制冷原理期末复习大纲重点知识教案资料Word文件下载.docx
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部分与矿物润滑油互溶。
化学性质不如R12稳定，对有机物的膨润作用更强。
对金属与非金属的作用以及泄漏特性都与R12相似。
属于HCFC类制冷剂，也要被限制和禁止使用。
混合制冷剂
按照混合后的溶液是否具有共沸性质,分为:
（1）共沸制冷剂（可能使能耗减少）
共沸制冷剂特点：
一定蒸发压力下蒸发时具有几乎不变的蒸发温度
一定蒸发温度下，共沸制冷剂单位容积制冷量比组成它的单一制冷剂的容积制冷量要大。
化学稳定性较组成它的单一制冷剂好
在全封闭和半封闭压缩机中，采用共沸制冷剂可使电机得到更好的冷却，电机绕组温升减小。
（2）非共沸制冷剂（没有共同沸点）
一定压力下溶液加热时，首先到达饱和液体点A（泡点），再加热到达点B，即进入两相区，继续加热到点C（露点）时全部蒸发完成为饱和蒸气。
泡点温度和露点温度的温差称之为温度滑移
第二章制冷技术
第一节蒸气压缩式制冷（属于液体蒸发制冷）
液体蒸发制冷的特征：
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：
1制冷剂液体在低压（低温）下蒸发，成为低压蒸气（制冷剂从低温热源吸收热量）
②将该低压蒸气提高压在普通高压蒸气（能量补偿）
3将高压蒸气冷凝，使之成为高压液体；
（制冷剂向高温热源排放热量）
4高压液体降低压力重新变为低压液体，返回到①从而完成循环。
制冷循环就是通过一定的能量补偿，从低温热源吸热，向高温热源排热。
热源的温度决定制冷剂吸热与排热的温度与压力，相应地决定了制冷循环中的高低压侧的压力比。
蒸汽压缩式制冷循环是采用压缩机对低压气体做功，使之受压缩而提高压力
（一）单级蒸气压缩式制冷循环（高低温热源温度相差不大，压力比不大）
1．朗肯循环2．劳伦茨循环3．跨临界循环
容积式压缩机的单级压比受压缩机容积效率和压缩终了温度的制约通常被限制在8～10离心式压缩机的单级压缩比受工质分子量大小与叶轮的周边速度制约通常被限制在2～4
1．朗肯循环（空调、制冷、食品冷藏温度范围大量使用）分为基本朗肯循环和有回热的朗肯循环
单机压缩制冷当蒸发压力较低时采用有回热的朗肯循环，以提高循环效率和运行稳定性。
从循环效率出发，朗肯循环处于工质临界点以下，且远离临界点有利，近临界点情况节流损失大。
2．劳伦茨循环
朗肯循环的主要特征有两个定压定温的相变过程与纯质制冷剂及共沸混合制冷剂的压力特性相适应。
而采用非共沸制冷剂的劳伦茨循环，循环中的两个相变过程变成伴随有降温的定压凝结和伴随有升温的定压蒸发。
在放热过程中将制冷剂温度变化与热源温度变化相协调，均衡传热温差，减少不可逆损失，提高循环效率。
3．跨临界循环将CO2作为制冷剂用于空调制冷的温度范围时，由于CO2的临界温度低（仅30℃），排热将在超临界区进行。
而吸热则在临界点以下进行，整个循环跨越临界点。
（二）多级蒸气压缩式制冷循环（热源温差大到使压力比超过压缩机单机压缩允许的极限值时采用）
单级蒸气压缩活塞式制冷机，压缩比一般不超过10。
当蒸发温度过低，超出极限使用条件时会带来如下问题：
（1）压缩比增大时压缩机的输气系数λ大为降低，压缩机的输气量及效率显著下降。
（2）压缩机排气温度过高，使润滑油的粘度急剧下降，影响压缩机的润滑。
当排气温度与润滑油的闪点接近时，会使润滑油碳化，以致在阀片上产生结碳现象。
（3）制冷剂节流损失增加，单位质量制冷量及单位容积制冷量下降过大，经济性下降
在临界状态时，循环的节流损失大大增加，因此，制取比两级压缩制冷循环更低的温度时，往往选用复叠式制冷循环。
两级压缩制冷机可用两台压缩机串联起来（低压级和高压级）总压比是二者压力比的乘积.
