%20蒸氣壓縮式制冷的熱力學(xué)原理

第一章蒸氣壓縮式制冷的熱力學(xué)原理第一節(jié)五大熱力過程第二節(jié)理想的制冷循環(huán)

第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善第五節(jié)跨臨界制冷循環(huán)第六節(jié)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)第一節(jié)五大熱力過程利用制冷劑液體在氣化時(shí)〔蒸發(fā)時(shí)〕產(chǎn)生的吸熱效應(yīng)，到達(dá)制冷目的。液體蒸發(fā)制冷的特征制冷循環(huán)就是通過一定的能量補(bǔ)償，從低溫?zé)嵩次鼰?，向高溫?zé)嵩磁艧?。熱源的溫度決定制冷劑吸熱與排熱的溫度與壓力，相應(yīng)地決定了制冷循環(huán)中的上下壓側(cè)的壓力比。第一節(jié)五大熱力過程液體蒸發(fā)制冷構(gòu)成循環(huán)的四個(gè)根本過程是：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③將高壓蒸氣冷凝，使之成為高壓液體④高壓液體降低壓力重新變?yōu)榈蛪阂后w，返回到①從而完成循環(huán)。第一節(jié)五大熱力過程一、定容吸熱(升壓〕過程：v=cq↗,p↗,v=c,T↗,s↗,Δw=0二、定壓吸熱〔膨脹〕過程：p=cq↗,p=c,v↗,T↗,s↗,Δw＞0四大熱力過程圖q=0T=cp=cv=cp=cv=cq=0T=cSTVP第一節(jié)五大熱力過程四大熱力過程圖q=0T=cp=cv=cp=cv=cq=0T=cSTVP三、定溫吸熱〔膨脹〕過程：T=cq↗,p↘,v↗,T=c,s↗,Δw＞0四、絕熱(膨脹)過程：q=0q=0,p↘,v↗,T↘,s=c,Δw＞0第一節(jié)五大熱力過程五、〔絕熱〕節(jié)流過程：是典型的不可逆過程；與外界無熱量和功量交換；流體從突然縮小的截面流過，局部阻力較大，流體壓力下降，比容〔氣體增大，液體變化很小〕由熱一律〔穩(wěn)定流動(dòng)的能量方程〕節(jié)流前后流體的焓不變。第一節(jié)五大熱力過程第二節(jié)理想的制冷循環(huán)

、逆卡諾循環(huán)的組成：兩個(gè)定溫過程〔無溫差〕和兩個(gè)絕熱過程〔無摩擦〕組成；逆卡諾循環(huán):1—2絕熱壓縮；溫度從T’0↗T’k；2—3等溫壓縮：溫度保持T’k；向高溫?zé)嵩捶艧醧k；3—4絕熱膨脹：溫度從T’k↘T’0；4—1等溫膨脹：溫度保持T’0；從低溫?zé)嵩次諢崃縬0；逆卡諾循環(huán)從理論上指出了提高制冷裝置經(jīng)濟(jì)性的重要方向。？q0逆卡諾循環(huán)4321T’kT’0baST∑ω第二節(jié)理想的制冷循環(huán)

二、制冷量、制冷系數(shù)１、一般制冷循環(huán)制冷量、制冷系數(shù)：1㎏制冷劑將q0的熱量從低溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩矗藭r(shí)消耗的功量∑ω也變?yōu)闊崃哭D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩?，向高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃繛閝k那么：單位質(zhì)量工質(zhì)制冷量為qo＝qk－∑w制冷系數(shù)為：q0逆卡諾循環(huán)4321T’kT’0baST∑ω第二節(jié)理想的制冷循環(huán)

二、制冷量、制冷系數(shù)2、逆卡諾循環(huán)制冷量、制冷系數(shù)：q0＝T’0〔S1－S4〕＝T’0〔Sa－Sb〕qk＝T’k〔S2－S3〕＝T’k〔Sa－Sb〕∑ω=qk-q0=(T’k-T’0)〔Sa－Sb〕q0逆卡諾循環(huán)4321T’kT’0baST∑ω第二節(jié)理想的制冷循環(huán)

二、制冷量、制冷系數(shù)2、逆卡諾循環(huán)制冷量、制冷系數(shù)：制冷系數(shù)可以大于1，也可以小于1〔即制冷量可以大于所消耗的功，也可能小于所消耗的功〕，這主要取決于上下溫?zé)嵩礈囟?，與制冷劑性質(zhì)無關(guān)。q0逆卡諾循環(huán)4321T’kT’0baST∑ω第二節(jié)理想的制冷循環(huán)

