制冷复习大纲-整理版.doc

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绪论

1.制冷、空调的定义。

制冷：

利用人工的方法，把某物体或某空间的温度降低到低于周围环境介质的温度，并使之维持一定时间。

实质：

将热量从被冷却对象中转移到环境中。

空调：

空气调节，就是调节房屋、机舱、船舱、车厢等内部的空气温度、湿度、洁净度、气流速度等使达到一定的要求。

2.常见制冷方法的分类。

1.按制冷工作原理划分

物质相变气体膨胀制冷热电制冷

2.按制冷技术的温度划分

普通制冷深度制冷低温制冷超低温制冷

3.按补偿能量的形式（或驱动方式）

以机械能或电能为补偿:

蒸气压缩式热电式制冷机

以热能为补偿:

蒸气吸收式蒸气喷射式蒸气吸附式制冷机

3.二热源与三热源可逆热机性能系数的计算。

机械或电驱动制冷机制冷系数ε:

热能驱动制冷机热力系数:

二热源：

单位质量的制冷剂吸收热量：

单位质量的制冷剂放出热量：

外界输入功：

制冷系数（COP）：

制冷系数大小只取决于两个热源的温度；T0增大或Tk减小，ε增大

逆卡诺循环难以实现的原因：

a）无温差的传热过程难以实现；

b）膨胀机等熵膨胀不经济；

c）湿压缩不利于压缩机正常工作

供热系数：

热泵的性能系数COP（供热系数），常用μ表示。

供热系数=供热量/补偿能量

三热源：

对于以热能驱动的制冷机，制冷机从驱动热源（温度为Tg）吸收热量Qg作为补偿，完成从低温热源吸热，向高温热源排热的能量转换。

其中：

为工作在Ta，To可逆机械制冷机的制冷系数；

为工作在Ta、Tg之间的可逆热机机的热效率

第一部分蒸汽压缩式制冷

1.逆卡诺循环的组成、计算和制冷系数的表示方法。

循环的组成：

绝热压缩、等温冷凝、绝热膨胀、等温蒸发

计算见二热源；

制冷系数：

单位质量制冷量与理论比功之比，即理论循环的收益和代价之比，称为理论循环制冷系数，用e0表示，热力完善度：

2.单级压缩式理论制冷循环。

（过程、四大部件和作用、闪发蒸汽、热力计算等）

过程：

压缩过程；冷凝过程；膨胀过程；蒸发过程。

制冷机四大部件：

压缩机、冷凝器、节流阀（膨胀阀）、蒸发器

1）压缩机：

①提高制冷剂的压力；②形成输送制冷剂的动力

2）冷凝器：

制冷剂高压蒸气与环境温度介质充分热交换

3）节流阀（膨胀阀）：

①使高压常温制冷剂节流膨胀降压；②调节进入蒸发器的制冷剂流量，

4）蒸发器：

提供低压制冷剂与冷却空间充分热交换的场所，使制冷剂不断吸热汽化。

闪发蒸气：

在节流阀中由于压力下降而提前蒸发的制冷剂蒸气。

单位质量制冷量：

单位容积制冷量：

理论比功：

，压缩机功率：

单位冷凝热负荷：

总冷负荷：

对于单级蒸气压缩式制冷理论循环，存在着下列关系：

例1　假定循环为单级蒸气压缩式制冷的理论循环，蒸发温度t0=-10℃，冷凝温度tk=35℃，工质为R22，循环的制冷量Q0=55kW，试对该循环进行热力计算。

解　

点1：

t1=t0=-10℃

p1=p0=0.3543MPa

h1=401.555kJ/kg

v1=0.0653m3/kg

点3：

t3=tk=35℃

p3=pk=1.3548MPa

h3=243.114kJ/kg，

由图可知，h2=435.2kJ/kg，t2=57℃

1）单位质量制冷量

2）单位容积制冷量

3）制冷剂质量流量

4）理论比功

5）压缩机消耗的理论功率

6）冷凝器单位热负荷

7）冷凝器热负荷

8）制冷系数

9）热力完善度；

3.压缩式制冷的实际制冷循环与理论循环的区别。

实际循环与理论循环的区别

1.制冷压缩机的压缩过程不是等熵过程，而是多变过程；

