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第三章 蒸气压缩制冷循环(最新课件)

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第三章 蒸汽压缩式制冷

第三章 蒸汽压缩式制冷


QH > QL
COPC = f (TH, TL) ,与制冷剂无关
COPC =COP max
3.1.2 逆卡诺制冷循环
逆Carnot 循环很难实现
● 蒸发器（4-1），冷凝器（2-3） → 要求无温差 传热，则需要换热面积无穷大，循环周期无限长；
● 压缩机（1-2）→ 要求无摩擦运动,等熵压缩； ● 膨胀机（3-4）→ 可逆等熵膨胀的高精度膨胀机
TL、 TH 对COP的影响程度
( ) COPc
TL
TH TH TL
2
( ) COPc
TK
TL TH TL
2
COPc
COPc
TL
TH
3.1.2 逆卡诺制冷循环
逆卡诺循环的特点
用膨胀机完成等熵膨胀过程 两个等温、两个等熵过程

湿压缩 →1.降低了吸气量；2.液态制冷剂影响润滑，液击。
3.1.2 逆卡诺制冷循环
算例
某蒸汽压缩制冷过程，制冷剂在２5０K吸收热量Q0，在３00K放出热 量QH，压缩和膨胀过程是绝热的，向制冷机输入的净功为W ，判断 下列情况是：
A.可逆的 B. 不可逆的 C .不可能的
（1） Q0 =2000kJ （2） Q0=1000kJ （3） W=100kJ
W =400kJ QH=1500kJ QH=700kJ
蒸发器
q0 T0
膨胀阀的作用： 使制冷剂节流降压； 调节进入蒸发器的制冷剂流量。
单级蒸气压缩式制冷系统
3.2.1 特点及工作过程
理论循环与理想循环（逆卡诺循环）的区别：
两个传热过程均为等压过程； 用膨胀阀代替膨胀机，理论循环不是等熵膨胀过程； 蒸气压缩为干压缩，而不是在湿蒸气区内进行（湿

第3章 蒸气压缩式制冷

第3章 蒸气压缩式制冷
（五条）
理论循环过程在压焓图 上的表示
1）压缩过程：1—2 2）冷凝过程：2—3 3）节流过程：3—4 4）蒸发过程：4—1
14
3.2 单级蒸气压缩式制冷的理论 循环
The Vapor-Compression Refrigeration Cycle
The vapor-compression refrigeration cycle has four components: evaporator, compressor, condenser, and expansion (or throttle) valve. The most widely used refrigeration cycle is the vapor-compression refrigeration cycle. In an ideal vapor-compression refrigeration cycle, the refrigerant enters the compressor as a saturated vapor and is cooled to the saturated liquid state in the condenser. It is then throttled to the evaporator pressure and vaporizes as it absorbs heat from the refrigerated space.
The ideal vapor-compression cycle consists of four processes.
Ideal Vapor-Compression Refrigeration Cycle
Process
Description

第三章-单级蒸汽压缩式制冷循环

第三章-单级蒸汽压缩式制冷循环

3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
一、制冷系统与循环过程 1.制冷系统的组成 2. 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
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
二、压焓图和温熵图
1.压焓图
一点：临界点C 三区：液相区、两相区、气相区。
五态：过冷液状态、饱和液状态、湿蒸气状态、
压缩机的压缩过程为等熵压缩；
制冷剂通过膨胀阀的节流过程为等焓过程； 制冷剂在蒸发和冷凝过程中为定压过程，且没有传热温差，即制冷剂的冷 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。

