绪论和第一章蒸气压缩式制冷的热力学原理.ppt

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1、空气调节用制冷技术空气调节用制冷技术河北工程大学空调制冷系河北工程大学空调制冷系任课教师：王文红任课教师：王文红/王侃宏王侃宏2012.2教学目的教学目的通过本课程的学习，掌握蒸气压缩式制冷的基本原理及其循环特点；掌握制冷机设备的各种类型及其设计计算；能够进行制冷循环的热力计算和制冷设备的选型（或设计），以及制冷系统的相关设计。内容简介内容简介以单级蒸气式制冷装置单级蒸气式制冷装置为主，重点阐述其工作原理、构造、系统设计、工作特性、运行调节问题适当介绍利用热能的吸收式制冷装置利用热能的吸收式制冷装置以及连接冷（热）源设备与空调末端设备的冷冻站和水系统冷冻站和水系统；简述国内外各种空调用制冷机组

2、、发展方向及其所涉及的主要技术内容一、学习制冷课程的基本要求绪论（绪论（2）第一章：蒸气压缩式制冷的热力学原理第一章：蒸气压缩式制冷的热力学原理(12)第二章：制冷剂与载冷剂（第二章：制冷剂与载冷剂（2）第三章：制冷压缩机（第三章：制冷压缩机（9）第四章：制冷装置的换热设备（第四章：制冷装置的换热设备（8）第五章：节流机构和辅助设备（第五章：节流机构和辅助设备（6）第六章：蒸气压缩式制冷装置及运行调节（第六章：蒸气压缩式制冷装置及运行调节（6）第七章：吸收式制冷（第七章：吸收式制冷（4）第八章：水系统与制冷机房（第八章：水系统与制冷机房（3）二、章节构成及学时分配（52学时）重点演示实验演示实

3、验1、2实验目的实验目的：明确制冷系统及其部件的结构、工作原理实验方法实验方法：演示或动手实验、参观和研究制冷装置各部件实物试验内容试验内容通过制冷原理实验台，掌握蒸气压缩式制冷的基本原理掌握蒸气压缩式制冷装置各部件的结构、工作原理从制冷循环试验中观察制冷系统内部参数随调节量变化的变化规律（或趋势）三、实验部分（2学时）1.彦启森，石文星，田长青编著.空气调节用制冷技术（第三版），空气调节用制冷技术（第三版），北京：中国建筑工业出版社，20042.彦启森主编，申江，石文星副主编.制冷技术及其应用，北京：中国建筑工业出版社，20063.吴业正等：制冷原理及设备，西安交大出版社，19944.邹根南

4、、郑贤德：制冷装置及其自动化，机械工业出版社，19915.王如竹,等编.制冷原理与技术.北京:科学出版社,20036.陆亚俊等编空调工程中的制冷技术7.岳孝方编制冷技术与应用8.专业期刊四、教材及主要参考书两部分两部分五、本五、本课程成绩组成课程成绩组成课堂成绩课堂成绩（90%）实验成绩实验成绩（10%）考试成绩考试成绩（7080%）：）：严禁作弊！严禁作弊！平时成绩平时成绩（2030%）考勤成绩考勤成绩：作业成绩作业成绩旷课：旷课：-3/次次;事假：事假：-2分分/次；次；病假：病假：-1分分/次；次；全勤：满分全勤：满分绪论绪论一、制冷的定义定义二、制冷的发展历史发展历史三、制冷的途径途径

5、四、制冷的分类分类五、制冷的应用应用六、制冷技术发展面临的主要问题面临的主要问题及应对措施应对措施 换言之：换言之：为为“上天入地”的所有人工环境人工环境领域提供冷（冷（热）源的技术源的技术用人工方法构成各种人用人工方法构成各种人们所希望达到的环境条们所希望达到的环境条件，包括地面的各种气件，包括地面的各种气候变化和高空宇宙及其候变化和高空宇宙及其它特殊的要求。它特殊的要求。使自然界的使自然界的某物体或空间某物体或空间达到达到低于低于周围环境的温周围环境的温度度，并使之，并使之维持维持这个温度这个温度【教材教材】。自然环境自然环境人工环境人工环境“制冷制冷”一、制冷的定义一、制冷的定义绪论公元

6、前公元前10001000年年 有计划存储和应用天然冰有计划存储和应用天然冰，用于，用于食品储存食品储存和环境和环境降温。降温。十四世纪后十四世纪后 冷却混合物冷却混合物 冰和冰和氯化钠的氯化钠的混合物，用于混合物，用于冻结食品。冻结食品。十六世纪后十六世纪后 出现水蒸发冷却空气出现水蒸发冷却空气。直至直至1919世纪世纪中叶，中叶，还还认为不能替代的天然冰认为不能替代的天然冰上帝赐予上帝赐予的冷量的冷量。当时，形成。当时，形成巨大的企业巨大的企业 天然冰的储配天然冰的储配。二、二、制冷技术的发展制冷技术的发展历史历史两个阶段：自然冷源自然冷源阶段阶段；人工冷源人工冷源阶段1 1、天然、天然冷源

