单元5工程热力学原理应用举例.ppt

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1、R RE E G GONG ONG X XUE UE J JI I C CHUHU高等职业技术教育建筑设备类类专业规划教材高等职业技术教育建筑设备类类专业规划教材第一部分第一部分单元单元5 5 工程热力学原理工程热力学原理应用举例应用举例热工学基础1 5.1 5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理（5 5）单元单元5 工程热力学原理应用举例工程热力学原理应用举例 5.1.1 5.1.1 单级活塞式压气机的工作原理单级活塞式压气机的工作原理（6 6）单元单元5 5 工程热力学原理应用举例工程热力学原理应用举例（4 4）5.1.2 5.1.2 压气机压缩过程的分析压气机压缩过程的分析

2、（9 9）5.1.3 5.1.3 余隙容积的必要性及其对压气机排气量的影响余隙容积的必要性及其对压气机排气量的影响（1616）5.1.4 5.1.4 余隙容积对压气机耗功的影响余隙容积对压气机耗功的影响（1818）5.1.5 5.1.5 多级压缩和中间冷却多级压缩和中间冷却（2020）5.2 5.2 蒸汽压缩式制冷循环及热力计算蒸汽压缩式制冷循环及热力计算（2727）5.2.1 5.2.1 概述概述（2727）5.2.2 5.2.2 蒸气压缩式制冷理论循环蒸气压缩式制冷理论循环（3030）5.2.3 5.2.3 单级蒸气压缩式制冷理论循环热力计算单级蒸气压缩式制冷理论循环热力计算（3939）5

3、.2.4 5.2.4 蒸气压缩实际制冷循环蒸气压缩实际制冷循环（4747）5.2.5 5.2.5 制冷运行工况及其对制冷循环性能的影响（制冷运行工况及其对制冷循环性能的影响（5050）5.3 5.3 吸收式制冷循环工作原理吸收式制冷循环工作原理（5454）2 5.3.1 5.3.1 溴化锂吸收式制冷机的工作原理溴化锂吸收式制冷机的工作原理（5555）5.3.2 5.3.2 溴化锂吸收式制冷机的典型结构与流程溴化锂吸收式制冷机的典型结构与流程（5858）5.4 5.4 热泵循环简介热泵循环简介（6060）单元单元5 工程热力学原理应用举例工程热力学原理应用举例3【知识点知识点】活塞式压气机，两级

4、压缩及中间冷却，蒸汽压缩式制冷循环,吸收式制冷循环。【能力目标能力目标】掌握掌握：余隙容积、液体过冷、蒸汽过热、回热循环等基本概念。理解理解：气体压缩、蒸汽压缩式制冷循环、吸收式制冷循环原理。熟悉熟悉：理想制冷循环与实际制冷循环的区别。应用应用：能应用相关概念、压焓图和公式进行制冷循环分析和计算。单元单元5 工程热力学原理应用举例工程热力学原理应用举例4用来压缩气体的设备称为压气机。气体经压气机压缩后，压力升高，称为压缩气体。压气机被广泛地应用于动力、制冷和化工等工程中。常用压气机按其结构及工作原理可分为：活塞式（往复式）、叶轮式（离心式、轴流式）及回转式压气机等。在活塞式压气机中，气体在气缸

5、内由往复运动的活塞来进行压缩，通常用于压力高、用气量小的场所。在叶轮式压气机中，气体的压缩主要依靠离心力作用，通常用于压力低、用气量大的地方。5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理5各种压气机的构造尽管不同，但从热力学观点来分析，压气机中气体状态变化规律都是一样的，都是消耗机械功使气体得到压缩而提高其压力的。下面以活塞式压气机为例介绍其工作原理。图5.1(a)为单级活塞式压气机的示意图，在理想条件下，其工作过程可分为三个阶段：(1)吸气过程吸气过程当活塞自左端点向右移动时，进气阀A开启，排气阀B关闭，初状态为p1、T1的气体被吸入气缸。活塞到达右端点时进气阀关闭，吸气过程完毕。气

