制冷技術(shù) 課件 第1、2章 緒論、蒸氣壓縮式制冷的熱力學(xué)原理、制冷劑和載冷劑

緒論

一、制冷的概念

制冷就是使某一空間或某物體達(dá)到低于周圍環(huán)境介質(zhì)的溫度，并維持這個(gè)低溫的過程。環(huán)境介質(zhì)就是指自然界的空氣和水。要使某一空間或某物體達(dá)到并維持所需的低溫，就得不斷地從該空間或該物體中取出熱量，并轉(zhuǎn)移到環(huán)境介質(zhì)中去,這個(gè)不斷地從被冷卻空間或物體中取出熱量并轉(zhuǎn)移到環(huán)境介質(zhì)中去的過程就是制冷過程。實(shí)現(xiàn)制冷的途徑：①天然冷源

②人工制冷

緒論

二、人工制冷的方法

1．液體氣化制冷它是利用液體氣化時(shí)要吸收熱量的特性來實(shí)現(xiàn)制冷。物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)要吸收氣化熱，這個(gè)熱量隨著物質(zhì)的種類、壓力、溫度不同而有所不同。同一種物質(zhì)，壓力越低，沸點(diǎn)溫度越低，吸熱就越大。因此，只要?jiǎng)?chuàng)造一定的低壓，就可以利用液體的氣化吸熱特性獲得所要求的低溫。緒論2．氣體膨脹制冷它是利用氣體絕熱膨脹來實(shí)現(xiàn)制冷的。氣體被壓縮時(shí)，壓力升高溫度也隨之升高，反之，如果高壓高溫的氣體進(jìn)行絕熱膨脹時(shí)，壓力降低而溫度也隨之降低，從而產(chǎn)生冷效應(yīng)，達(dá)到制冷的目的。

圖0-1空氣壓縮制冷循環(huán)工作原理圖緒論3．熱電制冷它是利用半導(dǎo)體的溫差電特性實(shí)現(xiàn)制冷的。在上述三種制冷方法中，目前應(yīng)用最廣泛的是液體氣化制冷，這種制冷稱為蒸氣制冷。蒸氣制冷裝置有三種：即蒸氣壓縮式制冷、吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷。

0-2半導(dǎo)體制冷電偶

根據(jù)制冷溫度的不同，制冷技術(shù)可分為三類

①普通制冷——高于-120℃（153k）。

②深度制冷——-120～-253℃（153K～20K）。

③超低溫制冷——-253℃以下（20k以下）?？照{(diào)和食品冷藏屬于普通制冷范圍，主要采用液體氣化制冷。

三、人工制冷在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用

1．空氣調(diào)節(jié)工程空氣調(diào)節(jié)根據(jù)其使用場(chǎng)合不同，分為兩種形式：

1）工藝性空調(diào)。

2）舒適性空調(diào)。

2．食品的冷藏

3．工業(yè)生產(chǎn)工藝

4．國(guó)防工業(yè)和科學(xué)研究

5．其他方面制冷技術(shù)還用于制冰、藥物保存、醫(yī)療手術(shù)過程、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)育苗、良種的低溫貯存、人工滑冰場(chǎng)等方面。緒論

四、本課程的研究?jī)?nèi)容和理論基礎(chǔ)制冷技術(shù)的研究?jī)?nèi)容可概括為以下三個(gè)方面：

1）研究人工制冷的方法和有關(guān)制冷原理以及與此相應(yīng)的制冷循環(huán)。

2）研究制冷劑和載冷劑的性質(zhì)，從而為制冷系統(tǒng)提供性能滿意的工質(zhì)。蒸氣壓縮式制冷要通過制冷劑熱力狀態(tài)變化才能實(shí)現(xiàn)，所以學(xué)生必須掌握制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)。

3）研究蒸氣壓縮式制冷的基本概念、基本理論、工作原理、理論循環(huán)的熱力計(jì)算、系統(tǒng)組成、設(shè)備構(gòu)造及選型計(jì)算、機(jī)房與管道設(shè)計(jì)、制冷系統(tǒng)安裝和試運(yùn)轉(zhuǎn)等。制冷的主要理論基礎(chǔ)是工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)和流體力學(xué)。緒論

習(xí)題與思考題

0—1．什么叫制冷和制冷過程？

0—2．實(shí)現(xiàn)制冷有哪兩種途徑？

0—3．人工制冷有哪幾種方法？最常用的是哪一種方法？

0—4．蒸氣制冷有哪幾種方法？最常用的是哪一種？

0—5．根據(jù)制冷溫度的不同，制冷技術(shù)可分為哪幾類？第一章蒸氣壓縮式制冷的熱力學(xué)原理

蒸氣壓縮式制冷原理就是利用液體氣化時(shí)要吸收熱量的這一物理特性來達(dá)到制冷的目的。在制冷裝置中用來實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)的工作物質(zhì)稱為制冷劑或工質(zhì)。在冷藏庫(kù)中對(duì)食品的冷凍或冷藏，就是利用某一種液體（氨或氟利昂）氣化時(shí)吸收庫(kù)內(nèi)空氣和食品的熱量來實(shí)現(xiàn)的。一、理想制冷循環(huán)卡諾循環(huán)分為正卡諾循環(huán)和逆卡諾循環(huán)。理想的制冷循環(huán)是按逆卡諾循環(huán)進(jìn)行的。實(shí)現(xiàn)逆卡諾循環(huán)的重要條件：

①高、低溫?zé)嵩礈囟群愣ǎ?/p>

②工質(zhì)在冷凝器和蒸發(fā)器中與外界熱源之間的換熱無傳熱溫差；

③制冷工質(zhì)流經(jīng)各個(gè)設(shè)備時(shí)無摩擦損失及其它內(nèi)部不可逆損失。逆卡諾循環(huán)是由兩個(gè)定溫和兩個(gè)絕熱過程組成。在濕蒸氣區(qū)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的逆卡諾循環(huán)的必要設(shè)備是壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹機(jī)和蒸發(fā)器，其制冷循環(huán)以及循環(huán)過程在T-S圖上的表示如下頁(yè)圖1-1所示。第一節(jié)蒸氣壓縮式制冷的基本原理圖1-1逆卡諾循環(huán)過程第一節(jié)蒸氣壓縮式制冷的基本原理

制冷劑在逆卡諾制冷循環(huán)中包括四個(gè)熱過程。

1′—2′為絕熱壓縮過程，制冷劑由狀態(tài)1′經(jīng)過絕熱壓縮（等熵壓縮）到狀態(tài)2′，消耗機(jī)械功Wc，制冷劑的溫度由To′升至Tk′。