7、阶段冷源阶段绪论实现实现一些一些人类所需人类所需温湿环境温湿环境二、二、制冷技术的发展历史制冷技术的发展历史2 2、人工冷源阶段、人工冷源阶段重要事件：重要事件：17551755年年，爱丁堡的化学教授，爱丁堡的化学教授库伦库伦利用乙醚蒸发使水结冰。他利用乙醚蒸发使水结冰。他的学生的学生布拉克布拉克从本质上解释了融化和汽化现象，导出了潜热从本质上解释了融化和汽化现象，导出了潜热的概念，并发明了冰量热器，的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。标志着现代制冷技术的开始。18341834年年，在伦敦工作的美国发明家，在伦敦工作的美国发明家波尔金斯波尔金斯造出了造出了第一台以第一台以乙醚为

8、工质的蒸气压缩式制冷机乙醚为工质的蒸气压缩式制冷机，并正式呈请了英国第，并正式呈请了英国第66626662号专利。这是后来所有蒸气压缩式制冷机的雏型号专利。这是后来所有蒸气压缩式制冷机的雏型。18441844年年，美国人，美国人J.GorrieJ.Gorrie发明了发明了空气循环式制冷机空气循环式制冷机，并于，并于18511851年获得美国专利，这是年获得美国专利，这是世界第一台制冷和空调用机器世界第一台制冷和空调用机器。绪论18581858年年，美国人，美国人尼斯尼斯取得了取得了冷库设计冷库设计的第一个美国专利，的第一个美国专利，从此从此商用食品冷藏事业商用食品冷藏事业开始开始发展；发展；1

9、8591859年年：吸收式：吸收式制冷机；制冷机；18751875年年，卡列卡列和和林德林德用氨作制冷剂，用氨作制冷剂，制造了氨蒸气压缩式制造了氨蒸气压缩式制冷机；制冷机；18901890年：制冰工业开始，开创制冷空调年：制冰工业开始，开创制冷空调工业；工业；18901890年左右年左右 空气调节获初步发展，既有工业空调又有舒空气调节获初步发展，既有工业空调又有舒适适空调；空调；19061906年年 出现出现“空气调节空气调节”名词；名词；绪论19111911年年：CarrierCarrier湿空气图表湿空气图表19181918年年：自动冰箱：自动冰箱19231923年年：发明食品快速冻结：发

10、明食品快速冻结19271927年年：空调器，空气源：空调器，空气源热泵热泵19281928年年：制出制出氟利昂氟利昂1212，人类人类从采用从采用天然天然制冷剂制冷剂 合成合成制冷剂，制冷剂，创造创造出出各种各种人工环境人工环境，人类生活发生重大变化人类生活发生重大变化。尽管如此，当时尽管如此，当时空调空调所需冷量所需冷量只接近只接近总人工制冷量总人工制冷量的的10 10绪论19301930年年：汽车空调逐渐：汽车空调逐渐发展；发展；19351935年年：建成卡车：建成卡车自动冷藏装置，飞机发动机低温试验自动冷藏装置，飞机发动机低温试验装置；装置；2020世纪世纪7070年代后年代后，随着，随

11、着科学技术的发展，尤其科学技术的发展，尤其是信息技是信息技术的迅猛发展，以及人们对健康舒适环境要求的不断提术的迅猛发展，以及人们对健康舒适环境要求的不断提高，高，民用与工业空调民用与工业空调所消耗的所消耗的制冷量达到总人工制冷产制冷量达到总人工制冷产量的量的60%60%。“空调与制冷空调与制冷”被美国工程院评为被美国工程院评为2020世纪最伟世纪最伟大的工程技术成就大的工程技术成就之一，排名第十。之一，排名第十。绪论（二）我国（二）我国制冷的发展简史制冷的发展简史人类最早的制冷方法是利用自然界存在的冷物质冰、深井水等。我国我国早在早在周朝周朝就有了用冰的历史就有了用冰的历史。诗经：诗经：二之日

12、凿冰冲冲，三之日纳于凌阴；周礼：周礼：凌人：掌冰正。岁十有二月，令斩冰，三其凌。春始治鉴，凡内外饔之膳羞，鉴焉，凡酒、浆之酒醴亦如之。祭祀，共冰鉴。宾客，共冰。大丧，共夷槃冰。夏，颁冰掌事。秋，刷。绪论（二）我国（二）我国制冷的发展简史制冷的发展简史到了到了秦汉秦汉，冰的使用就更进了一步，据，冰的使用就更进了一步，据艺文志艺文志记载：记载：大秦国有五宫殿，以水晶为柱拱，称水晶宫，内实以冰，大秦国有五宫殿，以水晶为柱拱，称水晶宫，内实以冰，遇夏开发。遇夏开发。”这这实质是我国最早的空调房间实质是我国最早的空调房间。到了到了唐朝唐朝已生产冰镇饮料并已有了冰商。已生产冰镇饮料并已有了冰商。冰酪、奶冰

