制冷基本原理

制冷基本原理第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五ShenzhenMcQuayTC2制冷基本原理一、基本定律和概念:

1.溫度：表示物體冷熱程度的物理量

。

T（℃）=T（K）-273.15

tF=1.8t℃+32(t為攝氏溫度數(shù)，T為華氏溫度數(shù))

最冷的—273.15℃(絕對零度)到最熱的5.1億℃約比太陽中心熱30倍。

2.壓力：單位面積上所受到的垂直作用力（即壓強(qiáng)）。

1Pa=1N/m2

1MPa=10.2kN/cm2=10bar=9.8大氣壓

1bar=1.0197kg/cm2=0.987大氣壓;

1大氣壓=0.101325MPa=1.0333kg/cm2=1.0133bar;

1mmHg=133.33Pa

表壓=絕對壓力-大氣壓力

真空度=大氣壓力-絕對壓力

3.比容：單位質(zhì)量的物質(zhì)所占有的容積稱為比容。用小寫的字母ν表示，

即：ν＝V/mm3/kg

式中m——物質(zhì)的質(zhì)量，kg；

V——物質(zhì)所占有的容積，m3。

比容的倒數(shù)，即單位容積的物質(zhì)所具有的質(zhì)量，稱為密度，用符號“ρ”，單位為kg/m3。

4.比熱:單位質(zhì)量物質(zhì)升高1℃吸收的熱量,單位:kJ/（kg.℃）5.熱力學(xué)第0定律：

與第三個(gè)系統(tǒng)處于

熱平衡狀態(tài)的兩個(gè)

系統(tǒng)之間，必定處

于熱平衡狀態(tài)。

第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五ShenzhenMcQuayTC3制冷基本原理

6.熱力學(xué)第一定律：即能量守恒定律

W+Q＝ΔU

其中：

W:外界對物體做的正功(J)

Q:物體吸收的熱量(J)

ΔU:增加的內(nèi)能(J)

7.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。

QH=QL+E8.焓：

焓是一個(gè)復(fù)合的狀態(tài)參數(shù)，是表征系統(tǒng)中所有的總能量。工質(zhì)在某一狀態(tài)下的總能量等于其內(nèi)能U與推動(dòng)功PV之和。

H=U+pV(kJ

)

比焓：1kg工質(zhì)的焓稱為比焓。用符號h表示，單位是kJ/kg

h=U+pV(kJ/kg)

U---內(nèi)能(kJ/kg)

p---壓力(kPa)

V---比體積(m3/kg)9.熵：熵是一個(gè)導(dǎo)出的狀態(tài)參數(shù)，是表示工質(zhì)狀態(tài)變化時(shí)，其熱量傳遞的程度。對1kg工質(zhì)而言，用符號S表示，單位為kJ/（kg.K）S=Q/T[kJ/(kg.k)]

Q---1kg物質(zhì)所獲得的熱量（kJ/kg）

T---物質(zhì)獲得熱量時(shí)的熱力學(xué)溫度（K）

絕熱、可逆的壓縮或膨脹過程為等熵過程。第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五ShenzhenMcQuayTC4制冷基本原理11、制冷、制熱（熱泵）：

用人工的方法將低溫區(qū)的熱量移送到高溫區(qū)，若轉(zhuǎn)移熱量是為獲得低于環(huán)境的溫度或滿足某種低溫需要，此種方法稱為“制冷”；若是為了將低溫區(qū)無用的熱量移送到高溫區(qū)成為有用的熱量，此種方法稱為“熱泵”。10、對于一個(gè)由制冷機(jī)及其環(huán)境(包括被冷卻物體及冷卻介質(zhì))所構(gòu)成的孤立系統(tǒng),當(dāng)其中進(jìn)行的過程完全可逆時(shí)系統(tǒng)的熵保持不變。若過程不可逆，則系統(tǒng)的熵要增大。12、用來實(shí)現(xiàn)自低溫區(qū)向高溫區(qū)傳遞熱量的主要方法：

