制冷与低温技术原理第三章蒸气压缩式制冷.ppt
第三章 蒸气压缩式制冷3.1 可逆制冷循环,压缩式制冷热力学原理概述 补偿能提供给压缩机，E-W,3.1 可逆制冷循环,制冷循环的性能系数COP和循环效率 COP=收益能量/补偿能量 制冷：热泵：循环效率（热力完善度）：（1）可以评价循环的完善度，也可以评价不同类型制冷机的完善度；（2）COP，EER，的定义在实际上是不同的，具体应用应该根据标准；（3）性能还可用SEER来评价。,3.1 可逆制冷循环,逆卡诺制冷循环逆卡诺循环的性能系数仅与TH和TL有关，与工质无关。,3.1 可逆制冷循环,意义：（1）制冷机的性能与热源和热汇的温度条件有关-与工况有关；（2）只有在指明工况的条件下，才能用COP评价制冷机的优劣，才能比较不同的制冷机性能；（3）可以直接评价和比较各种制冷循环（因为在相同的工况条件下）。,3.1 可逆制冷循环,劳伦次循环（2个变温过程和2个等熵过程组成）劳伦次循环的性能系数与在 工况条件下的卡诺循环相等，因此为最理想的变温源（汇）热力学循环。,3.2 单级压缩式制冷的理论循环,系统简图 忽略与循环图无关的部件。1：压缩机；2.冷凝器；3.膨胀阀；4.蒸发器 工作过程；,3.2 单级压缩式制冷的理论循环,制冷剂的状态图 作用（1）通过已知的状态参数求未知的状态参数；（2）表示热力过程，进行热力过程和循环分析。T-s图，p-h图（尤为重要）,3.2 单级压缩式制冷的理论循环,理论循环：假定：（1）恒定，制冷剂在相变传热过程中没有传热温差，即（2）不计过热度和过冷度；（3）除膨胀装置和压缩机外，制冷剂流经其他部件和管道没有压力变化；（4）除换热器外，其他部件和管道与外界没有热交换；（5）压缩过程为可逆的等熵绝热压缩过程。,3.2 单级压缩式制冷的理论循环,制冷循环过程在状态图上的表示,3.2 单级压缩式制冷的理论循环,理论循环特性（热力计算-用控制体方法）意义：（1）理论循环并非可逆循环；（2）最大限度地排除系统本身的不完善度，已是在给定 条件下具有的最好热力性能；（3）循环的热力性能仅与 和制冷剂有关。作用：,3.3 单级压缩式制冷的实际循环,实际循环与理论循环的比较（热力过程）,3.3 单级压缩式制冷的实际循环,各种实际因素对循环的影响（1）过冷度（作用、获得方法）,3.3 单级压缩式制冷的实际循环,（2）过热度 原因：干式蒸发器、吸气管道、压缩机、回热器 作用：排温、W、Qk、v1、qm、润滑油、制冷量和COP（有用过热、无用过热）必须有过热度的场合：,3.3 单级压缩式制冷的实际循环,管道压力和热交换（1）吸气管；（2）排气管（3）高压液管；（4）低压液管压缩机与压缩过程的不可逆相变传热不可逆其他因素（润滑油、水分和不凝气体等）,3.3 单级压缩式制冷的实际循环,实际循环的热力计算（书上有例题）,3.3单级压缩式制冷的实际循环-单级压缩式制冷机的变工况特性,冷凝温度变化的影响（讨论对的影响）,3.4 单级压缩式制冷机的变工况特性,蒸发温度的影响（书上写的2点注意）,3.4 制冷剂,分类：（1）是否是纯质：单一或混合制冷剂；（2）化学类别：无机物、氟利昂、碳氢化合物；（3）物质来源：人工或天然制冷剂命名：R+数字（1）无机物：R7（摩尔分子量）氨：R717；H2O：R718；CO2：R744（2）氟利昂（最好还是查表）烷烃化合物(CmHnFxClyBrz)：R(m-1)(n+1)(x)(z)二氟一氯甲烷（CHF2Cl）：R22；丙烷（C3H8）：R290,3.4 制冷剂,（3）共沸混合物：5()()-按命名次序（4）非共沸混合物：4()()-按命名次序选用三原则：（1）制冷性能：取决于制冷剂的热物性。要求：Pk不能太高，Po不能太低，压比小，qo大，排温低，COP高，传热好，流动性好。（2）实用性：化学稳定性，热稳定性，无腐蚀，不与润滑油产生不良反应。安全性：无毒，不易爆炸。来源广，价廉。