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1、1,空调技术基础培训 第一章 制冷原理,Shenzhen McQuay Air Conditioning Co., Ltd.,2,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,一、 基本定律和概念,热力学第一定律：即能量守恒定律 Q = U + W 其中：Q 从外界吸入的热量 U 内能的增量 W 外界所作的功 热力学第二定律： 热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。,基本定律,3,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,基本概念,1. 温度：标志物体冷热的程度 t ()= T (K) - 273.15 t F= 9/5 t + 32 2. 压力：单
2、位面积上所受到的垂直作用力（即压强） Pa，MPa，bar, kgf/cm2 ，psia(g) 表压=绝对压力 - 大气压力 真空度=大气压力 - 绝对压力 3. 焓：H=U+pV 工质内能与推动功的和 J 1kg工质的焓称为比焓 J/kg 4. 比容：单位质量物质所占的容积 kg/m3 5. 比热: 单位质量物质升高1 吸收的热量 J/kg，Btu/lb. F 6. 干度：两相区中的工质气体的比份 无量纲,4,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,单位转换,5,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,制冷机,高温热源 Tc （环境）,低温热源 To
3、（被冷却对象）,Qc,Qo,W, =,Qo,W,(COP),根据热力学第一定律： Qo + W = Qk,=,Qo,To,Qk,Tk,根据热力学第二定律：,二、 制冷机热力学基本原理,= 1 +,W,Qo,Tk,To,所以,1,Tk / To - 1,c =,即,（理论工质、可逆循环）,实际制冷机的 (COP) 达不到c 存在效率因素 = / c,6,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,压焓图： 1. 等压线 2. 等焓线 3. 等温线 4. 等熵线 5. 等容线 6. 等干度线,1,2,3,4,5,6,三、压焓图 温熵图,7,Shenzhen McQuay,R&D 系
4、列培训-制冷原理,温熵图： 1. 等压线 2. 等焓线 3. 等温线 4. 等熵线 5. 等容线 6. 等干度线,3,4,1,2,5,6,8,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,四、 单级蒸汽压缩式制冷的理论循环,理论循环组成：1. 压缩机 2. 冷凝器 3. 节流装置 4. 蒸发器,1,2,3,4,9,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,1,2,3,4,2,3,4,2,1,h4,h1,h2,p,h,q0,w0,pk,p0,对于最简单的理论循环（或称简单的饱和循环）： a. 离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气 (1) 是处于蒸气压力下的饱和蒸气；
5、 b. 离开冷凝器和进入膨胀阀的制冷剂液体 (3) 是处于冷凝压力下的饱和液体； c. 压缩机的压缩过程 (1-2) 为等熵压缩；,qk,10,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,d. 制冷剂通过膨胀阀节流 (3-4) 时，其前、后焓值相等； e. 制冷剂在蒸发 (4-1) 和冷凝 (2-3) 过程中没有压力损失； f. 在各设备的连接管道中制冷剂不发生状态变化； g. 制冷剂的冷凝温度等于冷却介质温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度。,1,2,3,4,2,3,4,2,1,h4,h1,h2,p,h,q0,w0,pk,p0,qk,11,Shenzhen McQuay,R&D
6、 系列培训-制冷原理,图1-4中各状态点及各个过程叙述： 点 1 表示制冷剂进入压缩机的状态。 它是对应于蒸发温度t0的饱和蒸气。 根据压力与饱各温度的对应关系， 该点位于 p0 的等压线与饱和蒸气线（=1）的交点上。,2,3,4,2,1,h4,h1,h2,p,h,q0,w0,pk,p0,qk,12,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,点 2 表示制冷剂排出压缩机的状态， 也就是进冷凝器时的状态。 过程线 1-2 表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程（s1=s2），压力由蒸发压力 p0 升高到冷凝压力 pk 。 因此该点可通过 1 点的等熵线和压力为 pk 的等压线的