A、熱力循環(huán)法：通過一個(gè)熱力循環(huán)系統(tǒng)把低溫?zé)嵩吹臒崃總鬟f到高溫?zé)嵩础?/p>

B、化學(xué)法。

C、半導(dǎo)體法。13、目前熱力循環(huán)法最成熟，應(yīng)用最普遍。而在熱力循環(huán)法制冷與熱泵中，可分為系統(tǒng)中工質(zhì)發(fā)生相變與工質(zhì)不發(fā)生相變兩類，前者熱效率高。第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五lgp0h1、壓焓圖ShenzhenMcQuayTC5制冷基本原理456二、制冷劑狀態(tài)分析工具11.等壓線22.等焓線33.等溫線4.等熵線5.等容線6.等干度線第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五TS0ShenzhenMcQuayTC6制冷基本原理3412562、溫熵圖：3.等溫線2.等焓線1.等溫線4.等熵線5.等容線6.等干度線第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五ShenzhenMcQuayTC7制冷基本原理三、熱力循環(huán)及壓焓圖（lgp–h圖）單級理論循環(huán)組成：

1.壓縮機(jī)

2.冷凝器

3.節(jié)流裝置

4.蒸發(fā)器

1234單級理論循環(huán)、多級理論循環(huán)第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五ShenzhenMcQuayTC8制冷基本原理空調(diào)四大部件：1.壓縮機(jī)；2.冷凝器；3.節(jié)流裝置；4.蒸發(fā)器

作用：1234壓縮機(jī)：壓縮系統(tǒng)中的氣態(tài)工質(zhì)（制冷劑）；為系統(tǒng)的循環(huán)提供動(dòng)力；對循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)作功的部件。冷凝器：將壓縮機(jī)排出的高溫高壓蒸氣的熱量導(dǎo)走，使之冷凝成液態(tài)工質(zhì)。節(jié)流裝置：節(jié)流、降壓、降溫。

節(jié)流裝置必須具有隨時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)工質(zhì)流量的能力。蒸發(fā)器：將被冷卻對象的熱量傳遞給循環(huán)工質(zhì)，使工質(zhì)液體蒸發(fā)成蒸氣返回壓縮機(jī)。蒸發(fā)器的性能直接影響到制冷機(jī)和熱泵的性能。第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五ShenzhenMcQuayTC9制冷基本原理壓焓圖（lgp–h圖）

的構(gòu)成1234lgph0A壓焓圖（lgp–h圖）

的構(gòu)成：

壓焓圖是以焓（h）值作為橫坐標(biāo)，以絕對壓力（p）為縱坐標(biāo)所組成的直角坐標(biāo)系。為了方便起見，便于圖型的展開，避免圖下部分線條過分擁擠，所以縱坐標(biāo)又以對數(shù)lgp標(biāo)度排列。

X=0為飽和液體線；x=1為干飽和蒸氣線；X=0與x=1兩條線若向上延長將交于一點(diǎn)，A點(diǎn)為臨界點(diǎn)，臨界點(diǎn)存在于理想狀態(tài)，實(shí)際上不可能存在。一般不表示出來。X=0X=1ⅠⅡⅢ第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五ShenzhenMcQuayTC10制冷基本原理lgph0AX=0與x=1兩條線將整個(gè)直角坐標(biāo)平面分成了3個(gè)區(qū)域：

①：X=0左邊為過冷液態(tài)區(qū)；

②：X=0為飽和液體；

③：X=0與X=1之間為濕飽和蒸氣區(qū)（氣液共存區(qū)）；由X=0向X=1移動(dòng)時(shí)，則干度x也相應(yīng)增加，即氣體成分越來越多；

④：X=1為干飽和氣體；

⑤：X=1的右邊為過熱蒸氣區(qū)。X=0X=1ⅠⅡⅢ壓焓圖lgp–h

的構(gòu)成：在X=0與x=1以及兩者之間，均為飽和狀態(tài)，此時(shí)制冷劑的溫度線與壓力線重合。因此，在飽和狀態(tài)時(shí)，制冷劑確定一個(gè)壓力，便有一個(gè)并且有一個(gè)溫度與之相對應(yīng)。

第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五ShenzhenMcQuayTC11制冷基本原理用lgp–h圖來分析單級理論循環(huán)的單一工質(zhì)變化狀態(tài)1234對于最簡單的理論循環(huán)（或稱簡單的飽和循環(huán)）：

1點(diǎn)----蒸發(fā)器出口點(diǎn)、壓縮機(jī)吸氣口點(diǎn)；

2點(diǎn)----壓縮機(jī)排氣口點(diǎn)、冷凝器入口點(diǎn)；

3點(diǎn)----冷凝器出口點(diǎn)、節(jié)流裝置入口點(diǎn)；

4點(diǎn)----節(jié)流裝置出口點(diǎn)、蒸發(fā)器入口點(diǎn)；232’h4h1h2lgphq0w0pkp0qk041第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五各狀態(tài)點(diǎn)敘述：

