蒸汽压缩式制冷的原理和工况PPT课件.ppt

第一第一节蒸汽蒸汽压缩式制冷的式制冷的原理和原理和工况工况1-蒸汽压缩式制冷的原理1、液态与气态互相转换的规律 当液体汽化时，剩下液体会降温降温；当气体液化时要放放热。当温度衡定时，液面气体压力达到既定值，汽化和液化达到动态平衡，液面上的气体达到饱和状态，这时的气体压力称为该温度所对应的饱和和压力力，这时的温度称为该压力所对应的饱和温度和温度 温度越高，温度越高，饱和和压力也越高力也越高，反之亦然2-蒸汽压缩式制冷的原理1、液态与气态互相转换的规律 当液体温度低于其压力所对应的饱和温度时，汽化只在液面上液面上发生；当液体被加热，温度升高到其压力所对应的饱和温度时，内部内部也产生许多气泡，这种在液体内部和表面同时进行较剧烈的汽化现象称为沸沸腾3-蒸汽压缩式制冷的原理1、液态与气态互相转换的规律 汽化潜汽化潜热单位质量的某物质在既定压力下全部汽化所吸收的热量与液化所放出的热量相等 在沸腾或冷凝过程中，气体称为饱和蒸和蒸汽汽，液体称为饱和液体和液体，二者的混合物称为湿湿蒸汽蒸汽 干度干度饱和蒸汽在湿蒸汽中所所占的质量比例称为干度 干干饱和蒸汽和蒸汽液体全部气化后，干度为1的干饱和蒸汽4-蒸汽压缩式制冷的原理1、液态与气态互相转换的规律 过热蒸汽蒸汽干饱和蒸汽温度继续升高即成为过热蒸汽 过热度度过热蒸汽的温度与其压力所对应的饱和温度之差 过冷液体冷液体湿蒸汽在液化过程中干度为零的饱和液体继续冷却而温度下降即成为过冷液体，其温度称为过冷温度冷温度 过冷度冷度液体所处压力所对应的饱和温度与液体实际温度之差称为过冷度5-蒸汽压缩式制冷的原理2、压缩制冷的基本循环 由由压缩机，冷凝器，膨机，冷凝器，膨胀阀和和蒸蒸发器器组成。成。用管道将它用管道将它们连接接成一个密封系成一个密封系统6-液压制冷的基本循环基本元件的功用：膨膨胀阀使流过的冷剂节流降压，控制冷剂的流量蒸蒸发器器使流经其中的冷剂吸热汽化压缩机机抽吸蒸发器产生的冷剂蒸汽并将其压送到冷凝器中冷凝器冷凝器使送来的冷剂气体冷却并液化7-液压制冷的基本循环 蒸气压缩式制冷选择在常压时沸点很低沸点很低的制冷的制冷剂，经膨胀阀节流进入蒸发器盘管，在较低的蒸低的蒸发压力力下吸热汽化，来实现制冷。8-液压制冷的基本循环 压缩机将蒸发器产生的制冷剂低压过热蒸汽不断抽出，压送到冷凝器中去，冷凝器中的冷凝压力及相应的冷凝温度较高，可以利用环境介质使制冷剂的高压过热蒸汽冷却，冷凝并降温成过冷液体，然后经膨胀阀等等焓节流流进入蒸发器。9-液压制冷的基本循环 在压缩制冷循环中，从膨胀阀到压缩机吸口为系统的低低压部分部分 制冷剂在蒸发器中流动因流阻而蒸发压力和温度略有下降，干度和焓值因吸热而不断增加，在出口略有过热。在蒸发器至压缩机的吸气管中制冷剂压力略降，管外要包隔热层，减少制冷剂温度和过热度因有害吸热的增加。10-液压制冷的基本循环 从压缩机排出口至膨胀阀进口为系统的高高压部分部分。压缩机至冷凝器的排出管无须隔热，冷凝器一般无明显压降，在冷凝器至膨胀阀的液管中要避免吸热压降过多，防止过冷度提前消失闪发汽化。在此循环中，冷剂在蒸发器中吸收的热量+压缩机压缩耗功热，经冷凝器传给冷却介质11-单级制冷压缩机的工况和性能曲线制冷压缩机的工况是指其所参加制冷循环的主要温度条件：制冷剂的蒸蒸发温度温度 冷凝温度冷凝温度 吸气过热度度 膨胀阀前的液体过冷度冷度影响最大的是蒸蒸发温度温度和冷凝温度冷凝温度12-焓焓的表达式：H=U+PV 物理意义：工工质所所处状状态具有的具有的总能量能量。根据它的表达式，可以知道是焓是一个状态参数。在在热力力设备中，工中，工质总是不断地从一个地方流到另一是不断地从一个地方流到另一个地方，随着工个地方，随着工质不断地流不断地流动，所，所转移的移的能量就是能量就是焓。这就是为什么引入焓这个概念的原因，因为每次计算的时候总是要写U+PV。所以后来干脆就把U+PV定义为焓。简而言之，引入焓就是为了方便分析，简化计算13-压焓图的的结构如下构如下图所示。以所示。