制冷原理一

第一章 制冷原理,制冷原理,热工基础知识 蒸汽压缩式制冷 单级蒸汽压缩式制冷理论循环,第一章 制冷原理- 目录,摄氏温度tc（oC） 华氏温度tF（oF） 绝对温度T（K） tc=5(tF-32)/9 T= tc +273.15,热工基础知识 - 温度,温度是表示物体冷热程度的量度。,压力P（Pa）=F（N）/S（m2） 绝对压力Pa 相对压力Pg =绝对压力-大气压力 1标准大气压（atm）=1.01x105 （Pa ） 常用压力单位： M Pa , k Pa , mmH2O , mmHg , bar , psi,热工基础知识 - 压 力,工程上把单位面积上所受的垂直作用力称为压力。,密度 kg/m3 比容 m3/kg 质量流量 kg/s 体积流量 m3/s,热工基础知识 - 其它常用基本参数,热能-物质分子运动的动能 热量-热能转移的度量 焦耳（J），千焦耳（kJ） Btu 英制热量单位 1Btu=1.055kJ=0.252kcal 1kWh=3600kJ 质量比热 一kg物体温度升高1K所吸收的热量 水在常温时的Cp=4.1868kJ/kg. 干空气的定压比热Cp=1.005kJ/kg. 热流，功率 kW , Btu/h,热工基础知识 - 热 量,内能u=动能+势能 焓i=气体内能+推动功 i=u+P（比焓-kJ/kg） 焓是用来表示物质系统能量状态的一个参数。 熵是表征工质状态变化时，与外界换热程度的一个导出的热力状态参数。 S2 - S1 =q / T（比熵-kJ/kg.K） S2 S1 吸热 S2 S1 放热,热工基础知识 - 焓和熵,热力学第一定律 能量既不能创造，也不能消亡，而只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转变成另一种形式。 在任何发生能量转换的热力过程中，转换前后能量的总量维持恒定。 热能和机械能是可以相互转换的。,热工基础知识 - 基本物理定律,热力学第二定律 热量自发地从高强度体流向低强度体。 热量自发地从高温流向低温。 不可能把热量从低温物体传至高温物体而不需要附加条件。,热工基础知识 - 基本物理定律,查理定律 压力一定时，气体的体积与温度成正比； 体积一定时，气体的压力与温度成正比。,热工基础知识 - 基本物理定律,热工基础知识 - 物质的三态及变化,固体,液体,气体,熔解,凝固,液化,汽化,升华,固化,热工基础知识 - 传热和隔热,热量传递的三种基本形式： 导热：同一物体的不同部分之间和相互接触的不同 物体之间。 对流：流体与固体表面之间或流体内部，流体运动。 辐射：热辐射，电磁波。,传热：一种流体通过一定厚度的固体将热量传给另 一种流体。,热工基础知识 - 导热材料和隔热材料,导热材料 铜 铝 钢 玻璃 水 空气 导热系数（W/(m.K)） 385 204 56 0.79 0.59 0.022,隔热材料 泡沫橡塑 玻璃棉 聚乙烯 硬质聚氨脂 导热系数（W/(m.K)） 0.034 0.042 0.038 0.028 隔热材料要求: 导热系数小，密度小，吸水性差，耐火性好，价格低。,热工基础知识 - 显 热,加热,水,大气压,热工基础知识 - 潜热、蒸发和沸腾,水沸腾 水变成水蒸汽,大气压,热工基础知识 - 饱和、过冷和过热,212°F,大气压 容器内汽液共存,212°F,100°C,100°C,汽体,液体,热工基础知识 - 饱和液体和蒸汽、过冷液体和过热蒸汽热力性质,热工基础知识 - 饱和液体和蒸汽、过冷液体和过热蒸汽热力性质,热工基础知识 - 升高饱和点,水沸腾,压力锅防止蒸汽逃逸。 液体表面压力升高使液体的沸点升高,1.208bar 105°C,热工基础知识 - 降低饱和点,水沸腾,真空泵将空气抽出容器。 液体表面压力降低使液体的沸点降低。,0.008129bar 4°C,真空泵,热工基础知识 - 制冷的基本热力学原理,制冷机,高温热源TH,QC,QH,W,QC+W=QH = QC / W,低温热源TC,什么是制冷?,液体汽化制冷 蒸汽压缩式 吸收式,热工基础知识 - 制冷方法,气体膨胀制冷,涡流管制冷,热电制冷,蒸汽压缩式制冷,Q,20oC,520.22kPa , 7oC R22饱和液体,520.22kPa(表压) 7oC饱和蒸汽,Q,1432.5 kPa,40oC饱和液体,（Q=Q）+W=Q1,30oC,Q1,1432.5kPa,55oC过热蒸汽,W,30oC,蒸汽压缩式制冷,冷凝器,压缩机,节流阀,1,3,4,图2-1 循环图,2,蒸汽压缩式制冷 - 制冷剂,在工作温度范围内能够汽化和凝结并有适当的压力和压力比。