第一章蒸汽压缩式制冷ppt课件.ppt

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1、制冷原理与技术,第一章 蒸汽压缩式制冷,学习要点,1.掌握单级蒸气压缩式制冷系统的基本组成及其工作流程； 2.掌握制冷剂的压焓图； 3.理论循环在压焓图和温熵图上的表示； 4.掌握单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算方法； 5.掌握单级蒸气压缩式制冷的实际循环与理论循环的差别； 6.掌握有关因素对单级蒸气压缩式实际制冷循环的影响； 7.掌握单级蒸气压缩式制冷机的性能、工作条件对性能的影响； 8.掌握制冷机工况的概念及国标工况的含义；,1.1 单级蒸气压缩式制冷理论循环,1.2 单级蒸气压缩式制冷实际循环,1.3 两级蒸气压缩式制冷循环,1.1单级蒸气压缩式制冷理论循环,窗式空调结构示意图,图1

2、.2 分体式空调器循环示意图,分体式空调结构示意图,1.制冷机四大部件,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,1）压缩机 提高制冷剂的压力 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,“四大部件”作用,3）节流阀（膨胀阀） 使高压常温制冷剂节流膨胀降压； 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。,2.制冷剂的变化过程,1）制冷剂在制冷压缩机中变化 制冷剂蒸气被压缩成过热蒸气：,温度进一步升高

3、,2）制冷剂在冷凝器中的变化（两个阶段）,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。,3）制冷剂在节流元件中的变化,4）制冷剂在蒸发器中的变化,在冷凝器和蒸发器中，制冷剂按等压过程循环，且有传热温差； 制冷剂用膨胀阀节流，而非膨胀机； 压缩机吸入饱和蒸气，而不是湿蒸气。,3.理论制冷循环与逆卡诺循环的区别:,一点： 临界点C 三区： 液相区、两相区、气相区。 五态： 过冷液状态、饱和液状态、湿蒸气状态、饱和蒸气状态、过热蒸气状态。 八线： 等压线p（水平线） 等焓线h（垂直线） 饱和液线x=0， 饱和蒸气线x=1， 无数条等干度线x 等熵线s(向右上方倾斜) 等比体积线v 等温

4、线t 竖直线（未）水平线（湿）向右下方弯曲（过）,1.压焓图,压缩过程为等熵过程； 离开蒸发器与冷凝器的为饱和蒸气与饱和液体； 除压缩机与节流阀以外流动没有流动阻力损失； 节流过程与外界没有热量交换。,2.理论循环的假设条件,等熵,饱和,等压,等焓,1）制冷剂压缩过程,2）制冷剂冷凝过程,3）制冷剂膨胀过程,4）制冷剂蒸发过程,3.理论循环过程在压焓图上的表示,点1：为制冷剂蒸汽进入压缩机的状态： t1t0 p1p0 可根据p0的等压线和干饱和蒸汽线的交点得出点1。,点2：为制冷剂出压缩机的状态，也是进冷凝器的状态： p2pk 可由pk的等压线与过1点的等熵线的交点得到点2,点2：为制冷剂饱和

5、气体状态： t3tk p3pk 根据pk的等压线和干饱和蒸汽线交点即为点3。,点4：为制冷剂出冷凝器的状态：t4tk p4pk 根据pk的等压线和饱和液体线交点即为点4。,点4：为制冷剂出节流阀(膨胀阀)的状态， t5t0 p5p0 由点3作竖直直线（即等焓线）与p0的等压线相交即得点4。,1.热力计算的目的： 确定各状态点的参数值； 确定各主要设备的热、功转换数值； 确定系统经济性的数量关系; 为系统各设备的结构设计提供基本数据。,2.稳定流动的能量方程 根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，加给系统的热量与外界功等于系统焓的变化，则稳定流动的能量方程可表示为 Q+P=M(h2-h1

6、) kW,当热量和功朝向系统时，Q和P取正值。该方程可单独适用于制冷系统中的每一个设备。,3.理论循环的性能指标及其计算,1）单位质量制冷量 制冷压缩机每输送1kg制冷剂经循环从被冷却介质中制取的冷量称为单位质量制冷量，用q0表示。,3）理论比功 制冷压缩机按等熵压缩时每压缩输送1kg制冷剂蒸气所消耗的功，称为理论比功，用w0表示。,压缩机功率：,4）单位冷凝热负荷 制冷压缩机每输送1kg制冷剂在冷凝器中放出的热量，称为单位冷凝热负荷，用qk表示。,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：,5）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