6、体自缸外被吸入缸内的整个吸气过程中状态参数p1、T1没有变化，但质量不断增加。5.1.1 5.1.1 单级活塞式压气机的工作原理单级活塞式压气机的工作原理单级活塞式压气机的工作原理单级活塞式压气机的工作原理5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理6(2)压缩过程压缩过程进、排气阀均关闭，活塞在外力的推动下自右端点向左运动，缸内气体被压缩升压。在压缩过程中气体质量不变，压力及温度由p1、T1变为p2、T2。图图5.1 单级活塞式压气机单级活塞式压气机(a)工作原理图工作原理图(b)p-V 图图5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理7(3)排气过程排气过程活塞向左运行到某

7、一位置时，气体压力升高到预定的终态压力p2，排气阀B 被顶开，活塞继续左行，直到左端点，排气完毕。排气过程中气体的热力状态p2、T2没有变化，活塞每往返一次，完成以上三个过程。为了便于研究，假定活塞运动到左端点时，活塞与气缸盖之间没有余隙存在，还假定压缩过程是可逆的，在这些假定条件下的压气机工作过程，称为理论压气过程。该过程可表示在p-V 图上，如图5.1(b)所示。5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理8压气机的工作条件不同，其压缩过程也不相同，压缩过程的性质与气体被冷却的情况有关，压缩过程存在两种极限情况：一种是过程进行得非常快，由机械功转变的热能来不及通过气缸传给外界，或传

8、出热量极少，这种过程可视为绝热压缩过程；另一种是过程进行得非常慢，气缸冷却效果很好，由机械功转变的热能及时从气缸传出，气体的温度保持不变，属于等温压缩过程，过程的特征指数n=1。在实际的压缩过程中尽管都采取了一定的冷却措施，有部分热量从气缸传出，但难以实现等温压缩，这样的压缩过程介于等温与绝热压缩之间，属于多变压缩，过程的特征指数为 1nk。5.1.2 5.1.2 压气机压缩过程的分析压气机压缩过程的分析压气机压缩过程的分析压气机压缩过程的分析5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理9从前面关于热力过程的学习中得出这样的结论，从同一初态（p1、T1）出发，经三种不同的压缩过程，达到

9、同一终态压力p2，所消耗的功量是不同的。为了得到预期压力的气体，所消耗的功量自然是越小越好。另外，压缩终了的气体温度也尽可能要低一些，因为过高的气体温度对压气机缸体显然是不利的。以下就结合p-V图和T-s图对绝热压缩、等温压缩以及多变压缩进行分析，看哪种压缩过程更省功，哪种压缩过程更有利于压气机的安全运行。为便于分析，假定压缩过程是可逆的，并假定活塞与气缸盖之间没有余隙存在。5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理105.1.2.1 压缩过程消耗的轴功压缩过程消耗的轴功 5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理11图图5.2三种压缩过程的三种压缩过程的p-V图和图和T-

10、s图图(a)p-V图；图；(b)T-s图图 5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理125.1.2.2 压缩过程终态气体的温度：压缩过程终态气体的温度：图5.2(b)5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理13上述分析说明，等温压缩过程最省功；多变过程次之；绝热压缩过程消耗轴功最多。而压缩后气体的终态温度，等温压缩为最低，多变过程次之；绝热压缩为最高。压缩后气体温度升得过高，会影响润滑油的性能，导致运行事故发生，故在压缩过程中，希望压缩终态温度愈低愈好。所以，无论从压缩的终态温度看，还是从耗功看，等温压缩过程都是最有利的。从图5.2(b)中可以看出，等温压缩12T放热量