二、制冷量、制冷系數(shù)2、逆卡諾循環(huán)制冷量、制冷系數(shù)：T’0、T’k，對制冷系數(shù)的影響程度：T’0的變化比T’k的變化對循環(huán)的制冷系數(shù)影響更大；(工程中應(yīng)當(dāng)更多降低蒸發(fā)傳熱溫差)q0逆卡諾循環(huán)4321T’kT’0baST∑ω第二節(jié)理想的制冷循環(huán)

二、制冷量、制冷系數(shù)ST0’T0TkTk’a‘a(chǎn)b43213、有傳熱溫差時(shí)的制冷系數(shù)低溫?zé)嵩礈囟葹門’0，高溫?zé)嵩礈囟葹門’k，傳熱溫差分別為ΔT0、ΔTk，實(shí)際制冷劑蒸發(fā)溫度為T0，冷凝溫度為Tk，那么：T0＝T’0－ΔT0；Tk＝T’k＋ΔTk；有傳熱溫差時(shí)制冷系數(shù)總要小于逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)，工程應(yīng)用中選擇適宜的溫差，使初投資和運(yùn)行費(fèi)用的綜合值為最經(jīng)濟(jì)。研究高效能的熱交換器設(shè)備，減少傳熱溫差。第二節(jié)理想的制冷循環(huán)

二、制冷量、制冷系數(shù)4、熱泵的制熱系數(shù)：

熱泵的制熱系數(shù)永遠(yuǎn)大于1，熱泵是很有價(jià)值的節(jié)能設(shè)備。熱泵開展的影響因素：壓縮機(jī)壓縮比過大，冬季蒸發(fā)器結(jié)霜問題，冷凝器結(jié)垢問題。第二節(jié)理想的制冷循環(huán)

三、理想蒸氣壓縮式制冷循環(huán)逆卡諾循環(huán)〔理想制冷循環(huán)〕實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵：兩個(gè)定溫過程2314q0理想蒸氣壓縮式制冷循環(huán)T’kT’0baST∑ω理想蒸氣壓縮式制冷循環(huán)工作流程q0qkT0Tk34膨脹機(jī)壓縮機(jī)12蒸發(fā)器冷凝器液體的定壓蒸發(fā)吸熱過程和蒸氣的定壓凝結(jié)放熱過程是定溫過程在濕蒸氣區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的制冷循環(huán)有實(shí)現(xiàn)逆卡諾循環(huán)的可能。第二節(jié)理想的制冷循環(huán)

四、其它制冷循環(huán)：勃萊敦循環(huán)：兩個(gè)絕熱和兩個(gè)等壓過程組成；斯特林循環(huán)：兩個(gè)等溫和兩個(gè)等容過程組成；

勃萊敦循環(huán)：斯特林循環(huán)兩個(gè)絕熱和兩個(gè)等壓過程組成兩個(gè)等溫和兩個(gè)等容過程組成第二節(jié)理想的制冷循環(huán)

四、其它制冷循環(huán)：奧圖循環(huán)：兩個(gè)等容和兩個(gè)絕熱過程組成；笛塞爾循環(huán)：一個(gè)定壓一個(gè)定容和兩個(gè)定熵

奧圖循環(huán)笛塞爾循環(huán)兩個(gè)等容和兩個(gè)絕熱過程組成一個(gè)定壓一個(gè)定容和兩個(gè)定熵第二節(jié)理想的制冷循環(huán)

四、其它制冷循環(huán)：勞侖茲循環(huán)：兩個(gè)絕熱和兩個(gè)多變過程組成

勞侖茲循環(huán)：兩個(gè)絕熱和兩個(gè)多變過程組成第二節(jié)理想的制冷循環(huán)