制冷剂在各设备的连接管道中流动没有流动损失，与外界不发生热量交换。
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
4. 单级蒸气压缩式制冷理论循环在压焓图上的表示 1-2：压缩过程 2-3：冷凝过程 3-4：膨胀过程
剂分配的均匀性，影响制冷效果。
3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
6. 蒸发器 假定不改变蒸发器出口制冷剂的状态，为了克服制冷剂在蒸发器中的 流动阻力，必须提高制冷剂进蒸发器时的压力，从而提高了蒸发过程中 的平均蒸发温度，使传热温差减小，要求的传热面积增大，但对循环的 性能没有什么影响。如果假定不改变蒸发过程中的平均温度，那么蒸发 器出口制冷剂的压力应稍有降低，压缩机吸气比容增大，压缩比增大， 压缩机比功增加，制冷系数下降。
3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
2. “有效过热”性能分析
(1) 单位比功w0增大，单位质量制冷量q0增大， 单位容积制冷量增大，制冷系数的大小与制冷剂 性质有关； (2) 如果给定制冷量Q0，则质量流量qm减小，容
1 1'
lg p 3 pk 2 2'
p0 4

蒸气压缩式制冷课件

蒸气压缩式制冷课件
对制冷剂的要求： （1）沸点低 （2） 粘度和密度小，以减少制冷剂在系统中的流动阻力损失。 （3） 热导率高。它可提高换热器的传热系数，减少换热设备的传热面积和
金属材料消耗量。 （4）不燃烧、不爆炸、无毒、对金属材料不腐蚀、对润滑油不发生化学作用
，高温下不分解。 （5）凝固温度低。以免制冷剂在管道中凝固。 （6）对人类生态环境无破坏作用，即不破坏大气臭氧层， 不产生温室效应
是过滤制冷剂中的水份和杂质，防止冰堵 和脏堵。
干燥过滤器
加强冷凝器的热交换，对冷凝器内的制 冷剂进冷却，由过热蒸气冷却为液体。
冷凝风机
一定压力下，蒸气冷凝温度与液体的沸腾温度(沸点)相同， 汽化潜热和冷凝潜热数值上相等。
低温低压 的液体
？
低温低压 的液体
车内的热量 气化
液化 车外的环境
低温低压 的气体
？
高温高压 的气体
制冷原理：
蒸汽压缩式制冷是利用某些低沸点的 液体在汽化蒸发时的吸热效应而实 现制冷的。
2020/12/6
二、蒸气压缩式制冷的理论 循环
沸腾汽化(工程上简称为蒸发) ，使盘管周围介质温度降低 或保持低温状态，从而达到
低温低 压液体
制冷目的。 制冷剂在蒸发器中沸腾汽化时从
制冷空间介质吸收的热量，就是
制冷系统的“制冷量”。
低温低 压气体
2020/12/6
压缩机： 作用是：将从蒸发器流出的 低压制冷剂蒸气压缩，使其 压力提高到与冷凝温度相对 应的冷凝压力，从而保证制 冷剂蒸气进入冷凝器后在常 温下被冷凝液化。
2020/12/6
节流装置 ：
• 是使来自冷凝器的冷凝液 进一步降压降温成为低温 低压液态制冷剂的装置。
• 常用的节流装置有手动节 流阀、浮球节流阀、热力 膨胀阀或毛细管等。

制冷原理与装置课件第三章 单级压缩蒸汽制冷循环

制冷原理与装置课件第三章 单级压缩蒸汽制冷循环
制冷原理与装置课件第三章 单级压缩蒸汽制冷循环
第一节 单级压缩蒸汽制冷机的理论 循环
• 单级压缩蒸汽制冷机是指将制冷剂从P0压 缩到PK经过一级压缩。
• 一、理论循环—作为研究制冷机实际循环 的基础。
• 定义：为了能应用热力学理论对蒸汽制冷 机的实际过程进行分析，我们先提出一种 简化的循环，称为理论循环。
2020/8/2
7
6、热力完善度η
例3-1 e1D
1(0.2150.81310.20510.21280.804)97
0.42343.23%3
课件\例题3－1表1.tif 课件\例题3－1表2.tif
2020/8/2
8
• 例3-1计算结果分析： 在相同工作条件下，
①R22、R717的qv值很接近，但R134a小的 多（约小45%）。
• 压缩机吸入前的制冷剂蒸汽的温度高于吸气压力 所对应的饱和温度时，称为吸气过热。具有吸气 过热过程的循环，称为吸气过热循环。
• 1、循环的压-焓图及温-熵图
qv qv
0 0
1 cp0tR 1 tR
2020/8/2
q0
T0
14
过热包括
有效过热
无效过热—氨系统一般属于
对有效过热循环，循环的ε′与无过热循环的ε0 比较大小取决于△q0/ △w0的大小。 如△q0/ △w0＞ ε0，则过热有利；
q0=h1-h5=r0（1-x5）kJ/kg；
• 2、单位容积制冷量qv
定义：压缩机每输送1m3以吸气状态计的制冷剂 蒸汽经循环从低温热源所吸收的热量。
qv=q0/v1=（h1-h5）/v1 kJ/m3；
• 3、理论比功w0
定义：理论循环中制冷压缩机输送1Kg制冷剂所 消耗的功。

