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1、 院系：城市建设系 专业：建筑环境与设备工程班级学号：0902301-13姓名：刘兆伟 日期：2011年5月冰箱制冷过程分析 -工程热力学论文 从低于环境温度的物体中吸取热量，并将其转移给环境介质的过程，称为制冷。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(如电能，机械能等)的补偿过程。冰箱制冷有：空气压缩式制冷、蒸汽喷射制冷循环等冰箱的制冷是一个热泵的原理，结合热力学第一定律，忽略次要因素，我们来分析其原理。当工作物质到达箱体内管道时，气体体积膨胀对外做功，忽略热传递的作用，由热力学第一定律公式可知气体内能减少温度降低，此时管道内工作物质的温度比箱体内温度更低，所
2、以箱体内的热量传递给管道内工作物质。吸收了热量的工作物质到达箱体外管道时，压缩机将气体体积压缩，外界对气体做功，忽略热传递的作用，由热力学第一定律公式可知气体内能增加温度升高，此时管道内工作物质的温度比外界环境的温度更高，所以管道内工作物质把热量传递给外界环境,从而达到制冷的效果，总之就是借助制冷系统消耗一定的电能，利用物态变化过程中的吸热(液态气态)，放热(气态液态)物理过程，强制热量由低温物体(冷柜内的食物)转至高温物体(室内空气)从而达到制冷的目的。 家用电冰箱制冷系统循环过程，压缩机将低温低压的制冷剂(R-600a或HFC-134a)气体吸入气缸，经过压缩机压缩，变成高温高压的气态R-
3、600a或HFC-134a，并排到冷凝器内，在冷凝器内，高温高压的R600a或HFC-134a气体与温度较低的环境进行交换，温度降低并冷凝为液体；液体R-600a或HFC-134a通过毛细管节流，降低压力后进人蒸发器，在蒸发器内吸热汽化，(未汽化的暂留在储液管里)，汽化后被吸回压缩机，重新压缩。如此周而复始，不断循环，使柜内温度降低。 整个制冷循环过程可分为4个阶段：(1)绝热压缩：压缩机将蒸发后的低温低压制冷剂吸入，这时气体的理想状态是充分汽化，无液滴，稍微过热，经压缩机活塞的急剧压缩，对气体所做的机械功转换为热，使之变成高温高压气体，此压缩过程很短，被升温气体的热量几乎没有传到外部，故此过
4、程称为绝热压缩过程。(2)等温压缩：压缩机将高温高压气态制冷剂送至冷凝器中冷却到其完全液化，这段时间放出冷凝潜热，在此过程中，因制冷剂温度不变，仅发生气一液状态变化，故称为等温压缩。在冷凝器末端，制冷剂全部液化后，温度有所下降，即为过冷。在这一过程中，制冷剂通过蒸发器吸收的热量和压缩机活塞做功转换的热量已全部放出，这时已完成了将低温物体的热量送到高温的外界空气中的任务。(3)绝热膨胀：液态制冷剂在毛细管中受到节流作用，使液体压力急剧降到蒸发压力，制冷剂在此过程中温度虽剧降，但因时间极为短暂，未能吸收外界的热量，故称绝热膨胀。(4)等温膨胀：进入蒸发器的制冷剂迅速蒸发，不断从冷柜（冰箱）内吸收热
5、量（蒸发潜热），直到液体完全汽化为止，在此过程中，制冷剂的温度恒定，故称为等温膨胀。制冷装置运行的参数主要有：蒸发温度和蒸发压力；冷凝温度和冷凝压力；压缩机的吸、排气温度和吸、排气压力；节流前的制冷剂液体温度；两级压缩制冷系统的中间压力等。这些运行参数不是固定的，而是随外界条件（如冷却水温度，被冷却对象的冷负荷）的变化而变化的。所以，在制冷装置调试时，必须根据外界条件和装置的特点，调整各个运行参数，使它们在合理、经济和安全的数值下运行。 a)蒸发温度和蒸发压力 蒸发温度和蒸发压力是根据用户的要求确定的。装置运行的蒸发温度，应根据被冷却介质的温度要求及工作特点来确定。调整蒸发温度，实际上是调整蒸