1點(diǎn)----蒸發(fā)器出口點(diǎn)、壓縮機(jī)吸氣口點(diǎn)

它是對應(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應(yīng)關(guān)系，

該點(diǎn)位于p0的等壓線與飽和蒸氣線（χ=1）的

交點(diǎn)上。2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qkShenzhenMcQuayTC12制冷基本原理第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五各狀態(tài)點(diǎn)敘述：

2點(diǎn)----壓縮機(jī)排氣口點(diǎn)、冷凝器入口也就是進(jìn)冷凝器時(shí)的狀態(tài)點(diǎn)。

該點(diǎn)可通過1點(diǎn)的等熵線和冷凝壓力為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)。2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qkShenzhenMcQuayTC13制冷基本原理第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五

各狀態(tài)點(diǎn)敘述：

3點(diǎn)----冷凝器出口、節(jié)流裝置

入口點(diǎn)

它是對應(yīng)于冷凝溫度tk的飽和液體。

根據(jù)壓力與飽各溫度的對應(yīng)關(guān)系，

該點(diǎn)位于冷凝壓力

pk的等壓線與飽和濕蒸氣線

（χ=0）的交點(diǎn)上。2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qkShenzhenMcQuayTC14制冷基本原理第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五

各狀態(tài)點(diǎn)敘述：

4點(diǎn)----節(jié)流裝置出口點(diǎn)、蒸發(fā)

器入口點(diǎn)

由于節(jié)流過程為等焓過程,所以該點(diǎn)處于點(diǎn)3的等焓線

與蒸發(fā)壓力p0

的等壓線的交點(diǎn)上。

2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qkShenzhenMcQuayTC15制冷基本原理第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五ShenzhenMcQuayTC16制冷基本原理單級理論循環(huán)的單一工質(zhì)在壓焓圖各段的狀態(tài)2342’1h4h1h2lgphq0w0pkp0qk0單級理論循環(huán)假設(shè)了：

1、壓縮過程等熵過程；

2、除兩個(gè)熱交換器外，其余各部分絕熱；

3、在冷凝與蒸發(fā)過程中與兩恒溫?zé)嵩撮g無傳熱溫差且冷凝溫度和蒸發(fā)溫度都是定值。

4、離開蒸發(fā)器和進(jìn)入壓縮機(jī)的工質(zhì)為蒸發(fā)壓力下的飽和蒸氣，離開冷凝器和進(jìn)入節(jié)流裝置的液體為冷凝壓務(wù)下的飽和液體。

5、工質(zhì)流動(dòng)中無壓力損失。第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五ShenzhenMcQuayTC17制冷基本原理單級理論循環(huán)的單一工質(zhì)在壓焓圖各段的狀態(tài)2342’1h4h1h2lgphq0w0pkp0qk01-2段:等熵壓縮過程。

制冷劑:由低溫、低壓、飽和蒸氣向高溫、高壓、過熱蒸氣轉(zhuǎn)變。

其2點(diǎn)的溫度就是壓縮機(jī)排氣溫度。這兩點(diǎn)（1、2）的焓差是壓縮機(jī)作功大小的主要參數(shù)值。因此，盡量減少這兩點(diǎn)的距離才能節(jié)約能源。若蒸發(fā)溫度不變時(shí)，盡量降低冷凝壓力就可以減少功耗。W0=h2-h1

第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五ShenzhenMcQuayTC18制冷基本原理單級理論循環(huán)的單一工質(zhì)在壓焓圖各段的狀態(tài)2342’1h4h1h2lgphq0w0pkp0qk02-2’段:等壓放熱過程。

制冷劑:高壓（冷凝壓力pk

）條件下，制冷劑氣體放出顯熱，由排氣溫度t2降至冷凝溫度tk，溫度下降，相態(tài)沒變，仍為氣態(tài)。

（相對高溫、高壓、過熱蒸氣變到飽和蒸氣）

第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五ShenzhenMcQuayTC19制冷基本原理單級理論循環(huán)的單一工質(zhì)在壓焓圖各段的狀態(tài)2342’1h4h1h2lgphq0w0pkp0qk02’-3段:等壓放熱過程。

制冷劑:

