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市场部制冷原理培训讲义1 制冷方法概述　　制冷技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的　　制冷作为一门科学是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体或流体冷却,使其温度降到环境温度以下，并保持这个低温　　这里所说的"冷"是相对于环境而言的灼热的铁放在空气中，通过辐射和对流向环境传热，逐渐冷却到环境温度它是自发的传热降温，属于自然冷却，不是制冷制冷就是从物体或流体中取出热量，并将热量排放到环境介质中去，以产生低于环境温度的过程　　机械制冷中所需机器和设备的总合称为制冷机制冷机中使用的工作介质称为制冷剂制冷剂在制冷机中循环流动，同时与外界发生能量交换，即不断地从被冷却对象中吸取热量，向环境排放热量制冷剂一系列状态变化过程的综合为制冷循环为了实现制冷循环，必须消耗能量所消耗能量的形式可以是机械能、电能、热能、太阳能或其它可能的形式.　　制冷技术的研究内容可以概括为以下三方面：①研究获得低温的方法和有关的机理以及与此相应的制冷循环，并对制冷循环进行热力学的分析和计算②研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供性能满意的工作介质机械制冷要通过制冷剂热力状态的变化才能实现。

所以，制冷剂的热物理性质是进行循环分析和计算的基础数据此外，为了使制冷剂能实际应用，还必须掌握它们的一般物理化学性质③研究实现制冷循环所必须的各种机械和技术设备，包括它们的工作原理、性能分析、结构设计，以及制冷装置的流程组织、系统配套设计此外，还有热绝缘问题，制冷装置的自动化问题，等等2．物质相变制冷 物质有三种集态气态、液态、固态物质集态的改变称之为相变相变过程中，由于物质分子的重新排列和分子热运动速度的改变，会吸收或放出热量这种热量称作潜热物质发生从质密态到质稀态的相变是将吸收潜热；反之，当它发生有质稀态向质密态的相变时，则放出潜热　　物质相变制冷是利用液体在低温下的蒸发过程及固体在低温下的熔化或升华过程向被冷却物体吸收热量---即制冷量因此，相变制冷分为液体气化制冷与固体熔化与升华制冷，由于液体自身具有流动性，液体气化制冷是广泛应用的液体汽化成蒸气的过程吸收热量，从而达到制冷的目的，为了使其连续不断地工作，成为一个循环，便必须使制冷剂在低压下蒸发汽化、蒸气升压、高压气体液化和高压液体降压　　蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸气喷射式和吸附式制冷都具备上述四个基本过程，属于液体汽化制冷。

液体蒸发制冷　　液体气化形成蒸汽，利用该过程的吸热效应制冷的方法称液体蒸发制冷　　当液体处在密闭的容器内时，若容器内除了液体和液体本身的蒸汽外不含任何其它气体，那么液体和蒸气在某一压力下将达到平衡这种状态称饱和状态如果将一部分饱和蒸汽从容器中抽出，液体就必然要再气化出一部分蒸汽来维持平衡我们以该液体为制冷剂，制冷剂液体气化时要吸收气化潜热，该热量来自被冷却对象，只要液体的蒸发温度比环境温度低，便可使被冷却对象变冷或者使它维持在环境温度下的某一低温　　为了使上述过程得以连续进行，必须不断地从容器中抽走制冷剂蒸汽，再不断地将其液体补充进去通过一定的方法将蒸汽抽出，再令其凝结为液体后返回到容器中，就能满足这一要求为使制冷剂蒸气的冷凝过程可以在常温下实现，需要将制冷剂蒸气的压力提高到常温下的饱和压力，这样，制冷剂将在低温低压下蒸发，产生制冷效应；又在常温和高压下凝结向环境温度的介质排放热量凝结后的制冷剂液体由于压力较高，返回容器之前需要先降低压力由此可见，液体蒸发制冷循环必须具备以下四个基本过程：制冷剂液体在低压下气化产生低压蒸汽，将低压蒸汽抽出并提高压力变成高压气将高压气冷凝为高压液体，高压液体再降低压力回到初始的低压状态。

其中将低压蒸汽提高压力需要能量补偿单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩式制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成其工作过程如下:制冷剂在压力温度下沸腾，低于被冷却物体或流体的温度压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将它压缩到冷凝压力，然后送往冷凝器，在压力下等压冷却和冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质(通常是水或空气)，与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或其他节流元件进入蒸发器在实际的制冷循环中，与理论循环是有差别的，例如:理论循环中没有考虑到制冷剂液体过冷和蒸气过热的影响;也没有考虑冷凝器蒸发器和连接各设备的管道中因制冷的流动而产生的压降;压缩机的实际过程也并非是等熵过程;系统中存在着不凝性气体等3．蒸气单级理论循环单级蒸气压缩式制冷系统如下图1所示它由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成其工作过程如下：制冷剂在蒸发压力下沸腾， 蒸发温度低于被冷却物体或流体的温度压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将它压缩到冷凝压力， 然后送往冷凝器，在冷凝压力下等压冷却和冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质（通常是水或空气） 与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或其它节流元件进入蒸发器。

