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实验 6 蒸汽压缩制冷（热泵）装置性能实验一、实验目的1. 了解蒸汽压缩制冷（热泵）装置学习运行操作的基本知识2. 测定制冷剂的制冷系数掌握热工测量的基本技能3. 分析制冷剂的能量平衡二、实验任务1. 测定水冷式单级蒸汽压缩制冷系统的制冷系数2. 了解壳管式换热器的性能，节流阀的调节方法和性能3. 了解热泵循环系统的流程和制热系数的概念三、实验原理该系统是由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器组成，制冷机的作用是从低温物体中取出热量、并将它传给周围介质热力学第二定律指出： “不可能使热量由低温物体传向高温物体而不引起其他的变化” 本实验用制冷装置，需要消耗机械功用工质进行制冷循环，从而获得低温蒸汽压缩制冷循环的经济性可用制冷系数ε来评价鉴于实际设备存在的各种实际损失，故ε值可分为“理论制冷系数”和“实际制冷系数” 图 6-1 蒸汽压缩制冷循环1. 理论制冷系数图 6-1 为蒸汽压缩制冷循环的 T-S 图1-2 未压缩过程， 2-3-4 为制冷剂冷凝过程， 4-5为节流过程， 5-1 为吸热蒸发理论制冷系数ε为理论制冷量q2 和理论功 w 之比：ε = q /w = ( h -h) / (h -h1)21422.实际制冷系数实际制冷系数是指制冷机有效制冷能力Q0 与实际消耗的电功率 N 之比：εγ0=εηｉｍｄηｍ０=Q/Nηη式中η ｉ 为压缩机的指示效率，ηｍ为压缩机的机械效率；ηｄ为传动装置效率；ηｍ０ 为电机效率。

实际制冷系数约为理论制冷系数的1/2 ～ 2/33. 工作原理1）工作过程单级蒸汽压缩制冷系统，是由制冷压缩机、 冷凝器、蒸发器和节流阀四个基本部件组成它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化， 与外界进行热量交换 制冷系统的基本原理液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后， 汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、 压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质 ( 水或空气 ) 放热，冷凝为高压液体、 经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件， 这当中蒸发器是输送冷量的设备 制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷 压缩机是心脏， 起着吸入、 压缩、输送制冷剂蒸汽的作用冷凝器是放出热量的设备， 将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走节流阀对制冷剂起 节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。

实际制冷系统中，除上述四大件之外，常常有一些辅助设备， 如电磁阀、 分配器、 干燥器、 集热器、 易熔塞、 压力控制器等部件组成，它们是为了提高运行的经济性，可靠性和安全性而设置的制冷系统的组成：制冷系统的循环过程：压缩过程冷凝过程节流过程蒸发过程理论循环：1－ 2：压缩过程2－ 2’：冷却过程2’－ 3：冷凝过程3－ 4：节流过程4－ 1：蒸发过程1-2 质量m1 气体压缩：p1p22-3 m1 (V2V3 ) /V2 气体拍向储气罐3-4 m1V3/ V2 参与气体膨胀P2P14-1 m1 (V1V4 ) /V1 气体吸入气缸3）排气压力对压气机的影响冷系统运行时，其排气压力与冷凝温度相对应，而冷凝温度与其冷却介质的流量和温度、制冷剂流入量、冷负荷量等有关在检查制冷系统时，应在排气管处装一只排气压力表， 检测排气压力，作为分析故障资料 1） 排气压力高的因素 当排气压力高于正常值时，一般有冷却介质的流量小或冷却介质温度高、制冷剂充注量过多、冷负荷大及膨胀开启大等以上因素会引起系统的循环流量增加， 冷凝热负荷也相应增加 由于热量不能及时全部散出，引起冷凝温度上升，而所能检测到的是排气 （冷凝） 压力上升。

