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1、制冷系统工作原理 简介n摄氏温度tc（oC）n华氏温度tF（oF）n绝对温度T（K）ntc=5(tF-32)/9nT= tc +273.15热工基础知识 - 温度温度是表示物体冷热程度的量度。n压力P（Pa）=F（N）/S（m2）n绝对压力Pan相对压力Pg =绝对压力-大气压力 n1标准大气压（atm）=1.01x105 （ Pa ） n常用压力单位：M Pa , k Pa , mmH2O , mmHg , bar , at热工基础知识 - 压 力工程上把单位面积上所受的垂直作用力称为压力。n密度kg/m3n比容 m3/kgn质量流量 kg/sn体积流量 m3/s热工基础知识 - 其它常用基
2、本参数n热能-物质分子运动的动能n热量-热能转移的度量焦耳（J），千焦耳（kJ）1kJ=0.239kcal 1kWh=3600kJn质量比热n一kg物体温度升高1K所吸收的热量水在常温时的 Cp=4.1868kJ/kg.干空气的定压比热 Cp=1.005kJ/kg.n热流，功率kW （1P机就是2500W,2P机就是 5100W,5P机就是12500W）热工基础知识 - 热 量n热力学第一定律n能量既不能创造，也 不能消亡，而只能从 一个物体转移到另一 个物体，或从一种形 式转变成另一种形式 。 n在任何发生能量转换 的热力过程中，转换 前后能量的总量维持 恒定。n热能和机械能是可以 相互转换
3、的。 热工基础知识 - 基本物理定律 n热力学第二定律n热量自发地从高强度 体流向低强度体。n热量自发地从高温流 向低温。 n不可能把热量从低温 物体传至高温物体而 不需要附加条件。热工基础知识 - 基本物理定律 1 1、热量、热量1 1）热量传递的途径有：传导、对流、辐射。）热量传递的途径有：传导、对流、辐射。（1 1）热传导：）热传导： 热在物质内直接传送称为热传导。热在物质内直接传送称为热传导。 热工基础知识-热量传递方式（2 2）热对流）热对流 ：热对流是受热的液体或气体运动传递热量热对流是受热的液体或气体运动传递热量 热工基础知识-热量传递方式（续）（3 3）热辐射：）热辐射：热辐射
4、是以红外线的方式发射和传递热量。热辐射是以红外线的方式发射和传递热量。热工基础知识-热量传递方式（续）热工基础知识 - 物质的三态及变化固体液体气体熔解凝固液化汽化升华固化热工基础知识物质有三种集态：气态、液态、固态。物质集态的改 变称为相变。相变过程中，由于物质分子重新排列和 分子热运动速度的改变，会吸收或放出热量，这种热 量称作潜热。物质发生从质密态到质稀态的相变时，将吸收潜 热；反之，当它发生由质稀态向质密态的相变时，放 出潜热。热工基础知识 - 显 热加热水大气压显热：显热：不改变物质状态不改变物质状态 只引起物质温度变化的只引起物质温度变化的 热量。热量。热工基础知识 - 潜热、蒸发
5、和沸腾水沸腾 水变成水蒸汽 大气压潜热：潜热：不改变物质不改变物质 温度只改变物质状温度只改变物质状 态的热量。态的热量。热工基础知识 - 饱和、过冷和过热212F 大气压容器内汽液共存212F 100C 100C 汽体液体热工基础知识-过冷过热n饱和状态：当液体处在密闭容器内时，液体不断 气化，蒸气不断凝结，若在某一时刻，液体气化 量等于蒸气凝结量，即气液两相处于平衡共存的 状态,这一状态称为饱和状态。它是个动态的平 衡。此时，若加入热量则达到一新的饱和状态达 到平衡。过冷：饱和液体在饱和压力不变的条件 下，继续冷却到饱和温度一下称为过冷，这种液 体称为过热液体。下降后的温度称为过冷温度，
6、过冷温度与饱和温度之差称为过冷度。n过热：在饱和压力的条件下，继续对饱和蒸汽加 热，使其温度高于饱和温度，这种状态称为过热 ，这种蒸气称为过热蒸汽。升高后的温度称为过 热温度，过热温度与饱和温度之差称为过热度。热工基础知识 - 升高饱和点水沸腾压力锅防止蒸汽 逃逸。液体表面压力升 高使液体的沸点 升高1.208bar105C 热工基础知识 - 降低饱和点水沸腾真空泵将空气抽出真空泵将空气抽出 容器。容器。液体表面压力降低液体表面压力降低 使液体的沸点降低使液体的沸点降低 。0.008129bar4C真空泵 制冷系统 -制冷方法及工作原理一一. .制冷的概念制冷的概念n n制冷制冷：就是使某一空