当制冷剂通过膨胀阀时，压力从冷凝压力降到蒸发压力，部分液体气化，剩余液体的温度降至蒸发温度，于是离开膨胀阀的制冷剂变成温度为蒸发温度的两相混合物 混合物中的液体在蒸发器中蒸发，从被冷却物体中吸取它所需要的气化潜热混合物中的蒸气通常称为闪发蒸气，在它被压缩机重新吸入之前几乎不再起吸热作用 　　　　　　　　　　　　　在整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中低压力、冷凝器中高压力的作用，是整个系统的心脏； 节流阀对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量，从而达到制取冷量的目的； 冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸取的热量连同压缩机消耗的功所转化的热量的冷凝器中被冷却介质带走根据热力学第二定律， 压缩机所消耗的功（电能）起了补偿作用，使制冷剂不断从低温物体中吸热，并向高温物体放热，从而完整个制冷循环          　　各部件的作用 　　压缩机: 压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发器中低压、冷凝器中高压，是整个系统的心脏　　冷凝器: 是输出热量的设备，将制冷剂在蒸发器中吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量排放给冷却介质。

　　　　节流阀: 对制冷剂起节流降压作用，并调节进入蒸发器的制冷剂流量　　蒸发器: 是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量，从而达到制冷的目的        　　压焓图： 　　压焓图的结构如下图2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 　　图中临界点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 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，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（湿蒸气状态）图中共有 六种等参数线簇：　　等压线----水平线；　　等焓线----垂直线；　　等温线----液体区几乎为垂直线两相区内，因制冷剂状态的变化是在等压、等温下进行，故等 温线与等压线重合，是水平线过热蒸气区为向右下方弯曲的倾斜线；　　等熵线----向右上方倾斜的实线；　　等容线----向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦；　　等于度线----只存在于湿蒸气区域内，其方向大致与饱和液体线或饱和蒸气线相近，视干度大小而定。

　　    各部件的作用 制冷循环过程在压焓图上的表示 　　单级蒸气压缩制冷理论循环工作过程可清楚地表示在压焓图上，如图3所示对于最简单的理论循环（或称简单的饱和循环），离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气是处于蒸发 压力下的饱和蒸气； 离开冷凝器和进入膨胀阀的液体是处于冷凝压力下的饱和液体；压缩机的压缩过程为等熵压缩； 制冷剂通过膨胀阀节流时，其前、后焓值相等；制冷剂在蒸发和冷凝过程中没有压力损失； 在各设备的连接管道中制冷剂不发生状态变化；制冷剂的冷凝温度等于冷却介质温度， 蒸发温度等于被冷却介质的温度显然，上述条件与实际循环是存在着偏差的， 但由于理论循环可使问题得到简化，便于对它们进行分析研究，而且理论循环的各个过程均是 实际循环的基础，它可作为实际循环的比较标准，因此仍有必要对它加以详细的分析与讨论　　现将图3中各状态点及各个过程叙述如下：　　点1表示制冷剂进入压缩机的状态它是对应于蒸发温度T0的饱和蒸气根据压力与饱和温度的对应关系， 该点位于 的等压线与饱和蒸气线（x=1）的交点上 　　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3表示制冷剂出冷凝器时的状态它是与冷凝温度 所对应的饱和液体过程线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  单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算    　　在进行制冷循环的热力计算之前,首先需要了解系统中各设备内功和热量的变化情况,然后再对循环的性能指标进行分析和计算　　根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，稳定流动的能量方程可表示为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1) 　　式中 Q 和 P 是单位时间内加给系统的热量和功;qm是流进或流出该系统的稳定质量流量；h是比焓;下标1和2分别表示流体流进系统和离开系统的状态点.当热量和功朝向系统时,Q 和 P 取正值. 　　(1) 节流阀 　　制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功, P=0,故方程式(1)变为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)因此，可认为节流前后其值不变.节流阀出口处（点4）为两相混合物，它的焓值也可由下式表示：　　式中 hf0 和hg0 分别为蒸发压力p0 下饱和液体和饱和蒸汽的焓值；x4 为制冷剂出节流阀时的干度将上式移项并整理得　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3） 　　点4比容。