81制冷原理

TrainingandDevelopment©制冷原理2012.04.12培训与发展©2绪论1.制冷的概念消耗一定的能量（机械能或热能）作为补偿，将热量从低温物体（被冷却介质）传向高温物体（环境介质）的过程。2.实现制冷的途径1）天然冷却天然冷却受自然条件的限制，只能得到0°以上的温度。2）人工制冷利用制冷装置获得所需的低温，但是需要消耗能量。（如：电能、热能、机械能、太阳能等）120K到环境温度——制冷120K到0K（绝对零度）——低温3.人工制冷的方法液体汽化制冷（蒸气压缩式、吸收式、蒸汽喷射式和吸附式）、气体膨胀制冷、涡流管制冷和热电制冷。培训与发展©3培训与发展©4第一章基础概念1.温度：标志物体冷热的程度t(℃)=T(K)-273.15tF=9/5t℃+32°2.压力：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）Pa，MPa，bar,kgf/cm2，psia(g)表压=绝对压力-大气压力真空度=大气压力-绝对压力3.焓：流动物质取决于热力状态的那部分能量H=U+pV工质内能与推动功的和J1kg工质的焓称为比焓J/kg4.比容：单位质量物质所占的容积kg/m35.比热:单位质量物质升高1℃吸收的热量J/kg℃，Btu/lb.ºF6.干度：两相区中的工质气体的比份无量纲培训与发展©57.热力学第一定律：自然界一切物质都具有能量，它能够从一种形式转换为另一种形式,从一个物体传递给另一个物体，在转换和传递过程中能量的数量不变。8.热力学第二定律：热量能自发地从高温物体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温物体。要使热量从低温物体向高温物体传递，必须借助外功，即消耗一定的热能或机械能。9.正向循环：将热能转化为机械功的循环。如：电动机10.逆向循环：一种消耗机械功的循环。如：制冷机、热泵培训与发展©6QoWCOP=根据热力学第一定律：Qo+W=Qk（理论工质、可逆循环）其中制冷量W外界所作的功11.制冷效率COP制冷机低温热源To（被冷却对象）QkQoWTkQoQk向外界释放的热量培训与发展©712.潜热•物质发生相变时放出或吸收的热量•温度不发生变化13.显热•物质无相变时，温度升高吸收的热量或温度降低释放的热量。•状态不发生变化14.饱和温度与饱和压力•饱和温度与饱和压力是气液平衡中的术语。•与一定的压力相对应的沸腾温度称为饱和温度•当制冷剂蒸发或冷凝时的温度和压力。培训与发展©815.过热度•在一个给定压力下，气体的实际温度与在该压力下的饱和温度的温差。16.过冷度•在一个给定压力下，液体的实际温度与在该压力下的饱和温度的温差。17.排气过热度与吸气过热度•在一个给定压力下，实际的排气温度与饱和冷凝温度的温差。•在一个给定压力下，实际的吸气温度与饱和蒸发温度的温差。•排气过热度是吸气过热度与从压缩机的能量增加的显热的和。培训与发展©9第二章压缩机在蒸气压缩制冷系统中，各种类型的制冷压缩机是决定系统能力大小的关键部件，对系统的运行性能、噪声、振动、维修和使用寿命等有直接影响。1.压缩机的作用：•制冷系统的心脏•抽取来自蒸发器的制冷剂蒸气，并提高其温度和压力后，将其排向冷凝器。2.压缩机的种类1）根据对制冷剂蒸气的压缩热力学原理分为容积型和速度型压缩机•容积型：一定容积的气体先被吸入到气缸，在气缸中其容积被强制压缩，压力升高，当达到一定压力时，气体被强制从气缸排出。如：往复活塞式和回转式（滚动转子式、双单螺杆式、涡旋式等）培训与发展©10•速度型：气体压力的增长由气体的速度转化而来，即先吸入一定的气流获得高速，再将其动能转化成为气体的压力升高，而后排出。如：离心式压缩机。2）根据密封形式分•开启式：利用轴封装置的隔离作用，使原动机独立于制冷系统之外，与制冷剂和润滑油不接触。通常，这种压缩机的制冷量较大。•半封闭式：把电动机和压缩机练成一体，装在同一机体内共用一根主轴。没有轴封装置，避免了因此产生的泄露的可能。制冷量居于中等水平。•全封闭式：连在一起的电动机与压缩机封闭在一个薄壁机壳中，机壳由焊接而成。制冷量较小。培训与发展©速度型回转式离心压缩机容积型往复式活塞压缩机容积型回转式螺杆压缩机压缩机的形式培训与发展©121.制冷剂的概念制冷机中的工作介质，在制冷机中循环流动，通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换，从而达到制冷的目的。蒸汽制冷机中的制冷剂从低温热源中吸取热量，在低温下气化，再在高温下凝结，向高温热源排放热量。所以，只有在工作温度范围内能够气化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。多数制冷剂在大气压力和环境温度下呈气态。2.制冷剂的种类：无机物：NH3、CO2、H2O氟利昂：R22、R134a、R407C、R410A等碳氢化合物：甲烷、乙烷、乙烯等3.ODP和GWP臭氧衰减指数、温室效应指数第三章制冷剂培训与发展©13培训与发展©14第四章换热设备凡是两物体间有温度差，彼此就会发生热量的传递。换热器的主要任务是两种或两种以上的流体在其中进行热交换。1.换热方式：导热：物体各部分直接接触而发生的热量传递对流：流体各部分发生位移而引起与它接触的固体壁之间的热量传递辐射：靠电磁波来传递热量2.蒸发器干式蒸发器：制冷剂在管内沸腾，载冷剂在壳程空间流动。满液式蒸发器：制冷剂在管外气化，液体载冷剂在管内流动3.冷凝器卧式壳管式冷凝器：制冷剂走管内，冷却水走管外（壳程）培训与发展©15基本组成部件：压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器。QKQO节流阀压缩机冷凝器蒸发器第五章单级蒸汽压缩式制冷循环培训与发展©16压焓图P-等压线h-等焓线t-等温线s-等熵线v-等容线x-等干度线培训与发展©17对于最简单的理论循环（或称简单的饱和循环）：a.离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气(1)是处于蒸发压力下的饱和蒸气；b.