7、制冷系数，用0表示，,6）热力完善度,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=243.114 kJ/kg，,由图可知，h2=435.2 kJ/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、,8）制冷系数,9）热力完善度,例2 某空气调节系统需冷量20kW，采用蒸气压缩式制冷，蒸发温度t0=4，冷凝温度tk=40，试进行制冷理论循环的热力计算。,2.氨气的单位质量制冷量最大，流量最小,3.氨气压缩机耗功最小，制冷系数和热力完善度最大,1.氨气的压缩机出口温度最高,(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响,h,p,不变,qv= q0/ v1,Q0= Vh qv,不变,P = Vh w0/v1,制冷系数,(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响,h,lgp,Q0 = Vh q0/v1,p,h,w0,w0,单位耗功w0,4 ,制冷系数,2,1,1.2 单级蒸气压缩式

9、制冷实际循环,1.制冷压缩机的压缩过程不是等熵过程，而是多变过程； 2.实际制冷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。,实际循环与理论循环的区别,1.过冷循环,液体过冷：液体制冷剂的温度低于其压力所对应的饱和液体温度。 过冷度(trc)：液体实际温度和其压力所对应饱和液体温度之差。,1）定义,例如p=1atm时，水的饱和温度为100，而通常自来水温度为20，即为过冷液体，过冷度trc=

10、ts-trc=80，过冷温度trc=20。,理论循环： 1-2-3-4-1,过冷循环： 1-2-3-4-1,2）分析,3）实现方法,冷凝器后装过冷器； 设计选型时，适当增大冷凝器面积F1.15(较多使用)； 制冷系统中设置回热器，采用回热循环。,结论,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，对大型的制冷装置才采用液体过冷，当蒸发温度低于-5时，应用液体过冷才是有利的。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。,2.过热循环,蒸气过热：制冷剂蒸气温度高于其压力下饱和温度。 过热度：蒸

11、气实际温度和同压力下饱和温度之差,1）定义,有效过热：过热吸收热量来自被冷却介质，产生有用的制冷效果。 主要发生在蒸发器本身或安装在被冷却空间吸气管道 有害过热：过热吸收热量来自被冷却介质以外，无制冷效果。,蒸发器面积大于设计所需的蒸发面积，有效过热。 制冷剂蒸气在压缩机的吸气管路中吸收外界环境的热量而过热，属有害过热。 吸收电动机绕组和运转时所产生的热量而过热，属有害过热，但是必须的。 制冷剂蒸气在回热器中吸收制冷剂液体的热量而过热，属有害过热，有过冷过程伴随。,2）蒸气过热原因,理论循环： 1-2-3-4-1,过热循环： 1-2-3-4-1,单位压缩功增加 单位制冷量不变 制冷系数下降 单

12、位冷凝负荷增大 进入压缩机制冷剂比容增大 单位质量制冷剂将需要更大的压缩机容积，或对给定的压缩机而言，总制冷量下降。 压缩机排气温度升高,有害过热,有效过热,单位压缩功增加 单位制冷量增加 循环是否有益与制冷剂性质有 单位冷凝负荷增大 进入压缩机制冷剂比容增大 压缩机的排气温度升高,有效过热对循环是否有益与制冷剂有关。,蒸发温度为0 冷凝温度为40,过热度对排气温度的影响,结论,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58，氟利昂一般取可采取较大的过热度。,3.回热循环,1

13、）定义,使冷凝器冷凝后的制冷剂液体先通过回热器再去节流阀；蒸发器吸热气化的制冷剂蒸气先通过回热器再去压缩机。从而使节流阀前常温下的制冷剂液体与压缩机吸入口前低温的制冷剂蒸气进行热交换，达到节流前制冷剂液体过冷、压缩机吸气过热的目的。,1-2（压缩机）：等熵压缩 2-3（冷凝器）：等压放热冷凝 3-3（回热器）：等压放热过冷 3-4（节流阀）：等焓节流 4-1（蒸发器）：等压吸热制冷 1-1 （回热器）：等压吸热过热,2） 循环过程分析,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

