【正文】 —— 表 示吸入 1m3 制冷劑所產(chǎn)生的冷量 2. 制冷劑質(zhì)量流量 MR和體積流量 VR 00qMR ?? kg/s vRR qvMV01 ??? m3/s φ 0—— 制冷量， kJ/s 或 kW 3. 冷凝器的熱負(fù)荷 φ k＝ MR(h2h3)] 4. 壓縮機理論耗功率 Pth Pth=MR(h2h1) 5. 理論制冷系數(shù) εth： εth＝ q0/wc=Φ 0/Pth=(h1h4)/(h2h1) 蒸汽壓縮制冷的實際循環(huán) 一、實際循環(huán)與理論循環(huán) 的主要差別 前面所述的是蒸汽壓縮式制冷的理論循環(huán)，但實際循環(huán)和理論循環(huán)又有不少差別，表現(xiàn)在理論循環(huán)忽略了： 1. 在壓縮過程中： ①氣體內(nèi)部及氣體與氣缸壁之間的摩擦；②氣體與外部的熱交換。 3） 3—4：節(jié)流過程， h 不變； 4） 4—1：制冷劑在蒸發(fā)器在定壓吸熱（制冷）過程。液體在過冷中壓力不變，低于冷凝溫度，將 pk=C 與 trc=C過冷溫度相交得點 3； 點 4：制冷劑出節(jié)流閥狀態(tài)，即進入蒸發(fā)器狀態(tài)，節(jié)流前后 h 不變，而壓力降到 p0，溫度為蒸發(fā)溫度 T0，由點 3 作 h=C 等熗線與 t0＝ C 等溫線相交得點 4。附錄有 NH R2 R12 等的壓焓圖。在濕蒸汽區(qū)等壓線與等溫線重合。 等干度線 —— 只存在于濕蒸汽區(qū)域內(nèi)，其方向大致與飽和液體線或飽和蒸汽線相近，視干度大小而定。 但是，制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器的吸熱或放熱過程都是在定壓下進行的，而定壓過程熱量的變化以及壓縮機在絕熱壓縮過程中所耗的功都可以用焓差來計算，而且制冷劑在節(jié)流閥前后的焓值又保持不變，所以實際利用以焓為橫坐標(biāo)、壓力為縱坐標(biāo)的壓焓圖最為方便。 （ 3）多級壓縮 當(dāng)壓縮比 pk/p0＞ 8～ 10 時：① 排氣溫度過高，過熱損失大；② 由于壓縮機余隙容積的存在，使制冷能力下降，所以采用多級壓縮，中間冷卻的方法。因此吸氣管還要過長并注意保溫。 制冷循環(huán)中本來吸入的是飽和蒸汽，經(jīng)過回?zé)岷笪氲氖沁^熱蒸汽，這是出于安全，壓縮機吸入的必須具有一定過 熱度的蒸汽。這樣，把由于壓縮機吸入過熱蒸汽所多消耗的功量，利用節(jié)流前制冷劑液體的過冷來彌補。當(dāng)單設(shè)過冷器時需增加冷卻水或深井水設(shè)施、水泵等，還要耗功，使投 入增加。 由 Ts 圖上可以明顯地看出，由于液態(tài)制冷劑的再冷卻，節(jié)流過程由 3→ 4 變?yōu)?3`→ 4`，單位質(zhì)量制冷能力增加Δ q0（ 面積 a44`ba），而壓縮機的耗功量并未增加。如圖所示。節(jié)流前后制冷劑的溫差，就是冷凝溫度與蒸發(fā)溫度之差。 上面提到，實際循環(huán)中存在節(jié)流損失和過熱損失，那么能否減小這些損失呢？采取什么樣 的方法來實現(xiàn)呢？ 二、改善蒸汽壓縮制冷循環(huán)的措施 減小節(jié)流損失有再冷卻和回?zé)醿蓚€措施；而采用具有中間冷卻的多級壓縮可以減少過熱損失。一般說來，節(jié)流損失大的制冷劑，過熱損失小，而且 pk/pkr 越大，過熱損失會越大。壓縮機絕熱壓縮是在過熱區(qū)進行的，由狀態(tài) 1 絕熱線與冷凝壓力線 pk 的交點定出狀態(tài) 2，為壓縮終了的狀態(tài)點。 原因 ： ① 濕壓縮制冷能力降低：吸入濕蒸汽時，制冷劑與壓縮機汽缸壁 熱交換強烈，因為壓縮后溫度很高，吸入時流體碰到熱的汽缸壁，液珠變?yōu)闅怏w，占據(jù)了汽缸的有效空間，使壓縮機吸入制冷劑的質(zhì)量減少；同時，汽缸壁受到強烈冷卻，壓縮時汽缸壁又從壓縮蒸汽中吸收熱量，這種強烈熱交換不可逆程度增加，熵增大，耗功量增大。 