2′—3′為等溫冷凝過程，制冷劑在TK′下向冷卻劑放出冷凝熱量qK，然后被冷卻到狀態(tài)3′。

3′—4′為絕熱膨脹過程，制冷劑由狀態(tài)3′絕熱膨脹（等熵膨脹）到狀態(tài)4′，膨脹機(jī)輸出功We，制冷劑的溫度由Tk′降到To′。

4′—1′為等溫吸熱過程,制冷劑由狀態(tài)4′等溫To′下從被冷卻物體中吸取熱量qo（即制取單位制冷量qo），這時(shí)制冷劑又恢復(fù)到初始狀態(tài)1′，這樣便完成了一個(gè)制冷循環(huán)。如果循環(huán)繼續(xù)重復(fù)進(jìn)行，則要不斷地消耗機(jī)械功，才能不斷地進(jìn)行制冷。第一節(jié)蒸氣壓縮式制冷的基本原理

在制冷循環(huán)中，制冷劑之所以能從低溫物體（被冷卻物體）中吸取熱量qo送至高溫物體（冷卻劑），是由于消耗了能量（壓縮功）的緣故。在逆卡諾循環(huán)中，1kg制冷劑從被冷卻物體（低溫?zé)嵩矗┪〉臒崃縬o，連同循環(huán)所消耗的功∑W（即壓縮機(jī)的耗功量Wc減去膨脹機(jī)膨脹時(shí)所作的功We）一起轉(zhuǎn)移至溫度較高的冷卻劑（高溫?zé)嵩矗鶕?jù)能量守恒，則

qk=qo+∑W（1-1）

∑W=Wc–We第一節(jié)蒸氣壓縮式制冷的基本原理

制冷循環(huán)常用制冷系數(shù)ε表示它的循環(huán)經(jīng)濟(jì)性能，制冷劑從被冷卻物體中吸取的熱量qo與循環(huán)中所消耗功∑W的比值稱為制冷系數(shù)，即

qoε=——∑W

對(duì)于逆卡諾循環(huán)，1kg制冷劑從被冷卻物體（低溫?zé)嵩矗┪〉臒崃繛?/p>

qo=To′(Sa–Sb)

向冷卻劑（高溫?zé)嵩┓懦龅臒崃繛?/p>

qk=Tk′(Sa–Sb)

制冷循環(huán)中所消耗的凈功為

∑W=qk–qo=（Tk′–To′）（Sa–Sb）則逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)：

qoTo′(Sa–Sb)To′εc=———=———————————=——————（1-2）

∑ω

（Tk′–To′）(Sa–Sb)Tk′–To′第一節(jié)蒸氣壓縮式制冷的基本原理

從公式（1-2）可知，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)只與被冷卻物體的溫度TO′和冷卻劑的溫度TK′有關(guān)，與制冷劑性質(zhì)無關(guān)。當(dāng)TO′升高，TK′降低時(shí)，εc增大，制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性越好。而且，TO′對(duì)εC的影響要比TK′大，這點(diǎn)通過公式（1-2）求兩個(gè)偏導(dǎo)數(shù)的絕對(duì)值可以看出。

аεcTo′———

=————————аTk′（Tk′–To′）2аεcTk′———=————————To′（Tk′–To′）2

由于Tk′>To′,所以

аεcаεc———>———（1-3)аTo′аTk′第一節(jié)蒸氣壓縮式制冷的基本原理由公式（1-3）可知，To′與Tk′對(duì)制冷系數(shù)ε的影響不是相等的，To′的影響大于TK′。

圖1-2有傳熱溫差的制冷循環(huán)

第一節(jié)蒸氣壓縮式制冷的基本原理

二、有傳熱溫差的制冷循環(huán)前面講過實(shí)現(xiàn)逆卡諾循環(huán)的一個(gè)重要條件是制冷劑與被冷卻物和冷卻劑之間必須在無溫差情況下相互傳熱，而實(shí)際的熱交換器總是在有溫差的情況下進(jìn)行傳熱的，因?yàn)檎舭l(fā)器和冷凝器不可能具有無限大的傳熱面積。所以，實(shí)際有傳熱溫差的制冷循環(huán)，制冷系數(shù)εC′不僅與被冷卻物體溫度TO′和冷卻劑溫度TK′有關(guān)，還與熱交換過程的傳熱溫差有關(guān)。例如被冷卻物體（如冷凍水）在蒸發(fā)器中的平均溫度為To′，而冷卻水在冷凝器中的平均溫度為Tk′時(shí)，逆卡諾循環(huán)可用圖1-2中的1′—2′—3′—4′—1′表示。由于有傳熱溫差存在，在蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的蒸發(fā)溫度應(yīng)低于TO′，即TO=TO′–△TO；而冷凝器內(nèi)制冷劑的冷凝溫度TK應(yīng)高于TK′，即Tk=Tk′+△Tk。此時(shí)有傳熱溫差的制冷循環(huán)可用圖1-2中的1—2—3—4—1表示，所消耗的功量為面積12341，比逆卡諾循環(huán)多消耗的功可用2′233′2′和11′4′41表示，減少的制冷量為面積11′4′41。同理可得具有傳熱溫差的制冷循環(huán)的制冷系數(shù)為第一節(jié)蒸氣壓縮式制冷的基本原理

ToTo′–△Toεc′=————=————————————————Tk–To

（Tk′+△Tk）–（To′–△To）

To′–△To=

————————————————(1-4)

（Tk′–To′）+（△Tk+△To）

εc′＜εc，這表明具有傳熱溫差的制冷循環(huán)的制冷系數(shù)總要小于逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)，一切實(shí)際制冷循環(huán)均為不可逆循環(huán)，因此，實(shí)際循環(huán)的制冷系數(shù)總是小于工作在相同熱源溫度時(shí)的逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)。實(shí)際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)ε與逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)εC之比稱為熱力完善度η。即

εη=———

(1-5)εc

熱力完善度愈接近1，表明實(shí)際循環(huán)的不可逆程度愈小，循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性愈好，它的大小反映了實(shí)際制冷循環(huán)接近逆卡諾循環(huán)的程度。第一節(jié)蒸氣壓縮式制冷的基本原理

蒸氣壓縮式制冷采用逆卡諾循環(huán)有許多困難，主要有以下幾點(diǎn)：

1）壓縮過程在濕蒸氣區(qū)中進(jìn)行的，危害性很大。因?yàn)閴嚎s機(jī)吸入的是濕蒸氣，在壓縮過程中必然產(chǎn)生濕壓縮，而濕壓縮會(huì)引起液擊現(xiàn)象，使壓縮機(jī)遭受破環(huán)。因此，在實(shí)際蒸氣壓縮式的制冷循環(huán)中采用干壓縮，即進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑為干飽和蒸氣（或過熱蒸氣）。

2）膨脹機(jī)等熵膨脹不經(jīng)濟(jì)。這是因?yàn)檫M(jìn)入膨脹機(jī)的是液態(tài)制冷劑，一則它的體積變化不大，再則機(jī)件特別小，摩擦阻力大，以致使所能獲得的膨脹功常常不足以克服機(jī)器本身的磨擦阻力。因此，在實(shí)際蒸氣壓縮式制冷循環(huán)中采用膨脹閥（也稱節(jié)流閥）代替膨脹機(jī)。