14、热指数较小，绝热压缩后排气温度较低的制冷剂，如R12（K=1.136）、R502。 对氨（K=1.310）、因为提高过热度后会降低其制冷系数，所以不采用回热循环。,3）优点,（1）热交换的影响,措施：隔热、保温,1.吸气管道 ：从蒸发器出口到压缩机吸气入口之间的管道。,（2）流动阻力的影响,措施：降低流速、减少弯头和阀件等,吸入管道对循环性能的影响最大,2.排气管道 ：压缩机出口到冷凝器入口之间的管道,不会引起性能的改变，仅仅是减少了冷凝器中的热负荷。,（1）热交换的影响,（2）流动阻力的影响,3.液体管道：冷凝器到膨胀阀之间的管道,水冷冷凝器,风冷冷凝器,可能导致部分液体气化,液体制冷剂进一

15、步过冷,（1）热交换的影响：分两种情形,（2）流动阻力的影响：引起的压力降低到当时温度的饱和压力之下，会导致液体气化，,一般引起压力降低的主要导因是高度差。,4.两相管道：膨胀阀到蒸发器之间的管道,（1）热交换的影响：通常膨胀阀是紧靠蒸发器安装的。,若膨胀阀安装在室外,热量的传递将使制冷量减少，因而此段管道必须保温。,倘若将它安装在被冷却空间内，传给管道的热量将产生有效制冷量，对性能无影响；,（2）流动阻力的影响：,如果系统中采用液体分配器，那么，每一路的阻力应相等，否则将会出现分液不均匀的现象，影响制冷效果。,由膨胀阀到蒸发器之间的管道中产生压降对性能无影响。,5.蒸发器,q0、 0 、 w

16、0 、 Q0均不发生变化。,（1）假定制冷剂出蒸发器的状态保持不变：,蒸发器的换热温差减小,2）假定制冷剂进蒸发器的状态保持不变：,导致蒸发器出口制冷剂压力降低，,假定出冷凝器的压力不变,为克服冷凝器中制冷剂的流动阻力,必须提高进冷凝器时制冷剂的压力,这必然导致压缩机的排气压力升高,压力比增大,压缩机耗功增加,制冷系数下降。,6.冷凝器,1）热交换的影响 当制冷剂气体的温度低于气缸壁温度时，dS 0； 当制冷剂气体的温度等于气缸壁温度时，dS =0； 当制冷剂气体的温度高于气缸壁温度时，dS 0。,7.压缩机,偏离等熵压缩,3）压缩机输气量的影响 输气系数表示，其定义为： =VS/Vh 对于活

17、塞式压缩机 Vh =D2SnZ/4,2）吸、排气阀流动阻力及通道处有热量交换的影响,VS= Vh Q0= Vh qv,4）压缩机的指示效率i 理论比功与实际压缩过程中所消耗的指示比功之比称为指示效率，即,式中 wi实际压缩过程中所消耗的指示比功，kJ/kg,5）压缩机的机械效率m 和轴效率k 为了克服机械摩擦和带动辅助设备(如油泵等),压缩机实际消耗的比功ws又较指示比功大,两者的比值称为压缩机的机械效率m，即 m =wi/ws 所以，压缩机实际消耗的比功 ws =wi/m =w0/im =w0/k k压缩机的轴效率，理论比功与实际比功之比，即 k= w0/ws = im,（6）实际循环的制冷

18、系数s s =q0/wS = 0 k 实际循环的制冷系数也可以叫做单位轴功率制冷量Ke。 （7）封闭式压缩机的能效比EER EER =q0/weL=0eL 式中 weL 电动机的输入电比功， weL = ws/m0 m0 电动机效率 eL 电效率,1)不凝性气体产生的原因和部位 系统中的不凝性气体(如空气等)往往积存在冷凝器上部,因为它不能通过冷凝器(或贮液器)的液封。 2)不凝性气体的危害 不凝性气体的/存在将使冷凝器内的压力增加,从而导致压缩机的：,8.不凝性气体的危害,3)不凝性气体的排除方法 从冷凝器的最高点或压缩机的排出口多用通道放出，但应注意防止制冷剂随之放出。,4-1表示制冷剂在

