（2-9）和（2-10）可以看出，對(duì)于單級(jí)壓縮式蒸氣制冷機(jī)理論循環(huán)，存在(cúnzài)著下列關(guān)系(2-11)第二十九頁(yè)，共50頁(yè)。(5)制冷系數(shù)對(duì)于單級(jí)壓縮蒸氣(zhēnɡqì)制冷機(jī)理論循環(huán)，制冷系數(shù)為

(2-12)

制冷(zhìlěng)系數(shù)愈大經(jīng)濟(jì)性愈好冷凝(lěngníng)溫度越高制冷系數(shù)越小蒸發(fā)溫度越低第三十頁(yè)，共50頁(yè)。（二）液體(yètǐ)過(guò)冷、氣體過(guò)熱及回?zé)釋?duì)理想循環(huán)性能的影響上面所述的循環(huán)，是單級(jí)壓縮蒸氣制冷機(jī)的基本循環(huán)，也是最簡(jiǎn)單的循環(huán)。在實(shí)用上，根據(jù)實(shí)際條件對(duì)循環(huán)往往要作一些改進(jìn)，以便(yǐbiàn)提高循環(huán)的熱力完善度。在單級(jí)制冷機(jī)循環(huán)中，這一改進(jìn)主要有液體過(guò)冷、吸氣過(guò)熱及由此而產(chǎn)生的回?zé)嵫h(huán)。第三十一頁(yè)，共50頁(yè)。將節(jié)流前的制冷劑液體冷卻到低于冷凝(lěngníng)溫度的狀態(tài)，稱為過(guò)冷。1.液體(yètǐ)過(guò)冷帶有過(guò)冷的循環(huán)(xúnhuán)，叫做過(guò)冷循環(huán)(xúnhuán)。采用液體過(guò)冷對(duì)提高制冷量和制冷系數(shù)都是有利的第三十二頁(yè)，共50頁(yè)。圖2-17過(guò)冷循環(huán)(xúnhuán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示(2-14)與無(wú)過(guò)冷的循環(huán)1-2-3-4-5-1相比(xiānɡbǐ)，過(guò)冷循環(huán)的單位制冷量的增加量為第三十三頁(yè)，共50頁(yè)。

在圖2-17（a）中，q0以面積5‘-5-b-c表示，在圖2-17（b）中，q0以線段5’-5表示。因兩個(gè)循環(huán)的理論比功w0相同，過(guò)冷循環(huán)的制冷系數(shù)比無(wú)過(guò)冷循環(huán)的制冷系數(shù)要大。(2-15)第三十四頁(yè)，共50頁(yè)。2.吸入蒸氣(zhēnɡqì)的過(guò)熱壓縮機(jī)吸入前的制冷劑蒸氣的溫度(wēndù)高于吸氣壓力下制冷劑的飽和溫度(wēndù)時(shí)，稱為過(guò)熱。具有吸氣過(guò)熱的循環(huán)，稱為過(guò)熱循環(huán)。圖2-18示出了過(guò)熱循環(huán)(xúnhuán)1-1‘-2’-3-4-5-1的T-s圖和lgp-h圖。圖中1-1‘是吸氣的過(guò)熱過(guò)程，其余與基本循環(huán)(xúnhuán)相同。第三十五頁(yè)，共50頁(yè)。圖2-18過(guò)熱(ɡuòrè)循環(huán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示

(2-16)第三十六頁(yè)，共50頁(yè)。

(2-17)有效過(guò)熱循環(huán)的制冷(zhìlěng)系數(shù)可表示為

(2-18)由制冷劑的T-s圖我們可以得到，在過(guò)熱區(qū)，過(guò)熱度(rèdù)越大，其等熵線的斜率越大，根據(jù)式（2-17），得

（2-19）第三十七頁(yè)，共50頁(yè)。圖2-19有效過(guò)熱的過(guò)熱度(rèdù)對(duì)制冷系數(shù)的影響過(guò)熱度℃R502R600aR290R134aR22NH3045.337.444.444.155.993.03073.965.772.172.986.3131.5表2-2過(guò)熱度(rèdù)對(duì)排氣溫度的影響第三十八頁(yè)，共50頁(yè)。

(2-20)

若不計(jì)回?zé)崞髋c環(huán)境空氣之間的熱交換，則液體過(guò)冷的熱量等于使蒸氣過(guò)熱(ɡuòrè)的熱量，其熱平衡關(guān)系為3.回?zé)嵫h(huán)利用(lìyòng)回把熱使節(jié)流前的制冷劑液體與壓縮機(jī)吸入前的制冷劑蒸氣進(jìn)行熱交換，使液體過(guò)冷、蒸氣過(guò)熱，稱之為回?zé)帷５谌彭?yè)，共50頁(yè)。圖2-21回?zé)嵫h(huán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示(biǎoshì)（2-21）

第四十頁(yè)，共50頁(yè)。由式（2-21）可以(kěyǐ)求出（2-22）回?zé)嵫h(huán)的性能指標(biāo)如下(rúxià)：?jiǎn)挝恢评淞?/p>

（2-23）

單位(dānwèi)容積制冷量（2-24）第四十一頁(yè)，共50頁(yè)。

單位(dānwèi)功制冷(zhìlěng)系數(shù)

（2-26）由圖（2-21）可知(kězhī)，與無(wú)回?zé)嵫h(huán)1-2-3-4-5-1相比較，回?zé)嵫h(huán)的單位制冷量增大了（2-27）（2-25）第四十二頁(yè)，共50頁(yè)。循環(huán)的單位功可近似(jìnsì)地表示成（2-29）但單位(dānwèi)功也增大了（2-28）

第四十三頁(yè)，共50頁(yè)。單位容積(róngjī)制冷量和制冷系數(shù)可表示成

（2-30）

(2-31)第四十四頁(yè)，共50頁(yè)。即（2-32）如果要使回?zé)嵫h(huán)的單位容積(róngjī)制冷量及制冷系數(shù)比無(wú)回?zé)嵫h(huán)高，其條件應(yīng)是第四十五頁(yè)，共50頁(yè)。（三）單級(jí)蒸氣壓縮式制冷(zhìlěng)實(shí)際循環(huán)計(jì)算實(shí)際(shíjì)循環(huán)和理論循環(huán)有許多不同之處，除了壓縮機(jī)中的工作過(guò)程以外，主要還有下列一些差別：

1．流動(dòng)過(guò)程(guòchéng)有壓力損失。2．制冷劑流經(jīng)管道及閥門時(shí)同環(huán)境介質(zhì)間有熱交換。3．熱交換器中存在溫差。第