3）無溫差的傳熱實(shí)際上是不可能的。因?yàn)槔淠骱驼舭l(fā)器不可能有無限大的傳熱面積。所以實(shí)際循環(huán)只能使蒸發(fā)溫度低于被冷卻物體的溫度，冷凝溫度高于冷卻劑的溫度。雖然逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)最大，但只是一個(gè)理想制冷循環(huán)，在實(shí)際工程中無法實(shí)現(xiàn)，但是通過該循環(huán)的分析所得出的結(jié)論對(duì)實(shí)際制冷循環(huán)具有重要的指導(dǎo)意義，對(duì)提高制冷裝置經(jīng)濟(jì)性指出了重要的方向。第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

一、單級(jí)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)是由兩個(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。與逆卡諾循環(huán)（理想制冷循環(huán)）的區(qū)別：

1）蒸氣的壓縮采用干壓縮代替濕壓縮。壓縮機(jī)吸入的是飽和蒸氣而不是濕蒸氣。

2）用膨脹閥代替膨脹機(jī)。制冷劑用膨脹閥絕熱節(jié)流。

3）制冷劑在冷凝器和蒸發(fā)器中的傳熱過程均為定壓過程，并且具有傳熱溫差。

第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)制冷系統(tǒng)的組成：由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器組成。制冷系統(tǒng)各部件的主要作用：

圖1-3蒸氣壓縮制冷理論循環(huán)

將低溫低壓的制冷劑蒸氣壓縮為高溫高壓的制冷劑氣體將高壓高溫的制冷劑氣體冷卻冷凝為高壓高溫的制冷劑液體將高溫高壓的制冷劑液體節(jié)流降壓降溫低壓低溫的制冷劑液體蒸發(fā)吸熱，達(dá)制冷的目的第二節(jié)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)可歸納為以下四點(diǎn)：

1）低壓低溫制冷劑液體（含有少量蒸氣）在蒸發(fā)器內(nèi)定壓氣化吸熱過程。即從低溫物體中奪取熱量。該過程是在壓力不變的條件下，制冷劑由液體氣化為氣體。

2）低壓低溫制氣劑蒸氣在壓縮機(jī)中的絕熱壓縮過程。這個(gè)壓縮過程是消耗外界能量（電能）的補(bǔ)償過程，以實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)。

3）高壓高溫的制冷劑氣體在冷凝器中定壓冷卻冷凝過程。就是將從被冷卻物體（低溫物體）中奪取的熱量連同壓縮機(jī)所消耗的功轉(zhuǎn)化成的熱量一起，全部由冷卻水（高溫物體）帶走，而制冷劑本身在定壓下由氣體冷卻冷凝為液體。

4）高壓制冷劑液體經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓降溫后，為液體在蒸發(fā)器內(nèi)氣化創(chuàng)造了條件。蒸氣壓縮式制冷循環(huán)就是制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)奪取低溫物體（空調(diào)冷凍水或食品）的熱量并通過冷凝器把這些熱量傳給高溫物體（冷卻水或空氣）的過程。第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

二、壓焓圖（Lgp-h圖）的結(jié)構(gòu)

一點(diǎn)：臨界點(diǎn)k

兩線：飽和蒸氣線（稱上界線），干度x=1

飽和液體線（稱下界線），干度x=0

三區(qū)：過冷液體區(qū)過熱蒸氣區(qū)濕蒸氣區(qū)

五態(tài)：過冷液體狀態(tài)飽和液體狀態(tài)濕蒸氣狀態(tài)飽和蒸氣狀態(tài)過熱蒸氣狀態(tài)

圖中包括一系列等參數(shù)線如等壓線p=c，等焓線h=c，等溫線t=c，等熵線S=c，等容線υ=c，等干度線x=c。第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)圖1-4Lgp-h的結(jié)構(gòu)

三、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)在壓焓圖上的表示

單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)過程如圖1-5所示。第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)圖1-5制冷理論循環(huán)在Lgp-h圖上的表示

點(diǎn)1：為制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)的狀態(tài)。如果不考慮過熱，進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑為干飽和蒸氣。它是根據(jù)已知的t。找到對(duì)應(yīng)的PO，然后根據(jù)PO的等壓線與X=1的飽和蒸氣線相交來確定的。點(diǎn)2：高壓制冷劑氣體從壓縮機(jī)排出進(jìn)入冷凝器的狀態(tài)。絕熱壓縮過程熵不變，即S1=S2，因此，由點(diǎn)1沿等熵線（S=C）向上與PK的等壓線相交便可求得點(diǎn)2。

1-2過程為制冷劑在壓縮機(jī)中的絕熱壓縮過程。該過程要消耗機(jī)械功。

點(diǎn)4：為制冷劑在冷凝器內(nèi)凝結(jié)成飽和液體的狀態(tài)，也就是離開冷凝器時(shí)的狀態(tài)。它是由PK的等壓線與飽和液體線（X=0）相交求得。

2-3-4過程為制冷劑蒸氣在冷凝器內(nèi)進(jìn)行定壓冷卻（2-3）和定壓冷凝（3-4）過程。該過程制冷劑向冷卻水（或空氣）放出熱量。第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

點(diǎn)5：為制冷劑出膨脹閥進(jìn)入蒸發(fā)器的狀態(tài)。

4-5為制冷劑在膨脹閥中的節(jié)流過程。節(jié)流前后焓值不變（h4=h5），壓力由Pk降到Po，溫度由tk降到tO，由飽和液體進(jìn)入濕蒸氣區(qū)，這說明制冷劑液體經(jīng)節(jié)流后產(chǎn)生少量的閃發(fā)氣體。由于節(jié)流過程是不可逆過程，因此在圖上用一虛線表示。

點(diǎn)5由點(diǎn)4沿等焓線與Po等壓線相交求得。

5-1過程為制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)定壓蒸發(fā)吸熱過程。在這一過程中Po和to保持不變，低壓低溫的制冷劑液體吸收被冷卻物體的熱量使其溫度降低而達(dá)到制冷的目的。制冷劑經(jīng)過1—2—3—4—5—1過程后，就完成了一個(gè)制冷理論基本循環(huán)。第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

四、液體過冷的制冷循環(huán)制冷理論基本循環(huán)（即飽和循環(huán)）沒有考慮制冷劑的液體過冷，而液體過冷直接影響到制冷裝置的循環(huán)性能。實(shí)現(xiàn)液體過冷的辦法有：

①增設(shè)專門的過冷設(shè)備（即過冷器）；

②適當(dāng)增加冷凝器的傳熱面積，使一部分傳熱面積用于過冷；

③采用回?zé)嵫h(huán)（增加過冷度）。圖1-6所示為設(shè)有過冷器液體過冷的制冷循環(huán)。圖1-7所示為液體過冷循環(huán)在壓焓圖（Lgp-h圖）上的表示。

工作過程：將冷凝器排出的飽和液體制冷劑送入過冷器中進(jìn)行過冷，利用深井水使飽和液體在定壓下冷卻到低于冷凝溫度的過冷液體狀態(tài)，這個(gè)再冷卻的過程稱為液體過冷。圖1-7中的點(diǎn)4′的溫度稱為過冷溫度trc，其中4-4′表示制冷劑液體在過冷器中的定壓過冷過程。冷凝溫度與過冷溫度的差值稱為過冷度△trc。（△trc=tK–trc）。點(diǎn)4′由PK與trc相交求得，點(diǎn)5′由點(diǎn)4′作等焓線與PO相交求得。