多耗功 we，面積 304`。與理想循環(huán)相比，除了兩個傳熱過程為等壓過程和有傳熱溫差外，尚有下述兩個區(qū)別： （ 1）用節(jié)流 閥代替膨脹機 原因 ： ① 進入膨脹機的是液態(tài)制冷劑，體積變體很小，膨脹機體積也要很小，難于制造； ② 膨脹機作功能力不足以克服機器本身的摩擦阻力； ③ 節(jié)流閥便于調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)器的制冷劑流量。 6 四、有溫差傳熱的制冷循環(huán) 實際上冷凝器和蒸發(fā)器放熱和吸熱過程都是在有溫差的情況下進行的。從數(shù)量上看，ε可以小于 1，等于 1 或大于 1，而η則始終小于 1，因為理想的可逆循環(huán)的實際上是不可能達到的。它的數(shù)值越大，就說明循環(huán)的不可逆損失越小。 從理論上講，逆卡諾循環(huán)為提高制冷裝 置的經(jīng)濟性指出了方向，但是實現(xiàn)這種循環(huán)是在可逆條件下進行的，即無溫差傳熱又無摩擦損失，這是不可能的，否則熱交換器面積無限大，制冷和壓縮過程無限緩慢。 對于逆卡諾循環(huán)： q0＝ T0’(sasb) qk＝ q0＋∑ w ∑ w＝ qkq0 εc＝ q0/∑ w=T0’(sasb)/(Tk’T0’)=T0’/（ Tk’T0’） 討論： 1．逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)僅取決于被冷卻物（低溫?zé)嵩矗┑臏囟?T0’和冷卻劑（周圍介質(zhì)水或空氣）的溫度 Tk’，而與制冷劑性質(zhì)無關(guān)。但是，制冷劑在制冷系統(tǒng)中經(jīng)過什么樣的熱力過程所組成的制冷循環(huán)在理論上最為經(jīng)濟？實際應(yīng)用中制冷循環(huán)又應(yīng)如何組成？以及如何進行制冷循環(huán)的熱力計算等問題，下面一一敘述。 圖中虛線以內(nèi)的部分為 液化段 ，它的作用是：①一方面使蒸發(fā)器內(nèi)保持一定的低壓力；②另一方面使在蒸發(fā)器中氣化了的制冷劑液化，重新流回貯液器。如氨（ NH3）、二氟 一氯甲烷（ CHClF2）等都可以作為制冷劑。一個最簡單的固體或液體氣化實現(xiàn)制冷的裝置如圖所示： 這種裝置的問題是： （ 1）不能連續(xù)制冷，制冷效應(yīng)只能維持到氨液全部汽化為止； （ 2）流體汽化后被排入大氣，既浪費了工質(zhì)，又污染了環(huán)境； （ 3）汽化時的溫度不易控制。 此外，人工制冷用于農(nóng)牧業(yè)中的種子低溫處 理；建筑工程及礦井、隧道的施工（流砂，凍土施工法）；近代尖端科學(xué)技術(shù)部門中，如航天技術(shù)、衛(wèi)星通訊、高速電子計算機、紅外技術(shù)等領(lǐng)域?；瘜W(xué)工業(yè)中的合成橡膠、合成纖維、合成塑料、合成氨的生產(chǎn)都需要制冷。集中供冷。 制冷技術(shù)在國民經(jīng)濟中的應(yīng)用 最初制冷主要用于防暑降溫和食品的貯藏。 制冷體系的劃分 制冷服務(wù)對象不同，要求的制冷溫度也不同。 利用物理現(xiàn)象制冷的方法還有很多，我們不一一介紹。但是純金屬的珀爾帖效應(yīng)很弱，且熱量通過導(dǎo)線對冷熱端有相互干擾，而用兩種半導(dǎo)體（Ｎ型和Ｐ型）組成的直流閉合電路，則有明顯的珀爾帖效應(yīng)且冷熱端無相互干擾。根據(jù)這個電動勢的大小，就可以確定熱端周圍介質(zhì)的溫度。 3. 氣體渦流制冷 高壓氣體經(jīng)渦流管膨脹后即可分離為熱、冷兩股氣流。構(gòu)成這種制冷方式的循環(huán)系統(tǒng)稱為理想氣體的逆向循環(huán)系統(tǒng)。蒸汽制冷可分為蒸汽壓縮式、蒸汽噴射式和吸收式三種類型。