13、也也发源于中国，是冰淇淋的雏形，在元朝时由意大利著名发源于中国，是冰淇淋的雏形，在元朝时由意大利著名旅行家马可旅行家马可波罗带到了欧洲波罗带到了欧洲。绪论（二）我国制冷的发展简史（二）我国制冷的发展简史人工制冷人工制冷至今在世界上才有至今在世界上才有100100多年的历史。多年的历史。旧中国旧中国制冷工业制冷工业基本上基本上是是空白空白，解放前上海只有几，解放前上海只有几家很小的家很小的“冰箱厂冰箱厂”且只搞维修业务，全国冷库也且只搞维修业务，全国冷库也仅有几座。仅有几座。解放后解放后，制冷工业得到飞速发展，特别是，制冷工业得到飞速发展，特别是八十年代八十年代通过引进国外先进技术，使我国的制冷

14、、空调产品通过引进国外先进技术，使我国的制冷、空调产品打入了国际市场。打入了国际市场。绪论绪论三、制冷的途径三、制冷的途径两种：（一）利用天然天然冷源;（二）利用人工人工（造）冷源（一）利用天然冷源（一）利用天然冷源;主要指利用自然界中天然存在的温度较低的介质天然存在的温度较低的介质冷却物体或空间。（天然冰，深井水等）优点优点：廉价；不需要复杂的技术设备。缺点缺点：受时间、地区等条件限制；不宜用来大量获取低于0的温度。（二）利用人工（造）冷源（二）利用人工（造）冷源人工制冷人工制冷利用制冷装置获得所需的低温，但要消耗能量（如：电能、热能、机械能、太阳能等）。1、热力学基础热力学基础（遵循的原则

15、）：热力学第二定律（1）内容内容：两种经典表述（1850年）克劳修斯：“不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化”；（1851年）开尔文：“不可能只从单一热源吸取热量，使之完全变为机械能，而不引起其他变化”；两种表述实质上等效的。（2）数学表达式数学表达式S0S=0：对可逆可逆过程而言S0：对不可逆不可逆过程而言（3）意义意义：表明了热量传递的条件热量传递的条件及传递方向传递方向。引起其他变化过程朝着S0的方向进行指出指出：任何热力过程都遵循热力学第一定律；但只有只有遵循热力学第二定律的过程才能实现能实现2、人工制冷的方法、人工制冷的方法（1）液体气化法）液体气化法液体气体吸热（Q吸

16、）物体t物体蒸气压缩式制冷单级单级重点介绍重点介绍；双级（多级）复叠式（在蒸气压缩式制冷理论循环的改善中）简单介绍简单介绍吸收式制冷二元溶液，以LiBr制冷为介绍对象蒸气喷射式制冷第四版不介绍，参见第二版或工程热力学（2）气体膨胀）气体膨胀法法（3）热电制冷法（半导体制冷）热电制冷法（半导体制冷）（4）其他（）其他（吸附制冷法，固体绝热去磁法等）：1834年，法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源的正、负极上，通电后，发现一个接头变热；另一个接头变冷。这个现象称为帕尔帖效应。：气体等熵膨胀时温度总是降低的，产生冷效应。参见第二版课本P199“结束语”：利用半导

17、体的温差电效应（帕尔帖效应帕尔帖效应）实现的制冷。制冷类别制冷类别温度范围温度范围常用的制冷方法常用的制冷方法应用举例应用举例普通制冷普通制冷-120液体气化法液体气化法蒸气压缩式蒸气压缩式吸收式吸收式蒸气喷射式蒸气喷射式空气调节；空气调节；冷藏；冷藏；化工生产化工生产热电制冷法热电制冷法空气调节器；医疗空气调节器；医疗深度制冷深度制冷20K-120 气体膨胀制冷法气体膨胀制冷法制氧等制氧等低温制冷低温制冷220K气体膨胀制冷法气体膨胀制冷法物质的超导；液氮物质的超导；液氮-120普通制冷高温：010中温：0-20低温：-20-60超低温：-60-12020K-120深度制冷20K低温和超低温

18、制冷能满足人类对环境的多种需求，其应用能满足人类对环境的多种需求，其应用广泛广泛而而重要重要军用、民用、工业、人们日常生活需要制冷需要制冷；且在很多行业中，如何有效制冷成为解决问题的关键解决问题的关键;人类对人类对环境的需求环境的需求，分为，分为两个方面：两个方面：1、人类生活与生产环境的需求人类生活与生产环境的需求包括：居住环境、包括：居住环境、交通环境、医疗环境和工农业生产环境；交通环境、医疗环境和工农业生产环境；2、人类饮食的保障人类饮食的保障包括：冷藏、冻结、保鲜、包括：冷藏、冻结、保鲜、真空升华干燥和冷藏物流与冷藏链；真空升华干燥和冷藏物流与冷藏链；五、五、制冷的应用制冷的应用五五、

19、制冷的应用制冷的应用从从创造创造人工环境人工环境的角度，分为的角度，分为两个方面：两个方面：1、创造创造空间人居环境空间人居环境包括：人体安全极限环境、工业卫生环境和包括：人体安全极限环境、工业卫生环境和健康舒适环境健康舒适环境（主要涉及生理学和心理学，客观因素和主观因素）；（主要涉及生理学和心理学，客观因素和主观因素）；2、创造创造生产环境生产环境包括：包括：生产要求生产要求、检测要求检测要求和和物品贮运要求物品贮运要求；舒适的空气温湿舒适的空气温湿度；度；必需的必需的新鲜空气新鲜空气；有害物浓度有害物浓度达标；达标；良好的光照良好的光照条件；条件；适宜的声环境适宜的声环境反映室内环境品质的

