单级压缩式制冷理论循环课件.ppt

1、单级蒸汽压缩式制冷循环-理论循环1PPT课件一：单级蒸气压缩式制冷循环的方法、原理与循环n日常生活中我们都日常生活中我们都有这样的疑问有这样的疑问:怎样怎样才能制冷制热呢才能制冷制热呢?2PPT课件相变制冷方法、原理相变制冷方法、原理a.密闭容器试验 饱和状态 （饱和蒸汽、饱和液体）3PPT课件饱和压力，饱和温度 密闭容器中的液体，在一定的温度下，蒸气压力会自动保持在一定数值上，这时液气两相转变就达到了动平衡，此时空间气态分子的浓度不变。这个状态称之为这个液体的饱和状态饱和状态。饱和状态的蒸气和液体分别称为饱和蒸气饱和蒸气和饱和液体饱和液体。饱和状态时蒸气压力称为饱和压力饱和压力。饱和液体的温

2、度称为饱和温度饱和温度。4PPT课件饱和压力与饱和温度是一一对应关系。水：饱和压力饱和压力p=1at=101325Pap=1at=101325Pa时，时，饱和温度饱和温度t=100t=100饱和压力饱和压力p=0.31at=31160Pap=0.31at=31160Pa时，时，饱和温度饱和温度t=70t=70饱和压力饱和压力p=0.0092at=934.55Pap=0.0092at=934.55Pa时，饱和温度时，饱和温度t=6t=65PPT课件 n猜想一下：蒸汽被抽走将会发生什么结果？6PPT课件n平衡遭到破坏（抽走蒸气）平衡遭到破坏（抽走蒸气）液体蒸液体蒸发气化发气化降温降温吸收外界热量吸

3、收外界热量新的新的平衡（同时产生低温环境）平衡（同时产生低温环境）7PPT课件n实际应用实际应用 蒸发器：蒸发器：不断抽走蒸气不断抽走蒸气使液体不使液体不断气化断气化降温吸热降温吸热 压缩机：压缩机：不断抽取蒸气不断抽取蒸气维持维持低温状低温状态态8PPT课件q0w054219PPT课件 利用制冷剂由液体状态汽化为蒸气状态利用制冷剂由液体状态汽化为蒸气状态过程中吸收热量，被冷却介质因失去热量过程中吸收热量，被冷却介质因失去热量而降低温度，达到制冷的目的。而降低温度，达到制冷的目的。制冷剂循环利用制冷剂循环利用制冷循环制冷循环10PPT课件制冷原理q0w054qK21单级蒸汽压缩制冷循环单级蒸汽

4、压缩制冷循环11PPT课件n制冷剂在变为蒸气之后，需要对它进行制冷剂在变为蒸气之后，需要对它进行压缩、冷凝、继而进行再次汽化吸热。压缩、冷凝、继而进行再次汽化吸热。n冷凝器：散热散热使气体不断液化使气体不断液化12PPT课件制冷原理q0w054qK21单级蒸汽压缩制冷循环单级蒸汽压缩制冷循环13PPT课件n节流阀：降低压力n节流降压的工作原理是制冷工质流过阀门时流动截面突然收缩，流体流速加快，压力下降，压力下降的大小取决于流动截面收缩的比例。14PPT课件n 对制冷剂蒸气只进行一次压缩，称为对制冷剂蒸气只进行一次压缩，称为单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环。15PPT课件示意图：q0w0

5、54qK21单级蒸汽压缩制冷循环单级蒸汽压缩制冷循环蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀16PPT课件基本设备组成n蒸发器：热交换设备，将被冷却对象的热量传给制冷剂，液相转化为气相，吸收待冷却物体的热量。n压缩机:抽出蒸气，维持低温低压；压缩制冷剂，提高其压力和温度，以便能用常温的水或空气来冷却制冷剂。n冷凝器：热交换设备，利用冷却介质带走热量，蒸气变为液体，压力不变。n节流机构：降低压力和温度 17PPT课件制冷循环过程制冷循环过程l制冷剂蒸气压缩、冷凝成液体，放出热量制冷剂蒸气压缩、冷凝成液体，放出热量18PPT课件制冷循环过程制冷循环过程冷凝后的制冷剂流经节流元件进入蒸发器。从入口端的高压pk