2.实际循环中压缩机吸入的制冷剂为过热蒸气，节流前往往是过冷液体，即存在气体过热、液体过冷现象；

3.制冷剂在设备及管道内流动时，存在着流动阻力损失，且与外界有热量交换；

4.实际节流过程不完全是等焓过程，节流后的焓值增加；

5.制冷系统中存在着不凝性气体。

4.过冷、过热和回热循环对制冷系统的影响，工况对循环的影响

过冷循环：

使单位制冷量增加，消耗比功相同，制冷系数增加。

液体过冷会增大初投资及运行费用，故一般空调用制冷装置都不采用液体过冷。

对于大型的且蒸发温度很低的制冷装置，在条件许可时才尽可能采用液体过冷。

蒸气过热：

对循环不利，但制冷机实际运行中，希望有压缩机吸气能有适当的过热度，否则未气化的制冷剂液体会进入压缩机气缸，给运行带来危害，并使压缩机制冷量下降。

氨过热度5～8℃，氟利昂一般取可采取较大的过热度。

有害过热：

p单位压缩功增加

p单位制冷量不变

p制冷系数下降

p单位冷凝负荷增大

p进入压缩机制冷剂比容增大

p压缩机排气温度升高

有效过热：

p单位压缩功增加

p单位制冷量增加

p循环是否有益与制冷剂性质有

p单位冷凝负荷增大

p进入压缩机制冷剂比容增大

p压缩机的排气温度升高

回热循环：

利于压缩机运行，防止液击；提高压缩机吸气温度，减轻或避免有害过热;改善低温下压缩机的润滑条件;回热循环特别适用于增加吸气过热度能提高其循环制冷系数、以及绝热指数较小，绝热压缩后排气温度较低的制冷剂。

因为对氨提高过热度后会降低其制冷系数，所以不采用回热循环。

工况对制冷循环的影响：

（1）其他条件不变，冷凝温度tk变化（升高）的影响：

冷凝温度tk升高时：

单位制冷量q0下降，输气系数l下降，吸气比容v1不变，（qv=q0/v1下降，Q0=lVhqv下降）单位压缩功w0升高：

（P=lVhw0/v1）；制冷系数降低。

（2）其他条件不变，蒸发温度t0变化（降低）的影响：

蒸发温度t0降低时,单位制冷量q0下降，输气系数l下降，吸气比容v1上升，（Q0=lVhqv下降）单位耗功w0升高：

制冷系数降低。

5.为什么采用两级制冷循环和复叠式制冷循环。

采用两级压缩制冷循环的目的：

1）减少往复式压缩机余隙容积的影响；2）减小气缸的压缩比，提高输气系数；3）降低排气温度、减少耗功率、提高经济性。

为了获得更低的蒸发温度（-40～-70℃），同时又能使压缩机的工作压力控制在一个合适的范围内，就要采用多级压缩循环，一般采用双级压缩循环。

为降低冷凝温度，需采用另一台制冷装置为其冷凝器提供冷源，与之联合运行，及所谓的复叠式制冷循环。

6.一级节流的两级制冷的中间冷却器原理、换热过程、热力平衡式。

作用：

降低排气温度、降低耗功

中间不完全冷却：

原理：

未将排气冷却到中间压力下的饱和蒸气，进入高压压缩机的中间压力的过热状态。

换热过程：

从冷凝器出来的高压液体被分成两部分，一部分经中间冷却器、节流阀，其压力降到中间压力，在中间冷却器中蒸发；另一部分在盘管内流经中间冷却器，通过盘管与管外中间压力下蒸发的制冷剂蒸汽进行热量交换，达到过冷的目的。

热平衡方程：

高压级压缩机与低压级压缩机质量流量的关系：

点7的焓值仍按中间冷却器中再冷却盘管冷端传热温差t7-t6=3～5℃来确定。

点3的焓值由混合过程的热平衡关系：

由上两式可得出：

中间完全冷却：

原理：

将低压级排气冷却到中间压力下的饱和蒸气，进入高压级压缩机的为中间压力的饱和状态。

换热过程：

从冷凝器出来的高压液体被分成两部分，一部分进入中间冷却器的盘管中降低温度，变成过冷液体，经节流阀降压后到蒸发器蒸发制冷；另一部分经节流阀降压后进入中间冷却器蒸发，为冷却低压级压缩机排送到中间冷却器的过热蒸汽和盘管内的制冷剂提供冷量。