,单位质量制冷量和单位容积制冷量比较大。,无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。,化学稳定性和热稳定性好，对材料的腐蚀性小，与润滑油相容。,导电性小。,导热系数大。,粘度、比重尽量小。,压缩终了温度不太高。,单位容积压缩功小。,无机化合物：NH3(R717)、H2O(R718)、 CO2(R718)。,氟里昂：CFCl3(R11)、CF2Cl2(R12)、 CHF2Cl(R22) 。,环境可接受性好：ODP与GWP值必须为0或尽可能小。,价格便宜、来源广。,蒸汽压缩式制冷 - 制冷剂,压 力,焓,汽液混合,饱和液体线,饱和汽体线,临界点,100% 液体,100% 汽体,20% 液体, 80% 汽体,单级蒸汽压缩式制冷理论循环 - 压 - 焓图,压 力,焓,t等温线,等容线,s等熵线,p等压线,x等干度线,h等焓线,单级蒸汽压缩式制冷理论循环 - 压 - 焓图,详见: ASHRAE Handbook-Chapter 20,单级蒸汽压缩式制冷理论循环 - 压 - 焓图,单级蒸汽压缩式制冷理论循环 - 压 - 焓图,单级蒸汽压缩式制冷理论循环,压 力kPa,焓kJ/kg,进入蒸发器R22汽液两相,621.22,t1=7oC,1,h1=249.686,x1=0.2,压 力kPa,焓kJ/kg,蒸发器,621.22,x1=0.2,制冷剂从负荷吸收热量，温度和压力不变，变成饱和蒸汽,x2=1,单级蒸汽压缩式制冷理论循环,1,2,h1=249.686,t1-2=7oC,压 力kPa,焓kJ/kg,蒸发器,621.22,制冷剂焓差为单位质量制冷量qo= h2- h1,h2= 407.831,h1=249.686,单级蒸汽压缩式制冷理论循环,x1=0.2,x2=1,1,2,t1-2=7oC,单位容积制冷量qv= qo / 2,压 力kPa,焓kJ/kg,压缩机,621.22,h2= 407.831,h1=249.686,单级蒸汽压缩式制冷理论循环,x1=0.2,x2=1,1,2,3,1533.5,压缩理论比功wo= h3- h2,t1-2=7oC,压 力kPa,焓kJ/kg,冷凝器,621.22,h2= 407.831,h1=249.686,单级蒸汽压缩式制冷理论循环,x1=0.2,x2=1,1,2,3,1533.5,制冷剂把热量传给外界,变成饱和液体,t1-2=7oC,4,5,t4-5=40oC,q= h3- h5,压 力kPa,焓kJ/kg,621.22,h2= 407.831,h1=249.686,单级蒸汽压缩式制冷理论循环,x1=0.2,x2=1,1,2,3,1533.5,绝热节流,t1-2=7oC,4,5,t4-5=40oC,s5=1.167kJ/kg.K,h5= h1,压 力,焓,冷凝器,压缩机,节流装置,蒸发器,制冷剂从负荷吸收热量 qo,制冷剂把热量 传给外界 q,压缩机输入理论比功 wo,q=qo+wo o= qo / wo =7.01,单级蒸汽压缩式制冷理论循环,压 力,焓,单级蒸汽压缩式制冷理论循环,1,2,4,3,1,2,3,h1,h2,h2,h3,h3,蒸发温度对循环性能的影响,te,te,蒸发温度下降,单位质量制冷量下降,单位容积制冷量迅速下降,压缩理论比功增加,制冷系数下降,压 力,焓,单级蒸汽压缩式制冷理论循环,1,2,4,3,4,1,3,h1,h1,h2,h3,h3,冷凝温度对循环性能的影响,tc,tc,冷凝温度升高,单位质量制冷量下降,单位容积制冷量下降,压缩理论比功增加,制冷系数下降,蒸汽压缩式制冷,蒸汽压缩式制冷,利用制冷剂液体在气化时（蒸发时）产生的吸热效应，达到制冷目的。,液体蒸发制冷的特征,液体蒸发制冷构成循环的四个基本过程是：,制冷剂液体在低压（低温）下蒸发，成为低压蒸气 将该低压蒸气压缩为高压蒸气 将高压蒸气冷凝，使之成为高压液体 高压液体降低压力重新变为低压液体，返回到从而完成循环。,蒸汽压缩式制冷,蒸气压缩式制冷系统的构成,压 缩 机 热 交 换 设 备 节 流 机 构 管 道 各 种 控 制 阀 辅 助 部 件,蒸气压缩式制 冷系统的构成,第一章 制冷原理,Any Questions?,第一章 制冷原理,Thanks!,