11、最多；多变压缩12n次之；绝热压缩12s放热为零。显然放热压缩过程是有利的。压缩过程放热愈多，愈接近等温压缩过程，多变指数n愈小，就愈有利。5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理14在工程中为了改善压气机性能，总是尽量采用各种有效的冷却散热措施。对于活塞式压气机常采取在气缸外面加散热肋片、冷却水套等措施，来增强过程中的散热。这样做可使得空气压缩机中的过程特征指数n值降至1.3 以下。在工程实践中，有些压气机的气缸尺寸较小，转速也不太高，采用上述的冷却措施冷却效果会好一些。相反，高速大型的压气机采用这些冷却措施的效果将差一些。对于叶轮式压气机，由于其转速快，气体以高速度流过叶轮而完

12、成压缩过程，来不及向外界散热，冷却措施也无法实施，故一般看做是绝热压缩过程。5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理155.1.3 5.1.3 余隙容积的必要性及其对压气机排气量的影响余隙容积的必要性及其对压气机排气量的影响余隙容积的必要性及其对压气机排气量的影响余隙容积的必要性及其对压气机排气量的影响5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理16由上述分析可见，压气机余隙的存在不仅本身容积不能被利用，还使一部分气缸容积也不能被有效利用，且随增压比 的提高而使影响加剧。这样使单级活塞式压气机的增压比受到一定限制，通常单级活塞式压气机的增压比一般不超过89。图图5.3 具有

13、余隙容积的具有余隙容积的压气机的压气机的p-V图图 图图5.4 余隙容积对排气的影响余隙容积对排气的影响 5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理175.1.4 5.1.4 余隙容积对压气机耗功的影响余隙容积对压气机耗功的影响余隙容积对压气机耗功的影响余隙容积对压气机耗功的影响5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理18由此可见，在相同的增压比下，压缩1 kg气体所消耗的功与无余隙容积时相同，也即余隙容积的存在对于压缩等量气体所消耗功量是没有影响的。值得注意的是，该结论是在余隙内残留的高压气体的膨胀过程与气体的压缩过程的多变指数相等时得出的。尽管余隙的存在从理论上讲对耗

14、功没有影响，但对容积效率是有影响的。有余隙容积时，进气量减少，气缸容积不能充分利用，压缩等量的气体必须采用较大的气缸，并且这一有害的余隙影响将随增压比的增大而增加。故在设计制造活塞式压气机时，应该尽量减少余隙容积并控制升压比。在实际工程中，压气机的余隙百分比一般为0.020.06。在实际的压缩机中，由于气体通过管道进排气阀时，存在着流动阻力，气体与气缸壁、管道之间存在着热交换，致使压缩机的实际耗功比理论计算的耗功要大。5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理19随压气机增压比的增大，气体压缩终态的温度随之提高，而气体压缩终态温度过高将影响气缸润滑油的性能，并可能造成运行事故，因此，

15、各种气体的压气机的气体压缩终态温度都有限定值。同时，由于余隙容积的存在，随增压比增大，使压气机的有效吸气容积下降，排气量减少。这些都使得单级压气机不可能有较大的增压比。为此，要想获得较高压力的压缩气体，常采用具有中间冷却设备的多级压气机。5.1.5 5.1.5 多级压缩和中间冷却多级压缩和中间冷却多级压缩和中间冷却多级压缩和中间冷却5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理205.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理21图图5.5具有余隙容积的压气机的工作过程图具有余隙容积的压气机的工作过程图(a)工作示意图；工作示意图；(b)p V图；图；(c)T s图图 5.1 活塞

16、式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理22(2)多级压缩及中间冷却的优、缺点多级压缩及中间冷却的优、缺点 降低了每级压缩过程的增压比，改进了容积效率，使增压比的提高不再受到限制。只要采用多级压缩，总能够获得预定的终态压力。对于离心式压气机，随增压比的提高会使叶轮的圆周速度增大，以至于大到不可允许的程度，并且转速提高、气流速度增大、阻力损失也增大等，这些都使得单级离心式压气机的增压比很小。因此采用多级压缩对离心式压气机就更为重要。由于多级压缩采用了中间冷却，可将高压缸进气温度降至低压缸的进气温度。如图5.5（c）所示，单级压缩过程终态温度为T3，两级压缩过程的终态温度为T3，显然T3T3。5.