20、反映室内环境品质的12项指标：项指标：温度温度 湿度湿度 风速风速 CO CO2 甲醛甲醛 吸入尘吸入尘 细菌细菌 照度照度 噪声噪声 新风量新风量 占地面积占地面积内容内容（5方面）温湿温湿度、洁净度、洁净气压、日射气压、日射空气组分空气组分 纯属纯属客观因素客观因素五、五、制冷的应用制冷的应用具具体体应应用用：四四个个方方面面（一）（一）空气调节空气调节方面方面空调的冷源空调的冷源1、为生产工艺提供恒温恒湿的空气环境：、为生产工艺提供恒温恒湿的空气环境：如：光学仪器、精密计量、半导体、合成纤维等生产工艺；2、提供机器性能试验所需温湿度条件的人工气候室、提供机器性能试验所需温湿度条件的人工气

21、候室:如：飞机发动机、航空仪表、特殊气候地区使用的汽车、电器设备、甚至一些军事武器弹药等；3、为公共场合、交通工具和人们生活提供舒适条件、为公共场合、交通工具和人们生活提供舒适条件:如：旅馆、剧院、住宅、汽车、轮船、火车等4、用于对制冷装置冷凝热加以利用的热泵、用于对制冷装置冷凝热加以利用的热泵:（二）食品和物资（二）食品和物资储存储存方面方面 冷冻（藏）库、冰箱、冰柜:（肉、蛋、鱼、药、血浆的贮存）（三）工业生产工艺方面（三）工业生产工艺方面1、工业上的石油裂解、石油脱蜡、合成橡胶、合成纤维、甲烷及乙烯等重要原料的提取；2、气体的液化液化温度:O2（90.17K）；N2(77.34K);H2

22、(20.25K)（四）低温和超低温方面（四）低温和超低温方面1、超导材料的研究超导材料的研究：2、宇宙空间模拟、高真空的获得、半导体激光、红外线探测等；低于某一温度时，金属电阻R=0Pb：7.26K；Zn:0系统对外界做功WeWe=Cv(Tk-T0)（四）性能指标（四）性能指标制冷系数；供热系数=-Cv(Tk-T0)1=1T0即：被冷却物体温度被冷却物体温度比冷却物体冷却物体温度温度对制冷系数的影响大影响大但0单位耗功量所获取的冷量2、供热系数、供热系数（1）定义）定义：单位耗功量所获得的热量；（四）性能指标（四）性能指标（2）定义式）定义式：qk=Tk(S1-S4)（3）分析）分析：永远1两

23、个两个T0低温热源的温度；Tk高温热源的温度。=f(T=f(T0 0,T,Tk k)与制冷工质无关与制冷工质无关即：被冷却物体温度被冷却物体温度比冷却物体冷却物体温度温度对制冷系数的影响大影响大=1+取值：影响因素（同影响因素（同）T0、Tk对对的影响程度（同的影响程度（同）T0Tk（五）逆卡诺循环实现区域的分析（五）逆卡诺循环实现区域的分析伴随有吸、放热吸、放热过程且温度过程且温度t不变不变的两个等温过程，即：只可能出现在工质的湿蒸气区域湿蒸气区域通常用于衡量热泵热泵的经济性能二、劳伦兹循环二、劳伦兹循环（一）定义（一）定义是在两个温度不相同不相同的变变温温热源热源之间进行的理想热力循环（二

24、）（二）T-S图（图（P7图图1-3）（三）组成（三）组成ab绝热压缩绝热压缩bc可逆多变放热压缩可逆多变放热压缩cd绝热膨胀绝热膨胀da可逆多变吸热膨胀可逆多变吸热膨胀即：劳伦兹循环由两个等熵绝热过程两个等熵绝热过程和两个多变过程两个多变过程组成的理想制冷循环第一节第一节 理想制冷循环理想制冷循环（四）性能系数（四）性能系数 从冷源吸收的热量：从冷源吸收的热量：积分中积分中值定理值定理向热源放出的热量：向热源放出的热量：积分中积分中值定理值定理据热力学第一定律：据热力学第一定律：即：即：劳伦兹循环的制冷系数等于等于一个以放热平均温度一个以放热平均温度Tkm和吸热平均温度和吸热平均温度Tom为

25、高、低温热源温度的为高、低温热源温度的等效逆卡诺循环的制冷系数等效逆卡诺循环的制冷系数，且，且只与被冷却物和只与被冷却物和冷却物的温度有关，与制冷剂性质无关冷却物的温度有关，与制冷剂性质无关（五）应用场合（五）应用场合在实际情况下的制冷过程中，冷源（被冷却物）冷源（被冷却物）的放热过程和热源（冷却剂）的和热源（冷却剂）的吸热过程中一般伴随温度的变化，温度的变化，此时用用劳伦兹循环劳伦兹循环作为衡量标准，而不用而不用逆卡诺循环即：劳伦兹循环即：劳伦兹循环用于制冷过程中制冷过程中冷、热源温度发生变化冷、热源温度发生变化的场合的场合第一节第一节 理想制冷循环理想制冷循环二、劳伦兹循环二、劳伦兹循环一