19、蒸发器汽化和压降过程； 1-1表示制冷剂蒸气的过热（有益或有害）和压降过程； 1-2s表示制冷剂蒸气在制冷压缩机内实际的非等熵压缩过程；,2s-2s表示压缩后的制冷剂蒸气经过排气阀的压降过程； 2s-3表示制冷剂蒸气经排气管进入冷凝器的冷却、冷凝和压降过程； 3-3表示制冷剂液体的过冷和压降过程； 3-4表示制冷剂液体的非绝热节流过程,9.实际循环的Ph图,1,1,2,(2),3,4,5,6,p,p,k,0,Lg p,h,简化实际循环可表示为图中的1-1-2-3-4-5-6-1,1-1表示蒸气的过热过程,1-2表示实际增熵压缩过程,2-3-4表示制冷剂在冷凝压力pk下的等压冷却、冷凝过程,4-

20、5表示制冷剂在冷凝压力下的过冷过程,5-6表示制冷剂在等焓下的节流过程,6-1表示制冷剂在蒸发压力p0下的等压汽化过程,确定工作参数 蒸发温度t0 ： 空气： t0t空气2-(810) 水或盐水： t0t水2-（46） 冷凝温度tk： 空气： tkt空气1+15 水： tkt平均水温+（57） 蒸发式冷凝器： tk夏季室外计算湿球温度+（815）,过冷温度trc： trc=tk-（35） 压缩机吸气温度tgr： 氨： tgrt0+（58） 氟利昂（回热循环）： tgr=t1+15,1.单位质量制冷量,2.指示比功wi和指示效率i,按等熵压缩时每压缩输送1kg制冷剂蒸气所消耗的功，称为理论比功,

21、w0=h2-h1,指示比功:压缩输送1kg制冷剂蒸气实际消耗的功,wi=h2-h1,3.单位冷凝热负荷qk,qk=h2-h4,4.制冷剂质量流量M,5.压缩机的理论功率P0和指示功率Pi,P0=M*w0,6.冷凝器的热负荷Qk,Qk=M*qk,指示效率i:理论比功w0与指示比功wi之比,Pi=M*wi,7.实际制冷系数,8.热力完善度,t3,Vs,Vh,逆卡诺循环的制冷系数 c =T0/（ Tk- T0 ）=（273+5）/（273+40）-（273+5） =7.94 指示热力学完善度 ci =i /c = 5.45/7.94 =0.686,1.蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成，各有何作

22、用？ 2.画出单级蒸气压缩式制冷理论循环的p-h图和T-S图，说明各点的确定方法。 3. 制冷剂在蒸气压缩制冷循环中，热力状态是如何变化的？ 4. 制冷剂通过节流元件时压力降低，温度也大幅下降，可以认为节流过程近似为绝热过程，那么制冷剂降温时的热量传给了谁？ 5.单级蒸气压缩式制冷理论循环有哪些假设条件？ 6.某一单级蒸气压缩式制冷理论循环用于食品冷藏，制冷量Q0116 kW，环境温度th=30，被冷却对象温度tc=-10，如果分别用R134a、R717作制冷剂，试进行制冷循环的热力计算。（tk5，t010）,思考题,7. 试画出单级蒸气压缩式制冷实际循环的lgp-h图，并说明图中各过程线的含

23、义。 8. 已知R22的压力为0.1MPa，温度为10。求该状态下R22的比焓、比熵和比体积。 9. 有一个单级蒸气压缩式制冷系统，高温热源温度为30，低温热源温度为-15，分别采用R22和R717为制冷剂，试求其工作时理论循环的性能指标。 10. 一台单级蒸气压缩式制冷机，工作在高温热源温度为40，低温热源温度为-20下，试求分别用R134a和R22工作时，理论循环的性能指标。,思考题,1.3 两级蒸气压缩式制冷循环,1. 冷凝压力 tk 环境温度、冷却介质温度 蒸发压力 t0 用户要求（制冷系统的用途）,2. 蒸发温度蒸发压力 压缩比=pk/p0 1）节流损失增加，制冷系数下降。 2）压缩

24、机的排气温度上升。 3）输气系数（容积效率）下降。,3.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。,例:某单级制冷压缩机，工质为R22，相对余隙容积c=0.048，膨胀过程多变指数m=1.04，冷凝温度40；,一、为什么要采用两级压缩式制冷,案例分析,制冷机压缩机照常运行,但无法得到任何的制冷效果，空耗电能。,与p0相对应的蒸发温度t0=-50.5,一、为什么要采用两级压缩式制冷,压缩比增加对制冷循环的影响：,知识点回顾,1.节流损失增加，性能系数下降； 2.排气温度上升，润滑油变稀甚至炭化