17、1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理23 采用多级压缩及中间冷却，使压缩过程有效地接近等温过程，节省了耗功量。从图5-5(b)可以看出，在相同初态和相同增压比的条件下，两级压缩比单级压缩节省的功量相当于图中阴影部分面积。从理论上分析，采用级数愈多，愈接近等温压缩过程，愈省功。当级数趋于无穷多时，就是等温过程。多级压缩的缺点：级数过多会带来机构复杂，造价增高，阻力损失增加等不利因素。所以，实际上不宜分级太多，一般为两级、三级，高压压气机有的可多达四到六级。5.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理245.1 活塞式压气机的基本原理活塞式压气机的基本原理255.1 活塞式压气

18、机的基本原理活塞式压气机的基本原理265.2.1.1 制冷制冷自然界中，热能的传递总是从高温物体传递给温度低的物体。这就是热力学第二定律所反映的自发过程的方向性问题。事实上，人们可以用制冷机或热泵将热能从低温物体中转移至高温物体中，当然，这样的过程是非自发的，是需要付出代价的（如消耗一定的机械能、电能或热能）。所谓制冷，即是用人工的方法将被冷却对象的热能转移给周围环境介质，使被冷却对象的温度低于环境温度，并在所需时间内维持这个低温的过程。所以，制冷绝对不可理解为是制造冷量的过程，而是一个人为创造相对的低温环境的过程。5.2.1 5.2.1 概述概述概述概述5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸

19、气压缩式制冷循环及热力计算275.2.1.2 冷量与热量冷量与热量当人们为了创造一个低温环境（通常指比当时大气温度低）而从低温物体转移出热能时，习惯上称这部分热能为“冷量”，如夏天空调机将室内（27）热能转移至室外（30左右）。当人们为了供暖而从低温环境（物体）将热能转移至高温环境时，这部分热能习惯上称“热量”，如冬天北方地区可用空调机（热泵型）将室外大气（如4）中的热能转移至室内（如18）。前者称为制冷循环，后者称为热泵循环，二者仅目的不同，实质一样：热能由“低温物体”转移至“高温物体”，同时外界消耗一定的能量作为“补偿”。所谓制冷量，就是指制冷装置在单位时间内从被冷却物转移的热量，即制冷剂

20、在蒸发器中所吸收的热量，常用符号Q表示。5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算285.2.1.3 制冷技术的应用及人工制冷的方法制冷技术的应用及人工制冷的方法制冷技术在现代社会中的作用越来越大，除军事方面的应用外，主要应用于冷藏行业（如食品、药品等的低温贮存，需要冰箱、冷库等）、空调冷源（许多生产工艺过程均需要有恒温、恒湿的空气环境，这就需要有制冷技术的支持，如光学仪器、半导体、计算机芯片等生产工艺。实现人工制冷的方法有许多种，在制冷温度高于-120的普通制冷范围内，常用的人工制冷方法是利用液体汽化时吸热的原理进行制冷，包括：（1）蒸气压缩式制冷；）蒸气压缩式制冷；（

21、2）吸收式制冷；）吸收式制冷；（3）蒸气喷射式制冷。）蒸气喷射式制冷。5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算29在单元2中已提到，最理想的制冷循环为逆卡诺循环，由两个可逆的等温过程和两个可逆的绝热过程组成，系统组成如图5.6(a)所示。逆卡诺循环的制冷系数是所有制冷循环中最大的，但是实际的制冷循环却不能按逆卡诺循环进行。5.2.2 5.2.2 蒸气压缩式制冷理论循环蒸气压缩式制冷理论循环蒸气压缩式制冷理论循环蒸气压缩式制冷理论循环图图5.6蒸气压缩式制冷的理想循环蒸气压缩式制冷的理想循环(a)制冷系统；制冷系统；(b)制冷循环制冷循环 5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力