小節(jié)：1、五大熱力過程定壓、定容、定溫、絕熱、節(jié)流2、逆卡諾循環(huán)組成、制冷量、制冷系數(shù)蒸發(fā)、冷凝溫度對制冷系數(shù)的影響有傳熱溫差時(shí)的制冷系數(shù)熱泵的制熱系數(shù)3、理想的蒸汽壓縮式制冷循環(huán)4、其他制冷循環(huán)第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)一、理想循環(huán)存在問題1、膨脹機(jī)的采用膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所獲得的膨脹功缺乏以克服機(jī)器本身的摩擦阻力，不便于調(diào)節(jié)制冷劑流量；2、濕壓縮的采用液體壓縮性小，液擊損壞壓縮機(jī)；液體破壞壓縮機(jī)潤滑；液體汽化使壓縮機(jī)吸入量減少存在傳熱溫差。第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)二、蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)組成：兩個(gè)定壓過程，一個(gè)絕熱壓縮過程和一個(gè)絕熱節(jié)流過程組成

qk01’2’a’ab’b04’2314q0理論蒸氣壓縮式制冷循環(huán)T’kT’0ST∑ω氣液分離器理論蒸氣壓縮式制冷循環(huán)膨脹閥Tk342壓縮機(jī)1冷凝器q0T0蒸發(fā)器第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)二、蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)特點(diǎn)：⑴用膨脹閥代替膨脹機(jī)⑵蒸氣的壓縮采用干壓縮代替濕蒸氣壓縮⑶兩個(gè)傳熱過程均為定壓過程，傳熱過程具有傳熱溫差。qk01’2’a’ab’b04’2314q0理論蒸氣壓縮式制冷循環(huán)T’kT’0ST∑ω氣液分離器理論蒸氣壓縮式制冷循環(huán)膨脹閥Tk342壓縮機(jī)1冷凝器q0T0蒸發(fā)器qk01’2’a’ab’b04’2314q0理論蒸氣壓縮式制冷循環(huán)T’kT’0ST∑ω氣液分離器理論蒸氣壓縮式制冷循環(huán)膨脹閥Tk342壓縮機(jī)1冷凝器q0T0蒸發(fā)器第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)二、蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)⑴用膨脹閥代替膨脹機(jī)A：使用原因液態(tài)制冷劑體積變化不大機(jī)件小，摩擦大，使得所獲得的膨脹功缺乏以克服機(jī)器本身的摩擦阻力；使系統(tǒng)簡化，且便于根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)節(jié)B：結(jié)果：（制冷參數(shù)變化情況）：制冷量為a’1’4b——耗功量為01’2’30——

We：多消耗的膨脹功，034’0制冷系數(shù)為qk01’2’a’ab’b04’2314q0理論蒸氣壓縮式制冷循環(huán)T’kT’0ST∑ω氣液分離器理論蒸氣壓縮式制冷循環(huán)膨脹閥Tk342壓縮機(jī)1冷凝器q0T0蒸發(fā)器第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)二、蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)⑴用膨脹閥代替膨脹機(jī)C：用節(jié)流閥后存在節(jié)流損失。節(jié)流損失：由于節(jié)流閥代替膨脹閥，使制冷系數(shù)↘，降低程度為節(jié)流損失。包含兩局部：1、節(jié)流不可逆過程降低制冷量；2、損失了膨脹功；節(jié)流損失大?。孩。弘STk－T0的增加而加大ⅱ：與制冷劑的物理性質(zhì)有關(guān)?！诧柡鸵后w線越平緩，制冷劑潛熱越少或冷凝壓力越接近臨界壓力，那么節(jié)流損失越大?！硄k01’2’a’ab’b04’2314q0理論蒸氣壓縮式制冷循環(huán)T’kT’0ST∑ω氣液分離器理論蒸氣壓縮式制冷循環(huán)膨脹閥Tk342壓縮機(jī)1冷凝器q0T0蒸發(fā)器第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)二、蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)⑵蒸氣的壓縮采用干壓縮代替濕蒸氣壓縮液體壓縮性小，液擊損壞壓縮機(jī)；液體破壞壓縮機(jī)潤滑；液體在壓縮機(jī)內(nèi)汽化，使壓縮機(jī)吸入量減少，制冷量下降。干壓縮：制冷量為a14ba

