制冷原理壓縮機

1、《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,§1-1 常用術語,一. 物質具有一定質量并占據空間的任何物體稱為物質。物質通常以固、液、氣三態(tài)存在。除半導體制冷外，制冷機都依靠內部循環(huán)流動的工作物質來實現(xiàn)制冷過程。制冷機中的工作物

2、質稱為制冷劑。制冷裝置中用來傳遞冷量的工作物質稱為載冷劑。,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,二. 溫度溫度是物體冷熱程度的量度。它是物質分子熱運 動劇烈程度的標志尺度。 常用的溫度度量單位有攝氏溫標t和開氏溫標T(絕對溫標)

3、。 T(k)=t(℃)+273.15,圖1-1 三種常用溫標的比較,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,三. 熱量物體在熱過程中所放出或吸收的能量稱為熱量。生產中常用制冷能力來衡量設備產冷量大小。

4、制冷能力：制冷設備單位時間內從冷庫取走的熱量。 商業(yè)上常用冷噸來表示。 1冷噸：1噸0℃飽和水在24小時內被冷凍到0℃的冰所需冷量。,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,,熱量單位換算：1大卡

5、（kcal）=1000卡（cal）1焦(j)=0.2389卡（cal）≈0.24卡（cal）1英熱單位(Btu)=0.25大卡（kcal）1英熱單位(Btu)=1.05千焦(kJ)1美國冷噸=3024 kcal/h1日本冷噸=3320 kcal/h,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學

6、 制冷空調教研室,四. 比熱（specific heat） 比熱是一個物性參數(shù)，意為單位度量的物資溫度變化1k時所吸進或放出的熱量。 體積比熱Cv(j/m3.k) 摩爾比熱Cp(j/mol.k),《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學

7、 制冷空調教研室,五. 顯熱和潛熱不改變物質的形態(tài)而引起其溫度變化的熱量稱為顯熱。不改變物質的溫度而引起其形態(tài)變化的熱量稱為潛熱。,,制冷劑的汽化潛熱有何要求？,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學

8、 制冷空調教研室,表1-1 幾種制冷物質的汽化潛熱 (kj/kg),《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,六. 壓力 垂直作用在單位面積上的力稱為壓力p(壓強)。p是確定物質狀態(tài)的基本參數(shù)之一。1bar=105pa飽

9、和壓力ps與飽和溫度ts 的對應關系。,圖1-2 絕對壓力、表壓力和真空度的關系,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,七. 比容v和密度? 比容：每千克物質所占有的容積。v是基本狀態(tài)參數(shù)。 ?.v=1,《制冷原理與裝置》

10、 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,八. 導熱系數(shù)??表示材料傳導熱量的能力，是一個物性參數(shù)。數(shù)值上等于：1m厚的材料兩邊溫差1k時在1小時內通過1m2表面積所傳導的熱量。單位：w/m.k,,常用保溫材料的?值？,《制冷原理與裝置》

11、 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,九. 壓-焓圖(lgp-h)物質的熱力狀態(tài)性質可以繪制成曲線圖的形式。制冷劑性質曲線圖有多種形式。行業(yè)中最常用的是lgp-h圖。lgp-h圖的構成可以總結為一個臨界點、二條飽和線、三個狀態(tài)區(qū)、六組等值線。,《制冷原理與裝置》

12、 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,,,(a)壓-焓圖,(b)壓-焓圖上的主要曲線,圖1-3 壓焓圖上的主要曲線,,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學

13、 制冷空調教研室,由于制冷裝置中，制冷劑的實際壓力并不太高，lgp-h圖靠近臨界點的高壓部分和濕蒸汽區(qū)域的中間部分在熱力計算中很少用到，為了使圖面清晰簡捷，往往將這兩部分截去。,課后練習： lgp-h圖中狀態(tài)點參數(shù)的查取。,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學

14、 制冷空調教研室,圖1-4 R22的lgp-h圖,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,§1-2 制冷的熱力學基礎,一.熱力學第一定律,能量守恒與轉換定

15、律是自然界基本規(guī)律之一。,自然界中的一切物質都具有能量，能量不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅；但能量可以從一種形態(tài)轉變?yōu)榱硪环N形態(tài)，且在能量的轉化過程中能量的總量保持不變。,1.熱力學能和總能,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,熱力學能,

16、《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,總能E,外部儲存能,內部儲存能,,,,熱力學能,,工質的總儲存能,E=U+Ek+Ep,,《制冷原理與裝置》 第一章

17、 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,宏觀動能,若工質質量m，速度cf，重力場中高度z,重力位能,工質的總能,比總能,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調

18、教研室,2.能量的傳遞和轉化,能量從一個物體傳遞到另一個物體有兩種方式：,作功 借作功來傳遞能量，總和與物體宏觀位移有關,傳熱 借傳熱來傳遞能量，無需物體的宏觀移動,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,推動功—因工質在開口

