制冷原理培訓(xùn)演示文稿

制冷原理培訓(xùn)演示文稿當(dāng)前1頁，總共43頁。制冷原理培訓(xùn)當(dāng)前2頁，總共43頁。目錄

一.熱工基礎(chǔ)二.蒸汽壓縮式制冷三.制冷工質(zhì)當(dāng)前3頁，總共43頁。1.1氣體的熱力性質(zhì)1.1.1氣體狀態(tài)參數(shù)

在制冷與熱泵中，大都是利用氣體的熱力參數(shù)變化進(jìn)行工作的，用到的主要熱力參數(shù)與方程有：氣體狀態(tài)方程，熵，焓，氣體狀態(tài)變化的過程方程，以及狀態(tài)變化的外功，相變時的潛熱，氣體與液休的導(dǎo)熱系數(shù)，粘性等。一.熱工基礎(chǔ)

氣體的狀態(tài)參數(shù)：壓力p，溫度T，比體積υ

與氣體狀態(tài)有關(guān)的另三個參數(shù)：比內(nèi)能u，比熵s，比焓h

---質(zhì)量定壓比熱j/kg.k當(dāng)前4頁，總共43頁。比焓：單位工質(zhì)流動過程具有的內(nèi)能和流動功在熱力設(shè)備中，工質(zhì)總是不斷地從一處流到另一處，隨著工質(zhì)流動而轉(zhuǎn)移的能量不等于熱力學(xué)能而等于焓，故在熱力工程計算中焓具有更廣泛的應(yīng)用。

比熵：單位工質(zhì)在恒溫下吸熱量與溫度之比是判別實(shí)際過程的方向，提供過程能否實(shí)現(xiàn)、是否可逆的判據(jù)。

1.1.1氣體狀態(tài)參數(shù)當(dāng)前5頁，總共43頁。1.1.2氣體狀態(tài)方程

理想氣體狀態(tài)方程：

實(shí)際氣體狀態(tài)方程：式中R-氣體常數(shù)，z-壓縮性系數(shù)，a(T)，b修正系數(shù)。

制冷中常用實(shí)際氣體狀態(tài)方程

P-R(Peng-Robinson)方程：1.1氣體的熱力性質(zhì)當(dāng)前6頁，總共43頁。1.1.3氣體狀態(tài)變化過程方程

過程方程：1.1氣體的熱力性質(zhì)氣體狀態(tài)的變化，主要表現(xiàn)為壓力和溫度的變化，而壓力的變化是由比體積的變化得來的（壓縮式循環(huán)中），或者是由溫度變化得來的（在吸收式循環(huán)中）。

絕熱過程：指數(shù)n=k，稱為絕熱過程指數(shù)

等溫過程：n=1

多變過程：介于兩者間有熱量交換的過程，1<n<k氣體狀態(tài)過程的變化需加入熱量或外功----壓縮過程，也可釋放熱量或?qū)ν庾鞴?--膨脹過程。理想氣體外功定容加熱過程當(dāng)前7頁，總共43頁。1.2熱力學(xué)第一定律

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)換定律是自然界的基本規(guī)律之一。

確定了熱力過程中熱力系與外界進(jìn)行能量交換時，各種形態(tài)能量數(shù)量上的守恒關(guān)系。當(dāng)前8頁，總共43頁。1.2熱力學(xué)第一定律1.2.1能量傳遞方式

做功

如工質(zhì)膨脹推動活塞做功，做功的結(jié)果是工質(zhì)把熱力學(xué)能傳遞給活塞和飛輪，成為動能，此時熱力學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，反之亦然?！艄Φ男问健c系統(tǒng)界面宏觀移動有關(guān)的功：如壓縮功，膨脹功→工質(zhì)在開口系統(tǒng)中流動而傳遞的功：推動功當(dāng)前9頁，總共43頁。1.2熱力學(xué)第一定律1.2.1能量傳遞方式