——

增加耗功量為12301——

降低制冷系數(shù)為——

qk01’2’a’ab’b04’2314q0理論蒸氣壓縮式制冷循環(huán)T’kT’0ST∑ω氣液分離器理論蒸氣壓縮式制冷循環(huán)膨脹閥Tk342壓縮機(jī)1冷凝器q0T0蒸發(fā)器第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)二、蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)⑵蒸氣的壓縮采用干壓縮代替濕蒸氣壓縮過熱損失：干壓縮后對于大多數(shù)制冷劑，制冷系數(shù)將下降，降低程度〔過熱損失〕與制冷劑性質(zhì)有關(guān)，一般節(jié)流損失大的制冷劑，過熱損失??；壓比越大，過熱損失越大從以上兩個(gè)特點(diǎn)可以看出：理想蒸氣壓縮式制冷循環(huán)制冷系數(shù)除與上下溫?zé)嵩礈囟扔嘘P(guān)，還與制冷劑工質(zhì)熱力性質(zhì)有關(guān)，適宜的制冷劑可以增大制冷系數(shù)第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算熱力計(jì)算：：制冷量，蒸發(fā)溫度，冷凝溫度，求出：a、制冷劑流量〔選擇壓縮機(jī)時(shí)使用〕b、冷凝器熱負(fù)荷〔選擇冷凝器時(shí)使用〕c、壓縮機(jī)耗功〔選擇壓縮機(jī)電機(jī)時(shí)使用〕d、理論循環(huán)制冷系數(shù)〔與逆卡諾循環(huán)比較〕第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算使用工具：由于定壓過程的熱量傳遞及絕熱壓縮過程的耗功量都可以用過程初終態(tài)的比焓來計(jì)算，因此熱力計(jì)算常用壓焓圖計(jì)算

a：定壓過程能量的傳遞：（閉系能量守恒：）b：絕熱壓縮過程的耗功：∴使用蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)，可以使用壓焓圖方便的進(jìn)行熱力計(jì)算第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

壓焓圖TvShlgP1、壓焓圖的構(gòu)成〔莫里爾圖〕六線：等壓線、等溫線、等比焓線、等比熵線、等比容線、等干度線二飽和線：飽和蒸氣線、飽和液體線三區(qū)：液體區(qū)、濕蒸氣區(qū)、過熱蒸氣區(qū)為了使低壓局部清楚，縱座標(biāo)壓力采用對數(shù)座標(biāo)。第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

壓焓圖TvShlgP2、壓焓圖的應(yīng)用。從壓焓圖可以求出：系統(tǒng)中單位質(zhì)量制冷劑的a、制冷量b、在冷凝器中放出的熱量

c、壓縮時(shí)所需要的功量

第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

3、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)熱力計(jì)算根據(jù)制冷量，工作工況要求出選擇壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器所需要的各項(xiàng)參數(shù)⑴：制冷量Φ0，蒸發(fā)溫度T0〔壓力P0〕，冷凝溫度Tk(冷凝壓力Pk)。確定T0、Tk方法在蒸發(fā)器、冷凝器講，一般根據(jù)運(yùn)行和投資的綜合分析得出：再冷度為3～5℃，吸氣過熱度為5～8℃，氟利昂回?zé)嵫h(huán)吸氣溫度為15℃第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

3、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)熱力計(jì)算⑵熱力計(jì)算內(nèi)容：制冷劑質(zhì)量流量

單位容積制冷量（計(jì)算壓縮機(jī)的制冷量時(shí)使用）體積流量第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