7、交点来确定。 由于压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷剂温度升高，因此点 2 表示过热蒸气状态。,2,3,4,2,1,h4,h1,h2,p,h,q0,w0,pk,p0,qk,13,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,点 3 表示制冷剂出冷凝器时的状态。 它是与冷凝度 tk 所对应的饱和液体。 过程线 2-2-3 表示制冷剂在冷凝器的冷却（2-2）和冷凝（2-3）过程。 由于这个过程是在冷凝压力 pk 不变的情况下进行的，进入冷凝器的过热蒸气首先将部分热量放给外界冷却介质，在等压下冷却成饱和蒸气（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）。
8、因此，压力 pk 的等压线和 =0 的饱和液体线的交点即为点 3 的状态。,2,3,4,2,1,h4,h1,h2,p,h,q0,w0,pk,p0,qk,14,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,点 4 表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸发器时的状态。 过程线 3-4 表示制冷剂在通过节流阀时的节流过程。 在这一过程中，制冷剂的压力由 pk 降到 po，温度由tk 降到 to 并进入两相区。 由于节流过程是一个不可逆过程，所以用一虚线表示 3-4 过程。,2,3,4,2,1,h4,h1,h2,p,h,q0,w0,pk,p0,qk,15,Shenzhen McQuay
9、,R&D 系列培训-制冷原理,过程线 4-1 表示制冷剂在蒸发器中的气化过程。 由于这一过程是在等温、等压下进行的，液体制冷剂吸取被冷却介质的热量（即制冷）而不断气化，制冷剂的状态沿等压线 po 向干度增大的方向变化，直到全部变为饱和蒸气为止。 这样，制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状态点 1，从而完成一个完整的理论制冷循环。,2,3,4,2,1,h4,h1,h2,p,h,q0,w0,pk,p0,qk,16,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,单级蒸气压缩式制冷循环温熵图表示,1,2,3,4,2,3,4,2,1,s3,s4,s1,T,s,Td,Tk,To,17,Sh
10、enzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，稳定流动的能量方程可表示为 Q + P = qm (h2 - h1) Q 和 P 是单位时间内加给系统的热量和功 qm是流进或流出该系统的稳定质量流量 h是比焓 下标 1 和 2 分别表示流体流进和离开系统的状态点,2,3,4,2,1,h4,h1,h2,p,h,q0,w0,pk,p0,qk,五、单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算,18,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,1. 节流阀 制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功， Q = 0， P = 0， 故 P
11、= 0 = qm (h4 h3) h4 = h3,2,3,4,2,1,h4,h1,h2,p,h,q0,w0,pk,p0,qk,19,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,2. 压缩机 如果忽略压缩机与外界环境所交换的热量 Q = 0， 故 P0= qm (h2 - h1) 式中 (h2 - h1)表示压缩机每压缩并输送1kg制冷剂所消耗的功，称为理论比功，用 w0 表示。,2,3,4,2,1,h4,h1,h2,p,h,q0,w0,pk,p0,qk,20,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,3. 蒸发器 被冷却物体通过蒸发器向制冷剂传递热量Q0，因为
12、蒸发器不作功， P = 0 ， 故 Q0 = qm (h1 h4) = qm (h1 h3) 式中 (h1 h4) 称为蒸发器单位热负荷，用 q0 表示。它表示1kg制冷剂蒸气在蒸发器中吸收的热量。,2,3,4,2,1,h4,h1,h2,p,h,q0,w0,pk,p0,qk,21,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,4. 冷凝器 假设制冷剂在冷凝器中外界放出热量为Qk，因为冷凝器不作功， P = 0 故 Qk = qm (h2 h3) 式中 (h2 h3) 称为冷凝器单位热负荷，用 qk 表示。它表示1kg制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热量。,2,3,4,2,1,h4,h1,h2,p,h,q0,w0,pk,p0,qk,22,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,5. 制冷系数 按定义，在理论循环中，制冷系数可用下式表示 0 =,2,3,4,2,1,h4,h1,h2,p,h,q0,w0,pk,p0,qk,=,h1 h3,h2 - h1,q0,w0,23,Shenzhen McQuay,R&D 系列培训-制冷原理,六. 实际制冷循环的压焓图表示,p,h,