19、系統(tǒng)中流動而傳遞的功對開口系統(tǒng)進行功的計算時需要考慮這種功。,圖1-5流動過程中的推動功,推動功只有在工質移動位置時才起作用。,,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,如左圖所示，考察開口系統(tǒng)和外界之間功的交換。取一開口系統(tǒng)，1kg工

20、質從截面1-1流入該熱力系，工質帶入系統(tǒng)的推動功p1v1，作膨脹功由狀態(tài)1到2，再從截面2-2流出，帶出系統(tǒng)的推動功為p2v2。,,是系統(tǒng)為維持工質流動所需的功，稱為流動功。,,,圖1-6開口系的流動功,,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調

21、教研室,3. 焓,焓用符號H表示，單位是焦耳 （j）H=U+pV比焓用符號h表示，單位是（j／kg）h=u+pv焓是一個狀態(tài)參數(shù)。焓也可以表示成另外兩個獨立狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)如：h=f(T,v) 、 h=f(p,T)或 h=f(p,v),《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學

22、 制冷空調教研室,4.熱力學第一定律的基本能量方程式,1).閉口系統(tǒng)的能量平衡工質從外界吸熱Q后從狀態(tài)1變化到2，對外作功W。若工質宏觀動能和位能的變化忽略不計，則工質儲存能的增加即為熱力學能的增加ΔU熱力學第一定律的解析式,,加給工質的熱量一部分用于增加工質的熱力學能儲存于工質內部，余下一部分以作功的方式傳遞至外界,,《制冷原理與裝置》

23、 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,對微元過程，第一定律解析式的微分形式,(A),,對于1 kg工質,A式對閉口系普遍適用。,可逆過程,,,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學

24、 制冷空調教研室,完成一循環(huán)后，工質恢復原來狀態(tài),閉口系完成一循環(huán)后，循環(huán)中與外界交換的熱量等于與外界交換的凈功量。,,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,,2).開口系統(tǒng)的能量平衡,圖示開口系

25、統(tǒng)，dτ時間內，質量 的微元工質流入截面1-1，質量 微元工質流出2-2，系統(tǒng)從外界得到熱量 ， 對機器設備作功 。,,圖1-7 開口系統(tǒng)流動過程中的能量平衡,,,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學

26、 制冷空調教研室,過程完成后系統(tǒng)內工質質量增加dm, 系統(tǒng)總能增加dECV，由系統(tǒng)能量平衡的基本表達式有：,由E=me,V=mv,h=u+pv,得,穩(wěn)定流動,系統(tǒng)只有單股流體進出,,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,微量形式：

27、,當流入質量為m的流體時，穩(wěn)定流動能量方程：,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,5. 能量方程式的應用,工質流經壓縮機時，機器對工質做功wc,使工質升壓，工質對外放熱q,每kg工質需作功：,壓縮機,圖1-8 壓縮機能量平衡,,,,

28、《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,膨脹機,膨脹過程均采用絕熱過程。穩(wěn)定流動能量平衡方程：,圖1-9 膨脹機能量平衡,,,,《制冷原理與裝置》 第

29、一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,,工質流經換熱器時和外界有熱量交換而無功的交換，動能差和位能差也可忽略不計。,換熱器,,,圖1-10 換熱器能量平衡,1kg的工質吸熱量：,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學

30、 制冷空調教研室,工質流經噴管和擴壓管時不對設備作功 ，熱量交換可忽略不計。,1kg工質動能的增加：,,,噴管,圖1-11 噴管能量轉換,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教

31、研室,工質流過閥門時流動截面突然收縮，壓力下降，這種流動稱為節(jié)流。,節(jié)流,圖1-12 節(jié)流現(xiàn)象,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,設流動絕熱，前后兩截面間的動能差和位能差忽略，因過程無對外做功，故節(jié)流前后的焓相等,《制冷原理與裝置》

32、 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,二.熱力學第二定律,熱不能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體。是研究與熱現(xiàn)象相關的各種過程進行的方向、條件及限度的定律。,《制冷原理與裝置》

33、 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,1.制冷循環(huán)的熱力學分析,熱力學循環(huán),制冷循環(huán)是靠消耗功來實現(xiàn)熱過程的，因此是逆向循環(huán)。,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學

34、 制冷空調教研室,熵是熱力學狀態(tài)參數(shù)，是判別實際過程的方向，提供過程能否實現(xiàn)、是否可逆的判據。 定義:,qrev是可逆過程的換熱量，T為熱源溫度?？赡孢^程1-2的熵增：,,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,

35、克勞修斯積分,,p、T狀態(tài)下的比熵定義為：,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,2.逆卡諾循環(huán) (熱源溫度不變時的逆向可逆循環(huán)),當高溫熱源和低溫熱源隨著過程的進行溫度不變時，具有兩個可逆的等溫過程和兩個等熵過程組成的逆向循環(huán)。在

36、相同溫度范圍內，它是消耗功最小的循環(huán)，即熱力學效率最高的制冷循環(huán)，因為它沒有任何不可逆損失。,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,過程1－2,壓縮工質，同時放熱至熱源，維持制冷劑溫度恒定,過程2－3,工質從熱源溫度Th可逆絕熱膨脹到冷