3、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)熱力計(jì)算⑵熱力計(jì)算內(nèi)容：b、冷凝器熱負(fù)荷c、壓縮機(jī)耗功d、理論制冷系數(shù)逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4321壓焓圖hlgP4、例題：例1－1、氨制冷空調(diào)系統(tǒng)，Φ0＝20kW，工況：蒸發(fā)溫度t0=5℃冷凝溫度tk=40℃再冷溫度t3=35℃吸氣溫度t1=10℃第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4321壓焓圖hlgP4、例題：解：pk=15.5489barp0=5.1576barh1=1779.77kJ/kgh2=1940.48kJ/kgh3=h2=662.67kJ/kgv1=0.2494m3/kg第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4321壓焓圖hlgP4、例題：⑴單位質(zhì)量制冷劑的制冷能力單位容積制冷劑的制冷能力⑵制冷劑質(zhì)量流量體積流量第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4321壓焓圖hlgP4、例題：⑶冷凝器熱負(fù)荷⑷壓縮機(jī)耗功⑸理論制冷系數(shù)逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4、例題：例1－2、R12制冷空調(diào)系統(tǒng)，Φ0＝20kW，工況：蒸發(fā)溫度t0=0℃〔出口為干飽和蒸氣〕冷凝溫度tk=40℃〔出口為飽和液體〕吸氣溫度t1=15℃43’321’1壓焓圖hlgP第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4、例題：43’321’1壓焓圖hlgP解：pk=9.634barp0=3.089barh1=361.97kJ/kgh1’=352.54kJ/kgh2=383.74kJ/kgh3=238.62kJ/kgv1=0.05973m3/kg第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4、例題：43’321’1壓焓圖hlgP在回?zé)崞髦校骸啖艈挝毁|(zhì)量制冷劑的制冷能力單位容積制冷劑的制冷能力第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4、例題：43’321’1壓焓圖hlgP⑵制冷劑質(zhì)量流量體積流量⑶冷凝器熱負(fù)荷第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4、例題：43’321’1壓焓圖hlgP⑷回?zé)崞鳠嶝?fù)荷⑸壓縮機(jī)耗功⑹理論制冷系數(shù)逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4、例題：例1－4、R407c制冷空調(diào)系統(tǒng)，Φ0＝20kW，工況：蒸發(fā)溫度t0=4℃冷凝溫度tk=40℃冷卻水進(jìn)口溫度32℃，出口溫度37℃冷凍水進(jìn)口溫度12℃，出口溫度7℃第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4、例題：解：對數(shù)傳熱溫差蒸發(fā)：冷凝：第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4、例題：pk=9.634barp0=3.089barh1=361.97kJ/kgh1’=352.54kJ/kgh2=383.74kJ/kgh3=238.62kJ/kgv1=0.05973m3/kg第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4、例題：在回?zé)崞髦校骸嗟谌?jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4、例題：⑴單位質(zhì)量制冷劑的制冷能力單位容積制冷劑的制冷能力⑵制冷劑質(zhì)量流量體積流量第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)三、蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4、例題：⑶冷凝器熱負(fù)荷⑷回?zé)崞鳠嶝?fù)荷⑸壓縮機(jī)耗功⑹理論制冷系數(shù)逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

一、圍繞兩個(gè)損失〔節(jié)流損失和過熱損失〕采取措施減少節(jié)流損失措施⑴、制冷劑再冷卻⑵、蒸氣回?zé)嵫h(huán)2.減少過熱損失措施——有中間冷卻的多級壓縮制冷循環(huán)第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

減少節(jié)流損失措施⑴、制冷劑再冷卻(方法：①使用深井水，②加大冷凝器面積并用逆流)同一種制冷劑，節(jié)流損失主要與節(jié)流前后制冷劑的溫度差有關(guān)，溫差越小，損失的制冷量越小。3S再冷卻器3’b’b04’2314q0T’kT’0T∑ωqk氣液分離器有再冷卻器的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)工作流程和理論循環(huán)膨脹閥Tk3’4’2壓縮機(jī)1冷凝器q0T0蒸發(fā)器第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

減少節(jié)流損失措施⑴、制冷劑再冷卻(方法：①使用深井水，②加大冷凝器面積并用逆流)要降低冷凝溫度，必須加大冷凝面積或開發(fā)高效換熱器，也可以用少量較低溫度的水來降低冷凝液體溫度，使冷凝液體成為過冷液體。3S再冷卻器3’b’b04’2314q0T’kT’0T∑ωqk氣液分離器有再冷卻器的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)工作流程和理論循環(huán)膨脹閥Tk3’4’2壓縮機(jī)1冷凝器q0T0蒸發(fā)器第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

減少節(jié)流損失措施⑵、蒸氣回?zé)嵫h(huán)〔目的：增加過冷度，方法，蒸氣進(jìn)入壓縮機(jī)前，先與飽和液體進(jìn)行熱交換〕回?zé)嵫h(huán)后增加的制冷量與增加的功耗比較：與制冷劑的性質(zhì)和工作溫度有關(guān)。一般回?zé)嵫h(huán)——對于R12，R22有利；對于R717，R11不利?；?zé)崞?4’qk回?zé)崾秸魵鈮嚎s式制冷循環(huán)工作流程和理論循環(huán)膨脹閥Tk33’2’壓縮機(jī)1’冷凝器q0T0蒸發(fā)器aa’2’1’S3’b’b04’2314q0T’kT’0T∑ω第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