两级压缩制冷机可以按照节流级数分为一级节流、二级节流；
同时又根据液体和蒸汽中间冷去方式的不同分为中间完全冷却、中间不完全冷却、无中间冷却循环
一级节流：
由冷凝压力p直接节流到蒸发压力p
二级节流：
制冷剂液体先由冷凝压力p节流到中间压力p，再由中间压力节流到蒸发压力p
中间完全冷却：
将低压级的排气冷却成中压下的干饱和蒸汽。
中间不完全冷却：
只降低温度，并未达到饱和状态，并未完全消除过热（过热蒸汽）
无中间冷却循环：
和单级压缩循环区别在于，压缩在低、高压级完成
基本循环形式主要有四种：
一次节流中间完全冷却循环、两次节流中间完全冷却循环、
一次节流中间不完全冷却循环、两次节流中间不完全冷却循环
一次节流与二次节流的特点
一次节流的不可逆损失大，节流后闪蒸汽多，单位制冷量和COP小。
但是其供液压差大，系统简化，只用一只节流阀，并且节流阀前后的压差大，节流阀尺寸小，节流前液体的过冷度大，不宜闪蒸。
两次节流可以用两级压缩机循环获得两种不同的蒸发温度，但其两次节流需用两只节流阀，每只节流阀上的压降要小许多，相同流量下要求用大口径的节流阀，同时还要保证两只节流阀的流量调节相协调。
再则，由于第二只节流阀前制冷剂液体温度较低且无过冷，很容易出现阀前的闪蒸问题。
1.一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环
（a）流程图b）lgp-h图
2.一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环
（a）流程图（b）lgp-h图
两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环（氨离心式制冷系统）
两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环（氟利昂离心式）
（三）复叠式蒸气压缩式制冷循环
由两个（或数个）不同制冷剂工作的单级（也可以是多级）制冷系统组合而成。
1.两个单级压缩循环组成的复叠式制冷机最低蒸发温度-90
高温系统：
高温压缩机、冷凝器、节流阀、冷凝蒸发器制冷剂：
R22
低温系统：
压缩机、冷凝蒸发器、回热器、节流阀、蒸发器、膨胀容器制冷剂：
R23
2.一个两级压缩循环和一个单级压缩循环组成的复叠式制冷机
高温部分:
一级节流;
中间不完全冷却;
节流前液体过冷;
带回热的两级压缩循环R22或R507
低温部分:
带回热的单级压缩循环制冷剂R23或R1150
最低蒸发温度可达-110℃
高温部分为两级压缩循环、低温部分为单级压缩循环组成的复叠式制冷循环系统原理图a1—低温部分压缩机a2—高温部分低压级压缩机a3—高温部分高压级压缩机b—冷凝器c1、c2、c3—节流阀d—蒸发器d12冷凝-蒸发器e1—低温部分气-液热交换器e2—高温部分气-液热交换器f—高温部分中间冷却器
3.三个单级压缩循环组成的复叠式制冷机
循环包括：
高温，中温，低温三部分，每部分均为单级压缩制冷循环
制冷剂：
R22/R507;
R23;
R50/R1150/170R最低蒸发温度可达－120℃～－140℃
4.用CO2作为第二制冷剂的复叠式制冷机
二氧化碳冷凝成液体，然后再使液态二氧化碳节流降压后变成干冰。
制冷机有开式、半开式
二氧化碳既是原料又是制冷剂
第二节蒸汽压缩制冷循环的计算
（一）简单单级蒸气压缩式制冷的理论循环计算