26、方面，逆卡诺循环是一种理想状态：理想状态：无摩擦，无温差无摩擦，无温差；第二节第二节 蒸气压缩式制冷的理论循环蒸气压缩式制冷的理论循环一、逆卡诺循环的不现实性一、逆卡诺循环的不现实性（一）膨胀功的可利用性方面（一）膨胀功的可利用性方面（针对绝热膨胀而言）1、膨胀机中的制冷工质为液体液体液体的膨胀功很小膨胀功很小，甚至不足以克服膨胀机本身的摩擦液体膨胀功的可利用价值不大可利用价值不大另一方面，在理论上，逆卡诺循环的两个伴有吸、放热的两个伴有吸、放热的等温过程等温过程只能在只能在工质的湿蒸气区域湿蒸气区域才能实现，实现，而在湿蒸气区域进行的制冷循环是难以实现的，是不现实的。一、逆卡诺循环的不现实性

27、一、逆卡诺循环的不现实性（一）膨胀功的可利用性方面（一）膨胀功的可利用性方面（针对绝热膨胀而言）2、液体膨胀机的尺寸很小设计、制造困难设计、制造困难3、系统的流量为定流量无法适应无法适应系统蒸发器的负荷变化负荷变化（二）无温差的传热过程无法实现（二）无温差的传热过程无法实现逆卡诺循环是可逆可逆循环，在无摩擦、无温差无温差条件下进行条件下进行对两个换热设备（冷凝器、蒸发器）而言，Q=KFt当t=0时F不现实现实中，必然t0低温热源（被冷却物）的温度必高于必高于工质的蒸发温度且高温热源（冷却物）的温度必低于必低于工质的冷凝温度1、液体膨胀功的可利用价值不大可利用价值不大一、逆卡诺循环的不现实性一、

28、逆卡诺循环的不现实性（三）湿压缩会对系统造成危害（三）湿压缩会对系统造成危害（针对绝热压缩而言）1、湿蒸气进入压缩机，会吸收气缸壁的热量气化占据有效气缸容积降低压缩机的有效排气量从而显著降低系统制冷量显著降低系统制冷量2、过多液滴进入压缩机，会全部难以气化破坏系统破坏系统 的润滑的润滑造成“液击”事故，破坏压缩机破坏压缩机二、蒸气压缩式制冷的理论循环二、蒸气压缩式制冷的理论循环（一）特点（一）特点1、膨胀阀代替膨胀机；3、干压缩代替湿压缩；2、用两个等压过程代替两个等温过程，且有传热温差；二、蒸气压缩式制冷的理论循环二、蒸气压缩式制冷的理论循环（二）工作流程图及在（二）工作流程图及在T-S图上

29、的表示图上的表示二、蒸气压缩式制冷的理论循环二、蒸气压缩式制冷的理论循环（三）经济性评价（对（三）经济性评价（对的影响：的影响：q0;w)1、用膨胀阀代替膨胀机对制冷系统经济性的影响、用膨胀阀代替膨胀机对制冷系统经济性的影响（1）单位质量工质的制冷能力）单位质量工质的制冷能力q0逆卡诺循环：12341其q0=面积a14ba=T0(S1-S4)=T0(Sa-Sb)用膨胀阀代替膨胀机后的理论循环：12341;其q0=面积a14ba=T0(S1-S4)=T0(Sa-Sb)即:制冷量减少制冷量减少q0=面积面积b44bb膨胀功膨胀功We=哪个面积哪个面积呢？呢？证明：证明：根据能量方程，有：根据能量方

30、程，有：证毕证毕（2 2）系统的净功）系统的净功w w逆卡诺循环：w=Wc-We,其q0=面积12341=(Tk-T0)(Sa-Sb)用膨胀阀代替膨胀机后的理论循环：w=Wc w即:耗功量增加膨胀功耗功量增加膨胀功We=面积面积0340即：膨胀功完全用以克服膨胀阀的摩擦，最终转变为摩擦热被工质吸收，发生44的过程。（3）制冷系数）制冷系数经济性下降因节流造成的系统经济性损失，称为“节流损失节流损失”（4）节流损失及其影响因素）节流损失及其影响因素节流损失节流损失：因采用膨胀阀节流代替膨胀机而使系统的经济性降低的程度。另外，另外，膨胀功We=h3-h4=h4-h4即：即：h3=h4=面积44bb

31、4=q0节流阀处的绝热节流过程34可视为等焓过程,膨胀功膨胀功We=面积面积0340=面积面积44bb4=q0综上所述，有：综上所述，有：影响因素影响因素a.(Tk-T0),节流损失；b.制冷剂的物理性质（b）比潜热（a）比热（饱和线越平缓）节流损失（Pk线越接近其临界压力Pkr）2、用干压缩代替湿压缩用干压缩代替湿压缩对制冷系统经济性的影响对制冷系统经济性的影响（1）单位质量工质的制冷能力）单位质量工质的制冷能力q0湿压缩：q0=面积a14ba=T0(S1-S4)=T0(Sa-Sb)干压缩：q0=面积a14ba=T0(S1-S4)=T0(Sa-Sb)即干压缩后制冷量增加q0=面积a11aa=