6、降低到低压p0，从高温tk降低到t0，并出现少量液体汽化变为蒸气。19PPT课件制冷循环过程制冷循环过程制冷剂蒸汽回到压缩机中压缩20PPT课件制冷系统各部件的主要用途制冷系统各部件的主要用途压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体 得到低温低压制冷剂制冷剂液体吸热、蒸发、制冷21PPT课件1.1 单级蒸气压缩式制冷循环单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理的基本工作原理制冷剂的变化过程制冷剂的变化过程(flash)22PPT课件n制冷剂在制冷压缩机中的变化 n制冷剂蒸气由蒸发器的末端进入压缩机吸气口时，压力越高温度越高，压力越低温度越低。n制冷剂

7、蒸气在压缩机中被压缩成过热蒸气，压力由蒸发压力p0升高到冷凝压力pk。为绝热压缩过程。外界的能量对制冷剂做功，使得制冷剂蒸气的温度再进一步升高，压缩机排出的蒸气温度高于冷凝温度。制冷剂的变化过程23PPT课件n制冷剂的变化过程n制冷剂在冷凝器中的变化 n过热蒸气进入冷凝器后，在压力不变的条件下，先是散发出一部分热量，使制冷剂过热蒸气冷却成饱和蒸气。n饱和蒸气在等温条件下，继续放出热量而冷凝产生了饱和液体。n制冷剂在节流元件中的变化 n饱和液体制冷剂经过节流元件，由冷凝压力pk降至蒸发压力p0，温度由tk降至t0。为绝热膨胀过程，部分液体变成气体。24PPT课件n制冷剂的变化过程n制冷剂在蒸发器

8、中的变化 n以液体为主的的制冷剂，流入蒸发器不断汽化，全部汽化变时，又重新流回到压缩机的吸气口，再次被压缩机吸入、压缩、排出，进入下一次循环。25PPT课件n小结n单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：制冷压缩机 冷凝器 节流阀 蒸发器 n压缩过程（压缩机中进行）n通过压缩使制冷剂由低温低压的蒸汽变为高温高压气体。n冷却冷凝过程（冷凝器中进行）n在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体。n节流过程（节流阀中进行）n压力、温度降低，焓值不变n蒸发过程（蒸发器中进行）n吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气26PPT课件n简单描述单级蒸汽压缩式制冷循环。n蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成，各有何作用？作业：27PP

9、T课件二、理论的单级蒸气压缩式制冷循环及热力计算28PPT课件n单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：n制冷压缩机 n冷凝器 n节流器 n蒸发器n单级蒸气压缩式制冷循环，是指制冷剂在一次循环中只经过一次压缩，最低蒸发温度可达-40-30。单级蒸气压缩式制冷广泛用于制冷、冷藏、工业生产过程的冷却，以及空气调节等各种低温要求不太高的制冷工程。29PPT课件1、热力状态图、表、热力状态图、表p-h图（lgp-h图）饱和液体及蒸气的热力性质表30PPT课件nH定义:热力学中表示物质系统能量的一个状态函数。数值上等于系统的内能U加上压强p和体积V的乘积，即H=U+pV。焓的变化是系统在等压可逆过程中所吸收的热

10、量的度量。热力学：热力学：定压过程（如换热器）换热定压过程（如换热器）换热量等于焓差，即量等于焓差，即Q=Q=hh31PPT课件名词：饱和状态：气夜两种集态达到动平衡。过热蒸气：蒸气在某压力下的温度高于此压力下的饱和温度。过冷液体：32PPT课件 湿蒸气：饱和蒸气与饱和液体的混合物。干度：湿蒸气中饱和蒸气的含量。临界温度：每种物质都有一个特定的温度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化，这个温度就是临界温度。因此要使物质液化必须先达到它的临界温度 临界压力：与临界温度对应的工质饱和压力。33PPT课件p-h图（lgp-h图）等参数线：等参数线：等压线等压线：水平线：水平线 等焓线