如 1 個大氣壓下，冰融化時要吸取335 kJ/kg 的熔解熱（ 0℃），水汽化時的潛熱為 kJ/kg（ 100℃）；同樣是水，在 874 Pa 的壓力下汽化時，可達到 5℃的飽和溫度，汽化潛熱為 kJ/kg；氨在 1 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氣化時要吸取 kJ/kg 的氣化潛熱（ ℃）；干冰在１標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下升華要吸取137kcal/kg 的熱量，其升華溫度為－ ℃。 實現(xiàn)人工制冷的途徑 制冷的方法很多，可分為物理方法和化學(xué)方法。 人工冷源是利用各種類型的制冷機械進行冷量的生產(chǎn)，即利用人工的方法實現(xiàn)制冷。所以在滿足使用要求的前提下，應(yīng)優(yōu)先考慮利用天然冷源。 實現(xiàn)制冷可以通過兩種途徑：利用天然冷源 和利用人工冷源。 什么是制冷？ —— 制冷是將低溫?zé)嵩矗澄矬w或某空間）中的熱量轉(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩粗腥ィ蛊溥_到比環(huán)境更低的溫度，并使之維持這個溫度的過程 。本課程作為空氣調(diào)節(jié)之“冷源”的一門技術(shù)，講述其制冷方法、工作原理、制冷系統(tǒng)的組成、設(shè)備構(gòu)造及其計算、系統(tǒng)設(shè)計、運行調(diào)節(jié)等。供熱工程由熱源、熱網(wǎng)和熱用戶組成，熱源是為熱用戶服務(wù)的。如何轉(zhuǎn)移呢？方法是利用溫度較低的介質(zhì)來吸取這些熱量。 所以說，制冷技術(shù)就是將低溫?zé)嵩粗械臒崃哭D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩粗腥サ闹R、經(jīng)驗或技巧。天然冷源具有價廉、貯量大等優(yōu)點，而且利用它還不需要復(fù)雜的技術(shù)和設(shè)備。工業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)試驗等對低溫 的要求，大都是通過 人工冷源 來實現(xiàn)。人工制冷能達到的制冷溫度范圍很廣范，從稍低于環(huán)境溫度直到接近于絕對零度。 １ .相變制冷 即利用物質(zhì)相變的吸熱效應(yīng)實現(xiàn)制冷。 目前相變制冷中應(yīng)用得最多的是利用液體的汽化吸熱的特性來實現(xiàn)，即為蒸汽制冷。與蒸汽制冷相比，氣體膨脹制冷是一種沒有相變的制冷方式，通常多以空氣作為工質(zhì)，所以也稱為空氣膨脹制冷。現(xiàn)在它主要用于飛機機艙的冷卻降溫，而且在循環(huán)上也有較大改進。對于兩種導(dǎo)體，當(dāng)冷端溫度一定時，電動勢的大小只與熱端的溫度有關(guān)。） 珀爾帖效應(yīng)告訴我們：兩種不同金屬組成的閉合電路中接上一個直流電源時，則一個接合點變冷，另一個接合點變熱。目 前溫差電制冷只用在小型制冷器中，如電子計算機恒溫冷卻、精密測量儀器的冷源及精密機床的油箱冷卻器等等，都是溫差電制冷。 它的類型有：蒸汽壓縮式制冷（消耗機械能）、吸收式制冷（消耗熱能）和蒸汽噴射式制冷（消耗熱能）三種。其中深冷又可分為深度制冷、低溫制冷與超低溫制冷。 1 用于空氣調(diào)節(jié)的冷源 工業(yè)生產(chǎn)和生 活服務(wù)設(shè)施中都廣泛地應(yīng)用空氣調(diào)節(jié)。 3 用于石油化學(xué)工業(yè) 石油化工中許多工藝過程都需要在低溫下進行，如鹽類的結(jié)晶、溶液的分離、石油的脫脂、天然氣的液化、石油的裂解等過程。 5 用于醫(yī)療衛(wèi)生方面 一些醫(yī)療手術(shù)，如心臟、腫瘤、白內(nèi)障的切除等，皮膚和眼球的移植手術(shù)及低溫麻醉等都需要制冷技術(shù)；一些藥物、疫苗及血液等都需要在低溫下進行貯藏。 