制冷原理培训（PPT44页)

制冷原理与技术制冷原理培训2008.03制冷原理与技术目录一.热工基础二.蒸汽压缩式制冷三.制冷工质制冷原理与技术1.1气体的热力性质1.1.1气体状态参数在制冷与热泵中，大都是利用气体的热力参数变化进行工作的，用到的主要热力参数与方程有：气体状态方程，熵，焓，气体状态变化的过程方程，以及状态变化的外功，相变时的潜热，气体与液休的导热系数，粘性等。一.热工基础•气体的状态参数：压力p，温度T，比体积υ•与气体状态有关的另三个参数：比内能u，比熵s，比焓hdTcduppc---质量定压比热j/kg.k制冷原理与技术比焓：单位工质流动过程具有的内能和流动功在热力设备中，工质总是不断地从一处流到另一处，随着工质流动而转移的能量不等于热力学能而等于焓，故在热力工程计算中焓具有更广泛的应用。puh比熵：单位工质在恒温下吸热量与温度之比Tdqds是判别实际过程的方向，提供过程能否实现、是否可逆的判据。1.1.1气体状态参数制冷原理与技术1.1.2气体状态方程RTp•理想气体状态方程：•实际气体状态方程：zRTp式中R-气体常数，z-压缩性系数，a(T)，b修正系数。•制冷中常用实际气体状态方程P-R(Peng-Robinson)方程：)()()(bbbTabRTp1.1气体的热力性质制冷原理与技术1.1.3气体状态变化过程方程•过程方程：1.1气体的热力性质气体状态的变化，主要表现为压力和温度的变化，而压力的变化是由比体积的变化得来的（压缩式循环中），或者是由温度变化得来的（在吸收式循环中）。定值np∆绝热过程：指数n=k，称为绝热过程指数vpcck∆等温过程：n=1∆多变过程：介于两者间有热量交换的过程，1nk气体状态过程的变化需加入热量或外功----压缩过程，也可释放热量或对外作功---膨胀过程。11211111nnppnpw)(12TTcqv理想气体外功定容加热过程制冷原理与技术1.2热力学第一定律自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态转变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量的总量保持不变。•能量守恒与转换定律是自然界的基本规律之一。•确定了热力过程中热力系与外界进行能量交换时，各种形态能量数量上的守恒关系。制冷原理与技术1.2热力学第一定律1.2.1能量传递方式•做功如工质膨胀推动活塞做功，做功的结果是工质把热力学能传递给活塞和飞轮，成为动能，此时热力学能转变为机械能，反之亦然。◆功的形式→与系统界面宏观移动有关的功：如压缩功，膨胀功→工质在开口系统中流动而传递的功：推动功制冷原理与技术1.2热力学第一定律1.2.1能量传递方式工质膨胀推动活塞做功过程工质p,v,T移动距离L活塞面积A◆推动功定义mpPVLPA进入气缸质量为m的工质作用在面积为A的活塞上的力为PA，推动活塞所做的功为推动功只有在工质移动位置时才起作用p制冷原理与技术进入系统的能量-离开系统的能量=系统中储存能量的增加1.2热力学第一定律1.2.2热力学第一定律的基本能量方程式任何系统，任何过程均可据此原则建立能量平衡式制冷原理与技术工质流经压缩机时，机器对工质做功wc，使工质升压，工质对外放热q，动能和位能差可忽略不计，则有例1.压缩机能量平衡1.2热力学第一定律1.2.3能量方程式的应用qhhwc12q=0时，为绝热过程制冷原理与技术工质流经换热器时，和外界有热量交换而无功的交换，动能和位能差可忽略不计，则有例2.换热器能量平衡1.2热力学第一定律1.2.3能量方程式的应用12hhqh1h2q换热器能量平衡图制冷原理与技术克劳修斯积分Tqrev=0可逆循环＜0不可逆循环＞0不可能实行的循环1.3热力学第二定律•热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体•研究与热现象相关的各种过程进行的方向、条件及限度的定律∆温差传热、自由膨胀、混合等过程是在温度差、压力差、浓度差等有限势差作用下进行的非准平衡过程，是不可逆的过程。