⑴過熱損失：a、制冷劑性質(zhì)有關(guān)；〔節(jié)流損失大的工質(zhì)，過熱損失小〕b、壓縮比越大，過熱損失越大。采用有中間冷卻的多級壓縮制冷循環(huán)，可以使后段壓縮過程接近定溫壓縮⑵好處：a、減少過熱損失b、減少壓縮機(jī)的總耗功量。⑶害處：增加壓縮機(jī)等設(shè)備投資。⑷一般：對于氨系統(tǒng)，壓縮比大于8才使用；對于氟利昂系統(tǒng)，壓縮比大于10后才使用。2.減少過熱損失措施——有中間冷卻的多級壓縮制冷循環(huán)PkP2P1aa’2’’’2’’2’S3’b’b02314q0T’kT’0T∑ω多級壓縮式制冷循環(huán)第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

蒸發(fā)溫度低，要求壓縮比大，單級壓縮比大時(shí)有以下問題：①、壓縮機(jī)的容積效率很低?！灿嘞度莘e中氣體的膨脹占距氣缸的有效容積，在壓縮比大于20時(shí)，容積效率為0，壓縮機(jī)已經(jīng)沒有吸氣〕②、節(jié)流損失很大：單位質(zhì)量制冷能力和單位容積制冷能力大為降低；③、壓縮機(jī)排氣溫度很高，加大了過熱損失，引起制冷系數(shù)下降，還導(dǎo)致壓縮機(jī)潤滑油粘度下降，惡化潤滑效果。解決方法：使用雙級〔多級〕或復(fù)疊式蒸汽壓縮制冷循環(huán)二、蒸發(fā)溫度低，要求壓縮比大時(shí)節(jié)流損失及過熱損失大的改善第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

二、蒸發(fā)溫度低，要求壓縮比大時(shí)節(jié)流損失及過熱損失大的改善單級壓縮循環(huán)所能到達(dá)的最低制冷溫度是有限的。通常，最低只能到達(dá)-40℃左右。原因:受單級活塞式壓縮機(jī)的極限使用條件的限制?！惨弧?、雙級〔多級〕蒸汽壓縮制冷循環(huán)1、采用雙級〔多級〕蒸氣壓縮制冷循環(huán)的必要性第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

二、蒸發(fā)溫度低，要求壓縮比大時(shí)節(jié)流損失及過熱損失大的改善〔一〕、雙級〔多級〕蒸汽壓縮制冷循環(huán)

單級蒸氣壓縮活塞式制冷機(jī)，壓縮比一般不超過10。當(dāng)蒸發(fā)溫度過低，超出極限使用條件時(shí)會(huì)帶來如下問題：

(1)壓縮比增大時(shí)壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)λ大為降低，壓縮機(jī)的輸氣量及效率顯著下降。(2)壓縮機(jī)排氣溫度過高，使?jié)櫥偷恼扯燃眲∠陆?，影響壓縮機(jī)的潤滑。當(dāng)排氣溫度與潤滑油的閃點(diǎn)接近時(shí)，會(huì)使?jié)櫥吞蓟?，以致在閥片上產(chǎn)生結(jié)碳現(xiàn)象。(3)制冷劑節(jié)流損失增加，單位質(zhì)量制冷量及單位容積制冷量下降過大，經(jīng)濟(jì)性下降。1、采用雙級〔多級〕蒸氣壓縮制冷循環(huán)的必要性第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

二、蒸發(fā)溫度低，要求壓縮比大時(shí)節(jié)流損失及過熱損失大的改善〔一〕、雙級〔多級〕蒸汽壓縮制冷循環(huán)所以，為了獲得比較低的溫度〔－40～－70℃〕，同時(shí)又能使壓縮機(jī)的工作壓力控制在一個(gè)適宜的范圍內(nèi)，就要采用多級壓縮循環(huán)。氨系統(tǒng)：壓縮比不超過8，在冷凝溫度為30℃時(shí)，蒸發(fā)溫度低于－25℃時(shí)采用雙級壓縮制冷。氟系統(tǒng)：壓縮比不超過10，冷凝溫度為30℃時(shí)，蒸發(fā)溫度低于－30℃時(shí)采用雙級壓縮制冷。1、采用雙級〔多級〕蒸氣壓縮制冷循環(huán)的必要性第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

二、蒸發(fā)溫度低，要求壓縮比大時(shí)節(jié)流損失及過熱損失大的改善〔一〕、雙級〔多級〕蒸汽壓縮制冷循環(huán)

采用哪一種型式有利則與制冷劑種類、制冷劑容量及其它條件有關(guān)。常用的組成型式有：

1.一級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)

2.一級節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)

3.兩級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)4.兩級節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)

5.兩級節(jié)流、具有中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)2、雙級蒸氣壓縮制冷循環(huán)的系統(tǒng)型式第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