22、计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算305.2.2.1 蒸汽压缩式制冷基本理论循环蒸汽压缩式制冷基本理论循环蒸气压缩式制冷基本理论循环装置如图5.7(a)所示，实际工程中进入膨胀机的是液态制冷剂，在pkpo的膨胀过程中体积变化很小，所产生的膨胀功甚至不足以克服膨胀机本身的摩擦阻力，因此，在蒸气压缩式制冷循环中，用膨胀阀来代替理想制冷循环中的膨胀机，既简化了制冷装置，又可通过膨胀阀调节进入蒸发器的流量（所以工程中常将膨胀阀称为调节阀）。而膨胀节流过程是不可逆的，过程很快，可认为是绝热节流，则节流前后的焓值不变，所以在温-熵（T-s）图或压-焓（p-h）图上此过程用沿等焓线变化的虚线表示，但绝不是等焓

23、过程。5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算31从图5.6还可看出，理想制冷循环的压缩过程是在湿蒸气区进行的，这在实际运行中是绝对禁止的（如用活塞式压缩机则会发生冲缸现象，即将气缸吸排气阀片击碎，甚至破坏气缸盖）。所以，进入制冷压缩机的制冷剂至少要求是干饱和蒸气。这就形成了图5.7所示的蒸气压缩制冷基本制冷循环。5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算32图图5.7蒸气压缩式基本理论制冷循环蒸气压缩式基本理论制冷循环（a）制冷装置；（）制冷装置；（b）制冷循环在）制冷循环在T-s图上的表示；图上的表示；（c）制冷循环在）制冷循环在lgp-h图上

24、的表示图上的表示 5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算335.2.2.2 具有液体过冷和蒸气过热的理论制冷循环具有液体过冷和蒸气过热的理论制冷循环（1）制冷剂液体过冷的目的及方法）制冷剂液体过冷的目的及方法5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算34图图5.8具有液体过冷的制冷循环具有液体过冷的制冷循环(a)过冷循环装置；过冷循环装置；(b)过冷循环在过冷循环在lgp-h图上的表示图上的表示1压缩机；压缩机；2冷凝器；冷凝器；3贮液器；贮液器；4过冷器；过冷器；5节流阀；节流阀；6蒸发器蒸发器 5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制

25、冷循环及热力计算35（2）制冷剂蒸气过热的原因及其影响）制冷剂蒸气过热的原因及其影响基本理论制冷循环中压缩机吸气状态为饱和蒸气（图5.7中1点），而实际制冷循环中却一般都要产生蒸气过热，即如图5.9中11的定压升温过程。原因有二：首先，蒸发器至压缩机吸 气口的管段尽管要进行保 温，但仍然要发生制冷剂 蒸气升温过程；其次，许 多非满液式蒸发器（多用 于氟利昂系统）本身设计 的出口温度就处于过热状 态。所以，单级蒸汽压缩 制冷循环一般均具有液体 过冷和蒸气过热。图图5.9 吸气过热的循环在吸气过热的循环在lgp-h图上的表示图上的表示 5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计

26、算36对于蒸气过热产生的影响，要注意以下几点：第一第一，蒸气过热是有效过热还是无效过热（又称有害过热）。第二第二，蒸气过热后的压缩功（h2-h1）大于吸入饱和蒸气时的压缩功（h2-h1），同时v1v1。第三第三，为了保证压缩机不吸入液态制冷剂，通常人为地控制产生一定的过热度（t1-t1）。（3）回热循环）回热循环工程上有时利用回热器（即气液热交换器）将液体过冷与蒸气过热统一考虑，使过热成为有效的冷量回收。如图5.10所示，从冷凝器中流出的饱和液体（状态点4）在回热器中放热给从蒸发器流出的饱和蒸气（状态点1），液体定压冷却至4点，同时蒸气定压过热至1点，二者换热量qo=h4-h4=h1-h1=h