11、等焓线：垂直线：垂直线 等温线等温线：液体区乎为：液体区乎为垂直线；两相区与等垂直线；两相区与等 压线重合是水平线，过热气体区为向右下方弯压线重合是水平线，过热气体区为向右下方弯曲的倾斜线。曲的倾斜线。等熵线等熵线：向右上方倾斜的实线：向右上方倾斜的实线 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 等干度线等干度线：只存在于湿蒸气区，方向大体与饱和：只存在于湿蒸气区，方向大体与饱和线近似。线近似。(一点、三区、五态、八线一点、三区、五态、八线)液相区气相区两相区lgphhtCsvptxxx=1x=034PPT课件n一点：n临界点Cn三区：n液相区、n两相区

12、、n气相区。n五态：n过冷液状态、n饱和液状态、n湿蒸气状态、n饱和蒸气状态、n过热蒸气状态。n八线：n等压线p（水平线）n等焓线h（垂直线）n饱和液线x=0，n饱和蒸气线x=1，n无数条等干度线xn等熵线sn等比体积线vn等温线t液相区液相区两相区两相区气相区气相区35PPT课件36PPT课件查图练习题n利用利用R717R717的压的压-焓图，确定焓图，确定t=-5的饱和的饱和蒸汽所对应的饱和压力及焓。蒸汽所对应的饱和压力及焓。P=0.354MP P=0.354MP；H=1450kj/kgH=1450kj/kgn和和 t=5，P=0.354MP P=0.354MP的蒸汽状态，及的蒸汽状态，及

13、所对应的焓。所对应的焓。H=1490kj/kg H=1490kj/kg37PPT课件38PPT课件饱和液体及蒸气的热力性质表n给定饱和温度，可查饱和压力，汽化潜热，饱和液体的比容（v）、焓（h）、熵（s）和饱和蒸气的比容（v）、焓（h）、熵（s）39PPT课件查表练习题n利用利用R22R22的饱和蒸汽表，确定的饱和蒸汽表，确定t=6和和 t=40所对应的饱和压力。所对应的饱和压力。40PPT课件2、假设条件1）制冷压缩机进行干压行程，吸汽为制冷剂干饱和状态，压缩机进行等熵压缩（不存在过热耗热和压缩过程的不可逆损失）；2）蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；制冷循环中制冷剂与热源进行无温差热交换

14、：换热温差为无限小，即蒸发器 T0=TL；冷凝器中只有过热蒸汽被定压冷凝为饱和蒸汽时存在传热温差。即 TK=TH，且换热设备中无流动阻力损失41PPT课件n可逆过程可逆过程是指热力学系统在状态变化时经历的一种理想过程。热力学系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态后，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即使系统回到原来状态，同时又完全消除原来过程对外界所产生的一切影响，则原来的过程称为可逆过程。n反之，如果无论采用何种办法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。不可逆过程。42PPT课件n熵:表示物质系统状态的一个物理量(记为S)，工质的热力状态参数之一。在热力学中

15、，是用以说明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量。n可逆过程就是等熵过程，不可逆过程是熵增过程43PPT课件TLw054TH21T0TK44PPT课件3）制冷剂液体在节流前无过冷，为饱和液体。4）制冷剂在管路中流动时无任何状态变化，即无流阻压降，无传热。5）节流为绝热过程，节流前后焓值相等。45PPT课件q0w054qK21单级蒸汽压缩制冷循环单级蒸汽压缩制冷循环x=0 x=1xxtpvsCthh两相区气相区液相区P46PPT课件ChPPPk0PkkPt00t3、理论循环的热力状态图、理论循环的热力状态图 p-h 图图蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；4

16、7PPT课件ChPPPk01制冷压缩机吸汽为制冷剂干饱和状态，压缩机进行等熵压缩制冷压缩机吸汽为制冷剂干饱和状态，压缩机进行等熵压缩48PPT课件ChPPPk012制冷压缩机吸汽为制冷剂干饱和状态，压缩机进行等熵压缩制冷压缩机吸汽为制冷剂干饱和状态，压缩机进行等熵压缩49PPT课件ChPPPk0123蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；50PPT课件ChPPPk01234节流为绝热过程，节流前后焓值相等节流为绝热过程，节流前后焓值相等51PPT课件ChPPPk01234蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；52PPT课件n1