一級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖b)lgp-h圖2、雙級蒸氣壓縮制冷循環(huán)的系統(tǒng)型式第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

一級節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖2、雙級蒸氣壓縮制冷循環(huán)的系統(tǒng)型式第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

兩級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖2、雙級蒸氣壓縮制冷循環(huán)的系統(tǒng)型式

兩級節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善2、雙級蒸氣壓縮制冷循環(huán)的系統(tǒng)型式

第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善兩級節(jié)流、具有中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖2、雙級蒸氣壓縮制冷循環(huán)的系統(tǒng)型式第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

二、蒸發(fā)溫度低，要求壓縮比大時(shí)節(jié)流損失及過熱損失大的改善〔一〕、雙級〔多級〕蒸汽壓縮制冷循環(huán)3、雙級蒸氣壓縮制冷循環(huán)的熱力計(jì)算兩級壓縮制冷循環(huán)計(jì)算在以上所示的二級壓縮制冷循環(huán)中，制取冷量的都是低壓局部的蒸發(fā)過程，其單位制冷量：q0=h1-h4低壓壓縮機(jī)的單位理論功：wd=h2-h1當(dāng)制冷機(jī)的冷負(fù)荷為Q0時(shí)，低壓級制冷劑循環(huán)量：

=從而可算出低壓壓縮機(jī)消耗的理論功率：Ptd=對于中間完全冷卻的兩級循環(huán)：

qmgh9+qmdh2=qmgh3+qmdh4qmg=qmd(h2-h4)/(h3-h9)兩級壓縮制冷循環(huán)計(jì)算高壓壓縮機(jī)的單位理論功為wg=h7-h3

由此可得高壓壓縮機(jī)的理論功率：Ptg==

根據(jù)制冷系數(shù)的定義，兩級壓縮制冷循環(huán)的理論制冷系數(shù)為兩級壓縮制冷循環(huán)計(jì)算對于中間不完全冷卻的兩級循環(huán)，根據(jù)中間冷卻器的熱平衡關(guān)系qmgh9=〔qmg-qmd〕h3+qmdh4可得到流經(jīng)高壓級壓縮機(jī)的制冷劑流量：qmg=qmd(h3-h4)/(h3-h9)

高壓壓縮機(jī)的單位理論功為

wg=h7-h6

兩級壓縮制冷循環(huán)計(jì)算qmgh6=(qmg–qmd)h3

+qmdh2

h6==

（2-48）高壓壓縮機(jī)消耗的理論功率：Ptg=qmgwg=

中間不完全冷卻的兩級循環(huán)的理論制冷系數(shù)為兩級壓縮制冷循環(huán)計(jì)算于前述兩級節(jié)流、具有中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)進(jìn)行高壓級壓縮機(jī)制冷劑流量計(jì)算時(shí)，應(yīng)該加上流經(jīng)中溫蒸發(fā)器的制冷劑流量qmm。qmm=式中,Qm為中溫蒸發(fā)器的制冷量。對于這一制冷系統(tǒng)，流經(jīng)高壓級壓縮機(jī)的制冷劑流量和低壓級壓縮機(jī)的制冷劑流量之間有以下關(guān)系qmg=qmd+qmm

兩級壓縮制冷循環(huán)計(jì)算

根據(jù)中間冷卻器的熱平衡關(guān)系可求得高壓壓縮機(jī)和低壓壓縮機(jī)的制冷劑流量比

循環(huán)理論制冷系數(shù)為qmdh2+qmgh9+qmmh3=qmdh4+qmgh3+qmmh4兩級壓縮制冷循環(huán)計(jì)算壓縮機(jī)實(shí)際過程的排氣焓值為高壓壓縮機(jī)實(shí)際過程的排氣焓值〔中間完全冷卻〕為兩級壓縮制冷循環(huán)計(jì)算第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

二、蒸發(fā)溫度低，要求壓縮比大時(shí)節(jié)流損失及過熱損失大的改善〔一〕、雙級〔多級〕蒸汽壓縮制冷循環(huán)4、雙級蒸汽壓縮制冷的中間壓力