27、5-h5。5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算37采用回热循环可增大制冷量qo，但压缩机耗功量也增加。经实测及理论分析，氨制冷系统不应采用回热循环，氟利昂系统可考虑采用，但也应该进行设备投资、热力计算等分析比较后再确定。图图5.10 回热制冷循环回热制冷循环(a)回热循环装置；（回热循环装置；（b）回热制冷循环在）回热制冷循环在lgp-h图上的表示图上的表示 5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算38一般情况下，制冷循环热力计算的目的有两个：设计选型计算：主要是计算制冷循环的各项性能指标，如压缩机的输气量、功率、冷凝器负荷等，为制冷压缩机及

28、换热器（冷凝器、蒸发器、冷却塔等）等设备选型提供依据。校核计算：针对已有设备参数经热力计算校核其是否满足所需制冷量要求。对于设计计算，制冷量（即空调冷负荷）是已知的，再按照具体客观条件和相关规范确定冷却方式、环境参数及制冷工况后，即可进行热力计算。所谓制冷工况系指蒸发温度to、冷凝温度tk、液体过冷度tg及蒸气过热度tr这样一组工作参数。5.2.3 5.2.3 单级蒸气压缩式制冷理论循环热力计算单级蒸气压缩式制冷理论循环热力计算单级蒸气压缩式制冷理论循环热力计算单级蒸气压缩式制冷理论循环热力计算5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算395.2.3.1 制冷剂的压焓图制

29、冷剂的压焓图在制冷循环的分析与计算中，犹如水蒸气计算要借助于焓熵图(h-s)一样，通常需要借助于制冷工质的压焓图(lgp-h图)来进行。在分析蒸气压缩式制冷循环和进行制冷循环的热力计算时，应用该图很直观，便于分析。压焓图结构见图5.11。书后附图2给出氟利昂22的压焓图。图图5.11 制制冷冷剂剂的的压压焓焓图图5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算40压焓图以绝对压力为纵坐标，为提高低压区域的精度而采用对数坐标，即lgp(MPa)，以比焓h(kJkg)为横坐标。图中主要内容有：一点一点：临界点C(有时也用k表示)。两线两线：临界点C左边的粗实线为饱和液体线，其干度x

30、=0；右边的粗实线为饱和蒸气线，其干度x=1。三区三区：液相区、气液两相共存区（湿蒸气区）、气相区。五种状态五种状态：过冷液体状态、饱和液体状态、湿蒸气状态、饱和蒸气状态、过热蒸气状态。5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算41六种等参数线簇六种等参数线簇：等压线水平线；等焓线垂直线；等温线在液相区几乎为垂直线，在两相区为水平线（与等压线重和），在气相区为向右下方弯曲的倾斜曲线；等熵线向右上方倾斜的实线；等容线向右上方倾斜的点画线，其斜率比等熵线平坦；等干度线只存在于两相区内，其方向视干度大小而定。通常情况下，在以上六个参数中，只要知道其中任意两个参数，就可以在lgp

31、-h图上确定制冷工质的状态点，从而可以在图上直接查读出其他未知的状态参数。对于饱和液体和饱和蒸气共存区，温度和压力是一个状态参数，还需再有一个参数才可以在图上确定其位置。本书附录中给出了一些常用制冷剂工质的饱和液体及蒸气的热力性质表和相应的压焓图。5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算425.2.3.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算在运行工况的各参数确定后，就可在lgp-h图上绘出制冷循环过程(图5.12)，进而计算以下各项内容。（1）单位质量制冷量qo，是指在制冷循环中每kg制冷剂所产生的制冷量，单位是kJ/kg；qo=h

32、1-h5 （5.9）图图5.12 蒸蒸气气压压缩缩式式制制冷冷循循环环在在压压焓焓图图上上的的表表示示5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算435.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算445.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算455.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算46（1）实际循环与理论循环的区别）实际循环与理论循环的区别尽管前面叙及的理论制冷循环较理想制冷循环更接近于实际，但和工程实际的制冷循环仍存在以下差别：制冷剂蒸气在压缩机中进行的压缩过程不是等熵绝热过程，而是一个多变过程；制冷剂通