热平衡方程：

高压级与低压级压缩机质量流量的关系：

第二部分制冷剂

1.制冷剂的分类和命名原则。

按照化学成分分：

1.无机物：

NH3、H2O、N2、CO2

2.有机物：

1）碳氢化合物：

CH4、C2H6、C2H4

2）氟利昂：

饱和碳氢化合物的卤族取代物。

CHClF2、CCl2F2、C2H2F4

3.混合物：

1）非共沸混合物：

蒸发过程中混合物温度发生变化。

R401

2）共沸混合物：

具有共同的沸点，蒸发过程中混合物温度不发生变化。

R501

按照制冷剂的标准蒸发温度，将其分为三类：

高温（低压）制冷剂：

ts＞0℃，pc≤0.2～0.3MPa

中温（中压）制冷剂：

0℃＞ts＞-60℃,0.3MPa＜pc＜2.0MPa

低温（高压）制冷剂：

ts≤-60℃，pc≥2.0MPa

命名原则：

以R开头，后面接数字；

1、氟利昂（饱和碳氢化合物的卤族取代物）CmHnFxClyBrzn+x+y+z=2m+2

R（m－1）（n+1）x（a,b…）Bz：

m-1:

C原子数-1；n+1:

H原子数+1；x:

F原子数；a,b…:

同分异构体;B:

有Br原子时写；z:

Br原子个数；

二氟一氯甲烷（CHClF2）：

R22

二氟二氯甲烷（CCl2F2）:

R12

四氟乙烷C2H2F4R134

二氟乙烷C2H4F2:

R152默认对称，不对称加a,b…

CH2FCH2F:

R152;CHF2CH3：

R152a

2、碳氢化合物（烃类）

烷烃类:

与氟利昂编号方法相同:

甲烷（CH4）R50;乙烷（C2H6）:

R170;0表示没有F；

烯烃类:

R1+氟利昂编号方法:

乙烯（C2H4）R1150;丙烯（C3H6）R1270

3、共沸（液体）制冷剂

两种或两种以上制冷剂按一定的比例混合而成;在气化或液化过程中，成分始终保持相同；在既定压力下，发生相变时的温度保持不变。

编号：

R5XX质量百分比（已经商品化的共沸混合物，依应用先后在500序号中顺次地规定其识别编号。

）

R500R152a/R12（26.2/73.8）

R502R22/R115（48.8/51.2）

4、非共沸（液体）制冷剂

两种或两种以上制冷剂按一定比例混合而成;在气化或液化过程中，成分不断变化;定压下，对应的温度也不断变化。

编号：

R4XX质量百分比（已经商品化的非共沸混合物，依应用先后在400序号中顺次地规定其识别编号。

）

R407c：

R32/R125/R134a（23:

25:

52（%））

5.无机化合物

R7XX（XX为无机化合物分子量）

氨：

R717；二氧化碳：

R744；水：

R718

2.制冷剂的选用原则与性质。

1.热力学方面的要求：

1）具有较大的制冷工作范围：

2）具有适当的工作压力和压缩比：

3）单位质量和单位体积制冷量均大：

4）绝热指数低：

2.物理化学方面的要求：

1）流动性好

2）传热性好

3）化学稳定性好

3.安全性方面的要求：

在工作温度范围内不燃烧、不爆炸。

无毒或低毒，相对安全性好。

具有易检漏的特点。

4.环境方面要求：

1）臭氧衰减指数ODP越小越好

2）温室效应指数GWP越小越好

5.经济性方面的要求

制冷剂的生产工艺简单，价廉、易得。

性质：

制冷剂的热力性质包括标准沸点、临界温度、压缩性系数、特鲁顿数等。

1..标准沸点Ts与临界温度Tc

标准沸点Ts指在标准大气压下的蒸发温度，通常称为沸点。

与工质分子组成情况有关

临界温度Tc是指物质不可能加压液化的最低温度。

物质的临界温度与标准沸点有一定联系，对于大多数物质有：

Ts/Tc≈0.6

2.特鲁顿：

大多数物质在低沸点下气化时，其摩尔熵增的数值大约相等

3.压缩终温：

相同吸气温度下,制冷剂等熵压缩的终了温度t2与其绝热指数k和压力比有关。

4.其它物理、化学性质：

①溶解性：

制冷剂与润滑油的溶解性。

②溶水