蒸气压缩式制冷循环原理资料ppt课件

蒸气压缩式制冷循环原理资料ppt课件

a
S
三种制冷循环过程在T-S图上的表示
T
Tk
3
T'k
3'
we
T0'
4'
T0 0 4" 4
q 01 cb
2 Pk
2" 5
2'
wb
1'
P0
1 1"
q 02
da
逆卡诺循环 1’2’3’4’1’
具有温差的逆 卡诺循环 1”2”34”1”
理论制冷循环 12341
S
理论制冷循环与逆卡诺循环（理想制冷 循环）的区别：
2
4
1
冷凝
参数
tk (℃)
Pk (MPa)
蒸发
t0
Pk
(℃) (MPa)
h1 (kJ/kg)
h2 (kJ/kg)
h3=h4 (kJ/kg)
制冷系数
h h 1 4
h h
2
1
A工况 35 1.35
0 0.498 405.4 430 243.1
6.60
B工况 40 1.53
0 0.498 405.4 433 249.7
2
1
绝热 压缩
S a 等温 b
蒸发
逆卡诺循环的热量和功量
在每个制冷循环中，1kg的制冷剂：
从低温热源吸热 T
q0=T0(Sa－Sb)
面积4ab14 Tk
3 qk
2
向低温热源放热
qk=Tk(Sa－Sb) T0
0 we
4
wc q0
1
面积3ab23
压缩机的净功
S
b
a
wc=qk－q0 =(Tk－T0)(Sa－Sb) 面积12341

第3章 蒸气压缩式制冷

第3章 蒸气压缩式制冷


3
m
2
3
m
第一节 可逆制冷循环
4－1过程单位质量的吸热量 循环的单位质量输入功 循环的性能系数
q0 Tds T0m (s1 s4 ) T0m s
4
1
(3－10)
(3－1l) (3－12)
w q q0 (Tm T0 m )s
q0 T0 m COP w Tm T0 m
第一节 可逆制冷循环
循环效率(也称为热力完善度)用来说明制冷循环与可
逆制冷循环的接近程度。热力学上最为完善的循环是可逆 循环。制冷循环的循环效率定义为：一个制冷循环的性能 系数COP与相同低温热源、高温热汇温度下可逆制冷循环 的性能系数COPc之比，即 η=COP/COPc (3－7) 实际制冷循环中总会存在各种不可逆因素，其循环效率的 值介于0－1之间。η越接近1，说明越接近可逆循环，循环 的热力学完善程度越高。
制冷循环的热力学本质是：用能量补偿的方式把热量
从低温热源排到高温热汇。从这一本质出发，制冷循环不 但可以实现使物体降到环境温度以下的制冷目的，而且可 以用于使物体升到环境温度以上的加热目的。
第一节 可逆制冷循环
1.制冷机与热泵
在制冷机中人们以环境(环境温度的水或空气)为高温 热汇，利用逆向循环在低温下从低温热源吸热，收益是制 冷量。如果以环境为低温热源，利用循环在高温下向高温 热汇排热，收益是供热量，便可用此热量将某空间或物体 加热到环境温度以上。具有这种用途的机器叫做“热泵”。 可见，热泵与制冷机循环的热力学本质完全相同。这就是 将热泵纳入制冷技术范畴的理由。它们的区别仅在于使用 目的。单一用于制冷的机器叫制冷机；单一用于供热的机 器叫热泵。制冷机可以做成在一些时候用来制冷，在另一 些时候用来供热，这样的制冷机叫做热泵型制冷机。

