蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理課件

第十一章船舶制冷裝置壓焓圖1點：臨界點K2線：飽和液體線、飽和蒸氣線3區(qū)域：過冷液體區(qū)、濕蒸氣區(qū)、過熱蒸氣區(qū)第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

壓焓圖上的等參數(shù)曲線等壓線——水平線；等焓線——垂直線；等溫線——液體區(qū)幾乎為垂直線。兩相區(qū)內(nèi),因制冷劑狀態(tài)的變化是在

等壓、等溫下進(jìn)行,故等溫線與等壓線重合,是水平線。過熱蒸氣區(qū)為向右下方彎曲的傾斜線；等熵線——向右上方傾斜的實線;等容線——向右上方傾斜的虛線,比等墑線平坦;等干度線——只存在于濕蒸氣區(qū)域內(nèi),其方向大致與飽和液體線或飽和蒸氣線相近,視干度大小而定。第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

制冷劑壓焓圖第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

各狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系在溫度、壓力、比容、比焓、比熵、干度等參數(shù)中,只要知道其中任意兩個狀態(tài)參數(shù),就可以在壓焓圖或溫熵圖中確定過熱蒸氣及過冷液體的狀態(tài)點,其它狀態(tài)參數(shù)便可直接從圖中讀出。對于飽和蒸氣及飽和液體,只需知道一個狀態(tài)參數(shù)就能確定其狀態(tài)。第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

①⑤④③②一、單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1.單級蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)及熱力計算（1）單級蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的基本組成：蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器、膨脹閥（2）各部件的作用

1）壓縮機①保持蒸發(fā)器內(nèi)的低壓；②形成輸送制冷劑的動力；③提高制冷劑的壓力，以便它能在冷凝器中利用環(huán)境溫度介質(zhì)還原為液體。2）冷凝器提供制冷劑高壓蒸氣與環(huán)境溫度介質(zhì)充分熱交換的場所，使其還原成液態(tài)。第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

3）節(jié)流閥（膨脹閥）①使高壓常溫制冷劑節(jié)流膨脹降壓；②調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量，以便適應(yīng)冷卻空間熱負(fù)荷的變化，防止壓縮機發(fā)生“液擊”。

4）蒸發(fā)器提供低壓制冷劑與冷卻空間充分熱交換的場所，使制冷劑不斷吸熱汽化。第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

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（3）理論循環(huán)假設(shè)：

①壓縮過程不存在換熱和流阻等不可逆損失，為等熵過程；

②制冷劑流過熱交換器和管路時沒有阻力損失，為等壓過程；

③制冷系統(tǒng)中除熱交換器外，與外界無任何熱交換，流過膨脹閥時未作功，又無熱交換，為等焓過程。（4）理論循環(huán)的工作過程：過程線1—2：等熵壓縮過程，壓力由p0提高到pk，壓縮機對制冷劑作功，制冷劑溫度提高，點2處于過熱蒸氣狀態(tài)。過程線2—3：制冷劑在冷凝器內(nèi)的冷卻、冷凝過熱蒸氣在等壓下先放熱冷卻降溫，再繼續(xù)放熱冷凝，然后過冷。過程線3—4冷劑通過膨脹閥的節(jié)流過程壓力由pk降到po，溫度由tk降到t0，并進(jìn)入兩相區(qū)節(jié)流前后制冷劑焓值不變過程線4---1等壓氣化過程制冷劑吸取熱量不斷氣化向干度增大方向，直到過熱蒸氣第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

（5）單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計算1）熱力計算的目的：

①確定各狀態(tài)點的參數(shù)值；②確定各主要設(shè)備的熱、功轉(zhuǎn)換數(shù)值；③確定系統(tǒng)經(jīng)濟性的數(shù)量關(guān)系，為實際循環(huán)指明方向；④為系統(tǒng)各設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供基本數(shù)據(jù)；⑤對系統(tǒng)工作性能的評價提供理論依據(jù)。