7、间或某物体达到低于其周围环：就是使某一空间或某物体达到低于其周围环 境境介质介质的温度，并维持这个低温的过程。的温度，并维持这个低温的过程。n n实现制冷的途径有两种，一是天然冷却，一是人工实现制冷的途径有两种，一是天然冷却，一是人工 制冷。制冷。n n天然冷却利用天然冰或深井水冷却物体，但其制冷天然冷却利用天然冰或深井水冷却物体，但其制冷 量（即从被冷却物体取走的热量）和可能达到的制冷量（即从被冷却物体取走的热量）和可能达到的制冷 温度往往不能满足生产需要。温度往往不能满足生产需要。n n人工制冷是利用制冷设备加入能量，使热量从低温人工制冷是利用制冷设备加入能量，使热量从低温 物体向高温物体
8、转移的过程。物体向高温物体转移的过程。制冷系统 -制冷方法及工作原理 二.制冷的分类按照制冷所得到的低温范围，制冷技术划分为以 下4个领域：普通制冷 120K以上深度制冷 120K20K低温制冷 20K0.3K超低温制冷 0.3K以下制冷系统 -制冷方法及工作原理 三、制冷的基本原理n由于热量只能自动地从高温物体传给低温物体 ，因此实现制冷必须包括消耗能量的补偿过程 。n制冷机的基本原理：利用某种工质的状态变化 ，从较低温度的热源吸取一定的热量Q0，通 过一个消耗功W的补偿过程，向较高温度的热 源放出热量Qk,。在这一过程中，由能量守恒 得 Qk= Q0 + W。制冷系统 -制冷方法及工作原理
9、制冷机高温热源THQCQHWQC+W=QH= QC / W低温热源TC基本工作原理基本工作原理制冷系统 制冷方法及工作原理1 液体汽化制冷方法 蒸气压缩式制冷 蒸气吸收式制冷 蒸汽喷射式制冷 吸附式制冷 2 气体的节流效应和绝热膨胀制冷 3 其它制冷方法 热电制冷 磁制冷 涡流管制冷 热声制冷 四四. .制冷方法制冷方法利用液体的蒸发可以吸收周围环境的热量。利用液体的蒸发可以吸收周围环境的热量。 制冷系统制冷系统 - -蒸汽压缩式制冷蒸汽压缩式制冷1 1、制冷的基本思路、制冷的基本思路制冷系统制冷系统 - -蒸汽压缩式制冷蒸汽压缩式制冷制冷系统 -蒸汽压缩式制冷n单级蒸汽压缩制冷系统，是由制冷
10、压缩机、冷 凝器、蒸发器和节流阀四个基本部件组成。n它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系 统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状 态变化，与外界进行热量交换。n制冷循环:制冷剂经过一系列的状态变化后,重新 回复到它的初态,称为制冷循环.n液体蒸发制冷的特征：利用制冷剂液体在气化时（蒸发时）产生的吸 热效应，达到制冷目的。 n其工作过程如图1所示。 2.2.蒸汽压缩式制冷原理蒸汽压缩式制冷原理蒸发器冷凝器低压高压压缩机膨胀阀蒸气液体制冷系统制冷系统 - -蒸汽压缩式制冷蒸汽压缩式制冷图3-1 压缩式制冷循环原理图四个必要组成部分: 压缩机 冷凝器 节流（膨胀）装置 蒸发器蒸发器冷凝器低压高
11、压压缩机膨胀阀蒸气液体制冷系统制冷系统 - -蒸汽压缩式制冷蒸汽压缩式制冷气体气体高高 温温 高高 压压液液 体体低温低温 低圧低圧气气 体体低温低温低压低压压缩机压缩机（ （压缩压缩） ）耗电做功使低温低压冷媒气体变 为高温高压气体冷凝器冷凝器 （ （冷凝冷凝） ）向空气放出冷媒的热量使气 态冷媒变为液态膨胀阀膨胀阀 （ （膨胀膨胀） ） 降低冷媒压力调整冷媒流量蒸发器蒸发器（ （蒸发蒸发） ） 空气吸收冷媒的冷量使 液态冷媒变为气态液液 体体高圧高圧高温高温制冷系统制冷系统 - -蒸汽压缩式制冷蒸汽压缩式制冷制冷循环的蒸发过程l制冷剂液体在低压（低温）下蒸发，成为低压 蒸气制冷系统制冷系统