33、过压缩机吸、排气阀时有较大局部阻力，和气缸有热交换；制冷剂在蒸发器、冷凝器中的换热过程不是定压过程，有阻力损失，而且存在温差传热；制冷剂在管道内流动时有阻力损失并与外界有热量交换。5.2.4 5.2.4 蒸气压缩实际制冷循环蒸气压缩实际制冷循环蒸气压缩实际制冷循环蒸气压缩实际制冷循环5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算47（2）实际蒸气压缩制冷循环在）实际蒸气压缩制冷循环在lgp-h图上的表示图上的表示考虑上述区别，实际蒸气压缩制冷循环在lgp-h图上的表示如图5.14所示。图图5.14 实际制冷循环示意实际制冷循环示意 5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩

34、式制冷循环及热力计算485.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算495.2.4.1 蒸汽压缩式制冷循环性能与制冷运行工况的关系蒸汽压缩式制冷循环性能与制冷运行工况的关系5.2.5 5.2.5 制冷运行工况及其对制冷循环性能的影响制冷运行工况及其对制冷循环性能的影响制冷运行工况及其对制冷循环性能的影响制冷运行工况及其对制冷循环性能的影响5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算50图图5.15 冷凝温度对制冷量的影响冷凝温度对制冷量的影响 5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算51图图5.16 蒸发温度对制冷量的影响蒸发温度

35、对制冷量的影响 5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算525.2.5.2 制冷机的名义工况制冷机的名义工况所谓名义工况，就是人为规定的为进行制冷机性能比较的基准性能工况。表5.2是国家标准活塞式单级制冷压缩机给出的名义工况。表表5.2 有机制冷剂压缩机名义工况（有机制冷剂压缩机名义工况（）5.2 蒸气压缩式制冷循环及热力计算蒸气压缩式制冷循环及热力计算53吸收式制冷是液体汽化制冷的一种，它和蒸气压缩式制冷一样，也是利用液态制冷剂在一定条件下汽化以达到制冷的目的。所不同的是，蒸气压缩式制冷是依靠消耗机械能（或电能）使热量从低温物体向高温物体转移；而吸收式制冷则依靠消耗热

36、能来完成这种非自发过程。另外，吸收式制冷采用由稀释剂和制冷剂组成的溶液（通常称为工质对）作为工质。按照所用工质对不同，目前常用的吸收式制冷机有两种。一种是氨吸收式制冷机，其工质对为氨水溶液，氨为制冷剂，水为吸收剂，它的制冷温度在+1-45范围内。由于氨吸收式制冷机构造非常复杂、热力系数较低、有爆炸危险等缘故，故空调中很少应用，多用于工艺生产过程的冷源。另一种吸收式制冷机是溴化锂吸收式制冷机，以溴化锂（吸收剂）水（制冷剂）溶液作为工质，其制冷温度只能在0以上，主要用于空调系统冷源。5.3 吸收式制冷循环工作原理吸收式制冷循环工作原理54在标准大气压力（760 mmHg）下，水要达到100才能沸腾

37、汽化，而在低于大气压力（即真空）环境下，水可以在温度很低时就沸腾。比如在密封的容器里创造绝对压力为6 mmHg的真空条件，水的沸点只有4。5.3.1 5.3.1 溴化锂吸收式制冷机的工作原理溴化锂吸收式制冷机的工作原理溴化锂吸收式制冷机的工作原理溴化锂吸收式制冷机的工作原理图图5.17 溴化锂吸收式制冷机的工作原理图溴化锂吸收式制冷机的工作原理图 5.3 吸收式制冷循环工作原理吸收式制冷循环工作原理55溴化锂吸收式制冷装置主要由发生器、吸收器、冷凝器、节流阀和蒸发器组成，如图5.17所示，它们组成两个循环环路，即制冷剂循环和吸收剂循环，发生器内的溴化锂水溶液，由于外部热源的加热，使溴化锂水溶液

