制冷技术教材讲义

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1、第4章 制冷技术1 制冷基本原理v制冷的方法有液体汽化制冷、汽体膨胀制冷、涡流管制冷及电热制冷等，其中液体汽化制冷应用最广。v一、制冷基本原理v液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热、冷凝时的放热效应来实现制冷的。液体汽化形成蒸汽。当液体（制冷工质）处在密闭的容器中时，此容器中除了液体及液体本身所产生的蒸汽外，不存在其他任何气体，液体和蒸汽将在某一压力下达到平衡，此时的汽体称为饱和蒸汽，压力称为饱和压力，温度称为饱和温度。平衡时液体不再汽化，这时如果将一部分蒸汽从容器中抽走，液体必然要继续汽化产生一部分蒸汽来维持这一平衡。 v液体汽化时要吸收热量，此热量称为汽化潜热。汽化潜热来自被冷却对象，使被冷

2、却对象变冷。为了使这一过程连续进行，就必须从容器中不断地抽走蒸汽，并使其凝结成液体后再回到容器中去。从容器中抽出的蒸汽如直接冷凝成蒸汽，则所需冷却介质的温度比液体的蒸发温度还要低，我们希望蒸汽的冷凝是在常温下进行，因此需要将蒸汽的压力提高到常温下的饱和压力。v制冷工质将在低温、低压下蒸发，产生冷效应；并在常温、高压下冷凝，向周围环境或冷却介质放出热量。蒸汽在常温、高压下冷凝后变为高压液体，还需要将其压力降低到蒸发压力后才能进入容器。v液体汽化制冷循环是由工质汽化、蒸汽升压、高压蒸汽冷凝、高压液体降压四个过程组成。 压焓图为一热力状态图。图中纵坐标表示绝对压力的对数lnp，横坐标表示焓值h。Ln

3、phtSPk=0=1hLnph12342压焓图压焓图LnphtSPk=0=1h二、压焓图二、压焓图v图中临界点k左边的粗实线为饱和液体线，线上的任何一点代表一个饱和液体状态，干度x=0；v右边的粗实线为干饱和蒸汽线，线上任何一点代表一个饱和蒸汽状态，干度x=1。LnphtSPk=0=1h这两条曲线将图形分为三个区域：饱和液体线的左边是过冷液体区，该区域的液体称为过冷液体，过冷液体的温度低于同一压力下饱和液体的温度；干饱和线的右边是过热蒸汽区，该区域内的蒸汽称为过热蒸汽，过热蒸汽的温度高于同一压力下饱和蒸汽的温度；两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区域处于汽、液混合状态（湿蒸汽状态）。v图中共

4、有六种等参数线簇：v等压线p水平线；v等焓线h铅垂线；v等温线t液态区几乎为铅垂线。两相区内由于制冷剂的状态变化是在等压等温下进行，与等压线重合，为水平线。过热蒸汽区为向右下方弯曲的倾斜线；v等熵线s向右上方倾斜的实线；v等容线v向右上方倾斜的虚线，但比等熵线平坦v等干度线x只存在于湿蒸汽区域内，其方向大致与饱和液体线或饱和蒸汽线相近，视干度大小而定。LnphtSPk=0=1hv对于理论循环，离开蒸发器、进入压缩机的制冷剂蒸汽是处于蒸发压力下的饱和蒸汽；离开冷凝器和进入膨胀阀的液体是冷凝压力下的饱和液体；v等熵过程：制冷剂在压缩机中压缩是等熵过程；v等压过程：制冷剂在冷却及冷凝过程为等压过程v

5、等焓过程：制冷剂通过膨胀阀节流时，节流前后焓值相等：v等温过程：制冷剂在蒸发器和冷凝器中没压力损失。v点2表示表示制冷剂出压缩机、进入冷凝器时的状态。过程线1-2表示制冷剂蒸汽在压缩机中的等熵压缩过程（s1=s2），压力由蒸发压力p0压缩到冷凝压力pk。等熵线与于压力为冷凝压力pk等压线的交点为2点。压缩过程中外界对制冷剂作功，使制冷剂温度增加，2点处于过热蒸汽状态。LnphtSPk=0=1hLnph12342v点1表示制冷剂出蒸发器、进入压缩机时的状态。对应于蒸发温度t0的饱和蒸汽。根据压力和饱和温度的关系，该点应处于与蒸发压力p0相对应的等压线与饱和蒸汽线（x=0）的交点上。点3表示制冷剂