第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

圖1-6具有液體過冷的制冷循環(huán)圖1-7過冷循環(huán)在Lgp-h圖上的表示

1—壓縮機(jī)2—冷凝器3—貯液器

4—過冷器5—節(jié)流閥6—蒸發(fā)器

第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

將具有液體過冷循環(huán)1—2—3—4′—5′—1與無過冷循環(huán)1—2—3—4—5—1進(jìn)行比較，可以看出，進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑狀態(tài)點(diǎn)5′的干度比點(diǎn)5的干度要小，說明節(jié)流后產(chǎn)生的閃發(fā)蒸氣量減少，而采用液體過冷后，單位質(zhì)量制冷量增加了△qo，即△qo=h5–h5′，由于壓縮過程中耗功相同，因而提高了循環(huán)的制冷系數(shù)，即

qo+△qo

εrc=————提高了制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。

ωrc

從上面分析可以看出，應(yīng)用液體過冷在理論上對(duì)改善循環(huán)是有利的，但是，采用液體過冷需要增加初投資和設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的核算來確定是否采用液體過冷。一般的說，對(duì)于大型的氨制冷裝置，而且蒸發(fā)溫度to在-5℃以下時(shí)采用液體過冷比較有利，而對(duì)于空氣調(diào)節(jié)用的制冷裝置一般不單獨(dú)設(shè)置過冷器，而是適當(dāng)增加冷凝器的傳熱面積，實(shí)現(xiàn)制冷劑在冷凝器內(nèi)過冷。第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

五、蒸氣過熱循環(huán)制冷理論循環(huán)，壓縮機(jī)吸入的是飽和蒸氣，實(shí)際上壓縮機(jī)吸入的制冷劑蒸氣往往是過熱蒸氣。產(chǎn)生吸氣過熱的原因主要有：

①蒸發(fā)器與壓縮機(jī)之間的吸氣管路吸熱而過熱；

②在蒸發(fā)器內(nèi)氣化后的飽和蒸氣繼續(xù)吸熱而過熱。第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

圖1-8吸氣過熱的循環(huán)在Lgp-h圖上的表示第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

圖1-8為蒸氣過熱的制冷循環(huán)。蒸氣過熱過程是等壓過程，它是在蒸發(fā)壓力下使飽和蒸氣繼續(xù)吸熱而過熱。圖中1—1′是蒸氣過熱過程。壓縮機(jī)吸氣狀態(tài)點(diǎn)1′是由Po等壓線與吸氣溫度t1′的交點(diǎn)來確定，由點(diǎn)1′沿等熵線與PK等壓線相交求得點(diǎn)2′，過熱后的壓縮機(jī)吸氣溫度t1′與蒸發(fā)溫度to的差值稱為過熱度（△tsh=t1′–to）。1、無效過熱（又稱有害過熱）從蒸發(fā)器出來的低壓低溫制冷劑蒸氣，在通過吸氣管道進(jìn)入壓縮機(jī)之前，要吸收周圍空氣的熱量而過熱，這種現(xiàn)象稱為管路過熱，即無效過熱。無效過熱與制冷理論循環(huán)相比，兩者的單位質(zhì)量制冷量相同，但過熱循環(huán)壓縮機(jī)耗功Wsh增加，制冷劑比容υ增加，qυ減少，導(dǎo)致制冷劑質(zhì)量循環(huán)量減少，制冷系數(shù)εsh降低。無效過熱對(duì)循環(huán)是不利的，而且蒸發(fā)溫度越低與環(huán)境空氣溫差越大，無效過熱也越大，循環(huán)經(jīng)濟(jì)性越差。因此，對(duì)吸氣管道要采取很好的保溫隔熱措施，以減少無效過熱。

2、有效過熱在制冷循環(huán)中為了防止?jié)裾魵膺M(jìn)入壓縮機(jī)造成液擊事故，吸氣少量過熱對(duì)壓縮機(jī)工作比較有利，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮吸入壓縮機(jī)的制冷劑蒸氣有適當(dāng)?shù)倪^熱度，如R717作制冷劑，其過熱度一般取5～8℃，用氟利昂作制冷劑時(shí)過熱度較大，這時(shí)，吸入蒸氣的過熱發(fā)生在蒸發(fā)器本身的后部；其次，在使用熱力膨脹閥的氟利昂制冷系統(tǒng)中，為了應(yīng)用過熱度來調(diào)節(jié)膨脹閥的開啟度，制第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

冷劑蒸氣在離開蒸發(fā)器以前就已經(jīng)過熱。由于上述形式的過熱所吸收的熱量均來自被冷卻空間，因此產(chǎn)生了有用的制冷效果，我們把這種過熱稱為有效過熱。這部分熱量應(yīng)計(jì)入單位質(zhì)量制冷量?jī)?nèi)，這時(shí)，有效過熱循環(huán)的單位質(zhì)量制冷量為qsh=h1′–h5。因過熱增加的單位質(zhì)量制冷量為△qsh=h1′–h1。從圖1-8中可以看出，隨著△tsh增加，單位質(zhì)量制冷量增加，壓縮機(jī)耗功也增加，制冷系數(shù)

qo+△qoεsh=————是否增加，應(yīng)具體分析。它與制冷劑性質(zhì)有關(guān)，理論

ω+△ω

計(jì)算與實(shí)驗(yàn)均可證明，對(duì)R717、R22制冷劑，吸入過熱蒸氣對(duì)制冷系數(shù)是不利的，而對(duì)R12、R502制冷劑，蒸氣過熱能使制冷系數(shù)有所提高。第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

六、蒸氣回?zé)嶂评溲h(huán)蒸氣回?zé)嶂评溲h(huán)：利用氣、液熱交換器（又稱回?zé)崞鳎┦构?jié)流前的制冷劑液體與蒸發(fā)器出來的低溫制冷劑蒸氣進(jìn)行熱交換，使液體過冷，低溫蒸氣過熱的循環(huán)。圖1-9、圖1-10所示為蒸氣回?zé)嶂评溲h(huán)的系統(tǒng)圖和壓焓圖。圖中1—2—3—4—5—1為理論基本循環(huán)，1—1′—2′—3—4—4′—5′—1表示蒸氣回?zé)嵫h(huán)。在回?zé)嵫h(huán)中，來自蒸發(fā)器的低壓低溫制冷劑蒸氣1進(jìn)入熱交換器，在熱交換器中與來自冷凝器的高壓液體進(jìn)行熱量交換，低壓低溫的制冷劑蒸氣由1定壓過熱到狀態(tài)點(diǎn)1′，而高壓飽和液體4被定壓過在回?zé)嵫h(huán)中，來自蒸發(fā)器的低壓低溫制冷劑蒸氣1進(jìn)入熱交換器，在熱交換器中與來自冷凝器的高壓液體進(jìn)行熱量交換，低壓低溫的制冷劑蒸氣由1定壓過熱到狀態(tài)點(diǎn)1′，而高壓飽和液體4被定壓過冷到4′。其中1—1′為第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