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2）穩(wěn)定流動的能量方程

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，如果忽略位能和動能的變化，加給系統(tǒng)的熱量與外界功等于系統(tǒng)焓的變化，則穩(wěn)定流動的能量方程可表示為

Q十P=qm(h2-h1)kW

當(dāng)熱量和功朝向系統(tǒng)時，Q和P取正值。該方程可單獨適用于制冷系統(tǒng)中的每一個設(shè)備。式中Q—單位時間內(nèi)加給系統(tǒng)的熱量，單位為kW；

P—單位時間內(nèi)加給系統(tǒng)的功，單位為kW；

qm—流進(jìn)或流出該系統(tǒng)的穩(wěn)定質(zhì)量流量，單位為Kg/s；

h1、h2—比焓，單位為KJ/Kg，下標(biāo)1和2分別表示流體流進(jìn)系統(tǒng)和離開系統(tǒng)的狀態(tài)點。第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

3）各部件熱力計算①節(jié)流閥

制冷劑液體通過節(jié)流孔口時絕熱膨脹，對外不作功：Q=0，P=0。故節(jié)流閥的能量方程式變?yōu)椋?/p>

0=G(h4-h3)h4=h3

因此，可以認(rèn)為節(jié)流前后其焓值不變。節(jié)流閥出口處(點4)為兩相混合物，它的焓值也可由下式表示:h4=(1-x4)hf0+x4hg0

式中hf0、hg0—分別為蒸發(fā)壓力p0下飽和液體和飽和蒸氣的焓值；

x4—制冷劑出節(jié)流閥時的干度。將上式移項并整理，得到

x4=(h4-hf0)/(hg0-hf0)

點4的比容為

v4=(1-x4)vf0+x4vg0

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②壓縮機在理論上，可以認(rèn)為工質(zhì)在壓縮機中的壓縮過程為絕熱壓縮，則

Q=0P0=G（h2-h1）KW

令w0=P0/qm則有

w0=h2-h1KJ/Kg

w0

—

壓縮機每壓縮并輸送1kg制冷劑所消耗的功，稱為理論比功。

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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，因為蒸發(fā)器不作功，故蒸發(fā)器的能量方程式為

Q0=G(h1-h4)=G(h1-h3)kWq0=h1-h4——單位質(zhì)量制冷量，kJ/kgG與壓縮機的尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)。第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

④冷凝器假設(shè)制冷劑在冷凝器中向外界放出熱量為Qk,那么

Qk=qm(h2-h3)kW

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，單位為KJ/kg。第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

⑤制冷系數(shù)按定義,在理論循環(huán),制冷系數(shù)可用下式表示

ε0=q0/W0

=（h1-h4）/（h2-h1）第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

⑥制冷劑的質(zhì)量流量G＝Q0/q0=Q0/(h1-h2)kg/s⑦壓縮機的容積流量Vs（按吸氣狀態(tài)的容積計算）Vs=Gv1

=Q0v1/q0qv=q0/

v1

qv-----------單位容積制冷量（KJ/m3)所以，制冷量又可以表示為：Q0=qvVs第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

⑧壓縮機的理論容積流量VT=VS/λ=Q0/λqvm3/sλ－－壓縮機的輸氣系數(shù)⑨壓縮機的理論功率PT=GW0KW⑩壓縮機的指示功率Pi=GWi=GW0/ηi=PT/ηiKW壓縮機的指示功率Pi=GWi=GW0/ηi=PT/ηiKW1112壓縮機的軸功率P=Pi/ηm=