25、 ，损坏机件； 3.压缩机运行容积效率下降。,一、为什么要采用两级压缩式制冷,开启式压缩机 氨：8，最低蒸发温度-25； 氟利昂：10，最低蒸发温度-37； 小型半封闭和全封闭压缩机 13，最低蒸发温度=10-40。,单级压缩比的限制,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。,结论,1.工作原理,二、两级蒸气压缩工作原理,中间冷却,降低排气温度、降低耗功,2.分类,一级节流：由冷凝压力直接节流至蒸发压力。 二级节流：先节流至中间压力，再节流至蒸发压力。,中间完全冷却：进入高压级压缩机的为中间压力的饱和

26、状态。 中间不完全冷却：进入高压压缩机的中间压力的过热状态。,二、两级蒸气压缩工作原理,节流次数,中间冷却状态,三、一级节流、中间完全冷却两级制冷,1）与单级循环的不同之处,分析,两台压缩机,中间冷却器,两个膨胀阀,2）两个膨胀阀为什么叫一级节流？,3）如何体现是中间完全冷却？,从冷凝器到蒸发器之间只经过一次节流,三、一级节流、中间完全冷却两级制冷,5,7,8,6,3,中间冷却器,节流阀A,节流阀B,中间冷却器,4,1,蒸发器,高压级压缩机,放热,吸热,2,3,中间冷却器,放热,2）中间冷却器,5,7,8,6,3,中间冷却器,节流阀A,节流阀B,中间冷却器,4,1,蒸发器,高压级压缩机,放热,

27、吸热,ml,mh-ml,2,3,中间冷却器,放热,ml,三、一级节流、中间完全冷却两级制冷,热力学第一定律,(1)单位制冷量,(2)低压级压缩机单位理论功,(3) 高压级压缩机单位理论功,(4) 冷凝器单位热负荷,热力计算,(5)制冷系数：,三、一级节流、中间完全冷却两级制冷,热力计算,单级压缩：,三、一级节流、中间完全冷却两级制冷,中间冷却器,进入系统能量,离开系统能量,=,高压级与低压级压缩机质量流量的关系：,三、一级节流、中间完全冷却两级制冷,中间冷却器,例 某冷库用制冷机，制冷剂为氨，其工作条件如下：制冷量Q0150kw，冷凝温度tk40，蒸发温度t0-40，无过冷过热。,三、一级节流

28、、中间完全冷却两级制冷,与单级压缩式制冷比较,2.双级蒸气压缩类型,单机双级：一台压缩机，一部分为高压级，一部分为低压级。 双机双级：两台压缩机，分别为高压级和低压级。,一级节流：进入蒸发器的液体直接由冷凝压力节流至蒸发压力。 二级节流：一级节流至中间压力，二级节流至蒸发压力。,中间完全冷却：将低压级排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。 中间不完全冷却：未将排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。,双级蒸气压缩式制冷循环基本类型,一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环,一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环,两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环,两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环,3一级

29、节流，中间完全冷却的两级制冷循环,制冷剂必须在高、低压级两只气缸中进行压缩， 增设了中间冷却器和膨胀阀。,1）与单级循环的主要区别,3.实例,4.一级节流中间不完全冷却循环,1）循环过程,2）中间冷却器,5,7,8,6,6,中间冷却器,节流阀A,节流阀B,中间冷却器,1,蒸发器,高压级压缩机,放热,吸热,ml,mh-ml,2,3,4,混合,中间冷却器的热平衡关系式：,可得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=35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：,2、一级节流、中间不完全冷却,中间冷却器,5,7,8,6,

30、6,中间冷却器,节流阀A,节流阀B,中间冷却器,1,蒸发器,高压级压缩机,放热,吸热,ml,mh-ml,2,3,4,中间冷却器的热平衡关系式：,可得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=35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：,5.两级节流、中间完全冷却循环,冷凝器出来的制冷剂过冷液体点5经节流阀B节流至湿蒸气6进入中间冷却器分成两部分： 一部分饱和液体经膨胀阀A节流进入蒸发器，蒸发后被低压级压缩机吸入，状态点为点1，质量流量为ml； 另一部分制冷剂液体与闪发蒸气质量流量为mh-ml；其中的饱和液体与来自低