◆推動功定義

進(jìn)入氣缸質(zhì)量為m的工質(zhì)作用在面積為A的活塞上的力為PA，推動活塞所做的功為

推動功只有在工質(zhì)移動位置時才起作用當(dāng)前10頁，總共43頁。進(jìn)入系統(tǒng)的能量-離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)中儲存能量的增加1.2熱力學(xué)第一定律1.2.2熱力學(xué)第一定律的基本能量方程式任何系統(tǒng)，任何過程均可據(jù)此原則建立能量平衡式當(dāng)前11頁，總共43頁。工質(zhì)流經(jīng)壓縮機(jī)時，機(jī)器對工質(zhì)做功wc，使工質(zhì)升壓，工質(zhì)對外放熱q，動能和位能差可忽略不計，則有例1.壓縮機(jī)能量平衡1.2熱力學(xué)第一定律1.2.3能量方程式的應(yīng)用q=0時，為絕熱過程當(dāng)前12頁，總共43頁。工質(zhì)流經(jīng)換熱器時，和外界有熱量交換而無功的交換，動能和位能差可忽略不計，則有例2.換熱器能量平衡1.2熱力學(xué)第一定律1.2.3能量方程式的應(yīng)用當(dāng)前13頁，總共43頁。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)1.3熱力學(xué)第二定律

熱不能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體

研究與熱現(xiàn)象相關(guān)的各種過程進(jìn)行的方向、條件及限度的定律

溫差傳熱、自由膨脹、混合等過程是在溫度差、壓力差、濃度差等有限勢差作用下進(jìn)行的非準(zhǔn)平衡過程，是不可逆的過程。當(dāng)前14頁，總共43頁。1.4熱力學(xué)定律在制冷/熱泵機(jī)的應(yīng)用

制冷/熱泵過程是從低溫?zé)嵩次鼰嵯蚋邷責(zé)嵩磁艧徇^程，為實(shí)施該過程需要消耗功。當(dāng)前15頁，總共43頁。1.5逆卡諾循環(huán)---理想循環(huán)1.5.1循環(huán)特點(diǎn)

具有兩個可逆的等溫過程和兩個等熵過程組成。

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]有任何不可逆損失。

熱源溫度不變的逆向可逆循環(huán)當(dāng)前16頁，總共43頁。制冷工質(zhì)向高溫?zé)嵩捶艧崃恐评涔べ|(zhì)從低溫?zé)嵩次鼰崃?/p>

系統(tǒng)所消耗的功

卡諾制冷系數(shù)

熱力完善度

1.5.2卡諾循環(huán)熱力計算當(dāng)前17頁，總共43頁。溫

度

T熵S勞倫茲循環(huán)的T-s圖

1.6勞倫茲循環(huán)----理想循環(huán)1.6.1循環(huán)特點(diǎn)

熱源溫度可變的逆向可逆循環(huán)（換熱沒有熱阻，工質(zhì)溫度在冷凝和蒸發(fā)過程中跟隨外部熱源溫度而變化）

具有兩個可逆的不等溫過程和兩個等熵過程組成。當(dāng)前18頁，總共43頁。(假設(shè)蒸發(fā)過程和冷卻過程傳熱溫差均為ΔT)制冷量

排熱量

耗功

洛倫茲循環(huán)制冷系數(shù)

1.6.2勞倫茲循環(huán)計算當(dāng)前19頁，總共43頁。三.蒸氣壓縮式制冷3.1蒸氣壓縮式制冷特征液體蒸發(fā)制冷構(gòu)成循環(huán)的四個基本過程：1）制冷劑液體在低壓低溫下蒸發(fā)，成為低壓蒸氣；2）將該低壓蒸氣提高壓力成為高壓蒸氣，能量補(bǔ)償；3）將高壓蒸氣冷凝成高壓液體；4）高壓液體降低壓力重新變?yōu)榈蛪阂后w，再返回至1）從而完成循環(huán)。屬于液體蒸發(fā)制冷，即制冷劑液體在氣化（蒸發(fā)）時產(chǎn)生的吸熱效應(yīng)，達(dá)到制冷目的。能量補(bǔ)償方式是用壓縮機(jī)對低壓氣體壓縮做功從而提高壓力。當(dāng)前20頁，總共43頁。1234563.1.1認(rèn)識壓焓圖