离开冷凝器和进入膨胀阀的制冷剂液体(3)是处于冷凝压力下的饱和液体；c.压缩机的压缩过程(1-2)为等熵压缩；2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qkd.制冷剂通过膨胀阀节流(3-4)时，其前、后焓值相等；e.制冷剂在蒸发(4-1)和冷凝(2-3)过程中没有压力损失；f.在各设备的连接管道中制冷剂不发生状态变化；g.制冷剂的冷凝温度等于冷却介质温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度。培训与发展©18ShenzhenMcQuay图中各状态点及过程描述：点1表示制冷剂进入压缩机的状态。它是对应于蒸发温度t0的饱和蒸气。根据压力与饱和温度的对应关系，该点位于p0的等压线与饱和蒸气线（χ=1）的交点上。2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qk点2表示制冷剂排出压缩机的状态，也就是进冷凝器时的状态。过程线1-2表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程（s1=s2），压力由蒸发压力p0升高到冷凝压力pk。因此该点可通过1点的等熵线和压力为pk的等压线的交点来确定。由于压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷剂温度升高，因此点2表示过热蒸气状态。培训与发展©19点3表示制冷剂出冷凝器时的状态。它是与冷凝度tk所对应的饱和液体。过程线2-2’-3表示制冷剂在冷凝器的冷却（2-2‘）和冷凝（2’-3）过程。由于这个过程是在冷凝压力pk不变的情况下进行的，进入冷凝器的过热蒸气首先将部分热量放给外界冷却介质，在等压下冷却成饱和蒸气（点2‘），然后再在等压、等温下继续放出热量，直至最后冷凝成饱和液体（点3）。因此，压力pk的等压线和χ=0的饱和液体线的交点即为点3的状态。2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qk培训与发展©20点4表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸发器时的状态。过程线3-4表示制冷剂在通过节流阀时的节流过程。在这一过程中，制冷剂的压力由pk降到po，温度由tk降到to并进入两相区。2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qk过程线4-1表示制冷剂在蒸发器中的气化过程。这一过程是在等温、等压下进行的，液体制冷剂吸取被冷却介质的热量（即制冷）而不断气化，制冷剂的状态沿等压线po向干度增大的方向变化，直到全部变为饱和蒸气为止。这样，制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状态点1，从而完成一个完整的理论制冷循环。培训与发展©21单级蒸气压缩式制冷循环温熵图表示2342‘1s3s4s1TsTdTkTo培训与发展©22根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，稳定流动的能量方程可表示为Q+P=qm(h2-h1)Q和P是单位时间内加给系统的热量和功qm是流进或流出该系统的稳定质量流量h是比焓下标1和2分别表示流体流进和离开系统的状态点2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qk单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算培训与发展©231.节流阀制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功，Q=0，P=0，故P=0=qm(h4–h3)h4=h32342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qk培训与发展©242.压缩机如果忽略压缩机与外界环境所交换的热量Q=0，故P0=qm(h2-h1)式中(h2-h1)表示压缩机每压缩并输送1kg制冷剂所消耗的功，称为理论比功，用w0表示。2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qk培训与发展©253.蒸发器被冷却物体通过蒸发器向制冷剂传递热量Q0，因为蒸发器不作功，P=0，故Q0=qm(h1–h4)=qm(h1–h3)式中(h1–h4)称为蒸发器单位热负荷，用q0表示。它表示1kg制冷剂蒸气在蒸发器中吸收的热量。2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qk培训与发展©264.冷凝器假设制冷剂在冷凝器中外界放出热量为Qk，因为冷凝器不作功，P=0故Qk=qm(h2–h3)式中(h2–h3)称为冷凝器单位热负荷，用qk表示。它表示1kg制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热量。2342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qk培训与发展©272342‘1h4h1h2phq0w0pkp0qk=h1–h3h2-h1q0w05.制冷系数按定义，在理论循环中，制冷系数可用下式表示ε0=培训与发展©28ShenzhenMcQuayR&D系列培训--制冷原理6.实际制冷循环的压焓图表示ph培训与发展©29具有液体过冷循环具有蒸气过热循环理论循环压焓图培训与发展©30风机盘管空气处理器100Ton18℃24℃空气三通阀12℃7℃冷冻水240GPM54.5m3/h蒸发器吸气压缩机输入功率66kW37.7℃8.7kg/cm2冷凝器HFC134a制冷剂4.4℃2.46kg/cm2节流阀35℃35℃冷却水300GPM30℃68m3/h24℃35℃室外空气95°干球75°湿球冷却塔空调的基本循环（R134a）