PT/(ηi

ηm)=PT

ηKW第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

單位軸功率制冷量Ke=Q0/P=ε0

η13（6）熱力計算舉例假定循環(huán)為單級壓縮蒸氣制冷的理論循環(huán),蒸發(fā)溫度t0=-10℃,冷凝溫度tk=35℃,工質(zhì)為R22,循環(huán)的制冷量Q0=55kW,試對該循環(huán)進(jìn)行熱力計算。解要進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力計算,首先需要知道制冷劑在循環(huán)各主要狀態(tài)點的某些熱力狀態(tài)參數(shù),如比焓、比容等。這些參數(shù)值可根據(jù)給定的制冷劑種類、溫度、壓力,在相應(yīng)的熱力性質(zhì)圖和表中查到。

pkpototkh3h4h1h2根據(jù)R22的熱力性質(zhì)表,查出處于飽和線上的各點有關(guān)狀態(tài)參數(shù)值:h1=401.555kJ/kgv1=0.0653m3/kgh3=h4=243.114kJ/kgp0=0.3543MPapk=1.3548MPa

確定點2，即壓縮機出口的狀態(tài)參數(shù)。由R22的P-h圖可知

h2=435.2kJ/kgt2=57℃①單位質(zhì)量制冷量

q0=h1-h4=401.555-243.114=158.441kJ/kg②單位容積制冷量

qv=q0/v1=158.441/0.0653=2426kJ/m3

③制冷劑質(zhì)量流量

qm=Q0/q0=0.3471kg/s④理論比功

w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg

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⑤壓縮機消耗的理論功率

P0=qmw0=0.3471×33.645=11.68kW⑥壓縮機吸入的容積流量

Ⅴ=qmv1=0.3471×0.06530.0227m3/s⑦制冷系數(shù)

ε0=q0/w0=158.441/33.645=4.71

⑧冷凝器單位熱負(fù)荷

qk=h2-h3=192.086kJ/kg

⑨冷凝器熱負(fù)荷

Qk=qmqk=66.67kW第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

2.單級蒸氣壓縮式制冷的實際循環(huán)實際制冷循環(huán)與理論制冷循環(huán)的區(qū)別：①理論循環(huán)中沒有考慮到制冷劑液體過冷和蒸氣過熱的影響，而實際是需要的；②實際中，制冷劑流過冷凝器、蒸發(fā)器和連接各設(shè)備的管道時存在流動阻力，產(chǎn)生的壓降；③壓縮機中的實際壓縮過程并非是等熵過程；④系統(tǒng)中存在著不凝性氣體等。第2節(jié)蒸氣壓縮式制冷裝置的工作原理

二、單級制冷壓縮機的工況和特性制冷壓縮機工況：主要指決定其理論循環(huán)的溫度條件：蒸發(fā)溫度、吸氣溫度、冷凝溫度、膨脹閥前的過冷度。蒸發(fā)壓力由蒸發(fā)器產(chǎn)氣量和壓縮機吸氣量間的質(zhì)量平衡決定。冷凝壓力由壓縮機排氣量與冷凝器冷凝量的質(zhì)量平衡來決定，如壓縮機吸氣壓力高，質(zhì)量流量大，則冷凝壓力就高1.工況參數(shù)對制冷工作的影響

當(dāng)壓縮機的轉(zhuǎn)速不變時，制冷機的制冷量、制冷系數(shù)和功耗隨蒸發(fā)溫度、冷凝溫度變化的規(guī)律，稱為制冷機的性能或特性。Q0=Gq0=λVTq0/v1=λVTqv（11-13）

P=Gw0/η=λVTw0

/vη1=λVTwV/η

（11-14）（1）冷凝溫度對循環(huán)性能的影響tkq0、v1不變、qv、Q0、w0、

P、ε0（2）蒸發(fā)溫度對循環(huán)性能的影響（假設(shè)冷凝溫度和其它條件不變）單位容積制冷量qv=（h1-h3）/v1

t0’<

t0q0（變化不大）、

v0qv比容積功：t0（w0=h2-h1）、v1

w0v=（h2-h1）/v1有可能增加，也有可能降低。G

軸功率：PK/P0>3時，P（3）供液過冷度和吸氣過熱度對循環(huán)性能的影響過冷度對單位質(zhì)量制冷量的影響

過冷度

h4

、q0

。對比功的影響v1、h1、h2不變，w0不變。對制冷量的影響q0、v1、qm

Q0④對制冷系數(shù)的影響q0、w0ε=（q0/w0