单级理论循环是建立在以下一些假设的基础上的：
（1）压缩过程为等熵过程，即在压缩过程中不存在任何不可逆损失
（2）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度，且冷凝温度和蒸发温度都是定值
（3）离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气，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
（4）制冷剂在管道内流动时，没有流动阻力损失，忽略动能变化，除了蒸发器和冷凝器内的管子外，制冷剂与管外介质之间没有热交换
（5）制冷剂在流过节流装置时，流速变化很小，可以忽略不计，且与外界环境没有热交换
压焓图：
（1）压缩过程:
dq=0,因而dw=dhw=h2-h1
（2）冷凝过程：
dw=0dq=dhqk=h2-h4
（3）节流过程：
w=0q=0Δh=0h4=h5（4）蒸发过程dw=0因而dq=dhq0=h1-h5=h1-h4
为了说明单级压缩蒸气制冷机理论循环的性能，采用下列一些性能指标，这些性能指标均可通过循环各点的状态参数计算出来。
1.单位制冷量q0
q0=h1-h5=h1-h4可以表示成汽化潜热r0和节流后的干度x5的关系：
制冷剂的汽化潜热越大，或节流所形成的蒸气越少（x5越小）则循环的单位制冷量就越大。
2.单位容积制冷量qv
qv大则压缩机需要提供的输气量少，qv随制冷剂种类变化，随压缩机吸气状态变化
若冷凝温度确定，则qv随蒸发温度降低而减小
3.理论比功w0
理论循环中，制冷压缩机输送单位制冷机所消耗的功
对于单级蒸气压缩制冷机的理论循环来说，理论比功可表示为
单级压缩蒸气制冷机的理论比功也是随制冷剂的种类和制冷机循环的工作温度而变的。
4.单位冷凝热qk
单位制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热量。
单位冷凝热包括显热和潜热两部分
（5）制冷系数
对于单级压缩蒸气制冷机理论循环，制冷系数为
制冷系数愈大表示经济性愈好
冷凝温度越高，蒸发温度越低，制冷系数越小
（6）热力完善度
单级压缩蒸气制冷机理论循环的热力完善度按定义可表示为
这里εc为在蒸发温度（T0）和压缩机排气温度（T2）之间工作的逆卡诺循环的制冷系数。
热力完善度愈大，说明该循环接近可逆循环的程度愈大。
5和6都是用来评价循环经济型的指标。
5随工作温度而改变，只能评价相同热源温度下的循环经济性。
不同温度用6来判断。
（二）液体过冷、气体过热及回热对理想循环性能的影响
根据实际条件对循环往往要作一些改进，以便提高循环的热力完善度。
在单级制冷机循环中，这一改进主要有液体过冷、吸气过热及由此而产生的回热循环。
1.液体过冷
将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝温度的状态，称为过冷。
带有过冷的循环，叫做过冷循环。
节流前液体过冷度越大，节流后干度x越小，循环的单位制冷量越大，
因此，采用液体过冷对提高制冷量和制冷系数都是有利的
压焓图
与无过冷的循环1-2-3-4-5-1相比，过冷循环的单位制冷量的增加量为
∆q0以线段5’-5表示。
因两个循环的理论比功w0相同，过冷循环的制冷系数比无过冷循环的制冷系数大
对制冷系数的影响
采用过冷循环可以使循环制冷系数提高，过冷度越大，循环制冷系数越高。