圖1-9蒸氣回?zé)嶂评溲h(huán)圖1-10回?zé)嶂评溲h(huán)在Lgp-h圖上的表示第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

低壓蒸氣的過熱過程，4—4′為液體的過冷過程，在無冷量損失的情況下，液體放出的熱量應(yīng)等于蒸氣所吸收的熱量，即為回?zé)崞鞯膯挝粺嶝?fù)荷。

qh=h5–h5′=h1′–h1(1-6)

回?zé)嵫h(huán)中的單位質(zhì)量制冷量

q0h=h1-h5′=h1′-h5(1-7)

由圖1-10可知，回?zé)嵫h(huán)的單位質(zhì)量增加了△q0=h5–h5′，單位壓縮功也增加了△W=（h2′–h1′）–（h2–h1），因此，回?zé)嶂评溲h(huán)的理論制冷系數(shù)與t0、tk和制冷劑性質(zhì)有關(guān)。在回?zé)嵫h(huán)中狀態(tài)點(diǎn)1′由po與壓縮機(jī)的吸氣溫度t1′相交求得，由點(diǎn)1′沿等熵線與PK相交求得點(diǎn)2′，由于回?zé)嵫h(huán)中h4-h4′=h1′–h1，h4′為回?zé)崞鞒隹谔庍^冷液體的焓值，因此h4′=h4–（h1′–h1），點(diǎn)4′由h4′與pk相交求得。第二節(jié)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)第三節(jié)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

制冷理論循環(huán)熱力計(jì)算的目的主要是計(jì)算出制冷循環(huán)的性能指標(biāo)、壓縮機(jī)的容量和功率以及熱交換設(shè)備的熱負(fù)荷，為選擇壓縮機(jī)和其它制冷設(shè)備提供必要的數(shù)據(jù)。

一、已知條件的確定在進(jìn)行制冷理論循環(huán)熱力計(jì)算之前，首先需要確定以下幾個(gè)條件：

1）制冷裝置的制冷量φo：?jiǎn)挝粸閗W，由空調(diào)工程、食品冷藏及其它用冷工藝來提供。

2）蒸發(fā)溫度t0：是指制冷劑在蒸發(fā)器中氣化時(shí)的溫度，蒸發(fā)溫度的確定與所采用的載冷劑（冷媒）有關(guān)，即與冷凍水、鹽水和空氣有關(guān)。在冷藏庫(kù)中以空氣作載冷劑時(shí)，蒸發(fā)溫度要比庫(kù)內(nèi)所要求的空氣溫度低8～10℃，即

to=t′–（8～10℃)（1-8）在空調(diào)工程或其它用冷工藝中以水或鹽水作載冷劑時(shí)，其蒸發(fā)溫度比載冷劑溫度低4～6℃，即

to=t′–（4～6℃）（1-9）

式中t′——載冷劑所要求的溫度℃3）冷凝溫度tK：是指制冷劑在冷凝器中液化時(shí)的溫度，它的確定與冷凝器的結(jié)構(gòu)形式和所采用的冷卻介質(zhì)（如冷卻水或空氣）有關(guān)。當(dāng)用空氣冷卻時(shí)，冷凝溫度比空氣進(jìn)口干球溫度高15℃；用水冷卻時(shí)可用下式確定：

tk=t2+（4～6℃）℃（1-10）式中t2——冷凝器中冷卻水出口溫度（℃）。例：進(jìn)冷凝器的冷卻水溫度t1=26℃，采用立式殼管式冷凝器，水在冷凝器中的溫升△t=2～4℃，出冷凝器的冷卻水溫度t2=26+3=29℃，則冷凝溫度tK=t2+5=29+5=34℃。蒸發(fā)式冷凝器的冷凝溫度應(yīng)比夏季室外計(jì)算濕球溫度高8～15℃。

4）過冷溫度trC：是指制冷劑在冷凝壓力PK下，其溫度低于冷凝溫度時(shí)的溫度稱為過冷溫度，過冷溫度比冷凝溫度低3～5℃，即

trc=tk-（3～5℃）℃（1-11）

5）制冷壓縮機(jī)的吸氣溫度t1：對(duì)于氨壓縮機(jī)吸氣溫度比蒸發(fā)溫度高5～8℃，即t1=tO+（5～8℃）℃；對(duì)氟利昂壓縮機(jī)，如采用回?zé)嵫h(huán)，其吸氣溫度為15℃。第三節(jié)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

二、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算根據(jù)上述已知條件，可在Lgp-h圖上標(biāo)出制冷循環(huán)的各狀態(tài)點(diǎn)，畫出循環(huán)工作過程，并從圖上查出各點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)，便可進(jìn)行熱力計(jì)算。利用圖1-11可對(duì)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)進(jìn)行熱力計(jì)算。

第三節(jié)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算圖1-11蒸氣壓縮式制冷循環(huán)在壓焓圖上的表示1、單位質(zhì)量制冷量qo：是指1kg制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)所吸收的熱量。

qo=h1–h5（1-12）

2、單位容積制冷量qυ：是指1m3制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)所吸收的熱量。

qoh1–h5qv=——=————（1-13）

υ1υ1

式中υ1——壓縮機(jī)吸入蒸氣的比容（m3/kg）。

3、制冷裝置中制冷劑的質(zhì)量流量MR

φoMR=——（1-14）

qo

式中φO——制冷量，（kJ/s或kW）。第三節(jié)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

4、制冷裝置中制冷劑的體積流量VRφoVR=MRυ1=——（1-15）

qv5、冷凝器的熱負(fù)荷φK：是指制冷劑在冷凝器中放給冷卻水（或空氣）的熱量。如果制冷劑液體過冷在冷凝器中進(jìn)行，那么冷凝器的熱負(fù)荷在Lgp-h圖上可用點(diǎn)2和點(diǎn)4的焓差來計(jì)算，即

qk=h2–h4

（KJ/kg）（1-16）

φk=MRqK=MR（h2–h4）（1-17）6、壓縮機(jī)的理論耗功率Pth。

ωo=h2–h1

（KJ/kg）（1-18）

Pth=MRωo=MR（h2–h1）（1-19）7、理論制冷系數(shù)εth

φoqoh1–h5

εth=——=——=————（1-20）

Pth

ωo

h2–h1

第三節(jié)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

[例題1-1]某空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)需制冷量25KW，采用氨作為制冷劑，空調(diào)用戶要求供給10℃的冷凍水，可利用河水作冷卻水，水溫最高為32℃，系統(tǒng)不專門設(shè)過冷器，液體過冷在冷凝器中進(jìn)行，試進(jìn)行制冷裝置的熱力計(jì)算。

