空调制冷第一讲制冷原理(压焓图).ppt

1、第一讲第一讲 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环w1 单级压缩制冷的理论循环w2 单级压缩制冷的实际循环w3 工况与性能1 单级蒸气压缩制冷的理论循环w1.1 1.1 系统与循环系统与循环w1.2 1.2 压焓图压焓图w1.3 1.3 制冷循环过程在压焓图上的表示制冷循环过程在压焓图上的表示w1.4 1.4 单级蒸气压缩式制冷理论循单级蒸气压缩式制冷理论循 环的热力计算环的热力计算1.11.1系统与循环系统与循环液体蒸发制冷构成循环的四个基本过程是：液体蒸发制冷构成循环的四个基本过程是：制冷剂液体在低压（低温）下蒸发，制冷剂液体在低压（低温）下蒸发，成为低压蒸气成为低压蒸气 将该低压蒸气

2、提高压力为高压蒸气将该低压蒸气提高压力为高压蒸气 将高压蒸气冷凝，使之成为高压液体将高压蒸气冷凝，使之成为高压液体 高压液体降低压力重新变为低压液体，高压液体降低压力重新变为低压液体，返回到返回到从而从而完成完成循环。循环。压缩机压缩机:压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发器中低压、冷凝器中高压，是整个器中低压、冷凝器中高压，是整个系统的心脏。系统的心脏。冷凝器冷凝器:输出热量的设备，将制冷剂在蒸发输出热量的设备，将制冷剂在蒸发器中吸收的热量和压缩机消耗功所器中吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量排放给冷却介质。转化的热量排放给冷却介质。节流阀节流阀:对制冷剂起节流降压

3、作用，并调节对制冷剂起节流降压作用，并调节进入蒸发器的制冷剂流量。进入蒸发器的制冷剂流量。蒸发器蒸发器:输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量，从而达中吸收被冷却对象的热量，从而达到制冷的目的。到制冷的目的。1.2 压焓图phThspx压焓图v等容线等容线-向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦；向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦；等温线等温线-液体区几乎为垂直线。两相区内，因制液体区几乎为垂直线。两相区内，因制冷剂状态的变化是在等压、等温下进行，故等冷剂状态的变化是在等压、等温下进行，故等 温线温线与等压线重合，是水平线。过热蒸气区为向右下方与等压线重合，

4、是水平线。过热蒸气区为向右下方弯曲的倾斜线；弯曲的倾斜线；等熵线-向右上方倾斜的实线；等等干度线干度线-只存在于湿蒸气区域内，其方向大致与只存在于湿蒸气区域内，其方向大致与饱和液体线或饱和蒸气线相近，视干度大小而定。饱和液体线或饱和蒸气线相近，视干度大小而定。等焓线等焓线-垂直线；垂直线；等压线等压线-水平线；水平线；1.3 1.3 制冷循环过程在压焓图上的表示制冷循环过程在压焓图上的表示ph12345 理论循环在理论循环在p-h图上的表示图上的表示ABCD12345AA压缩机；压缩机；BB冷凝器；冷凝器；CC节流阀；节流阀；DD蒸发器。蒸发器。单级蒸气压缩单级蒸气压缩式制冷系统图式制冷系统图

5、1.4 1.4 单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算计算 （1 1）压缩过程为等熵过程，即在压缩过程）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中不存在任何不可逆损失 （2 2）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂的冷凝）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冷却介质的温度，且冷凝温度和蒸发温度都是定值是定值单级理论循环是建立在以下一些假设的基础上的：单级理论循环是建立在以下一些假设的基础上的：（4 4）制冷剂在管道内流动时，没有流动阻）制冷剂在管道内流

6、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内的管子外，制冷剂与管外介质之间没有热交换换 （5 5）制冷剂在流过节流装置时，流速变化）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很小，可以忽略不计，且与外界环境没有热交换换 （3 3）离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸）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入膨胀阀的液体为冷凝压力下的饱和液体hp12345 理论循环在理

7、论循环在p-h图上的表示图上的表示 按照热力学第一定律，对于在控制容积中进行按照热力学第一定律，对于在控制容积中进行的状态变化存在如下关系：的状态变化存在如下关系：这里，把自外界传入的功作为负值。这里，把自外界传入的功作为负值。（1-1）压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器都可以单压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器都可以单独作为一个控制体进行分析。独作为一个控制体进行分析。(2)(2)冷凝过程：冷凝过程：（1-31-3）(3)(3)节流过程：节流过程：（1-41-4）（1 1）压缩过程）压缩过程:（1-2）（4 4）蒸发过程：）蒸发过程：（1-5）单位制冷量可按式（单位制冷量可按式（2-52-5）计算。

8、单位制）计算。单位制冷量也可以表示成汽化潜热冷量也可以表示成汽化潜热r r0 0和节流后的干度和节流后的干度x x5 5的关系：的关系：为了说明单级压缩蒸气制冷机理论循环为了说明单级压缩蒸气制冷机理论循环的性能，的性能，采用下列一些性能指标。采用下列一些性能指标。(1-6)由式（由式（1-61-6）可知，制冷剂的汽化潜热越大）可知，制冷剂的汽化潜热越大，或节流所形成的蒸气越少（，或节流所形成的蒸气越少（x x5 5越小）则单位越小）则单位制冷量就越大。制冷量就越大。(1)(1)单位制冷量单位制冷量(2)(2)单位容积制冷量单位容积制冷量(1-7)对于单级蒸气压缩制冷机的理论循环来对于单级蒸气压