制冷原理与技术高温热源To低温热源TR制冷机或热泵QiWnetQoQo=Qi+Wnet1.4热力学定律在制冷/热泵机的应用∆制冷/热泵过程是从低温热源吸热向高温热源排热过程，为实施该过程需要消耗功。制冷原理与技术1.5逆卡诺循环---理想循环1.5.1循环特点•具有两个可逆的等温过程和两个等熵过程组成。T0TREntropy,S1234QoWnetAbsoluteTemp.CARNOTREFRIGERANTIONCYCLE•在相同温度范围内，它是消耗功最小的循环，即热力学效率最高的制冷循环，因为它没有任何不可逆损失。•热源温度不变的逆向可逆循环制冷原理与技术制冷工质向高温热源放热量120sTqi制冷工质从低温热源吸热量120sTqR系统所消耗的功1200)(sTTqqwRinet卡诺制冷系数RRinetcTTTqqqwq0000热力完善度c11.5.2卡诺循环热力计算制冷原理与技术温度T熵S劳伦兹循环的T-s图1.6劳伦兹循环----理想循环1.6.1循环特点•热源温度可变的逆向可逆循环（换热没有热阻，工质温度在冷凝和蒸发过程中跟随外部热源温度而变化）•具有两个可逆的不等温过程和两个等熵过程组成。制冷原理与技术(假设蒸发过程和冷却过程传热温差均为ΔT)制冷量0023(/2)()qTTss排热量1423(/2)()(/2)()iRRqTTssTTss耗功0netRwqq洛伦兹循环制冷系数TTTTTwqRRnetiL0)2/(1.6.2劳伦兹循环计算制冷原理与技术三.蒸气压缩式制冷3.1蒸气压缩式制冷特征液体蒸发制冷构成循环的四个基本过程：1）制冷剂液体在低压低温下蒸发，成为低压蒸气；2）将该低压蒸气提高压力成为高压蒸气，能量补偿；3）将高压蒸气冷凝成高压液体；4）高压液体降低压力重新变为低压液体，再返回至1）从而完成循环。•属于液体蒸发制冷，即制冷剂液体在气化（蒸发）时产生的吸热效应，达到制冷目的。•能量补偿方式是用压缩机对低压气体压缩做功从而提高压力。制冷原理与技术1234563.1.1认识压焓图1.等压线2.等焓线3.等温线4.等熵线5.等容线6.等干度线制冷原理与技术3412563.1.2认识温熵图1.等压线2.等焓线3.等温线4.等熵线5.等容线6.等干度线制冷原理与技术1．朗肯循环2．劳伦茨循环3．跨临界循环3.2单级蒸气压缩式制冷循环•压缩过程仅有一级，而不需分级压缩。•适用当高、低温热源温度差不太大，压力比不太大的循环。典型单级压缩制冷循环3.2.1基本描述制冷原理与技术空调、制冷、食品冷藏大量使用的循环基本朗肯循环：空调、冷水机有回热的朗肯循环：冰箱、冷柜朗肯循环的主要特征•有两个定压定温的相变过程•与纯质制冷剂及共沸混合制冷剂的压力特性可相适应3.2单级蒸气压缩式制冷循环3.2.2朗肯循环制冷原理与技术基本朗肯循环循环T—S图：1—2压缩过程2—3冷却冷凝过程3—4节流过程4—1蒸发吸热过程朗肯循环图例TS1243制冷原理与技术图2-2有回热的朗肯循环T—S图：1‘—2压缩过程2—3冷凝过程3—3’液体过冷过程3＇—4节流过程4—1蒸发过程1—1＇吸气过热过程TS1’243’313.2.2朗肯循环制冷原理与技术不可逆劳伦茨循环的主要特征•冷凝相变过程：定压降温•蒸发相变过程：定压升温•与非共沸混合制冷剂的压力特性可相适应•工质与热源温度变化相协调，可均衡传热温差，减小不可逆损失•相变温度滑变引起分馏（气相与液相成分不同）3.2.3不可逆劳伦茨循环制冷原理与技术不可逆劳伦茨循环TS1243循环T—S图1—2压缩过程2—3冷却冷凝过程3—4节流过程4—1蒸发吸热过程制冷原理与技术3.3单级蒸气压缩式制冷理论循环3.3.1理论循环建立的假设基础①压缩过程为等熵过程，即不存在任何不可逆损失。②在冷凝器中，制冷剂冷凝温度等于冷却介质温度，且为定值。③在蒸发器中，制冷剂蒸发温度等于被冷却介质温度，且为定值。④离开冷凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的饱和液体。