32、T0(S1-S1)=T0(Sa-Sa)（2 2）系统的净功）系统的净功w w膨胀阀+湿压缩：系统的净功量增加:W=面积12211膨胀阀+干压缩：w=Wc=面积122301=面积12341+面积b44bb（3）制冷系数）制冷系数分子，分母均增加对大多数制冷剂大多数制冷剂而言，干压缩代替湿压缩后的制冷系数会降制冷系数会降低低（;（4）过热损失及其影响因素）过热损失及其影响因素过热损失过热损失影响因素影响因素：与制冷剂性质有关一般一般：节流损失大节流损失大的制冷剂，其过热损失小过热损失小；但当PK越远离越远离Pk,r,则节流损失和过热损失都小都小3、用两等压过程代替两等温过程，且具有传热温差对制冷系

33、、用两等压过程代替两等温过程，且具有传热温差对制冷系统经济性的影响统经济性的影响在热交换设备中，从过程可实现的难易程度来说，定压过程定压过程较定温过程更容易实现较定温过程更容易实现，故常用定压过程代替定温过程；对于传热温差对系统经济性能的影响，以逆卡诺循环为例分析。因气体在过热区压缩而使系统的经济性降低的程度。逆卡诺循环：12341有t的制冷循环设为：12341若两循环具有相同的制冷量q0，即：面积14ba1=面积14ba1亦即：T0（Sa-Sb）=T0(Sa-Sb)T0TkSaSa有t的制冷循环可表示为12341（上图）T0W必然有：即：有传热温差的制冷循环的制冷系数t2），对设备和润滑不利

34、（润滑油碳化，粘度下降）为何为何又改回膨胀机了呢？又改回膨胀机了呢？二、回收膨胀功二、回收膨胀功对大型大型制冷装置而言，膨胀机的容量较大，可避免设备设计、制作困难；还可提高（一）装置示意图（一）装置示意图（二）在（二）在T-S图上的表示图上的表示（三）对制冷系数（三）对制冷系数的影响的影响三、多级压缩代替单级压缩三、多级压缩代替单级压缩（一）工作流程及在（一）工作流程及在TS图和图和lgP-h图上的表示图上的表示1、工作流程、工作流程12M2”N2”23一级压缩一级压缩中间冷却器中间冷却器1二级压缩二级压缩中间冷却器中间冷却器2三级压缩三级压缩低压级压缩机低压级压缩机（一级压缩机）（一级压缩机

35、）中间级压缩机中间级压缩机（二级压缩机）（二级压缩机）高压级压缩机高压级压缩机（三级压缩机）（三级压缩机）4放放出出过过热热量量放出潜热量放出潜热量节流阀节流阀蒸发器蒸发器MN2、在、在TS图和图和lgP-h图上的表示图上的表示（1）在）在TS图上的表示图上的表示（2）在）在lgP-h图上的表示图上的表示PkP1P2PkP0作业作业?（二）多级压缩的优点（与单级压缩比较）（二）多级压缩的优点（与单级压缩比较）1、优点：、优点：（1）可降低降低压缩机的排气温度排气温度；（2）可减少减少压缩机的总耗功量总耗功量，从而减少过热损失，且高低压差越大（或者蒸发温度过低），节能效果越明显；2、缺点：、缺点

36、：增加压缩机等设备的投资；增加压缩机等设备的投资；一般一般：当压缩比PK/P08时，才采用多级压缩。但对螺杆和离心式压缩机，由于中间抽气较方便，虽压缩比不大，也有采用双级或三级压缩的。MN三、多级压缩代替单级压缩三、多级压缩代替单级压缩（三）多级压缩的形式（三）多级压缩的形式1、采用闪发蒸气分离器；、采用闪发蒸气分离器；1、采用闪发蒸气分离器、采用闪发蒸气分离器（1）装置示意图（）装置示意图（P18图图1-13a)12中间压力饱和蒸气中间压力饱和蒸气3456压缩至中间压力压缩至中间压力Pm混合混合再再压缩压缩冷凝器冷凝器一级节流一级节流8闪发蒸气闪发蒸气分离器分离器二次节流二次节流蒸蒸发发器器

37、2膨胀阀膨胀阀中间压力饱和液中间压力饱和液7膨胀阀膨胀阀MrMrx6Mr(1-x6)2、采用中间冷却器；、采用中间冷却器；12中间压力饱和蒸气中间压力饱和蒸气3456压缩至中间压力压缩至中间压力Pm混合混合再再压缩压缩冷凝器冷凝器一级节流一级节流8闪发蒸气闪发蒸气分离器分离器二次节流二次节流蒸蒸发发器器2膨胀阀膨胀阀中间压力饱和液中间压力饱和液7膨胀阀膨胀阀(X=1,P0=f(t0)(Pm,S2=S1)(Pm,h2)(Pk,S4=S2)(x=0,Pk)(Pm,h6=h5)(x=0,Pm)(P0,h7=h8)(x=1,Pm)（2）在）在lgP-h图上的表示图上的表示h2由推导确定：由热平衡：Mr

