制冷原理讲义ppt课件.ppt
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1、制冷技术手册,第一章 制冷原理,HVAC&R,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冷水机组工作原理简介单级蒸汽压缩式制冷实际循环,第一章 制冷原理-目录,摄氏温标tc(oC)华氏温标tF(oF)绝对温标T(K)tc=5(tF-32)/9T=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(相对)真空度=大气压力-绝对压力(真空度)1标准大气压(atm)=1.01x105(Pa)1工程大气压(kgf/cm2)=0.981x105(Pa)Pa=Pg+B(当地大气压)常用压力单位:
2、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,lb/ft3比容质量流量体积流量CMH,CFM,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=0.252kcal1kWh=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
3、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
4、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。导热系数(W/m.oC),Q=/.F.t放热系数(W/m2.oC),Q=.F.t传热系数K(W/m2.oC),Q=K.F.tK=1/(1/1+/+1/2)
5、,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结构 闭孔 开孔 闭孔 半开孔燃烧性能 难燃B1级 不燃A级 难燃B2级 难燃B2级 密度(kg/m3)64 48 40 40机械强度 中 低 中 高隔热材料要求: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-
6、饱和、过冷和过热,212F,大气压容器内汽液共存,212F,100C,100C,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,1.208bar105C,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。,0.008129bar4C,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
7、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,30oC,30oC R22饱和液体,Q=0,真空,30oC,蒸汽压缩式制冷,25oC,20oC R22饱和液体,Q=0,809.93kPa(表压)饱和蒸汽,Q0,30oC,蒸汽压缩式制冷,7oC,7oC R22饱和液体,520.22kPa(表压)饱和蒸汽,Q=0,Q=0,30oC,蒸汽压缩式制冷,Q0,20oC,Q0,Q=Q,7oC R22饱和液体,520.22kPa(表压)饱和蒸汽,30oC,蒸汽压缩式制冷,Q=0,30oC,30oC R22饱和液体,1091.9kPa(表压)饱和蒸汽,Q=0,30oC,蒸汽
8、压缩式制冷,Q0,20oC,Q0,Q=Q=Q”,Q”0,7oC R22饱和液体,520.22kPa(表压)饱和蒸汽,30oC,蒸汽压缩式制冷,Q0,20oC,7oC R22饱和液体,520.22kPa(表压)饱和蒸汽,Q0,Q”0,Q=Q=Q”,30oC,蒸汽压缩式制冷,Q0,20oC,Q0,Q”0,7oC R22饱和液体,520.22kPa(表压)饱和蒸汽,30oC,Q=Q=Q”,蒸汽压缩式制冷,Q,20oC,7oC R22饱和液体,520.22kPa(表压)饱和蒸汽,Q,520.22kPa(表压)过热蒸汽,Q”,Q=Q=Q”,30oC,30oC,蒸汽压缩式制冷,Q,20oC,7oC R22
9、饱和液体,520.22kPa(表压)饱和蒸汽,Q,520.22kPa(表压)7oC饱和液体,Q”,Q=Q=Q”=Q1,-5oC,Q1,30oC,蒸汽压缩式制冷,Q,20oC,7oC R22饱和液体,520.22kPa(表压)饱和蒸汽,Q,ToC饱和液体,30oC,Q1,PT饱和蒸汽,30oC,蒸汽压缩式制冷,Q,20oC,7oC R22饱和液体,520.22kPa(表压)饱和蒸汽,Q,40oC饱和液体,Q”,Q+W=Q1,30oC,Q1,1432.5kPa饱和蒸汽,W,30oC,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,
10、Q,1432.5kPa,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-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
11、:ODP与GWP值必须为0或尽可能小。,价格便宜、来源广。,详见:ASHRAE Handbook-Chapter 19,蒸汽压缩式制冷-制冷剂,压 力kPa,焓,热容量kJ/kg(Btu/lb.),单级蒸汽压缩式制冷理论循环-压-焓图,此图针对单位质量制冷剂,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
12、-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,2=0.03798m3/kg,x
13、1=0.2,x2=1,1,2,t1-2=7oC,s2=1.74kJ/kg.K,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,2=0.03798m3/kg,x1=0.2,x2=1,1,2,3,1533.5,压缩理论比功wo=h3-h2,t1-2=7oC,s2=1.74kJ/kg.K,h3=430.374kJ/kgt3=55oC,s3=s2=1.74kJ/kg.K,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,2=0.
14、03798m3/kg,x1=0.2,x2=1,1,2,3,s3=s2=1.74kJ/kg.K,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,s2=1.74kJ/kg.K,h3=430.374kJ/kgt3=55oC,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,2=0.03798m3/kg,x1=0.2,x2=1,1,2,3,s3=s2=1.74kJ/kg.Kh3=430.374kJ/kgt3=55oC,1533.5,绝热节流,t1-2=7oC,4,5,t4-5
15、=40oC,s5=1.167kJ/kg.K,s2=1.74kJ/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=158.145kJ/kg,制冷剂把热量传给外界q=180.688kJ/kg,压缩机输入理论比功wo=22.543kJ/kg,q=qo+woo=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,压缩比约等于3时,比容积功最大,制冷系
16、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,比容积功增加,制冷系数下降,冷水机组工作原理简介-水冷冷水机组,蒸发器,低压低温液态制冷剂,冷冻水回路,低压低温气态制冷剂,压缩机,冷凝器,冷凝水回路,膨胀阀,高压常温液态制冷剂,冷却塔,高压高温气态制冷剂,马达,压 力,焓,7oC,表冷器,7oC,12oC,30oC,35oC,冷水机组工作原理简介-水冷冷水机组空调系统,冷冻水在表冷器中与空气进行热交换,热量从空气传递给水。,蒸发
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