17、-2等熵压缩等熵压缩 2-3 等压冷凝等压冷凝 n3-4 等焓节流等焓节流 4-1 等压蒸发等压蒸发 ChPPPk01234253PPT课件1）制冷压缩机压缩过程制冷压缩机压缩过程2）冷凝器冷凝过程冷凝器冷凝过程 3）膨胀阀膨胀过程膨胀阀膨胀过程 4）蒸发器蒸发过程蒸发器蒸发过程 理论循环过程在压焓图上的表示理论循环过程在压焓图上的表示 54PPT课件4、各设备中的热功变化及制冷剂状态变化n稳定流动过程的能量守恒：Q+P=qm(hout-hin)n压缩机：制冷剂压力升高；温度升高；由干饱和状态变为过热蒸气状态 定熵过程定熵过程Q=0 则则P0=qm(h2-h1)=qmw0n冷凝器：制冷剂压力不

18、变；温度由高温降为冷凝温度；由过热蒸气状态经饱和蒸汽状态冷凝为饱和液体状态。定压过程定压过程P=0 则则Qk=qm(h3-h2)=-qm(h2-h3)=qm qkChPPPk01234255PPT课件n膨胀阀：制冷剂压力降低；温度由冷凝温度降为蒸发温度；由饱和液体状态变为湿蒸气状态。绝热过程且不做功，焓值不变绝热过程且不做功，焓值不变 h4=h3 闪发气体对制冷循环的影响闪发气体对制冷循环的影响n蒸发器：制冷剂压力不变；温度不变；由湿蒸气状态变为饱和蒸汽状态。定压过程定压过程P=0 则则Q0=qm(h1-h4)=qmq056PPT课件P04PkP31h2C2w0q0qk57PPT课件其中：单位

19、制冷量 q0：制冷机每输送 1 kg 制冷剂从低温热源吸取的热量。q0=h1 h4 kJ/kg单位理论功 w0：压缩机每输送1kg制冷剂所消耗的机械功。w0=h2h1kJ/kg58PPT课件单位冷凝器热负荷 qk：每 1 kg 制冷剂在冷凝器内定压冷却冷凝时向高温热源的放热量。qk=h2 h3 kJ/kg qk=q0+w0另外：单位容积制冷量 qv：制冷机每吸入 1 m3 制冷剂经循环吸取的热量。14110vhhvqqv3m/kJv1 随随 T0 下降而增大，故下降而增大，故 qv 也随也随 T0 而变化而变化59PPT课件n能量转换：Q0+P0=Qkn经济性：所得冷量：消耗的功率（收益：代价

20、）12510000000hhhhwqwqqqPQmm60PPT课件6.练习有一单级压缩蒸气制冷的理论有一单级压缩蒸气制冷的理论循环，蒸发温度循环，蒸发温度t t0 0=-10=-10,冷冷凝温度凝温度t tk k=35=35,工质为工质为R22R22，循环的制冷量循环的制冷量Q Q0 0=55kw=55kw，试对，试对该循环进行热力计算。该循环进行热力计算。61PPT课件解解点点1：t1=t0=10，p1=p0=0.3543MPa，h1=401.555kJ/kg，v1=0.0653m3/kg点点3：t3=tk=35，p3=pk=1.3548MPa，h3=243.114 kJ/kg，由图可知，由图可知，h2=435.2 kJ/kg，t2=57 62PPT课件1）单位质量制冷量q0=h1-h4=h1-h3=401.555-243.114=158.441kJ/kg4）理论比功w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg 5）压缩机消耗的理论功率 P0=Gw0=0.347133.645=11.68kW63PPT课件7）冷凝器单位热负荷 qk=h2-h3=435.2-243.114=192.086kJ/kg8）冷凝器热负荷 Qk=Gqk=0.3471192.086=66.67kW64PPT课件