6、出冷凝器、进膨胀阀的状态，位于与冷凝温度tk相对应的饱和液体线上。v过程2-2-3表示制冷剂蒸汽在冷凝器中冷却（2-2）和冷凝（2-3）的过程。由于这个过程是在冷凝压力pk不变的情况下进行的，为等压过程。进入冷凝器的过热蒸汽首先将一部分热量放给外界冷却介质，在等压下变成饱和蒸汽（点2），然后再在等压、等温下继续放出热量，直至最后冷凝成饱和液体（点3）。压力为pk的等压线与干度x=0的饱和液体线的交点即为点3的状态。LnphtSPk=0=1hLnph12342点4表示制冷剂出节流阀、进蒸发器的状态。过程线3-4表示制冷剂通过节流阀的节流过程。在这一过程中，制冷剂的压力由冷凝压力pk降低到蒸发压力

7、p0，温度由冷凝温度tk降低到蒸发温度t0，并进入两相区。由于节流前后制冷剂的焓值不变，过程3-4为等焓过程。v由点3作等焓线与等压线p0的交点即为点4的状态，由于节流过程是不可逆的，所以用一虚线表示。 LnphtSPk=0=1hLnph12342v过程4-1表示制冷剂在蒸发器中的汽化过程。这一过程是在等温、等压（温度为t0、压力为p0）下进行的，液体制冷剂吸收被冷却对象的热量而不断汽化，其状态沿等压线p0向干度增大的方向变化，直到全部变为饱和蒸汽为止。制冷剂的状态又变回到进入压缩机前的状态点1，完成了一个完整的循环。LnphtSPk=0=1hLnph12342 2 2 蒸气压缩式制冷系统的构

8、成蒸气压缩式制冷系统的构成压缩机压缩机热交换设备热交换设备节流机构节流机构管道管道各种控制阀各种控制阀辅助部件辅助部件膨 胀 阀3冷 凝 器水2压 缩 机等熵等 压 、 等 温等焓4蒸 发 器冷媒1蒸气压缩式制蒸气压缩式制冷系统的构成冷系统的构成v单级蒸汽压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道连接成一封闭系统， 制冷剂在系统中循环流动。v制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量并沸腾汽化成蒸汽，与之相对应的压力P0称为蒸发压力，温度t0称为蒸发温度；压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸汽并将其压缩到冷凝压力Pk，然后送往冷凝器，蒸汽压缩式制冷系统图在冷凝压力下冷凝成液体，并将放出的

9、热量传给了冷却介质（水或空气）。一、蒸气压缩式制冷系统的组成一、蒸气压缩式制冷系统的组成膨 胀 阀3冷 凝 器水2压 缩 机等熵等 压 、 等 温等焓4蒸 发 器冷媒1压缩式制冷系统的心脏压缩式制冷系统的心脏主机主机有用能的输入有用能的输入制冷剂在系统中的循环流动制冷剂在系统中的循环流动整机性能整机性能可靠性可靠性寿命寿命噪声噪声1.压缩机压缩机v与冷凝压力相对应的温度tk称为冷凝温度，tk一定要高于冷却介质的温度；冷凝后的高压液体通过膨胀阀或节流元件使其压力从冷凝压力pk降低到蒸发压力p0，使部分液体汽化，剩余液体温度降至t0；离开膨胀阀的制冷剂变为温度为t0的汽液混合物。混合物中的液体在蒸

10、发器中从被冷却对象中吸收他所需要的蒸发热，使被冷却对象冷却；混合物中的蒸汽通常称为闪发蒸汽，不起吸热作用。在整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸汽和造成蒸发器中低压的作用，推动系统循环，是整个系统的心脏；节流阀对制冷剂起着节流降压的作用，并用作调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量，达到制冷的目的；冷凝器是输出热量的设备，制冷剂从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗的功所转化的热量在冷凝器中一起被冷却介质带走。 冷媒进冷媒出蒸发器放空气冷凝器放油水3总调节站贮氨器膨胀阀氨液分离器4均压管分油器压缩机21水蒸汽压缩式制冷系统根据热力学第二定律

11、，压缩机消耗的功起了补偿作用，使制冷剂不断从低温热源吸取热量，并不断向高温热源放出热量，从而完成整个制冷循环。 活塞式压缩机活塞式压缩机 机体（曲轴箱）机体（曲轴箱）气缸气缸活塞活塞吸、排气阀吸、排气阀曲轴连杆机构曲轴连杆机构组成组成活塞式压缩机有以下特点：活塞式压缩机有以下特点：作往复运动，转速不宜太高作往复运动，转速不宜太高气缸工作腔有余隙容积气缸工作腔有余隙容积气缸工作腔必须设置吸、排气阀，气缸工作腔必须设置吸、排气阀，使吸、排气过程产生阻力损失使吸、排气过程产生阻力损失结构复杂，零部件多结构复杂，零部件多。往复式压缩机不允许吸气带液往复式压缩机不允许吸气带液2.热交换设备热交换设备 制