31、压级压缩机过热蒸气点2混合，将过热蒸气冷却成饱和蒸气点3，与闪发蒸气一起被高压级压缩机吸入，此时质量流量为mh。,因3点为饱和蒸气，由中间冷却器的热平衡关系式： mlh2mhh5=mhh3mlh6 可得高压级压缩机与低压级压缩机质量流量的关系： mh=ml (h2- h6)/( h3- h5) kg/s 这种循环的性能指标计算如下： 1)单位制冷量 q0= h1-h6 kJ/kg 2)低压级压缩机单位理论功 w0l= h2-h1 kJ/kg 3)低压级压缩机质量流量 ml=Q0/(h1-h6) kg/s,4)以蒸发器的制冷剂质量流量为基准，高压级压缩机单位理论功 w0h=(h4-h3)(h2-

32、h6)/(h3-h5) kJ/kg 5)低压级压缩机理论功率 N0l=Q0(h2-h1)/(h1-h6) kW,6)高压级压缩机理论功率,7)制冷系数,6.两级节流、中间不完全冷却循环,该循环与两级节流、中间完全冷却循环的区别是，中间冷却器中的制冷剂液体吸收液体再过冷的热量，蒸发成饱和蒸气，与节流闪发蒸气一起流出中间冷却器；由中间冷却器来的制冷剂饱和蒸气与来自低压级压缩机的过热蒸气混合后，一起被高压级压缩机吸入。,由中间冷却器的热平衡关系式： mhh5=(mh-ml)h7mlh6 可得： mh=ml (h7- h6)/( h7- h5) (kg/s) 点3的焓值由上式和混合过程的热得出：,这种

33、循环的性能指标计算如下： 1)单位制冷量 q0= h1-h6 (kJ/kg) 2)低压级压缩机单位理论功 w0l= h2-h1 (kJ/kg),3)低压级压缩机质量流量 ml=Q0/(h1-h6) (kg/s) 4)以蒸发器的制冷剂质量流量为基准， 高压级压缩机单位理论功 w0h=(h4-h3)(h7-h6)/(h7-h5) (kJ/kg) 5)低压级压缩机理论功率 N0l=Q0(h2-h1)/(h1-h6) (kW) 6)高压级压缩机理论功率,7)制冷系数,7.循环工作参数的确定,中间不完全冷却循环的制冷系数要比中间完全冷却循环小。,在相同的冷却条件下，一级节流循环要比二级节流循环的制冷系数

34、小。 一级节流可依靠高压制冷剂本身的压力供液到较远的用冷场所，适用于大型制冷装置。 盘管中的高压制冷剂液体不与中间冷却器中的制冷剂相接触，减少了润滑油进入蒸发器的机会，可提高热交换设备的换热效果。 蒸发器和中间冷却器分别供液，便于操作控制，有利于制冷系统的安全运行。,1）双级蒸气压缩式制冷循环的比较分析,双级压缩制冷循环通常应使用中温制冷剂。目前广泛使用的制冷剂是R717、R22和R502。R717常采用一级节流中间完全冷却形式，R22、R502常采用一级节流中间不完全冷却形式。,对采用回热循环有利的R12、R502等制冷剂，就采用中间不完全冷却的循环形式；对采用回热循环形式不利的制冷剂（如R

35、717），则应采用中间完全冷却的循环形式。,2）容积比的选择：高压缸与低压缸容积（理论）之比,Vhh高压级理论输气量（m3/s）； Vlh低压级理论输气量（m3/s）； Mh高压级制冷剂的质量流量（kg/s）； Ml低压级制冷剂的质量流量（kg/s）； vh高压级吸气比容（m3/kg）； vl低压级吸气比容（m3/kg）； h高压级输气系数； l低压级输气系数,由于一台单机双级制冷压缩机如为四缸，则三个缸为低压缸，一个缸为高压缸；如为六缸，则四个缸为低压缸，二个缸为高压缸；如为八缸，则六个缸为低压缸，两个缸为高压缸。因此总有=1/3或1/2。,根据我国冷藏库的生产实践，当蒸发温度t0=-28-