[解]1、確定制冷裝置的工作條件

1）蒸發(fā)溫度應(yīng)比載冷劑溫度低4～6℃，即

to=t′–（4～6℃）=10–5=5℃

與蒸發(fā)溫度相應(yīng)的PO=0.5158MPa。

2）冷凝溫度比冷卻水出口溫度高4～6℃，即

tk=t2+（4～6℃）圖1-12例題1-1圖第三節(jié)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算

若采用立式殼管式冷凝器，冷卻水在冷凝器中的溫升取3℃，出冷凝器的冷卻水溫度為t1=t1+3=32+3=35℃，則tk=35+5=40℃。與冷凝溫度tk相對(duì)應(yīng)的Pk=1.5549MPa。

3）過冷溫度比冷凝溫度低3～5℃，取過冷度為5℃，則過冷溫度trc=tk–5=35℃。

4）壓縮機(jī)的吸氣溫度比蒸發(fā)溫度高5℃，即

t1=to+5=5+5=10℃2、根據(jù)上述已知條件，在R717的Lgp-h圖上畫出制冷循環(huán)工作過程，如圖1-12所示，按此圖在Lgp-h圖上查出各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)如下：點(diǎn)1由Po與t1=10℃相交求得，h1=1779KJ/kg，υ1=0.25m3/kg。由點(diǎn)1沿等熵線向上與PK相交得點(diǎn)2，h2=1940KJ/kg。再根據(jù)trc=35℃與Pk相交得點(diǎn)4，h4=662KJ/kg，由點(diǎn)4沿等焓線與Po相交得點(diǎn)5，由于h4=h5，所以h5=662KJ/kg。第三節(jié)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算3、熱力計(jì)算

1）單位質(zhì)量制冷量

qo=h1-h5=1779-662=1117kj/kg

2）單位容積制冷量

qo1117qυ=——=———=4468KJ/m3υ10.25

3）制冷劑的質(zhì)量流量和體積流量

φo25MR=——=———=0.0224kg/Sqo1117VR=MRυ1=0.0224×0.25=0.0056m3/S

第三節(jié)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算4）冷凝器的熱負(fù)荷

φK=MRqK=MR（h2–h4）=0.0224（1940-662）=28.63KW5）壓縮機(jī)的理論耗功率

Pth=MRwo=MR（h2–h1）=0.0224（1940-1779）=3.61KW

6）理論制冷系數(shù)

φo25εth=——=———=6.93Pth3.61第三節(jié)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算3、熱力計(jì)算

1）單位質(zhì)量制冷量

qo=h1-h5=1779-662=1117kj/kg2）單位容積制冷量

qo1117qυ=——=———=4468KJ/m3υ10.253）制冷劑的質(zhì)量流量和體積流量

φo25MR=——=———=0.0224kg/Sqo1117VR=MRυ1=0.0224×0.25=0.0056m3/S

第三節(jié)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算[例題1-2]某空調(diào)系統(tǒng)的制冷量為22KW，采用R12制冷劑，制冷系統(tǒng)采用回?zé)嵫h(huán)，已知to=0℃，tk=30℃，蒸發(fā)器、冷凝器出口的制冷劑均為飽和狀態(tài)，吸氣溫度為15℃，試進(jìn)行制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算。

圖1-13例題1-2圖第三節(jié)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算[解]1、在Lgp-h圖上畫出循環(huán)并確定各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)。根據(jù)tO找到對(duì)應(yīng)的Po=0.3089MPa，tk找到對(duì)應(yīng)的PK=0.9066MPa，點(diǎn)1′由Po與飽和蒸氣線X=1相交求得h1′=351.48KJ/kg，點(diǎn)1由Po與t1

相交求得h1=361.20KJ/kg,υ1=0.05952m3/kg，點(diǎn)2由點(diǎn)1沿等熵線與Pk

相交求得h2=382.88KJ/kg，點(diǎn)4′由PK

與飽和液體線相交求得h4′=238.54KJ/kg，點(diǎn)4的焓可用下式求得：

h4=h4′–（h1–h1′）=238.54–（361.20–351.48）=228.82KJ/kg

根據(jù)h4沿等焓線與Po相交求得點(diǎn)5，點(diǎn)4由h4與Pk相交求得：

trc=30.3℃.第三節(jié)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算2、進(jìn)行熱力計(jì)算1）單位質(zhì)量制冷量

qo=h1′–h5=351.48–228.82=122.66KJ/kg2）單位容積制冷量

qo122.66qυ=——=—————=2060.82KJ/M3υ10.059523）制冷劑的質(zhì)量流量

φo22MR=——=————=0.1794kg/Sqo122.664）制冷劑的體積流量

VR=MRυ1=0.0107m3/S5）冷凝器的熱負(fù)荷

φK=MR（h2–h4′）=0.1794（382.88-238.54）=25.90KW

第三節(jié)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算6）壓縮機(jī)的理論耗功率

Pth=MR（h2–h1）=0.1794（382.88-361.20）=3.89KW7）回?zé)崞鞯臒嶝?fù)荷

φsh=MR（h4′–h4）=0.1794（238.54-228.82）=1.74KW8）理論制冷系數(shù)

φo22εth=——=———=5.66Pth3.89第三節(jié)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)

一、實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的區(qū)別

制冷理論循環(huán)是由兩個(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，實(shí)際制冷循環(huán)與理論制冷循環(huán)存在許多差別，其主要差別：

1、制冷劑在壓縮機(jī)中的壓縮過程不是等熵過程（即不是絕熱過程）。

2、制冷劑通過壓縮機(jī)吸、排氣閥時(shí)有流動(dòng)阻力及熱量交換。

3、制冷劑通過管道和設(shè)備時(shí)，制冷劑與管壁或器壁之間存在摩擦阻力及與外界的熱交換。

4、冷凝器和蒸發(fā)器內(nèi)存在著流動(dòng)阻力，導(dǎo)致了高壓氣體在冷凝器的冷卻冷凝和低溫液體在蒸發(fā)器中的氣化都不是定壓過程，同時(shí)與外界也有熱量交換。造成實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)差別的主要因素是：

①流動(dòng)阻力（即摩擦阻力和局部阻力）；

②系統(tǒng)中的制冷劑與外界無組織的熱交換。二、實(shí)際循環(huán)在Lgp-h圖上的表示圖1-14Lgp-h圖上的實(shí)際循環(huán)

A—排氣閥壓降B—排氣管壓降C—冷凝器壓降D—高壓液體管壓降

E—蒸發(fā)器壓降F吸氣管壓降G—吸氣閥壓降第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)

圖中1—2—3—4—1是理論循環(huán)，1′—1″—10—2′—2″—20—3—3′—4′—1′為實(shí)際循環(huán)。

過程線1′—1″低壓低溫制冷劑通過吸氣管道時(shí)，由于沿途摩擦阻力和局部阻力以及吸收外界熱量，所以制冷劑壓力稍有降低，溫度有所升高。

過程線1″—10

低壓低溫制冷劑通過吸氣閥時(shí)被節(jié)流，壓力降低。

過程線10—2′氣態(tài)制冷劑在壓縮機(jī)中的實(shí)際壓縮過程。

過程線2′—2″制冷劑從壓縮機(jī)排出，通過排氣閥被節(jié)流，壓力有所降低，其焓值基本不變。過程線2″—20高壓制冷劑氣體從壓縮機(jī)排出后，通過排氣管道至冷凝器，由于沿途有摩擦阻力和局部阻力，以及對(duì)外散熱，制冷劑的壓力和溫度均有所降低。第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)