以绝对压力力为纵坐坐标（为了了缩小小图的尺寸，提高低的尺寸，提高低压区域的精度，区域的精度，通常通常纵坐坐标取取对数坐数坐标），以），以焓值为横坐横坐标。临界点界点K左左边的粗的粗实线为饱和液体和液体线，线上的任上的任何一点代表一个何一点代表一个饱和液体状和液体状态，干度，干度 x=0。临界点界点K右右边的粗的粗实线为饱和蒸气和蒸气线，线上任何上任何一点代表一个一点代表一个饱和蒸气状和蒸气状态，干度，干度 x=1。这两条粗两条粗实线将将图分分 为三个区域：三个区域：1.饱和液体和液体线的左的左边为过冷液体区冷液体区，过冷液体冷液体的温度低于相同的温度低于相同压力下力下饱和液体的温度；和液体的温度；2.饱和蒸气和蒸气线的的 右右边是是过热蒸气区蒸气区，该区域内区域内的蒸气称的蒸气称为过热蒸气，它的温度高于同一蒸气，它的温度高于同一压力下力下饱和蒸气的温度；和蒸气的温度；3.两条两条线之之间的区域的区域为两相区，制冷两相区，制冷剂在在该区区域内域内处于于气、液混合状气、液混合状态（湿蒸气区）（湿蒸气区）。14-过程程线1-2表示制冷表示制冷剂蒸气在蒸气在压缩机中的等机中的等熵压缩过程程，压力由蒸力由蒸发压力力 升升高到冷凝高到冷凝压力力。因此。因此该点可通点可通过1点的等点的等熵线和和压力力为冷凝冷凝压力的等力的等压线的交的交点来确定。点来确定。由于由于压缩过程中外界程中外界对制冷制冷剂作功，制冷作功，制冷剂温度升高，因此点温度升高，因此点2表表示示过热蒸气状蒸气状态。点点2表示制冷表示制冷剂出出压缩机机时的状的状态，也就是也就是进冷凝器冷凝器时的状的状态。点点1表示制冷表示制冷剂进入入压缩机的状机的状态。15-过程程线2-2-3表示制冷表示制冷剂在冷凝器内的在冷凝器内的冷却（冷却（2-2）和冷凝（）和冷凝（2-3）的）的过程。程。由于由于这个个过程是在程是在冷凝冷凝压力力 不不变的情的情况下况下进行的，行的，进入冷凝器的入冷凝器的过热蒸气首蒸气首先先 将部分将部分热量放量放给外界冷却介外界冷却介质，在，在等等压下冷却成下冷却成饱和蒸气（点和蒸气（点2），然后），然后再在再在等等压、等温、等温下下继续放出放出热量，量，直直至最后冷凝成至最后冷凝成饱和液体（点和液体（点3）。因此，）。因此，冷凝冷凝压力的等力的等压线和和x0的的饱和液体和液体线的交点即的交点即为点点3的状的状态。点点3表示制冷表示制冷剂出冷凝器出冷凝器时的状的状态。点点4表示制冷表示制冷剂出出节流流阀时的状的状态，也就是，也就是进入蒸入蒸发器器时的状的状态。过程程线3-4表示制冷表示制冷剂在通在通过节流流阀时的的节流流过程。在程。在这一一过程中，制冷程中，制冷剂的的压力由冷凝力由冷凝压力降到力降到 蒸蒸发压力力，温度由冷凝温度降到蒸，温度由冷凝温度降到蒸发温度温度，并，并进入两相区。入两相区。由于由于节流前后制冷流前后制冷剂的的焓值不不变，因此由点，因此由点3作等作等焓线与蒸与蒸发压力的等力的等压线的交的交点即点即为点点4的状的状态。由于。由于节流流过程是一个不可逆程是一个不可逆过程，所以用一虚程，所以用一虚线表示表示3-4过程。程。16-过程程线4-1表示制冷表示制冷剂在在蒸蒸发器中的气化器中的气化过程。由程。由于于这一一过程是在等温、等程是在等温、等压下下进行的行的，液体制冷，液体制冷剂吸取被冷却介吸取被冷却介质的的热量量（即制冷）而不断气化，（即制冷）而不断气化，制冷制冷剂的状的状态沿蒸沿蒸发压力力的等的等压线 向干度增大的向干度增大的方向方向变化，直到全部化，直到全部变为饱和蒸气和蒸气为止。止。这样，制，制冷冷剂的状的状态又重新回到又重新回到进入入压缩机前的状机前的状态点点1，从而完成一个完整的理从而完成一个完整的理论制冷循制冷循环。