不全是！
！
用于冷却过冷器的介质温度比冷却冷凝器的戒指温度
过冷器单独设置时，需要增加冷却水或深井水设施，水泵还要耗功，这种情况下采用过冷循环是否有利，要经技术分析确定
2.吸入蒸气的过热
压缩机吸入前的制冷剂蒸气的温度高于吸气压力下制冷剂的饱和温度时，称为过热。
具有吸气过热的循环，称为过热循环。
过热循环1-1‘-2’-3-4-5-1的T-s图和lgp-h图。
图中1-1‘是吸气的过热过程，其余与基本循环相同。
单位制冷量增大了理论比功也增大了
有效过热循环的制冷系数可表示为
T-S图在过热区，过热度越大，其等熵线的斜率越大
过热有利>
过热不利<
NH3、R22
有效过热的过热度对制冷系数的影响：
制冷系数的变化仅仅与制冷剂种类有关过热，改变量的绝对值几乎与过热度成正比
无效过热的过热度对制冷系数的影响：
制冷剂蒸气在被冷却空间以外吸收环境空气热量而过热，成为无效过热。
这时蒸汽吸收热量不属于制冷量。
过热循环的制冷系数必然降低，无效过热也称有害过热。
（制冷蒸气在吸气管中）
3.回热循环
利用回把热使节流前的制冷剂液体与压缩机吸入前的制冷剂蒸气进行热交换，使液体过冷、蒸气过热，称之为回热。
若不计回热器与环境空气之间的热交换，则液体过冷的热量等于使蒸气过热的热量，其热平衡关系为
焓湿图
回热循环的性能指标如下：
单位制冷量单位容积制冷量
单位功制冷系数
与无回热循环1-2-3-4-5-1相比较，回热循环的单位制冷量增大了，但单位功也增大了
如果要使回热循环的单位容积制冷量及制冷系数比无回热循环高，其条件应是
对于一定的蒸发温度来说，上式取决于制冷剂的物性
回热有利满足条件制冷剂;
R502、R290、R600a、R134a
不利制冷剂：
R22、R717
氨制冷剂不适合采用回热制冷循环
①如果要使回热循环的单位容积制冷量及制冷系数比无回热循环高，需要满足cp0T0＞q0，这与制冷剂的物性有关，对于氨制冷剂而言，不满足；
②采用回热循环后，压缩机吸入氨蒸气的温度升高，在同样压缩比的情况下，会导致排气温度上升，使润滑油的使用条件恶化。
第三节、蒸气压缩式制冷系统的构成
蒸气压缩式制冷系统的构成:
压缩机;
热交换设备;
节流机构;
管道;
各种控制阀;
辅助部件
（一）压缩机
压缩机是压缩式制冷系统的心脏。
称其为制冷系统的主机
有用能的输入和制冷剂在系统中的循环流动靠压缩机实现
制冷机的整机性能、可靠性、寿命、噪声主要取决于压缩机
压缩机按压缩原理有两大类：
容积型通过对运动机构作功，以减少压缩式容积，提高蒸气压力来完成压缩功能。
速度型由旋转部件连续将角动量转换给蒸气，再将该动量转为压力。
⒈活塞式压缩机组成：
机体（曲轴箱）、气缸、活塞、吸、排气阀、曲轴连杆机构
特点①因为是往复运动，转速不宜太高②气缸工作腔有余隙容积
③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
④结构复杂，零部件多。
⑤往复式压缩机不允许吸气带液
⒉回转式压缩机
回转机最普通的为固定叶片式结构（叶片只滑动不转动），常常又称作“滚动活塞式压缩机”。
特点：
没有吸气阀
优点：
比往复机更可靠、是同等能力下尺寸小、制造成本低
回转机的局限性：
压缩机中任何基本磨损（轴承、轴、转子或叶片）都使间隙变大，影响压缩机性能。
回转机当前研究与开发的重点：
降低振动与噪声，改善油处理和减小摩擦。
在变转速制冷系统，变频空调中应用广泛
（1）涡旋式压缩机：