高壓（冷凝壓力pk

）條件下，制冷劑放出潛熱而氣態(tài)液化成液態(tài),但溫度沒變,仍為冷凝溫度tk，相態(tài)改變，由飽和氣體->氣液共存->飽和液體,干度從x=1到x=0逐漸變小。

第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五ShenzhenMcQuayTC20制冷基本原理單級理論循環(huán)的單一工質(zhì)在壓焓圖各段的狀態(tài)2342’1h4h1h2lgphq0w0pkp0qk03-4段:等焓節(jié)流過程。

制冷劑:高壓、高溫飽和液體變成低壓低溫氣液共存。

制冷劑通過節(jié)流裝置，由高壓pk

降至低壓p0,

溫度由冷凝溫度tk降至蒸

發(fā)溫度t0，狀態(tài)由飽和液體

變?yōu)闅庖汗泊鏍顟B(tài)（濕蒸

氣狀態(tài)）。

第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五ShenzhenMcQuayTC21制冷基本原理單級理論循環(huán)的單一工質(zhì)在壓焓圖各段的狀態(tài)2342’1h4h1h2lgphq0w0pkp0qk04-1段:等溫等壓吸熱氣化過程。

制冷劑:低壓低溫氣液共存變成低壓低溫飽和蒸氣。

壓力p0為蒸發(fā)壓力，溫度t0稱蒸發(fā)溫度。4-1區(qū)間，p0與t0相對應(yīng)，兩點(diǎn)間焓差q0的大小是決定制冷量多少的重要參數(shù)值。因此，在不影響要求的條件下，盡量提高蒸發(fā)溫度以提高制冷量。第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五

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+W=qm(h2-h1)

Q

------單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)從外界吸取的熱量;

W------單位時(shí)間內(nèi)外界對系統(tǒng)作的功;

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).

2342‘1h4h1h2hq0w0pkp0qk四、單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算ShenzhenMcQuayTC22制冷基本原理lgp0第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五理論循環(huán)的熱力計(jì)算

1.

節(jié)流閥

制冷劑液體通過節(jié)流孔口時(shí)絕熱膨脹，對外不作功，Q=0，W=0，

Q+W=qm(h2-h1)

故

W=0=qm(h4–h3)

h4=h32342’1h4h1h2hq0w0pkp0qklgp0ShenzhenMcQuayTC23制冷基本原理第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五理論循環(huán)的熱力計(jì)算

2.

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，

因Q+W=qm(h2-h1)

故

W=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。

2342’1h4h1h2hq0w0pkp0qkShenzhenMcQuayTC24制冷基本原理lgp0第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五理論循環(huán)的熱力計(jì)算

3.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，

W=0，Q+W=qm(h2-h1)

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。

2342’1h4h1h2hq0w0pkp0qklgp0ShenzhenMcQuayTC25制冷基本原理當(dāng)蒸發(fā)溫度T0不變而冷凝溫度Tk升高時(shí)，對于同一臺制冷機(jī)來說它的制冷量將要減小，而消耗的功率將要增大。第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4.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?/p>

W=0

Q+W=qm(h2-h1)

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1kg制冷劑蒸氣在冷凝器中放出的熱量。2342’1h4h1h2hq0w0pkp0qklgpShenzhenMcQuayTC26制冷基本原理0

當(dāng)TK（冷凝溫度）不變而T0(蒸發(fā)溫度)降低時(shí),制冷機(jī)的制冷量,制冷劑流量及制冷系數(shù)都是降低的,而壓縮機(jī)的功率是增大還是減小,與變化前后的壓比值有關(guān)。第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五理論循環(huán)的熱力計(jì)算

5.

制冷系數(shù)與供熱系數(shù)

按定義，理論循環(huán)中，制冷/供熱系數(shù)可用下式表示

2342’1h4h1h2hq0w0pkp0qklgpShenzhenMcQuayTC27制冷基本原理0第27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五2342’1h4h1h2hq0w0pkp0qklgpShenzhenMcQuayTC28制冷基本原理0五.

實(shí)際制冷循環(huán)的壓焓圖1、吸氣過熱：理論循環(huán)是假設(shè)了壓縮機(jī)的吸氣為干蒸氣，即不會有液體進(jìn)入壓縮機(jī)。

因環(huán)境條件的不斷變化、生產(chǎn)工藝不足等因素制約，實(shí)際運(yùn)