第三章 蒸气制冷循环 4 制冷原理课件材料

第三章 蒸气制冷循环 4 制冷原理课件材料

7
62
1
9 qmg
3 10
qmd 4 qmd 5
Double-throttle cycles
8/19/2020
6
3.2.2.2 Double-throttle cycles （二）二次节流循环 3.2.2.2.2 With complete interstage cooling ② 中间完全冷却
7
62
1
9 qmg
3 10
qmg－qmd 4 qmd 5
9 qmg
3 10
qmd 4 qmd 5
中间冷却方式 一次节流
无中间冷却
中间不完全冷却
中间完全冷却
简化设备的场合 绝热指数小（Freon） 绝热指数大（R717）
二次节流
——
离心式回油（Freon） 离心式回油（R717）
8/19/2020
15
3.2 Two-stage vapor compression systems 3.2.1 Introduction 3.2.2 Design type analysis
Tk increases, ω and T0 are constant
qvtH v3 L
qvtL
v1 H
① λH↓→ pm↑→ Tm↑; qmH↓ ② q0↓, qmL↓ → Q0=qmLq0 ↓
φ＝(h2－h4 )/(h3－h9 )
③ w= wL+ φwH ↑ → Ps＝qmLwL+ qmHwH? →ε＝q0/w ↓
3.2 Two-stage vapor compression systems 3.2.1 Introduction 3.2.2 Design type analysis
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气；离开冷凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的饱和液体 • 除膨胀阀产生节流降压外，制冷剂在设备管道内的流动没有流动阻
力损失（即没有压力降），同时与外界环境没有热交换
• 节流过程为绝热的焓值不变过程（Isenthalpic process）
2、理论制冷循环在温-熵图和压-焓图上的表示
冷 凝 器
节 流 阀
3.1 单级蒸气压缩式制冷循环
3.1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的理论循环
• 分析单级蒸气压缩式制冷循环的理论循环（Ideal Single-Stage Cycle）的目的是 运用热力学原理对制冷循环内在联系和外部影响，进行的理论分析， 是制冷系统安装、调试、运行管理和维护的理论基础。它对制冷循 环的能量转换及转换后效率进行的理论分析，是制冷系统能否节能、 环保、可持续发展的理论根据
蒸发，从而完成了一个制冷循环。
Qk W
Qo
Qk
冷凝器
节流阀
压缩机
W
蒸发器
Qo
Qk
高压、饱和液体
高压、过热蒸气
Condenser
Expansion Valve
Compressor
W
Evaporator
低压、气液两相
低压、低温蒸气
Qo
• 单级蒸气压缩式制冷循环工作过程如下
• 制冷剂在蒸发器内，在压力 po、温度 to 下沸腾， to低于被冷物体的温度。 压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸汽，并将它压缩到冷凝压力pk，然后送 往冷凝器，在 pk 压力下等压冷凝成液体，同时，制冷剂放出冷凝热量，并
• 在制冷系统中，我们将制冷剂在低压下蒸发的容器，称为蒸发器
（evaporator） ，蒸发器是热交换设备，其作用是将蒸发
器外被冷却对象的热量传递给蒸发器内制冷剂，制冷剂（在低温低 压下）相变吸热而使被冷却对象的温度降低 • 从蒸发器内源源不断地抽出制冷剂气体的装置称为制冷压缩机
（refrigerant compressor） ，其作用之一是不断地
将完成了吸热过程而汽化的制冷剂蒸气从蒸发器中抽吸出来，使蒸 发器维持低压状态，便于蒸发吸热过程能继续不断地进行下去
W
Qo
Qk
• •
或温外制 冷一冷利
水度，冷 剂个压用
），作压 蒸能缩饱
转创用缩 气量机和
移造之机 的，抽温
的将二除 温使出度
条制是了 度低的和