结构简单；
复杂的形线；
极高的精度要求
涡旋机在技术上的特长:
没有气阀在制冷装置中;
可靠性大大提高;
轴的扭矩更均匀，运转平稳;
压力脉动小;
振动和噪声
在给定吸气条件下,涡旋机的容积效率几乎与压力比无关,不存在余隙容积的影响
长处：
热泵装置中，热泵的季节供热系数HSPF提高
制冷装置中，能够用同一个电动机在很宽的工作范围内高效运转
空调装置中，整个系统的效率提高，即季节能效比SEER提高
（2）螺杆式压缩机（双螺杆、单螺杆）
近年来，随着螺杆机可靠性方面的改进，它在中等容量的制冷与空调装置上的应用更为广泛了。
螺杆机在部分负荷时的效率比离心机高8%～10%；
而且不存在离心机的喘振问题。
3.离心式压缩机
离心式压缩机依靠气流速度变化的动力学效应，起到压缩作用：
吸入气体由叶轮旋转达到很高速度，然后导入涡壳使速度能转变成压力能。
，级压力比受叶轮圆周速度与制冷剂性质的影响。
轮周速度受制于材料强度和气体动力条件。
一级叶轮可以达到的压力比（级压力比）一般为3～4
一般限制轮周速度不超过制冷剂进口处音速的1.4–1.5倍
离心机的特点是
①结构简单、转速高、输气量大，故体积、重量小②制冷剂不与润滑油接触，避免了油对制冷剂的影响
③与前述各种容积式压缩机特性一个重要的不同之处是，它的吸、排气压力差（或压力比）与吸气量有密切关系，吸气量变化还影响机器效率，在部分负荷运行时，有可能出现喘振。
喘振现象就是气流在流道内来回撞击而不能正常输出。
对机器产生冲击负荷，影响机器寿命
（二）热交换设备
制冷系统的热交换设备主要是冷凝器和蒸发器，它们是制冷剂与外部热源介质之间发生热交换的设备。
⒈冷凝器
用冷凝器将制冷剂从低温热源吸收的热量及压缩后增加的热焓排放到高温热源。
冷凝器按冷却方式分为：
空气冷却式水冷式蒸发冷却式
空气冷却式冷凝器中根据管外空气流动方式分为：
自然对流空气冷却式冷凝器
强制对流空气冷却式冷凝器
⒉蒸发器
蒸发器是制冷机中的冷量输出设备。
制冷剂在蒸发器中蒸发，吸收低温热源介质（水或空气）的热量，达到制冷的目的。
蒸发器和冷凝器的区别
蒸发器比冷凝器更麻烦，对制冷系统的影响更重要。
1.工作温度：
蒸发器低，冷凝器高。
同样传热温差下因传热不可逆造成的有效能损失比冷凝器大；
2.蒸发器处于系统低压侧工作，蒸发器中，制冷剂的流动阻力对制冷量与性能系数的影响比冷凝器严重（蒸发温度低时更突出）
3.蒸发器是“液入气出”分液不均匀则无法保证蒸发器全部传热面积有效利用
4.管壁外条件不同于冷凝器：
冷却空气的蒸发器由于空气经过时温度降低，蒸发器表面会出现凝露和结霜
蒸发器包括
冷却空气的蒸发器空气自然对流时多采用光盘管结构空气强制对流时采用翅片管结构
冷却液体的蒸发器壳管式（满液式、干式）沉没式
还有干式，湿式之分
干式蒸发器：
制冷剂液体在蒸发器管内沿程蒸发，至出口处，全部蒸发完
湿式蒸发器：
全部蒸发器在制冷壁侧的管壁始终被制冷剂液体充分湿润（多用于氨制冷系统）
（三）节流机构
节流机构是实现制冷循环所必须的四个基本的系统组成部件之一
作用：
对制冷剂的流动起扼制作用，使来自冷凝器的高压液态制冷剂压力降低，流入蒸发器
同时控制进入蒸发器的制冷剂质流率
节流机构有两大类：
毛细管膨胀阀（节流阀）
⒈毛细管
毛细管属于纯阻力原件，尺寸一定的毛细管具有固定的流通截面
缺点：
送往蒸发器的制冷量由毛细管的流通能力决定，根据蒸发器负荷的变化调节流量的能力差。