12、 - -蒸汽压缩式制冷蒸汽压缩式制冷制冷循环的压缩过程l将该低压蒸气压缩为高压蒸气制冷系统制冷系统 - -蒸汽压缩式制冷蒸汽压缩式制冷制冷循环的冷凝过程将高压蒸气冷凝，使之成为高压液体制冷系统制冷系统 - -蒸汽压缩式制冷蒸汽压缩式制冷制冷循环的节流过程l高压液体降低压力重新变为低压液体。上述四个过程依次不断循环，进而达到制冷目的。PITI制冷系统制冷系统 - -蒸汽压缩式制冷蒸汽压缩式制冷制冷过程综述n制冷剂工质以液态在蒸发器中吸热制冷，低温 液体吸收汽化潜热变成制冷剂气体被压缩机吸 入并压缩，被压缩的气体压力和温度都增高， 之后流进冷凝器，冷凝器以风冷水冷等形式对 制冷剂气体进行冷凝，冷凝
13、后的高温高压液体 储存在冷凝器底部及储液器中，冷凝时放出的 热量通过风机、水泵等设备带出并散到环境中 ，当高温高压的液体流经膨胀阀后，以低温低 压的液体状态再进入蒸发器吸收汽化潜热而制 冷，如此完成制冷循环。 制冷系统制冷系统 - -蒸汽压缩式制冷蒸汽压缩式制冷制冷系统 -蒸汽压缩式制冷蒸气压缩式制冷系统的构成压 缩 机 热 交 换 设 备 节 流 机 构 管 道 各 种 控 制 阀 辅 助 部 件蒸气压缩式制冷系统的构成制冷四大金刚压缩机：压缩机：作用：提升压力低压（低温）气体被吸入压缩机并被压缩成高压（高温）气体。压缩机分为容积型和速度型两种,速度型主要有离心式压缩机,容积型可 分为活塞式
14、和回转式,其中回转式又包括滚动转子式,滑片式,单螺杆,双 螺杆和蜗旋式.冷凝器：冷凝器：从压缩机出来的高温制冷剂气体进入冷凝器，在一定压力下释放热量变成液体。高温制冷剂在冷凝器中冷凝。制冷系统制冷系统 - -蒸汽压缩式制冷蒸汽压缩式制冷节流装置节流装置 ( (膨胀阀膨胀阀) ) ：液体经过节流装置使压力下降。孔板、热力膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管等蒸发器蒸发器：液体制冷剂进入蒸发器蒸发为气体。制冷剂在蒸发器中吸收热量。（输送冷量）制冷四大金刚制冷系统制冷系统 - -蒸汽压缩式制冷蒸汽压缩式制冷制冷系统制冷系统 - -蒸气吸收式制冷蒸气吸收式制冷吸收式制冷利用溶液在 一定条件下能析出低沸点组 分的
15、蒸气，在另一种条件下 又能吸收低沸点组分这一特 性完成制冷循环。目前吸收式制冷机多用二 元溶液，习惯上称低沸点组 分为制冷剂，高沸点组分为 吸收剂。吸收式制冷吸收式制冷基本原理整个系统包括两个回路：制冷剂回路溶液回路制冷系统 -蒸气吸收式制冷n在溴化锂吸收式制冷机运行过程中，当溴化锂水溶液在 发生器内受到热媒水的加热后，溶液中的水不断汽化； 随着水的不断汽化，发生器内的溴化锂水溶液浓度不断 升高，进入吸收器；水蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的 冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水；当冷凝器 内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并 在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达 到降温
16、制冷的目的；在此过程中，低温水蒸气进入吸收 器，被吸收器内的溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降 低，再由循环泵送回发生器，完成整个循环。如此循环 不息，连续制取冷量。由于溴化锂稀溶液在吸收器内已 被冷却，温度较低，为了节省加热稀溶液的热量，提高 整个装置的热效率，在系统中增加了一个换热器，让发 生器流出的高温浓溶液与吸收器流出的低温稀溶液进行 热交换，提高稀溶液进入发生器的温度。制冷系统 -蒸汽喷射式制冷原理：和蒸汽压缩 式及吸收式制冷 相似，均是利用 液体汽化时吸收 热量来制冷的。 系统组成：喷射器 、冷凝器、蒸发 器、节流阀及泵 五部分。 系统流程图： 工作过程：用锅炉产生高温高压的工作蒸汽，将其送入喷嘴， 膨 胀并以高速流动（流速可达1000m/s以上），于是在喷 嘴 出口处，造成很低的压力，由于吸入室和蒸发器相连， 所 以蒸发器中的压力也会很低，低温低压的部分水吸热而 汽 化，将未汽化的水