（3）环境可接受性：对臭氧层破坏程度（最好为零）；对温室效应的影响（越少越好）。,3.4制冷剂-性质,热力性质：（1）饱和蒸汽压力曲线-各种制冷剂的曲线形状大致相同，但位置不同。ts:制冷剂划分的标准。,3.4 制冷剂-性质,（2）临界温度tc 它是制冷剂不可能加压液化的最低温度。Ts/Tc约为0.6，意义：。希望：pk与pc之间距离越大越好。（3）粘性、导热性和比热容 粘性：温度越高，粘性越小。导热率：不受压力变化影响或者影响很小；气体随温度升高而增加，液体随温度升高而减少。比热容可查表或者用程序计算。,3.4 制冷剂-性质,环境影响指数（1）臭氧影响指数（ODP）：规定R11为1，2030年要全部为零。（2）温室影响指数：基准：CO2：GWP；R11：HGWP。HGWP=3500GWP。越小越好。物理和化学性质：（1）安全性；（2）电绝缘性；（3）热稳定性和与材料的相容性，以氨、R22为例。（4）与润滑油的互溶性；（5）溶水性；（6）参透性。,3.4 制冷剂-混合制冷剂,定义基本概念：（1）非共沸混合物、共沸混合物、近共沸混合物：温度滑移（2）分馏：易挥发的先蒸发，不易挥发的优先冷凝造成的成分变化。,3.4 制冷剂-混合制冷剂,混合制冷剂的性质与使用（1）性质：改变热物性和理化指标、降低排温。（2）使用：目的：环保、提高热力性能，增加运行安全性。选择原则：在环保、热力性能大致相当情况下，优先共沸、近共沸、共沸。原因：泄露会造成成分改变。一般非共沸制冷剂传热比较差。,3.4 制冷剂-实用制冷剂,天然制冷剂环保最好，但是通常有些热力性能和工作安全性的问题。氟利昂通常热力性能好，价格贵，并注意环保问题。氟利昂：（1）ODP要求的替代：R11-R123，R245ca，R245fa R12-R134a R22-R407C，R410A，R410B R502-R404A,R507,3.4 制冷剂-实用制冷剂,天然制冷剂（1）水：不适合压缩式，吸收式用（2）氨：热力性能好，有毒易爆，k高，臭。（3）CO2：价廉环保，qo高，传热和流动性好；但是工作压力高，tc低。,3.4 制冷剂-制冷剂热力性能计算,查表查图利用程序计算,3.5 采用混合制冷剂的单级蒸气压缩式制冷循环,理论循环 对于非共沸制冷剂，它的冷凝和蒸发过程为等压非等温的换热过程，温度变化如图所示。可以部分实现劳伦次循环。,3.5 采用混合制冷剂的单级蒸气压缩式制冷循环,实际循环（1）冷凝和蒸发过程中流动阻力对温度滑移的影响：两者不一样；（2）成分偏移：由于气相和液相的成分不一样，因此可能造成实际系统的成分与理想的不同。原因：生产和充灌工艺；运行过程中高压区和低压区所占比例不同；泄露；与润滑油的互溶。这些也是尽量采用纯质和近共沸的原因。,3.6 多级压缩制冷循环,为什么要采用？在to大幅减少，to 和tk相差较大时，如仍用单级压缩，会产生以下问题：（1）制冷量大幅减少（质量输气量和单位制冷量）（2）运行安全性减少（排气温度、离心式压缩机、负压）（3）经济性减少（压缩机的效率、耗功与压力不是线性关系）（4）超出制冷剂工作温度范围解决方法：（1）在制冷剂工作温度范围内，采用多级压缩制冷循环；（2）在制冷剂工作温度范围外，采用复叠式制冷。,3.6 多级压缩制冷循环,分类方法：节流级数，中间是否是完全冷却，液体是否过冷？一级节流、中间完全冷却的两级压缩循环（多用于氨系统）系统简图，循环图，热力计算（注意两级压缩机流量不一样）,3.6 多级压缩制冷循环,一次节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环（多用于氟利昂系统）（热力计算方法同上）,3.6 多级压缩制冷循环,获得两种蒸发温度的两级压缩制冷循环（E1制冷性能高，减少低压级压缩机尺寸，E2工作条件）,3.6 多级压缩制冷循环,中间压力的确定两种情况（1）已选配好高、低压压缩机，求pm;（2）从循环出发，根据最佳的COP，求两级压缩机的排量。,