在冷却介质流量低或冷却介质温度高的情况下，冷凝器的散热效率降低而使冷凝温度上升 在冷却介质流量低或冷却介质温度高的情况下，冷凝器的散热效率降低而使冷凝温度上升 对于制冷剂充注量过多的原因， 是多余的制冷剂液占据了一部分冷凝管，使冷凝面积减少，引起冷凝温度上升 2） 排气压力低的因素 排气压力低于正常值，其因素有压缩机效率低、制冷剂量不足、冷负荷小、膨胀阀开度小，过滤器不畅通，包括膨胀阀过滤网以及冷却介质温度低等以上几种因素都会引起系统的制冷流量下降、冷凝负荷小，使冷凝温度下降从上述的吸气压力与排气压力与排气压力变化情况看，两者有密切的关系在一般情况下，吸气压力升高， 排气压力也相应上升；吸入压力下降， 排气压力也相应下降也可从吸气压力表的变化估计出排气压力的大致情况知识点部分要有传热及换热器的容！已改2）换热器：管壳式换热器为例管壳式换热器由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，管壳式换热器在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势通常管壳式换热器的工作压力可达 4 兆帕，工作温度在 200 ℃以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。

一般壳体直径在 1800 毫米以下，管子长度在 9 米以下 , 在个别情况下也有更大或更长的工作原理和结构 图 1 [ 固定管板式换热器 ]为固定管板式换热器 的构造 A 流体从接管1 流入壳体，通过管间从接管2流出B流体从接管 3 流入 , 通过管从接管4 流出如果 A 流体的温度高于B 流体 , 热量便通过管壁由A流体传递给 B 流体；反之，则通过管壁由B 流体传递给 A 流体壳体以、管子和管箱以外的区域称为壳程，通过壳程的流体称为壳程流体(A 流体 ) 管子和管箱以的区域称为管程,通过管程的流体称为管程流体(B流体 ) 管壳式换热器主要由管箱、管板、管子、壳体和折流板等构成通常壳体为圆筒形; 管子为直管或 U 形管为提高换热器的传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转45°和同心圆形等多种形式，前3 种最为常见按三角形布置时，在相同直径的壳体可排列较多的管子，以增加传热面积， 但管间难以用机械方法清洗，流体阻力也较大 管板和管子的总体称为管束管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种在管束中横向设置一些折流板，引导壳程流体多次改变流动方向，有效地冲刷管子，以提高传热效能，同时对管子起支承作用。

折流板的形状有弓形、 圆形和矩形等 为减小壳程和管程流体的流通截面、加快流速， 以提高传热效能，可在管箱和壳体纵向设置分程隔板，将壳程分为2 程和将管程分为2程、4程、6程和 8程等管壳式换热器的传热系数，在水- 水换热时为1400 ～ 2850瓦每平方米每摄氏度〔W/(m( ℃ ) 〕; 用水冷却气体时 , 为 10～ 280W/(m(℃) ；用水冷凝水蒸汽时,为 570～4000W/(m(℃ ) 管壳式换热器特点 ：管壳式换热器是换热器的基本类型之一，19 世纪 80年代开始就已应用在工业上这种换热器结构坚固,处理能力大、选材围广，适应性强，易于制造,生产成本较低， 清洗较方便， 在高温高压下也能适用 但在传热效能、 紧凑性和金属消耗量方面不及板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器等高效能换热器先进管壳式换热器分类： 管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、Ｕ型管式换热器、双重管式换热器、填函式换热器和双管板换热器等前3 种应用比较普遍3）对流换热热对流： 流体中温度不通过的各部分之间， 由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象热对流必然同时伴随着热传导，自然界不存在单一的热对流。

对流换热： 对流换热是流体通过与其温度不同的固体壁面时发生的热量传递过程对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热，不是基本传热方式对流换热系数 h(w 2)A(t w t f )mkh 不是物性参数，是受多种因数影响的复杂函数四、试验方法1、实验前必。