給定要得到的工況，選擇制冷劑及循環(huán)型式，得到循環(huán)參數(shù)（T0，TkP0，Pk）、最佳中間壓力最小耗功最大制冷系數(shù)1、不同的制冷循環(huán)型式（一次節(jié)流、二次節(jié)流）有不同的最佳中間壓力在－40～40℃時(shí)，氟、氨系統(tǒng)，最佳中間溫度為2、最佳中間壓力——?dú)飧坠ぷ魅莘e利用程度較高（高、低壓縮機(jī)壓縮比相等）。3、實(shí)際中間壓力：以選配好的壓縮機(jī)的理論排氣量之比〔容積比〕為定值來確定中間壓力第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

二、蒸發(fā)溫度低，要求壓縮比大時(shí)節(jié)流損失及過熱損失大的改善〔二〕、復(fù)疊式蒸汽壓縮制冷循環(huán)1、采用復(fù)疊式蒸氣壓縮制冷循環(huán)的必要性①.受到制冷劑本身物理性質(zhì)的限制：T0必須高于制冷劑的凝固點(diǎn)蒸發(fā)壓力過低，空氣容易滲入系統(tǒng)低壓時(shí)，氣態(tài)制冷劑的比容很大，單位容積制冷能力很小，要求壓縮機(jī)的體積流量很大〔壓縮機(jī)氣缸大，體積大〕第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

二、蒸發(fā)溫度低，要求壓縮比大時(shí)節(jié)流損失及過熱損失大的改善〔二〕、復(fù)疊式蒸汽壓縮制冷循環(huán)1、采用復(fù)疊式蒸氣壓縮制冷循環(huán)的必要性②.要獲得低于－60～70℃的溫度，對制冷劑的要求：凝固溫度低低溫時(shí)飽和壓力仍然較高符合以上條件的制冷劑臨界溫度較低，使用一般的冷卻水較難冷凝，即使被冷凝，也已經(jīng)接近臨界點(diǎn)，冷凝壓力很高，比潛熱很小，制冷效率很低第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

二、蒸發(fā)溫度低，要求壓縮比大時(shí)節(jié)流損失及過熱損失大的改善〔二〕、復(fù)疊式蒸汽壓縮制冷循環(huán)1、采用復(fù)疊式蒸氣壓縮制冷循環(huán)的必要性解決方法：設(shè)人造冷源來冷凝低溫制冷劑——此時(shí)可以用低溫制冷劑的制冷裝置能制取很低的溫度但系統(tǒng)不能單獨(dú)工作，必須有另一臺制冷裝置制取人造冷源，用它作為系統(tǒng)的高溫?zé)嵩矗ㄟ^聯(lián)合運(yùn)行實(shí)現(xiàn)制冷?！朔椒磸?fù)疊式蒸汽壓縮制冷。第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

二、蒸發(fā)溫度低，要求壓縮比大時(shí)節(jié)流損失及過熱損失大的改善〔二〕、復(fù)疊式蒸汽壓縮制冷循環(huán)2、復(fù)疊式蒸氣壓縮制冷循環(huán)的系統(tǒng)型式第一種兩個(gè)單級系統(tǒng)組成的復(fù)疊式制冷機(jī)a)制冷循環(huán)系統(tǒng)b)T-s圖①.由兩個(gè)獨(dú)立的制冷循環(huán)組成〔高壓級R22；低壓級R13〕②.靠高溫級制冷劑的蒸發(fā)來吸收低溫級制冷劑的比潛熱③.特別裝置——蒸發(fā)冷凝器第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

2、復(fù)疊式蒸氣壓縮制冷循環(huán)的系統(tǒng)型式第一種兩個(gè)單級系統(tǒng)組成的復(fù)疊式制冷機(jī)a)制冷循環(huán)系統(tǒng)b)T-s圖高溫壓縮機(jī)冷凝器節(jié)流閥冷凝蒸發(fā)器高溫系統(tǒng)制冷劑R23第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

2、復(fù)疊式蒸氣壓縮制冷循環(huán)的系統(tǒng)型式第一種兩個(gè)單級系統(tǒng)組成的復(fù)疊式制冷機(jī)a)制冷循環(huán)系統(tǒng)b)T-s圖壓縮機(jī)冷凝蒸發(fā)器回?zé)崞鞴?jié)流閥蒸發(fā)器膨脹容器組成低溫系統(tǒng)制冷劑R22第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善

2、復(fù)疊式蒸氣壓縮制冷循環(huán)的系統(tǒng)型式第二種高溫局部為兩級壓縮循環(huán)、低溫局部為單級壓縮循環(huán)組成的復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)原理圖a1—低溫局部壓