38、h2=Mrx6h3+Mr(1-x6)h2h2=(h2-h3)(h6-h7)/(h3-h7)+h2在在T-S图图上如何表示？（作业）上如何表示？（作业）（3）节能分析）节能分析设置闪发蒸气分离器，设置闪发蒸气分离器，作用有二作用有二减少了一级压缩的制冷剂流量减少了一级压缩的制冷剂流量（由由Mr减少为减少为Mr（1-x6),从而节从而节省了相应的一级压缩功量；省了相应的一级压缩功量；降低了二级压缩机入口的蒸气温降低了二级压缩机入口的蒸气温度和比容度和比容（由由T2将为为将为为T2,由由v2降为降为v2),从而降低压缩机的功耗；从而降低压缩机的功耗；又称为“经济器经济器”MrMrx6Mr(1-x6)

39、2、采用中间冷却器、采用中间冷却器 为为进一步降低二级进一步降低二级压缩机压缩机吸气吸气，降低其温度，通常设置降低其温度，通常设置“中间冷却器中间冷却器”。（1）形式：两种）形式：两种一次节流、一次节流、完全完全中间冷却中间冷却一次节流、一次节流、不完全不完全中间冷却中间冷却（4）说明）说明 由于虽然闪发蒸气分离器可降低二级压缩机吸入口的由于虽然闪发蒸气分离器可降低二级压缩机吸入口的比容和温度，但仍处于过热状态，故该种双级压缩属于比容和温度，但仍处于过热状态，故该种双级压缩属于“不完全中间冷却不完全中间冷却”，不适用于不适用于氨系统氨系统。从冷凝器到蒸发器之间的节流级数高压级压缩机吸气状态一次

40、节流、完全中间冷却一次节流、完全中间冷却a.装置示意图装置示意图76完全中间冷却器12456低压级压缩机低压级压缩机高压级压缩机高压级压缩机冷凝器冷凝器吸热吸热Qx蒸蒸发发器器膨胀阀膨胀阀7中间冷却器中间冷却器38膨胀阀膨胀阀再冷再冷qf2qf1b.在在T-S图上的表示图上的表示12456低压级压缩机低压级压缩机高压级压缩机高压级压缩机冷凝器冷凝器吸热吸热Qx蒸蒸发发器器膨胀阀膨胀阀7中间冷却器中间冷却器38膨胀阀膨胀阀再冷再冷qf2qf1(X=1,T0)在在lgP-h图上如何表示？（图上如何表示？（作业作业）c.热力计算热力计算流经各设备的制流经各设备的制冷剂冷剂流量并不都相等流量并不都相等

41、注意：注意：67Mr1Mr2Mr=Mr1+Mr2Mr1热力热力计算：计算：q0=h1-h8;k=Mr(h4-h5);Pth=Mr1(h2-h1)+Mr(h4-h3);=0/Pth;MrMr1Mr2Mr1中间不不完全冷却器一次节流、一次节流、不不完全中间冷却完全中间冷却a.装置示意图装置示意图（p19图图1-15a)12与来自中间冷却器的、Pm下的、饱和蒸气3456低压级压缩机压缩至中间压力Pm混合高压级压缩机压缩至Pk冷凝器Mr29中间冷却器吸热蒸发器吸热3膨胀阀7膨胀阀节流降压至P0中间冷却器回热器进一步冷却80工作工作流程如下：流程如下：回热器Mr1放热，获得再冷b.在在lgP-h图上的表

42、示图上的表示12与来自中间冷却器的、Pm下的、饱和蒸气3456低压级压缩机压缩至中间压力Pm混合高压级压缩机压缩至Pk冷凝器Mr29中间冷却器吸热蒸发器吸热3膨胀阀7膨胀阀节流降压至P0中间冷却器回热器进一步冷却80回热器Mr1放热，获得再冷(P0,t0+2050)在在T-S图上如何表示？（图上如何表示？（作业作业）?3、计算举例、计算举例（P20例例1-5）（）（自学自学）MrMr1Mr2Mr1(注注：请更正P20（式1-23）中的h1为h0）四、复叠式制冷四、复叠式制冷（一）引入原因（一）引入原因1、中温制冷剂的不足、中温制冷剂的不足 对对R717，R134a,R22 等中温制冷剂，其制冷

43、的最低温度等中温制冷剂，其制冷的最低温度受其本身物理性质的限制：受其本身物理性质的限制：（1）凝固点温度较高，不能制得更低温度；凝固点温度较高，不能制得更低温度；由于由于蒸发温度必须高于制冷剂的凝固点蒸发温度必须高于制冷剂的凝固点（否则（否则制冷剂无法进行制冷循环），故上述制冷剂不能制制冷剂无法进行制冷循环），故上述制冷剂不能制得低于其凝固点的更低温度。得低于其凝固点的更低温度。如：R717的凝固点温度为：-77.7；R134a的凝固点温度为：-96.6；R22的凝固点温度为：-160；（2）低温时的蒸发压力较低）低温时的蒸发压力较低当当P00.10.15MPa时，系统中时，系统中易易渗入空气