過程線20—3高壓氣體在冷凝器中的冷凝過程，制冷劑被冷凝為液體，由于制冷劑通過冷凝器時(shí)有摩擦阻力和渦流，所以冷凝過程不是定壓過程。

過程線3—3′高壓液體從冷凝器出來至膨脹閥前的排氣管路上由于有摩擦和局部阻力，其次，高壓液體的溫度高于環(huán)境溫度，因此要向周圍環(huán)境散熱，所以壓力、溫度均有所降低。

過程線3′—4′高壓液體在膨脹閥的節(jié)流降壓、降溫后，通過管道進(jìn)入蒸發(fā)器，由于節(jié)流后溫度降低，盡管管道、膨脹閥采取保溫措施，制冷劑還會(huì)從外界吸收一些熱量而使焓有所增加。

過程線4′—1′低壓低溫的制冷劑吸收熱量而氣化，由于制冷劑在蒸發(fā)器中有流動(dòng)阻力，所以，蒸發(fā)過程也不是定壓過程，隨著蒸發(fā)器型式的不同，壓力有不同程度的降低。

第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)

綜上所述，由于制冷劑存在著流動(dòng)阻力以及與外界的熱量交換等，實(shí)際循環(huán)中四個(gè)基本熱力過程（即壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)）都是不可逆過程。其結(jié)果必然導(dǎo)致冷量減少，耗功增加，因此實(shí)際循環(huán)的制冷系數(shù)小于理論循環(huán)的制冷系數(shù)。單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)過程從圖1-14可以看出比較復(fù)雜，很難詳細(xì)計(jì)算，所以，在實(shí)際計(jì)算中以理論循環(huán)作為計(jì)算基準(zhǔn)，即先進(jìn)行理論循環(huán)計(jì)算，然后在選擇設(shè)備和機(jī)房設(shè)計(jì)時(shí)考慮上述因素再進(jìn)行修正。以保證實(shí)際需要，提高制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。第四節(jié)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)習(xí)題與思考題1—1．卡諾循環(huán)分為正卡諾循環(huán)和逆卡諾循環(huán)，這兩種有何不同？理想制冷循環(huán)屬于哪一種卡諾循環(huán)？1—2．實(shí)現(xiàn)逆卡諾循環(huán)有哪幾個(gè)重要條件？試分析逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)及表示方法，并說明其制冷系數(shù)與哪些因素有關(guān)？與哪些因素?zé)o關(guān)？1—3．在分析逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)時(shí)，得出哪些結(jié)論？1—4．在分析具有傳熱溫差的制冷循環(huán)中得出了什么重要結(jié)論？1—5．蒸氣壓縮式制冷采用逆卡諾循環(huán)有哪些困難？1—6．制冷循環(huán)的制冷系數(shù)和熱力完善度有什么區(qū)別？1—7．理論制冷循環(huán)與逆卡諾循環(huán)有哪些區(qū)別？各有哪些過程組成？習(xí)題與思考題1—8．蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)為什么要采用干壓縮？1—9．試述液體的過冷溫度、過冷度、吸氣的過熱溫度、過熱度？1—10．液體過冷在哪些設(shè)備中可以實(shí)現(xiàn)？1—11．什么叫無效過熱？什么叫有效過熱？過熱對(duì)哪些制冷劑不利，對(duì)哪些制冷劑有利？1—12．在進(jìn)行制冷理論循環(huán)熱力計(jì)算時(shí)，首先應(yīng)確定哪些工作參數(shù)？制冷循環(huán)熱力計(jì)算應(yīng)包括哪些內(nèi)容？1—13．實(shí)際制冷循環(huán)與理論循環(huán)有什么區(qū)別？1—14．有一逆卡諾循環(huán)，其被冷卻物體的溫度恒定為5℃，冷卻劑的溫度為40℃，求其制冷系數(shù)εC。1—15．今有一理想制冷循環(huán)，被冷卻物體的溫度恒定為5℃，冷卻劑（即環(huán)境介質(zhì)）的溫度為25℃，兩個(gè)傳熱過程的傳熱溫差均為5℃，試問：（a）逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)εC為多少？（b）當(dāng)考慮傳熱溫差時(shí)，制冷系數(shù)εC′為多少？1—16．某一R717壓縮制冷裝置，蒸發(fā)器出口溫度為-20℃的干飽和蒸氣，被壓縮機(jī)吸入經(jīng)絕熱壓縮后，進(jìn)入冷凝器，冷凝溫度為30℃，冷凝器出口溫度為25℃的氨液，試將該制冷裝置與沒有過冷時(shí)的單位質(zhì)量制冷量，單位耗功量和制冷系數(shù)加以比較。1—17．某廠設(shè)有氨壓縮制冷裝置，已知蒸發(fā)溫度tO=-10℃（相應(yīng)的PO=0.2908MPa），冷凝溫度tk=40℃（相應(yīng)的PK=1.5549MPa）,過冷溫度trc=35℃，壓縮機(jī)吸入干飽和蒸氣，系統(tǒng)制冷量φO=174.45KW，試進(jìn)行制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算。1—18．某空調(diào)系統(tǒng)需要制冷量為35KW，采用R22制冷劑，采用回?zé)嵫h(huán)，其工作條件是：蒸發(fā)溫度tO=0℃（PO=0.498MPa），冷凝溫度tK=40℃(PK=1.5769MPa)，吸氣溫度t1=15℃，試進(jìn)行理論循環(huán)的熱力計(jì)算。習(xí)題與思考題第二章制冷劑和載冷劑第一節(jié)制冷劑

在制冷裝置中實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)的工作物質(zhì)稱為制冷劑，簡(jiǎn)稱制冷工質(zhì)。

一、對(duì)制冷劑的要求（一）熱力學(xué)方面的要求

1）在大氣壓力下制冷劑的蒸發(fā)溫度要低，便于在低溫下蒸發(fā)吸熱；

2）常溫下制冷劑的冷凝壓力不宜過高；

3）單位容積制冷量要大；

4）制冷劑的臨界溫度要高；

5）絕熱指數(shù)應(yīng)低一些。表2-1絕熱壓縮溫度（蒸發(fā)溫度-20℃，冷凝溫度30℃）制冷劑R717R12R22R502壓

縮

比絕熱指數(shù)絕熱壓縮溫度/℃6.131.311104.921.136404.881.184604.51.13236第一節(jié)制冷劑

（二）物理化學(xué)方面的要求

1）制冷劑在潤(rùn)滑油中的可溶性；

2）制冷劑的粘度和密度盡可能??；

3）導(dǎo)熱系數(shù)和放熱系數(shù)要高；

4）對(duì)金屬和其他材料不產(chǎn)生腐蝕作用；

5）具有化學(xué)穩(wěn)定性；

6）具有一定的吸水性。（三）其他方面的要求

1）制冷劑對(duì)人體健康無害。制冷劑的毒性級(jí)別分為六級(jí)，見表2-2。

2）價(jià)格便宜，容易購(gòu)買。表2-2制冷劑毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別條