4 1 蒸氣壓縮式制冷的熱力學(xué)原理 基本系統(tǒng)及工作原理 液體的氣化過程要吸收熱量，我們就利用這個原理來達到制冷的目的。系統(tǒng)內(nèi)充有一種易揮發(fā)的工質(zhì)，稱之為制冷劑。低壓低溫的制冷劑流入蒸發(fā)器，吸收外界的熱量而氣化，從而使外界的溫度降低，以達到制冷的目的。 其工作原理是使制冷劑在壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器等熱力設(shè)備中進行壓縮、放熱、節(jié)流和吸熱 四個主要熱力過程 ，以完成制冷循環(huán)。（逆卡諾循環(huán)的條件： 1， 2） 1. 絕熱壓縮過程（ 1—2）：耗功 Wc； 2. 等溫壓縮過程（ 2—3）：放熱 qk； 5 3. 絕熱膨脹過程（ 3—4）：作功 We； 4. 等溫膨脹過程（ 4—1）：制冷 q0 如何衡量其經(jīng)濟性呢？ 二、制冷系數(shù) 1 kg 制冷劑每一循環(huán)：制冷量 q0；消耗凈功∑ w＝ WcWe；向高溫?zé)嵩捶艧幔?qk=q0+∑ w 效率 ε＝收獲 /代價＝ q0/∑ w。 5. 制冷系數(shù)實際上不是衡量制冷裝置經(jīng)濟性的唯一指標(biāo)。將工作于相同溫度間的實際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)ε與逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)ε c 之比，稱為這個制冷機循環(huán)的熱力完善度，即： η＝ ε/εc 熱力完善度是用來表示制冷機實際循環(huán)接近逆卡諾循環(huán)的程度。ε只是從熱力學(xué)第一定律（能量轉(zhuǎn)換）的數(shù)量角度反應(yīng)循環(huán)的經(jīng)濟性，而η是同時考慮了能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系和實際循環(huán)中不可逆程度的影響。而只有液體的定壓蒸發(fā)吸熱過程和蒸汽的定壓凝結(jié)放熱過程是定溫過程，所以在濕蒸汽區(qū)域內(nèi)進行的制冷循環(huán)有可能易于實現(xiàn)逆卡諾循環(huán)。 所以，蒸汽壓縮制冷機都還是按逆卡諾循環(huán)來工作的，通常采用理論循環(huán)，它由兩個等壓過程、一個絕熱壓縮過程和一個絕熱節(jié)流過程組成。 ④ 制冷系數(shù)比較 制冷量 ：采用膨脹機： q0’＝ h1’h4’，面積 4`1`a`b4` 采用節(jié)流閥： q0＝ h1’h4，面積 41`a`b4 減少制冷量：Δ q0’＝ q0’ q0＝ h4h4’，面積 44`b`b 冷凝熱 ： qk＝ h2’h3 循環(huán)耗功 ：采用膨脹機：壓縮功 wc，膨脹功 we，循環(huán)功：∑ w=wcwe 采用節(jié)流閥：壓縮功 wc，膨脹功 we＝ 0，循環(huán)功：∑ w=wcwe＝ wc。實際上均采用干壓縮，嚴(yán)禁濕壓縮。 如何實現(xiàn)干壓縮？ 在蒸發(fā)器出口上增設(shè)一個液體分離器，蒸發(fā)器出來的濕蒸汽先進入液體分離器，由于容積擴大流 速降低以及流動方向改變，使較重的液滴進行分離，使進入壓縮機的制冷劑狀態(tài)點在飽和蒸汽線上，實現(xiàn)干壓縮。 單位質(zhì)量制冷能力增加Δ q0，面積 a11`a`a； 單位質(zhì)量耗功量增加Δ wc，面積 122`1`1 制冷系數(shù)cc wwqq ???? 00＝? 與濕式相比，制冷系數(shù)分子分母都增加了，ε是增大還是 減少呢？對于大多數(shù)制冷劑來說ε↘，其大小與制冷劑性質(zhì)有關(guān)，制冷系數(shù)降低的程度稱為 過熱損失 。因此，研究選用適宜的制冷劑，對節(jié)約