44、，严重影响制冷循环的正常运行；，严重影响制冷循环的正常运行；压力很低压力很低气态比容气态比容v很大qv对对一定制冷量一定制冷量0，需要很大的体积流量，需要很大的体积流量压缩机等压缩机等设备庞设备庞大大。如：R717t0=-65,P0=0.1565bar；R134at0=-62,P0=0.144bar；R22t0=-75,P0=0.1481bar；对对-60-70的低温，不宜采用的低温，不宜采用R717等中温制等中温制冷剂，而需采用低温时蒸发压力仍然较高的制冷冷剂，而需采用低温时蒸发压力仍然较高的制冷剂（如剂（如R13等）等）2、低温制冷剂的特点、低温制冷剂的特点（1）优点）优点凝固温度低凝固温

45、度低;如：如：R13（-181);R14(-184.9)沸点沸点低低;如：如：R13（-81.4）;R14（-127.9)换言之：低温换言之：低温下的饱和压力下的饱和压力较高；较高；R13：t0=-75,P0=1.415bar;R14：t0=-75,P0=14.538bar低温下的比容较小低温下的比容较小;R13：t0=-60,v”=0.054939m3/kg;R14：t0=-60,v”=0.05048m3/kg;NH3:t0=-60,v”=4.69999m3/kg2、低温制冷剂的特点、低温制冷剂的特点（2）缺点：）缺点：临界温度低，临界温度低，而而临界压力高临界压力高;如：如：R13临界温度

46、：临界温度：28.8;临界压力：38.57bar若采用一般水冷却，则由于水温接近若采用一般水冷却，则由于水温接近 临界温度，制临界温度，制冷剂难以冷凝；即便被冷凝，也由于接近临界温度，冷剂难以冷凝；即便被冷凝，也由于接近临界温度，致使制冷效率很低。致使制冷效率很低。为为降低冷凝压力，必须附设人造冷源，使制冷剂降低冷凝压力，必须附设人造冷源，使制冷剂冷凝冷凝综上所述综上所述：低温：低温制冷剂虽可制得更低温度，但它不制冷剂虽可制得更低温度，但它不能单独工作能单独工作，而需，而需另一制冷装置与之联合运行，即另一制冷装置与之联合运行，即采用采用“复叠式制冷复叠式制冷”。（二）复叠式制冷的装置示意图（二

47、）复叠式制冷的装置示意图（P23图图1-16a)复叠式制冷循环与多级压缩循环的比较比较：（1）可以获得更低的低温；）可以获得更低的低温；（2）两）两套独立套独立制冷循环制冷循环（高温级制冷循环、低温级制冷循环）；（3）冷凝蒸发器冷凝蒸发器（4）根据目标低温要求，合理合理选择工质对选择工质对高温高温级级制冷循环的制冷循环的蒸发器蒸发器是是低温级低温级制冷循环的制冷循环的冷凝器冷凝器。（三）复叠式制冷在（三）复叠式制冷在TS图上的表示图上的表示（P23图图1-16b)注意：注意：1、除等温线和等熵线外，、除等温线和等熵线外，其余各线均不一致；其余各线均不一致；2、R22的饱和线在上部，的饱和线在上

48、部，R13的在下部。的在下部。（四）适用场合（四）适用场合低温制冷（低温制冷（t沸沸-60）的场合。）的场合。温度范围（温度范围（）采用的制冷剂与制冷循环采用的制冷剂与制冷循环-60-80R22与与R13复叠（或双级压缩制冷）复叠（或双级压缩制冷）-80-100R22双级与双级与R13复叠复叠-100-130R22单级与双级单级与双级R13或或R14复叠复叠复叠式蒸气压缩式制冷的使用温度范围复叠式蒸气压缩式制冷的使用温度范围根据制冷循环根据制冷循环中，制冷剂中，制冷剂吸、吸、放热过程进行放热过程进行的区域的区域，分为，分为第四节第四节 跨临界制冷循环跨临界制冷循环亚临界亚临界制冷循环制冷循环（

49、Subcritical Cycle)跨临界制冷循环跨临界制冷循环（Subcritical Cycle)超临界循环超临界循环(Hypercritical Cycle)吸、放热过程均在吸、放热过程均在临界点以下临界点以下；吸热吸热过程在过程在临界点以下，临界点以下，放热放热过程在过程在临界点以上。临界点以上。吸、放热过程均在吸、放热过程均在临界点临界点以上；以上；（低温制冷剂，（低温制冷剂，如如：CO2，R13，R23等，其等，其临界温度分别为：临界温度分别为：31.1、28.8和和25.6）（低温（低温制冷剂，如制冷剂，如R14，临界温度，临界温度-45.7）（高、中温制冷剂）（高、中温制冷剂）

50、COCO2 2曾在船用与民用制冷领域船用与民用制冷领域中作出过杰出贡献杰出贡献：据统计，19001900年年全世界范围内的356艘船只中，37%用空气循环制冷机，37%用氨吸收式制冷机，25%25%使用使用COCO2 2蒸气蒸气压缩式制冷机。压缩式制冷机。发展到19301930年年，80%80%船舶采用船舶采用COCO2 2制冷机制冷机，其余的20则用氨制冷机。19311931年，年，以R12到为代表的CFCsCFCs制冷剂制冷剂一经开发，便以其无毒、不可燃、不爆炸、无刺激性，适中的压力和较高的制冷效率，很快取代了取代了CO2CO2在安全制冷剂方面的位置。缺陷缺陷：(CO2:tc=31.1，p