⑤离开蒸发器和进入压缩机的蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气。⑥制冷剂在管道内流动时没有流动阻力损失，忽略动能变化。除蒸发器和冷凝器中管子外，制冷剂与管外介质间没有热交换。⑦制冷剂流过膨胀阀时，忽略动能变化，且与外界环境没有热交换。制冷原理与技术理论制冷循环压焓图lgPh43215x=0x=1PkPo过冷区过热区两相区临界点饱和蒸汽线饱和液体线qow3.3.2理论循环压焓图1→2等熵压缩过程2→3→4制冷剂在冷凝器中冷却和冷凝过程。制冷剂压力保持不变2→3冷却过程，制冷剂与环境介质有温差。3→4冷凝过程，制冷剂与环境介质没有温差。4→5节流过程，制冷剂压力与温度均降低，焓不变。5→1制冷剂在蒸发器中吸热过程，制冷剂压力与温度保持不变，无温差换热。3.3单级蒸气压缩式制冷理论循环制冷原理与技术3.3.3理论循环计算比较3.3单级蒸气压缩式制冷理论循环制冷剂R22制冷量Qekj/kg冷凝放热Qckj/kg压缩机耗功Wkj/kgCOPTe=5℃Tk=50℃理论循环143.898173.95730.0584.79过热度5℃时147.607178.51730.9114.78过冷度5℃时150.767180.82630.0585.02卡诺制冷系数0273.1556.18505RcRTTT制冷原理与技术实际循环和理论循环有许多不同之处，除了压缩机中的工作过程以外，主要还有下列一些差别：(1)流动过程有压力损失。(2)制冷剂流经管道及阀门时同环境介质间有热交换。(3)热交换器中存在温差。3.4单级蒸气压缩式制冷实际循环计算制冷原理与技术16523415液管压降排气管压降冷凝器压降过冷度蒸发器压降吸气管压降过热度hlgP实际制冷循环图制冷原理与技术1201041510hhwvqqhhhhqsv1)．单位制冷量、单位容积制冷量及单位理论功制冷原理与技术2)．单位冷凝热qhhk24上式中点2状态的焓值用下式计算1122)(hhhhis式中i为压缩机的指示效率，它被定义为等熵压缩过程耗功量与实际压缩过程耗功量之比。制冷原理与技术3)．制冷剂的循环流量00qQqm式中Q0为制冷量，通常由设计任务给出。4)．压缩机的理论功率和指示功率分别为00wqNmiiNN0制冷原理与技术5)．实际制冷系数)/(0eisNQ6)．冷凝器的热负荷kmkqqQ式中e为压缩机的机械效率。制冷原理与技术制冷剂按其化学组成主要有三类无机物氟里昂碳氢化合物制冷剂是制冷系统中的工作流体，通常称为制冷工质，它担当气化吸热和冷凝放热的热力循环而实现制冷目的。在蒸气压缩式制冷循环中，利用制冷剂在系统中的状态变化，即制冷剂在蒸发器中蒸发从被冷却物体中吸取热量而气化，在冷凝器中高温冷凝排热到周围物质（水或空气）而液化，周而复始循环流动达到制冷目的。三.制冷工质制冷原理与技术1).热力学性质方面2).迁移性质方面(1)工作温度范围内有合适的压力和压力比。(2)单位制冷量q0和单位容积制冷量qv较大。(3)比功w和单位容积压缩功wv小，循环效率高。蒸发压力≧大气压力冷凝压力不要过高冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大(4)等熵压缩终了温度t2不能太高，以免润滑条件恶化或制冷剂自身在高温下分解。(1)粘度、密度尽量小。(2)导热系数大，可提高传热系数，减少传热面积。1.作为制冷剂应符合的要求制冷原理与技术3).物理化学性质方面4).其它(1)无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。(2)化学稳定性和热稳定性好。(3)对大气环境无破坏作用。原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。制冷原理与技术2.制冷工质对环境影响评价编号分子式或混合物组成及名称大气寿命/aODPGWP备注R11CCl3F一氟三氯甲烷451.04600氯氟烃类CFCsR22C