9、缩制冷机的理论循环来说，理论比功可表示为说，理论比功可表示为(1-8)单级压缩蒸气制冷机的理论比功也是随制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。冷剂的种类和制冷机循环的工作温度而变的。(3)(3)理论比功理论比功(4)(4)单位冷凝热单位冷凝热 单位（单位（1kg1kg）制冷剂蒸气在冷凝器中制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热量，称为单位冷凝热。单位冷凝放出的热量，称为单位冷凝热。单位冷凝热包括显热和潜热两部分热包括显热和潜热两部分(1-9)比较式（比较式（1-51-5）、（）、（1-81-8）和（）和（1-91-9）可以看出，对于单级压缩式蒸气制冷机理可以看出，

10、对于单级压缩式蒸气制冷机理论循环，存在着下列关系论循环，存在着下列关系(1-10)(5)(5)制冷系数制冷系数 对于单级压缩蒸气制冷机理论循环，对于单级压缩蒸气制冷机理论循环，制冷系数为制冷系数为(1-11)制冷系数愈大制冷系数愈大经济性愈好经济性愈好 在蒸发温度和冷凝温度相同的条在蒸发温度和冷凝温度相同的条件下：件下：(6)(6)压缩终温压缩终温影响到制冷剂的分解和润滑油结炭。影响到制冷剂的分解和润滑油结炭。(7)(7)热力完善度热力完善度 单级压缩蒸气制冷机理论循环的热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力完善度按定义可表示为(1-12)这里这里c c为在蒸发温度（为在蒸发

11、温度（T T0 0）和冷和冷凝温度（凝温度（T Tk k）之间工作的逆卡诺循环的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。环接近可逆循环的程度愈大。2单级蒸气压缩式制冷的实际循环单级蒸气压缩式制冷的实际循环w2.1 2.1 液体过冷对循环性能的影响液体过冷对循环性能的影响w2.2 2.2 蒸气过热对循环性能的影响蒸气过热对循环性能的影响w2.3 2.3 气气-液热交换器对循环性能的影响液热交换器对循环性能的影响w2.4 2.4 不凝性气体的存在对循环性能的影响不凝性气体的存在对循环性能的影响w2.5 2.5 单级压缩实际

12、制冷循环的热力计算单级压缩实际制冷循环的热力计算 上面所述的循环，是单级压缩蒸气制冷上面所述的循环，是单级压缩蒸气制冷机的基本循环，也是最简单的循环。在实机的基本循环，也是最简单的循环。在实用上，根据实际条件对循环往往要作一些用上，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。冷、吸气过热及由此而产生的回热循环。2.1 液体过冷对循环性能的影响液体过冷对循环性能的影响将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷

13、凝温度的状态，称为过冷。温度的状态，称为过冷。带有过冷的循环，叫做过冷循环。带有过冷的循环，叫做过冷循环。采用液体过冷对提高制冷量和制冷系数采用液体过冷对提高制冷量和制冷系数都是有利的都是有利的ph12345过冷循环在过冷循环在p-h图上的表示图上的表示45(1-13)(2)(2)单位容积制冷量单位容积制冷量(3)(3)理论比功理论比功（1）单位制冷量）单位制冷量不变不变增加增加增加增加(4)(4)单位冷凝热单位冷凝热(5)(5)制冷系数制冷系数(6)(6)压缩终温压缩终温不变不变增加增加增加增加(1-15)(1-14)2.2 蒸气过热对循环性能的影响 压缩机吸入前的制冷剂蒸气的温度高于压缩机

14、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。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。具有吸气过热的循环，称为过热循环。下图示出了过热循环下图示出了过热循环1-1-2-3-4-5-1的的lg p-h图。图中图。图中1-1是吸气的过热过程，其余与基是吸气的过热过程，其余与基本循环相同。本循环相同。ph12345过热循环在过热循环在p-h图上的表示图上的表示12过热循环分有效过热和无效过热两种情况过热循环分有效过热和无效过热两种情况 (1-13)(2)(2)单位容积制冷量单位容积制冷量（1）单位制冷量）单位制冷量增加增加有效过热循环有效过热循

15、环 有效过热循环：过热过程中产生的冷量也为有效过热循环：过热过程中产生的冷量也为被冷却介质所吸收。被冷却介质所吸收。？(4)(4)单位冷凝热单位冷凝热(5)(5)制冷系数制冷系数？增加增加(1-15)(1-14)(3)(3)理论比功理论比功(1-14)增加增加(6)(6)压缩终温压缩终温升高升高图图2-192-19有效过热的过热度对制冷系数的影响有效过热的过热度对制冷系数的影响过热度度R502R502 R600aR600a R290R290 R134aR134aR22R22NHNH3 30 045.345.337.437.444.444.444.144.155.955.993.093.0303

16、073.973.965.765.772.172.172.972.986.386.3 131.5131.5(1-13)(2)(2)单位容积制冷量单位容积制冷量（1）单位制冷量）单位制冷量不变不变无效过热循环无效过热循环 无效过热循环：过热过程中产生的冷量没有无效过热循环：过热过程中产生的冷量没有被冷却介质所吸收。被冷却介质所吸收。减小减小(4)(4)单位冷凝热单位冷凝热(5)(5)制冷系数制冷系数减小减小增加增加(1-15)(1-14)(3)(3)理论比功理论比功(1-14)增加增加2.3 回热器对循环性能的影响(1-20)若不计回热器与环境空气之间的热交换，则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，其液体过冷的热量等于使蒸气过热的热量，其热平衡关系为热平衡关系为 利用回热使节流前的制冷剂液体与压缩机吸利用回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、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。蒸气过热，称之为回热。ph12345回热循环在回热循环在p-h图上的表示图上的表示1245 回热循环中各性能指标的变