17-单级制冷压缩机的工况和性能曲线工况参数工况参数对制冷装置性能的影响制冷装置性能的影响制冷量制冷量=压缩机的机的质量流量量流量单位（位（质量流量的）制量流量的）制冷量冷量 即即Q Q0 0=G q=G q0 0轴功率功率=压缩机的机的质量流量量流量单位（位（质量流量的）理量流量的）理论功功 即即Pe=G wPe=G w0 0制冷系数制冷系数 =q=q0 0/w/w0 0质量流量量流量 G=G=V Vt t/v/v1 1 若若压缩机机转速、工作缸数不速、工作缸数不变，理，理论流量是流量是V Vt t是定是定值，则G G随随输气系数气系数和吸气比容和吸气比容v v1 1而而变实际生活中，各温度条件的生活中，各温度条件的变化是相互影响的化是相互影响的18-(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp1256tkt034tk54326q0q0不变单位制冷量q0输气系数吸气比容v1 qvQ019-(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp1256tkt034tk54326w0w0不变单位压缩功w0 吸气比容v1 wvP制冷系数制冷机轴功率变化情况：由于单位压缩功w0的增大率大于输气系数 减小率，故当蒸发温度降低时轴功率升高。20-问题：下列()会使冷凝温度tk增高。A.冷却水流量减少B.空气进入系统C.制冷装置工作时间长D.冷凝器换热面脏污E.冷却水温度降低F.冷剂量过多换热管浸于液体中切记：使冷凝效果下降或压缩机排气量升高的因素，都会使冷凝温度(压力)升高。反之降低。21-（1）冷凝温度tk变化的影响压缩机排出压力通常近似等于冷凝压力，其对应的饱和温度可近似的看做冷凝温度冷凝压力的大小是由压缩机的质量流量与冷凝器单位时间冷凝量的动态平衡关系所决定压缩机吸气压力高，质量流量增大，则冷凝压力会升高冷凝器换能力差，或冷凝器聚集了不凝气体，冷凝压力也会升高调节冷凝压力的方法主要是调节冷却介质的流量22-(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响hp蒸发温度t0时：1-2-3-4-5-6-1蒸发温度降低为t0时：1-2-2-3-4-5-6-6-11256tkt03426t0123-(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响ph1256tkt03426t01单位制冷量q0 吸气比容v1 制冷剂质量流量GQ0q0q024-(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响ph1256tkt03426t01w0w0P单位压缩功w0 制冷剂质量流量G 时，P最大制冷系数25-t0温度降低PTQ0制冷机轴功率变化情况：单位压缩功w0增大，但制冷剂的比容v1也增大，而不能直接判断。热力学分析表明：在达到某压力比pk/p0时(一般3左右),压缩机轴功率最大；通常制冷装置工作时压力比都大于3，故当蒸发温度降低时轴功率降低26-问题：下列()会使蒸发温度t0降低。A.冷库加入新食品B.蒸发器化霜C.膨胀阀开度调大D.压缩机工作缸数增加E.蒸发器风机转速降低F.蒸发器结霜加厚G.冷库库温降低H.压缩机皮带打滑切记：使蒸发器蒸发量下降或压缩机抽气量升高的因素，都会使蒸发压力下降。反之升高。(假设每一行程压缩机抽气量不变）27-（2）蒸发温度t0变化的影响蒸发温度对应于蒸发器中蒸发压力的饱和温度，由于吸气管压降不大，压缩机吸入压力可近似的看做是蒸发压力蒸发压力的大小是由蒸发器的蒸发量和压缩机质量流量间的动态平衡关系决定如果冷却介质温度降低、蒸发器供液不足或传热不良，则蒸发量减少，蒸发压力降低；反之，若蒸发器蒸发量大，则蒸发压力就高压缩机质量流量变化也会影响蒸发压力，容量可调的压缩机可调节质量流量来调节蒸发压力28-工况对压缩制冷的影响温度条件变化制冷量Q0轴功率Pe制冷系数冷凝温度蒸发温度当Pk/P03时29-回热器冷凝器21回热器44膨胀阀5蒸发器1回热循环Regeneration Cycle：利用气液换热器(回热器)使膨胀阀节流Throttle前的冷剂液体与压缩机吸入前的冷剂蒸气进行热量交换，是液体过冷、气体过热的工作循环。30-问题：在回热器中，为什么液态冷剂能向气态冷剂放热？压力温度焓值过冷度液态冷剂流过回热器时：气态冷剂流过回热器时：压力温度焓值过热度31-