件產(chǎn)生的結(jié)果制冷劑蒸氣在空氣中的體積百分比作用時(shí)間/min1234560.5～1.00.5～1.02.0～2.52.0～2.5202056060120120120以上致死致死開始死亡或成重癥產(chǎn)生危害作用不產(chǎn)生危害作用不產(chǎn)生危害作用

二、制冷劑的種類

常用制冷劑按其化學(xué)組成可分為四類；即無機(jī)化合物、氟利昂（鹵代烴），碳?xì)浠衔铮N類）、混合制冷劑。（一）無機(jī)化合物無機(jī)化合物的制冷劑有氨（NH3）、水（H2O）、二氧化碳（CO2）等。其中氨是常用的一種制冷劑。國(guó)際上規(guī)定用RXXX表示制冷劑的代號(hào)，無機(jī)化合物制冷劑的代號(hào)為R7XX，其中7表示無機(jī)化合物，7后面兩個(gè)數(shù)字是該物質(zhì)分子量的整數(shù)。如氨的代號(hào)為R717，水的代號(hào)為R718，二氧化碳的代號(hào)R744。第一節(jié)制冷劑

（二）氟利昂（鹵代烴）氟利昂是飽和烴類（飽和碳?xì)浠衔铮┑柠u族衍生物的總稱。氟利昂也用R和數(shù)字表示它的代號(hào)，氟利昂的化學(xué)分子式為CmHnFxClyBrz，氟利昂的代號(hào)用“R（m–1）（n+1）XBZ”表示。R后面第一位數(shù)字為m–1，即氟利昂分于式中碳原子數(shù)m減去1。該值為零時(shí)則省略不寫；R后面第二位數(shù)字n+1。R后面第三位數(shù)字為X，R后面第四位數(shù)字為Z，如果溴原子數(shù)Z為零時(shí)，與字母B一起省略。代號(hào)中氯原子數(shù)y不表示。例如，二氟一氯甲烷化學(xué)分子式為CHF2CI，因?yàn)樘荚訑?shù)m=1，m–1=0，氫原子數(shù)n=1，n+1=2，氟原子數(shù)X=2，溴原子數(shù)Z=0，故代號(hào)為R22，稱為氟利昂22。又如一溴三氟甲烷化學(xué)分子式為CF3Br，因?yàn)樘荚訑?shù)m=1，m–1=0，氫原子數(shù)n=0，n+1=1，氟原子數(shù)X=3，溴原子數(shù)Z=1，故代號(hào)為R13B1，稱為氟利昂13B1。第一節(jié)制冷劑

（三）碳?xì)浠衔铮N類）碳?xì)浠衔锓Q烴，烴類制冷劑有烷烴類制冷劑（甲烷、乙烷），烯烴類制冷劑有（乙烯、丙烯）等。（四）混合制冷劑混合制冷劑又稱多元混合溶液。它是由兩種或兩種以上制冷劑按比例相互溶解而成的混合物。它分為共沸溶液和非共沸溶液。共沸溶液，在固定壓力下蒸發(fā)或冷凝時(shí)，其蒸發(fā)溫度和冷凝溫度恒定不變，而且它的氣相和液相具有相同的組分。共沸溶液制冷劑代號(hào)的第一個(gè)數(shù)字均為5，目前作為共沸溶液制冷劑的有R500、R502等。非共沸溶液，在固定壓力下蒸發(fā)或冷凝時(shí)其蒸發(fā)溫度和冷凝溫度是不斷變化的，氣、液相的組成成分也不同。目前非共沸溶液應(yīng)用的有R12/R13、R22/114、R22/R152a/R124等。第一節(jié)制冷劑三、常用制冷劑的性質(zhì)目前常用的制冷劑有水、氨和氟利昂，其性質(zhì)見表2-3。表2-3常用制冷劑的性質(zhì)制冷劑代號(hào)分子式分子量M標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)/℃凝固溫度/℃臨界溫度/℃臨界壓力/MPa臨界比容/m3/kg絕熱指數(shù)/（20℃，101.325KPa）毒性級(jí)別R718H2O18.02100.00.0374.1222.123.01.33(0℃)無R717NH317.03-33.35-77.7132.411.524.131.322R11CFCI3137.3923.7-111.0198.04.371.8051.1355R12CF2CI2120.92-29.8-155.0112.044.121.7931.1386R13CF3CI104.47-81.5-180.028.783.861.7211.15(10℃)6R22CHF2CI86.48-40.84-160.096.134.9861.9051.194(10℃)5aR113C2F3CI3187.3947.68-36.6214.13.4151.7351.08(60℃)4～5R114C2F4CI2170.913.5-94.0145.83.2751.7151.092(10℃)6R134aC2H2F4102.0-26.25-101.0101.14.061.9421.116R500CF2CI2/C2H4F273.8/26.299.30-33.3-158.9105.54.302.0081.127(30℃)5aR502CF2CI2/C2H4CI48.8/51.2111.64-45.6-90.042.661.7881.133(30℃)5a第一節(jié)制冷劑

（一）水（R718）

優(yōu)點(diǎn)：無毒、無味、不會(huì)燃燒和爆炸，而且是容易得到的物質(zhì)。

缺點(diǎn)：水蒸氣的比容大，單位容積制冷量小，水的凝固點(diǎn)高，不能制取較低的溫度。

適用場(chǎng)合：適用于蒸發(fā)溫度0℃以上的情況。所以，水作為制冷劑常用于蒸氣噴射制冷機(jī)和溴化鋰吸收式制冷機(jī)中。水的物理參數(shù)：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,它的沸點(diǎn)溫度為100℃，臨界溫度374.12℃，臨界壓力為22.12MPa，凝固溫度為0℃。第一節(jié)制冷劑

（二）氨（R717）

優(yōu)點(diǎn)：是單位容積制冷量大，蒸發(fā)壓力和冷凝壓力適中。氨粘度小，流動(dòng)阻力小，傳熱性能好，對(duì)鋼鐵不產(chǎn)生腐蝕作用。氨易溶于水，系統(tǒng)不易發(fā)生“冰塞”現(xiàn)象。氨價(jià)格便宜，容易購(gòu)買。

缺點(diǎn)：有強(qiáng)烈的刺激性臭味，毒性大，對(duì)人體有害，氨易燃、易爆，對(duì)銅及銅合金（磷青銅除外）有腐蝕作用，氨幾乎不溶于油

適用場(chǎng)合：主要用于制冰和冷藏制冷。第一節(jié)制冷劑

（三）氟利昂

優(yōu)點(diǎn)：是無毒，無臭，不易燃燒，對(duì)金屬不腐蝕，絕熱指數(shù)小，因而排氣溫度低；具有較大的分子量，適用于離心式制冷壓縮機(jī)。