蒸汽压缩式制冷的原理和工况教学课件PPT 31页

'第一节蒸汽压缩式制冷的原理和工况 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；当气体液化时要放热。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压力，这时的温度称为该压力所对应的饱和温度温度越高，饱和压力也越高，反之亦然 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腾 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，气体称为饱和蒸汽，液体称为饱和液体，二者的混合物称为湿蒸汽干度—饱和蒸汽在湿蒸汽中所所占的质量比例称为干度干饱和蒸汽—液体全部气化后，干度为1的干饱和蒸汽 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—干饱和蒸汽温度继续升高即成为过热蒸汽过热度—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—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过冷度—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 蒸汽压缩式制冷的原理2、压缩制冷的基本循环由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成。用管道将它们连接成一个密封系统 液压制冷的基本循环基本元件的功用：膨胀阀—使流过的冷剂节流降压，控制冷剂的流量蒸发器—使流经其中的冷剂吸热汽化压缩机—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—使送来的冷剂气体冷却并液化 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的制冷剂，经膨胀阀节流进入蒸发器盘管，在较低的蒸发压力下吸热汽化，来实现制冷。 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，然后经膨胀阀等焓节流进入蒸发器。 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压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。 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压部分。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 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：制冷剂的蒸发温度冷凝温度吸气过热度膨胀阀前的液体过冷度影响最大的是蒸发温度和冷凝温度 焓焓的表达式：H=U+PV物理意义：工质所处状态具有的总能量。根据它的表达式，可以知道是焓是一个状态参数。在热力设备中，工质总是不断地从一个地方流到另一个地方，随着工质不断地流动，所转移的能量就是焓。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 压焓图的结构如下图所示。以绝对压力为纵坐标（为了缩小图的尺寸，提高低压区域的精度，通常纵坐标取对数坐标），以焓值为横坐标。临界点K左边的粗实线为饱和液体线，线上的任何一点代表一个饱和液体状态，干度x=0。临界点K右边的粗实线为饱和蒸气线，线上任何一点代表一个饱和蒸气状态，干度x=1。这两条粗实线将图分为三个区域：饱和液体线的左边为过冷液体区，过冷液体的温度低于相同压力下饱和液体的温度；饱和蒸气线的右边是过热蒸气区，该区域内的蒸气称为过热蒸气，它的温度高于同一压力下饱和蒸气的温度；两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区域内处于气、液混合状态（湿蒸气区）。 过程线1-2表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程，压力由蒸发压力升高到冷凝压力。因此该点可通过1点的等熵线和压力为冷凝压力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。点2表示制冷剂出压缩机时的状态，也就是进冷凝器时的状态。点1表示制冷剂进入压缩机的状态。 过程线2-2"-3表示制冷剂在冷凝器内的冷却（2-2"）和冷凝（2"-3）的过程。由于这个过程是在冷凝压力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，冷凝压力的等压线和x＝0的饱和液体线的交点即为点3的状态。点3表示制冷剂出冷凝器时的状态。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，制冷剂的压力由冷凝压力降到蒸发压力，温度由冷凝温度降到蒸发温度，并进入两相区。由于节流前后制冷剂的焓值不变，因此由点3作等焓线与蒸发压力的等压线的交点即为点4的状态。由于节流过程是一个不可逆过程，所以用一虚线表示3-4过程。 过程线4-1表示制冷剂在蒸发器中的气化过程。由于这一过程是在等温、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，制冷剂的状态沿蒸发压力的等压线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。ＱＰ 单级制冷压缩机的工况和性能曲线工况参数对制冷装置性能的影响制冷量=压缩机的质量流量×单位（质量流量的）制冷量即Q0=G×q0轴功率=压缩机的质量流量×单位（质量流量的）理论功即Pe=G×w0制冷系数ε=q0/w0质量流量G=λVt/v1若压缩机转速、工作缸数不变，理论流量是Vt是定值，则G随输气系数λ和吸气比容v1而变实际生活中，各温度条件的变化是相互影响的 19(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp1256tkt034t´k5´4´3´2´6´q´0q0不变单位制冷量q0输气系数吸气比容v1qvQ0 20(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp1256tkt034t´k5´4´3´2´6´w0w´0不变单位压缩功w0吸气比容v1wvP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。 21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。 （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 23(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t´0时：1´-2´-2-3-4-5-6-6´-1´1256tkt0342´6´t´01´ 24(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响ph1256tkt0342´6´t´01´单位制冷量q0吸气比容v1制冷剂质量流量GQ0q0’q0 25(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响ph1256tkt0342´6´t´01´w0´w0P单位压缩功w0制冷剂质量流量G时，P最大制冷系数 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 27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） （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 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ε冷凝温度↑↓↑↓蒸发温度↓↓当Pk/P0>3时↓↓ 回热器冷凝器2’1’回热器44’膨胀阀5’蒸发器1回热循环[RegenerationCycle]：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。 31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'