38、中所含的比溴化锂沸点低得多的水分汽化成水蒸气；水蒸气进入冷凝器，被冷却水冷却，凝结成冷剂水；冷剂水经膨胀阀，节流降压后进入蒸发器；在蒸发器内，低压冷剂水吸收被冷却介质的热量，在低压下蒸发成水蒸气。被冷却介质因向冷剂水放出热量，温度降低而产生制冷效应。低温制冷剂水蒸气进入吸收器，被其中的溴化锂溶液所吸收，吸收过程中冷剂水蒸气放出的凝结热，由冷却水带走；5.3 吸收式制冷循环工作原理吸收式制冷循环工作原理56 吸收了冷剂水蒸气的溴化锂水溶液，变为稀溶液后，由溶液泵送入发生器中，发生器由于外部热源加热，使溴化锂稀溶液不断释放出水蒸气而浓度升高，变为浓溶液。浓溶液经膨胀阀降低压力后进入吸收器，重新吸收

39、来自蒸发器的冷剂水蒸气而浓度降低，再由溶液泵将吸收器的溴化锂稀溶液送入发生器。5.3 吸收式制冷循环工作原理吸收式制冷循环工作原理57图5.18所示是某种型号的双效溴化锂吸收式制冷机产品的流程。在机组设有高压与低压两个发生器，高压发生器（简称高发）采用压力较高的蒸汽，间接加热稀溶液，产生大量冷剂水蒸气，同时将溶液浓缩为中间溶液。中间溶液经高温热交换器换热降温后进入低压发生器，被高发来的冷剂水蒸气再次加热，再产生部分冷剂水蒸气，浓度进一步浓缩。浓溶液经低温热交换器换热降温后流回吸收器，产生的冷剂水蒸气则进入冷凝器。高发来的冷剂水蒸气在加热溶液后冷凝成水，经节流后进入冷凝器。冷却水流经冷凝器换热管

40、内，将管外的冷剂水蒸气冷凝成水。冷凝水经U形管进入蒸发器，一部分汽化成水蒸气，进入吸收器底部的再吸收腔，另一部分则降温成低温冷剂水后进入蒸发器制冷。5.3.2 5.3.2 溴化锂吸收式制冷机的典型结构与流程溴化锂吸收式制冷机的典型结构与流程溴化锂吸收式制冷机的典型结构与流程溴化锂吸收式制冷机的典型结构与流程5.3 吸收式制冷循环工作原理吸收式制冷循环工作原理58图图5.18 双效蒸汽加热型溴化锂吸收式制冷机流程图双效蒸汽加热型溴化锂吸收式制冷机流程图1高压发生器高压发生器（高发）（高发）;2低压发生器（低发）；低压发生器（低发）；3冷凝器；冷凝器；4蒸发器；蒸发器；5吸收器；吸收器；6高温热交

41、换器（高交）；高温热交换器（高交）；7低温热交换器（低交）；低温热交换器（低交）；8凝水回热器；凝水回热器；9溶液泵；溶液泵；10冷剂泵冷剂泵 5.3 吸收式制冷循环工作原理吸收式制冷循环工作原理59如前所述，热泵循环本质上与制冷循环是一致的，仅有以下两点区别：（1）目的不同目的不同制冷循环的目的是为获得预期的低温（环境），而热泵循环的目的是为获得预期的高温（环境）。（2）两者的工作温度区间不同）两者的工作温度区间不同制冷循环是从低温热源吸热后通过冷凝器将大气环境温度作为高温热源进行放热，而热泵循环则是把大气环境温度作为低温热源从其中吸热。对实际工程中的蒸气压缩式热泵循环，供热系数h用下式表示：5.4 热泵循环简介热泵循环简介605.4 热泵循环简介热泵循环简介61R RE E G GONG ONG X XUE UE J JI I C CHUHU高等职业技术教育建筑设备类类专业规划教材高等职业技术教育建筑设备类类专业规划教材武汉理工大学出版社发行部武汉理工大学出版社发行部http:/http:/地地 址：武汉市武昌珞狮路址：武汉市武昌珞狮路122122号号邮邮 编：编：430070430070电电 话：话：027-87394412 87383695027-87394412 87383695传传 真：真：027-87397097027-87397097热工学基础62