1.等壓線2.等焓線3.等溫線4.等熵線5.等容線6.等干度線當(dāng)前21頁，總共43頁。3412563.1.2認(rèn)識溫熵圖

1.等壓線2.等焓線3.等溫線4.等熵線5.等容線6.等干度線當(dāng)前22頁，總共43頁。1．朗肯循環(huán)2．勞倫茨循環(huán)3．跨臨界循環(huán)3.2單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)壓縮過程僅有一級，而不需分級壓縮。適用當(dāng)高、低溫?zé)嵩礈囟炔畈惶螅瑝毫Ρ炔惶蟮难h(huán)。典型單級壓縮制冷循環(huán)3.2.1基本描述當(dāng)前23頁，總共43頁。

空調(diào)、制冷、食品冷藏大量使用的循環(huán)基本朗肯循環(huán)：空調(diào)、冷水機(jī)有回?zé)岬睦士涎h(huán)：冰箱、冷柜朗肯循環(huán)的主要特征有兩個定壓定溫的相變過程與純質(zhì)制冷劑及共沸混合制冷劑的壓力特性可相適應(yīng)3.2單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)3.2.2朗肯循環(huán)當(dāng)前24頁，總共43頁。基本朗肯循環(huán)循環(huán)T—S圖：1—2壓縮過程2—3冷卻冷凝過程

3—4節(jié)流過程4—1蒸發(fā)吸熱過程

朗肯循環(huán)圖例TS1243當(dāng)前25頁，總共43頁。圖2-2有回?zé)岬睦士涎h(huán)T—S圖：1‘—2壓縮過程2—3冷凝過程3—3’液體過冷過程3＇—4節(jié)流過程4—1蒸發(fā)過程1—1＇吸氣過熱過程TS1’243’313.2.2朗肯循環(huán)當(dāng)前26頁，總共43頁。不可逆勞倫茨循環(huán)的主要特征冷凝相變過程：定壓降溫蒸發(fā)相變過程：定壓升溫與非共沸混合制冷劑的壓力特性可相適應(yīng)工質(zhì)與熱源溫度變化相協(xié)調(diào)，可均衡傳熱溫差，減小不可逆損失相變溫度滑變引起分餾（氣相與液相成分不同）3.2.3不可逆勞倫茨循環(huán)當(dāng)前27頁，總共43頁。不可逆勞倫茨循環(huán)

TS1243循環(huán)T—S圖

1—2壓縮過程2—3冷卻冷凝過程

3—4節(jié)流過程4—1蒸發(fā)吸熱過程

當(dāng)前28頁，總共43頁。3.3單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)3.3.1理論循環(huán)建立的假設(shè)基礎(chǔ)壓縮過程為等熵過程，即不存在任何不可逆損失。在冷凝器中，制冷劑冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)溫度，且為定值。在蒸發(fā)器中，制冷劑蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質(zhì)溫度，且為定值。離開冷凝器和進(jìn)入膨脹閥的液體為冷凝壓力下的飽和液體。離開蒸發(fā)器和進(jìn)入壓縮機(jī)的蒸氣為蒸發(fā)壓力下的飽和蒸氣。制冷劑在管道內(nèi)流動時沒有流動阻力損失，忽略動能變化。除蒸發(fā)器和冷凝器中管子外，制冷劑與管外介質(zhì)間沒有熱交換。制冷劑流過膨脹閥時，忽略動能變化，且與外界環(huán)境沒有熱交換。當(dāng)前29頁，總共43頁。3.3.2理論循環(huán)壓焓圖1→2等熵壓縮過程2→3→4制冷劑在冷凝器中冷卻和冷凝過程。制冷劑壓力保持不變

2→3冷卻過程，制冷劑與環(huán)境介質(zhì)有溫差。

3→4冷凝過程，制冷劑與環(huán)境介質(zhì)沒有溫差。4→5節(jié)流過程，制冷劑壓力與溫度均降低，焓不變。5→1制冷劑在蒸發(fā)器中吸熱過程，制冷劑壓力與溫度保持不變，無溫差換熱。3.3單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)當(dāng)前30頁，總共43頁。3.3.3理論循環(huán)計算比較3.3單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)制冷劑R22制冷量Qekj/kg冷凝放熱Qckj/kg壓縮機(jī)耗功Wkj/kgCOPTe=5℃Tk=50℃理論循環(huán)143.898173.95730.0584.79過熱度5℃時147.607178.51730.9114.78過冷度5℃時150.767180.82630.0585.02卡諾制冷系數(shù)