36、40范围内时，容积比的值通常取0.330.5之间，即Vg:Vl=1:31:2。在长江以南地区宜取大些。,合理的容积比的选择还应结合考虑其他经济指标。配组双级压缩机的容积比可以有较大的选择余地。如果采用单机双级压缩机，则它的容积比是既定的，容积比的值通常只有0.33和0.5两种。,选配压缩机时，中间压力pm可以根据制冷系数最大这一原则去选取，称为最佳中间压力。确定最佳中间压力pm常用的方法有公式法和图解法。 1）公式法 常用的公式法有比例中项公式法和经验公式法两种 比例中项公式法 按压力的比例中项确定中间压力,式中pm ,p0和pk分别为中间压力、蒸发压力和冷凝压力,单位MPa,3）中间压力与中

37、间温度的确定,经验公式法,对于两级氨制冷循环，拉赛(A.Rasi)提出了较为简单的最佳中间温度计算式： tm=0.4tk+ 0.6to+3,上式在4040温度范围内，对于R12也能得到满意的结果。,按温度的比例中项确定中间温度：,此两式条件为气体压缩机、工质为理想气体，公式比较粗糙，只能用于估算。,在此近似值的附近按12的间隔选取57个中间温度值pmi； 分别按这些中间压力设计双级压缩循环，并查出各点状态参数； 分别对各个循环进行热力计算，求出相应的制冷系数i；,根据所需的冷凝温度Tk(K)和T0(K)，按温度（压力）的比例中项先求出一个近似值，并求出所对应的制冷剂压力pm,绘制-tm图，如图

38、所示，图中曲线极大值点即max ，此时的中间温度即tmopt，与之对应的压力为pmopt。,压力最佳点,一、为什么要采用复叠式制冷循环?,对于采用氨、R22等中温制冷剂的压缩式制冷系统，即使采用多级压缩，但能够到达的最低蒸发温度仍有一定的局限：,蒸发温度必须高于制冷剂的凝固点（如：氨的凝固点为77.7C）； 制冷剂的蒸发温度过低，其相应的蒸发压力也很低。当蒸发压力低于0.10.15bar 时，外界空气易渗入系统，严重影响系统的正常运行（如：氨在蒸发温度为65C时，pk= 0.156bar ）; 蒸发压力很低时，制冷剂气态比容很大，单位容积制冷功率很小，要求压缩机的体积流量很大。,因此，为获得6

39、070C的低温，需采用低温制冷剂（凝固点低，沸点也很低），如R13、 R14等(R13的凝固点为-181 C ，沸点为-81.4 C ； R14的凝固点为-184.9 C ，沸点为-127.9 C ) 。但这类制冷剂的临界温度很低，采用一般冷却水，存在以下局限：,由于冷却水温接近其临界温度，使气态制冷剂难以冷凝； 即使冷凝，由于接近临界点，不但冷凝压力高，而且比潜热小，因而制冷效率也很低。,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。,一、为什么要采用复叠式制冷循环?,某一制冷系统：冷凝温度tk=50、蒸发温度t0=-80,2、如采用低温制冷剂

40、R170，则临界温度tc=32，低于冷凝温度，不可能凝结。,1、如使用中温制冷剂R22，则蒸发压力应为p0=10.5kPa，此压力不足以打开压缩机吸气阀,解决办法：将两台或多台使用不同制冷剂的制冷机串联起来，构成复叠式制冷机。,二、复叠式压缩制冷系统的特点,两台制冷机联合运行，高温级制冷机的蒸发器为低温级制冷机的冷凝器提供冷源； 为确保低温级的所需冷凝温度，高温级制冷机的蒸发温度需低于低温级冷凝温度35；,思考题,在蒸气压缩式制冷系统中，压缩机吸气口制冷剂蒸气过热度增大对系统制冷性能有何影响？什么情况下的蒸气过热为无效过热？为什么对R12、R134a系统往往采用回热器 如下3套空调系统在相同的压缩机及其转速、相同的外界环境条件下，测出系统的运行参数如下表，请借助lgPh或Ts图分析，哪套系统制冷量最大，哪套系统制冷量最小?,为什么单级压缩制冷压缩机的压力比一般不应超过810？ 双级蒸气压缩式制冷循环的形式有哪些？ 一级节流与二级节流相比有什么特点？中间不完全冷却与中间完全冷却相比又有什么特点？ 双级蒸气压缩式制冷系统制冷剂与循环形式如何选择？ 双级蒸气压缩式制冷循环需要确定的主要工作参数有哪些？ 如何确定最佳中间压力？ 蒸发温度、冷凝温度以及容积比的变化对中间压力各有何影响？ 什么是复叠式制冷循环？为什么要采用复叠式制冷循环？,思考题,