简单，便宜便于大批量生产，降低制造成本
毛细管用在小型而且不需要精确调节流量的制冷装置
⒉手动膨胀阀
通常与其它控制元件配合使用，一般只在短时期内使用，例如在冷冻初期辅助送液，或者在自动膨胀阀出故障时作为旁路备用阀。
⒊定压膨胀阀
从保持蒸发压力恒定为目的，自动调节蒸发器供液量。
其结构原理是：
由设定弹簧力和蒸发压力产生的流体压力之差提供阀打开方向的驱动力。
当蒸发压力降低时，阀开大，供液量增多，以补偿蒸发压力的下降；
当蒸发压力升高时，阀关小，供液量减少，抑制蒸发压力上升。
适用于负荷变化小，冷却速度较慢的小型装置，只适用于一台压缩机配一个蒸发器的系统。
⒋浮球阀
用液位控制供液量。
以浮球—杠杆机构产生阀动作的驱动力
根据制冷机的情况，又分两种。
对于制冷剂液体主要在高压侧（冷凝器或高压贮液器）的制冷机，采用高压浮球阀
它的浮球感受冷凝器或高压贮液器的液位。
当液位升高时，阀开大，增大蒸发器供液量；
当液位降低时，阀关小，减少供液量。
对于制冷剂液体主要在低压侧的制冷机，采用低压浮球阀。
它的浮球感受湿式蒸发器的液位。
当液位下降时，阀开大，增大供液量；
当液位升高时，阀关小，减少供液量。
⒌热力膨胀阀
广泛用于干式蒸发器的供液量调节以蒸发器出口处制冷剂的过热度为控制参数
通过弹簧力设定静态过热度设定范围一般为2～8℃
蒸发器出口制冷剂的过热度低于静态过热度时阀处于关闭状态
过热度高于静态过热度时阀才打开
热力膨胀阀两种形式:
内平衡式外平衡式
内平衡式将节流后的制冷剂压力近似作为蒸发压力，因而可以直接从阀内提供关阀的流体平衡力，使阀结构简单，安装方便。
用在低压侧流动阻力不大的场合，如蒸发温度较高、单路盘管的蒸发器
若低压侧流动阻力较大，节流后的压力明显高于蒸发压力，若用内平衡式会引起较大的附加过热度甚至无法控制，则必须采用外平衡式。
它有一个外平衡引压管，保证关阀的流体平衡力是蒸发压力。
多用于低蒸发温度或有分液器，多路并联盘管的蒸发器。
热力膨胀阀控制上最容易出现的问题是调节震荡，造成压缩机周期性回气带液
6.电子膨胀阀
2.2吸收和吸附式制冷
（一）吸收和吸附
吸收和吸附式制冷与压缩式制冷相比的特点
`1.可以利用各种热能驱动；
2.可以节约大量电能，平衡热电站的热电负荷；
3结构简单，运动部件少，安全可靠；
4以水或氨等作为制冷剂，其ODP、GWP=0，对环境和大气臭氧层无害；
5热力系数COP低于蒸气压缩式制冷循环。
）
吸收和吸附式制冷的特点
制冷剂蒸发要吸收热量。
为了连续制冷，已经蒸发成气体的制冷剂须回复到液体状态，从而实现制冷循环
压缩式制冷循环利用压缩机将制冷剂蒸汽压缩，使它在较高的压力和温度下向环境放热，从而冷凝成液体
吸收和吸附式制冷利用液体吸收剂和固体吸附剂对制冷剂蒸汽进行吸收或吸附,再用驱动热源加热吸收或吸附工质对,所产生的制冷剂蒸气在较高的压力和温度下向环境放热,从而冷凝成液体.
Ø
压缩式制冷循环单一组分工质
吸收式制冷循环双组分工质对
吸附式制冷循环固—液工质对
1、溶液的质量分数
溶液中某组分的质量百分数为=Gi/（G1+G2+⋅⋅⋅+Gi+⋅⋅⋅+Gn）⨯100%
双组分的吸收式制冷工质对是一种二元溶液,其质量分数是以溶液中溶质的质量百分数表示的。
溴化锂溶液的摩尔分数为
2、溶液的摩尔分数
溶液中某一组分的摩尔分数为
双组分的吸收式制冷工质对是一种二元溶液，其摩尔分数χ是以溶液中溶质的摩尔百分数表示的。
溴化锂溶液的摩尔分数为
3、吸附
升级会员 