當(dāng)前31頁，總共43頁。

實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)有許多不同之處，除了壓縮機(jī)中的工作過程以外，主要還有下列一些差別：

(1)流動過程有壓力損失。

(2)制冷劑流經(jīng)管道及閥門時同環(huán)境介質(zhì)間有熱交換。(3)熱交換器中存在溫差。3.4單級蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)計算當(dāng)前32頁，總共43頁。當(dāng)前33頁，總共43頁。1)．單位制冷量、單位容積制冷量及單位理論功當(dāng)前34頁，總共43頁。2)．單位冷凝熱上式中點(diǎn)2狀態(tài)的焓值用下式計算式中

為壓縮機(jī)的指示效率，它被定義為等熵壓縮過程耗功量與實(shí)際壓縮過程耗功量之比。當(dāng)前35頁，總共43頁。3)．制冷劑的循環(huán)流量

式中為制冷量，通常由設(shè)計任務(wù)給出。

4)．壓縮機(jī)的理論功率和指示功率分別為

當(dāng)前36頁，總共43頁。5)．實(shí)際制冷系數(shù)

6)．冷凝器的熱負(fù)荷式中為壓縮機(jī)的機(jī)械效率。當(dāng)前37頁，總共43頁。制冷劑按其化學(xué)組成主要有三類

無機(jī)物氟里昂碳?xì)浠衔镏评鋭┦侵评湎到y(tǒng)中的工作流體，通常稱為制冷工質(zhì)，它擔(dān)當(dāng)氣化吸熱和冷凝放熱的熱力循環(huán)而實(shí)現(xiàn)制冷目的。在蒸氣壓縮式制冷循環(huán)中，利用制冷劑在系統(tǒng)中的狀態(tài)變化，即制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)從被冷卻物體中吸取熱量而氣化，在冷凝器中高溫冷凝排熱到周圍物質(zhì)（水或空氣）而液化，周而復(fù)始循環(huán)流動達(dá)到制冷目的。

三.制冷工質(zhì)當(dāng)前38頁，總共43頁。1).熱力學(xué)性質(zhì)方面2).遷移性質(zhì)方面(1)工作溫度范圍內(nèi)有合適的壓力和壓力比。(2)單位制冷量q0和單位容積制冷量qv較大。(3)比功w和單位容積壓縮功wv小，循環(huán)效率高。蒸發(fā)壓力≧大氣壓力冷凝壓力不要過高冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比不宜過大(4)等熵壓縮終了溫度t2不能太高，以免潤滑條件惡化或制冷劑自身在高溫下分解。(1)粘度、密度盡量小。(2)導(dǎo)熱系數(shù)大，可提高傳熱系數(shù)，減少傳熱面積。1.作為制冷劑應(yīng)符合的要求

當(dāng)前39頁，總共43頁。3).物理化學(xué)性質(zhì)方面

4).其它

(1)無毒、不燃燒、不爆炸、使用安全。(2)化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好。(3)對大氣環(huán)境無破壞作用。

原料來源充足，制造工藝簡單，價格便宜。當(dāng)前40頁，總共43頁。2.制冷工質(zhì)對環(huán)境影響評價編號分子式或混合物組成及名稱大氣壽命/aODPGWP備注R11CCl3F一氟三氯甲烷451.04600氯氟烴類CFCsR22CHClF2二氟一氯甲烷11.90.0341700含氫氯氟烴類HCFCsR134aCH2FCF3四氟乙烷13.801300氫氟烴類HFCsR407c32/125/134a(23/25/52)01700非共沸混合物R410AR32/125（50/50）02000非共沸混合物R744CO2>5001無機(jī)化合物R717NH30<1無機(jī)化合物R600CH(CH3)2CH3異丁烷0約20碳?xì)浠衔?)臭氧耗損潛值ODP(Ozon