37、源溫度Tc,過程3－4,熱量從冷源轉移到工質中同時工質做功以使制冷劑維持一定的溫度,過程4－1,制冷劑從冷源溫度可逆絕熱壓縮到熱源溫度,圖1-13 逆卡諾循環(huán),《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,制冷工質向高溫熱源放熱量,制冷工質從低溫

38、熱源吸熱量,系統(tǒng)所消耗的功,卡諾制冷系數(shù),卡諾熱泵循環(huán)效率,熱力完善度：,Flash動畫演示：1-14逆卡諾循環(huán)分析,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,3.洛倫茲循環(huán)(熱源溫度可變時的逆向可逆循環(huán)),洛倫茲循環(huán)工作在二個變溫熱源間。

39、與卡諾循環(huán)不同之處主要是蒸發(fā)吸熱和冷卻放熱均為變溫過程,,變溫熱源的采用有什么意義？,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,(假設制冷過程和冷卻過程傳熱溫差均為ΔT ),制冷量,排熱量,耗功,洛倫茲循環(huán)制冷系數(shù),《制冷原理與裝置》

40、 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,應該指出：任何單一物質在等壓下冷凝或蒸發(fā)時均為等溫過程,要實現(xiàn)變溫冷凝和蒸發(fā),必須使用非共沸混合制冷劑,因為非共沸制冷劑不存在共沸點,在等壓冷凝或蒸發(fā)時,氣液兩相組分隨溫度而變化。,《制冷原理與裝置》

41、 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,4.三熱源循環(huán)(熱源驅動的逆向可逆循環(huán)),圖1-16 兩類制冷循環(huán)能量轉換關系圖,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學

42、 制冷空調教研室,以卡諾循環(huán)作為比較依據，第一類循環(huán)就是卡諾循環(huán)制冷機，而第二類循環(huán)則是理想的熱源驅動逆向可逆循環(huán)——三熱源循環(huán)。,對可逆制冷機熱力系數(shù)：,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學

43、 制冷空調教研室,§1-3 制冷的傳熱學基礎,一. 熱量傳遞的基本方式制冷過程實質是個熱量傳遞過程。 溫差是產生熱流的動力。1. 熱傳導(導熱)由于物體內部微觀粒子的熱運動而產生的熱量傳遞。其特點是傳熱過程中物體各部分之間不發(fā)生宏觀位移。固體，液體和氣體都會發(fā)生導熱,但單純的導熱只有在固體中才能發(fā)生。,《制冷原理與裝置》 第一章

44、 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,平壁導熱:,圓管壁導熱:,多層管壁:,簡化計算:,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,2. 對流換熱,由于流

45、體不同部分之間的相對位移，而伴隨的熱量傳遞為熱對流。 只有液體或氣體才能產生熱對流。 熱對流的流體與固體壁面之間的熱量交換為對流換熱。 根據流動的起因分為強制對流換熱和自然對流換熱。,牛頓冷卻公式：,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷

46、空調教研室,3. 輻射換熱,由于物質分子熱運動而發(fā)出的輻射能為熱輻射 熱輻射可以在真空中傳播， 物體自身溫度>0K就具有熱輻射的能力，輻射過程中伴隨有能量形式的轉變。 輻射換熱是物體吸收和發(fā)射輻射能的綜合效果,黑體：,實際物體：,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學

47、 制冷空調教研室,二.傳熱過程,冷熱流體通過固體壁面進行熱量傳遞的過程。,傳熱方程式：,通過平壁的傳熱：,通過圓管壁的傳熱：,《制冷原理與裝置》 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,§1-4 制冷的流體力學基礎,制

48、冷是靠制冷劑在一個閉合系統(tǒng)中循環(huán)流動，不斷改變它的狀態(tài)從而獲得低溫。制冷劑在管內和換熱器中的流速、流量、壓力、阻力等對整個制冷系統(tǒng)的制冷效果影響很大。流體流動過程中，任一截面上的流動參數(shù)(u、p)等不隨時間變化，則流體作穩(wěn)定流動。在連續(xù)操作的生產流程中，流體的流動可視為穩(wěn)定流動。流體在制冷設備中的流動都屬于穩(wěn)定流動過程。,《制冷原理與裝置》 第一

49、章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,描寫流動的伯努利方程：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1.6m,1,1,2,2,,,,,,p0,p0,例：有一個重力供液系統(tǒng)如圖所示，液分與蒸發(fā)器的液面差為1.6m，蒸發(fā)器的管徑為38?2.5mm，管路的壓力損失為1.5m氨液柱。求蒸發(fā)器盤管內氨液每分鐘流量。,《制冷原理與裝置》

50、 第一章 制冷基礎知識,武漢工程大學 制冷空調教研室,本章主要內容： §1-1 常用術語 §1-2 制冷的熱力學基礎 一.熱力學第一定律 二.熱力學第二定律 §1-3 制冷的傳熱學基礎 §1-4 制冷的流體