件冷通及 ，温低饱
剂过时 再低温和
蒸压抽 送压低压
有热交换
• 冷凝、蒸发过程均为定压过程（Isobaric process） ，没有传热温差。 即制冷剂的冷凝温度（Condensing temperature）等于环境介质 （空气或水）温度；制冷剂的蒸发温度（Evaporating temperature）
等于被冷却对象温度；且各温度均为定值 • 离开蒸发器和进入制冷压缩机的制冷剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸
• 鉴于实际的制冷循环是一个动态且复杂的循环过程，不便于定性和 定量分析，我们将从简单但符合实际规律的理论制冷循环入手，用 热力学理论对其进行透彻的分析和计算，在此基础上再修正复杂、 多变的实际制冷循环，指导实际制冷循环的应用，使之更有效、更
1、理论制冷循环的假定条件
• 压缩过程为等熵过程（Isentropic process ），即压缩过程与外界没
第三章 蒸气压缩制冷循环
3.0 预备知识
• 在普通制冷温度范围内，蒸气压缩式制冷是占主导地位的制冷方式，它属于液体蒸 发制冷
• 液体蒸发制冷的特征是：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； • 将该低压蒸气提高压力成为高压蒸气； • 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，从而完成循环。
压 缩 机 电 动 机
蒸 发 器
T 冷凝
冷却
统称为“冷凝”
2
节流
4 T K
3
压缩
5 T o
1
x ＝ 0
蒸发
x ＝ 1
S
l g P
冷凝过程Condensation
Process
节流过程Throttle
Process
x＝0
4
P K
5
P o
x1＝
32 1
压缩过程
Compression Process
蒸发过程
Evaporation Process
h
• 点 1 表示制冷剂进入压缩机的状态它是对应于蒸发温度 to 下的饱和 蒸气，该点位于等压线 po 与饱和蒸气线的交点上
• 值得一提的是，冷凝器内制冷剂蒸气变为制冷剂液体的过程中，压 力是不变的仍为高压
• 高压常温的制冷剂液体不能直接送入低温低压的蒸发器。我们将再
一次利用饱和压力（saturation pressure）与饱和温度一一对应原理，
降低制冷剂液体的压力，从而降低制冷剂液体的温度。将高压常温
的制冷剂液体通过降压装置——膨胀阀（又称节流阀，expansion valve，throttle valve ），得到低温低压制冷剂，再送入蒸发器吸热
• 上述四个过程中，①是制冷剂从低温热源吸收热量的过程；③是制冷剂向高温 热源排放热量的过程；②是循环的能量补偿过程。
• 能量补偿的方式有多种，所使用的补偿能量形式相应的也有所不同。如果该过 程的能量补偿方式是用压缩机对低压气体做功，使之因受压缩而提高压力，那 么，这种制冷方式便称之为蒸气压缩式制冷循环（vapor compression refrigeration cycle）
传给冷却介质（通常是水或空气）
• 与冷凝压力pk相对应的冷凝温度tk ,一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液
体通过膨胀阀或节流元件进入蒸发器
• 当制冷剂通过膨胀阀时，压力从 pk 降到 po ，少部分液体气化，极大部分剩 余液体的温度降至 to，这部分液体在蒸发器中蒸发，并从被冷却的物体中吸
取它所需要的蒸发热。而气化的这部分蒸汽称为闪发蒸汽，在它被压缩机吸 入之前几乎不再起吸热作用
气缩出 往的压力
的作蒸 冷制的一 热用发 凝冷制一
W
量提器 器剂冷对
向高内 去蒸剂应
外制蒸 冷气蒸这
界冷气 凝增气个
环剂，
压进原
境蒸维
，行理
ห้องสมุดไป่ตู้
介气持
从压，
质的低
而缩我
（压温
提，们
空力低
高给对
气和压
制它制
Qo
• 冷凝器（Condenser）也是一个热交换设备，作用是利用环境冷却介
质空气或水，将来自制冷压缩机的高温高压制冷剂蒸气的热量带走， 使高温高压制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体。