6、发温度与被冷却介质温度之间的温差值。从传热的观点考虑，温差取得大，其传热效果好、降温快。但是加大传热温差，就使蒸发温度降低。对压缩机的制冷量来说，当冷凝温度一定时，蒸发温度越低，其制冷量越小，由于冷量不足，从而使被冷却介质温度降不下去。而温差变小，则传热效果差，压缩机制冷量虽然增大，但蒸发器热交换不充分。因此，我们应根据制冷设备的不同形式，合理地选择温差。 根据我国JB/T4329-97容积式冷水（热泵）机组标准规定冷水机组的名义工况为冷水进口水温为12，出口水温7，冷却水进口水温30，出口水温35。所以冷水机组在出厂时，自动控制和保护元器件的整定值，将使冷水机组保持在名义工况下的运行状态。由
7、于提高冷水的出水温度对机组的经济性十分有利。运行中，在满足空调使用要求的情况下，应尽可能提高冷水出水温度。如果实际使用中机组长期运行的冷水出水温度不是7，订货时应在合同上注明所需要的冷水出水温度要求。因此，在机组的实际操作中，应根据空调对象的具体要求，可将冷水的出水温度提高或适当降低。一般情况下，蒸发温度较冷水出水温度低24，则控制蒸发温度在35范围。对于冷却液体介质的蒸发器，它的蒸发温度应比被冷却液体介质温度低46。 调整蒸发温度与被冷却介质温度的差值，实际上就是调节节流阀的阀孔开度。目前常用的节流阀有手动节流阀，热力膨胀阀，恒压膨胀阀、浮球阀等。我们在调试运行时，主要靠观察蒸发压力的变化来
8、判断膨胀阀的开度是否适中。如果阀开度过小，供液量不足，则使蒸发压力和蒸发温度下降，压缩机吸气过热，排气温度亦升高；而供液量过多时，则蒸发压力和蒸发温度都升高，过量的液体，还会使压缩机产生液击事故。所以正确地控制节流阀的开启度是运行中调节蒸发温度和蒸发压力的主要方法之一。此外，当冷却设备负荷和压缩机的容量不变，若蒸发器热交换面积设计过小或内外表面有污垢，则使蒸发温度降低；如热交换面过大，则蒸发温度升高；如果冷却设备负荷和蒸发器热交换面积都不变时，压缩机容量增大，则蒸发压力和温度降低，容量减少时，则蒸发温度和压力升高。b)冷凝温度和冷凝压力 制冷系统的冷凝压力为高压表所指示的压力，用绝对压力表示，
9、查制冷剂热力性质表所式有关。在一般情况下，冷凝温度比冷却水进口温度高57，比强制通风的冷却空气进口温度高1015。当蒸发温度不变时，冷凝温度升高，冷凝压力也升高，压缩机的压缩比增加，输气系数减小，压缩机制冷量降低，而耗电量却增加。此外，冷凝压力升高，压缩排气温度升高。如果排气温度过高，则使压缩机润滑油变稀，影响润滑，当排气温度与润滑油门点接近时，将会使部分润滑油炭化并积聚在排气阀门中，影响阀门的密封性，此外，对阀片、端盖弹簧等均有影响。 冷凝温度过高，从设计角度分析是因为冷凝面积过小。此时，不能在规定的压力下将压缩机排人冷凝器的过热蒸气全部冷凝为液体，而只有在较高的压力和温度下冷凝。在这种情况
10、下，只有增加冷凝器面积或减少并联系统的压缩机运行台数。运行过程中，冷凝器内表面有油膜、水垢或系统内有少量空气等不凝性气体，均可使传热热阻增加，使制冷剂蒸气不能及时冷凝。通常处理方法是定期放油、放空气并根据水质情况定期清除水垢。 降低冷凝温度对制冷装置的运行有利；其可采取的措施有两个方面：一是降低冷凝器冷却水的进水温度；二是加大冷却水量。但冷却水温度取决于大气温度和相对湿度，受自然条件变化的影响和限制；而加大冷却水流量简单易行，但加大冷却水流量，引起冷却水泵功耗增加，过高的流速还会加剧水管磨损，故应全面考虑。 此外，冷却水是开式循环系统，冷却塔在大气中运行。灰尘、杂物和大气中的腐蚀气体与有害物质
11、，会溶解在冷却水中，在阳光作用下造成氧化加剧，及微生物在水中繁殖，对冷却水系统工作存在严重危害。因此，有关操作规程规定冷却水系统和冷凝器管道每年必须彻底清洗一次，以保证冷凝器的正常工作性能。c)压缩机的吸气温度 压缩机的吸气温度，对容积式压缩机来说，是指压缩机吸气腔中制冷剂气体的温度。吸气温度高，排气温度亦高，制冷剂被吸入时的比容大，此时压缩机的单位容积制冷量变小；相反，压缩机吸气温度低时，其单位容积制冷量大。但是压缩机的吸气温度过低，可能造成制冷剂液体被压缩机吸入，使往复式压缩机产生液击现象。此外，压缩机吸入管道的长短和包扎的保温材料性能的好坏，对过热度的大小，也有一定影响。吸气温度一般控制
12、在制冷装置的吸气过热度为510，在设回热热交换器的氟利昂系统吸气过热度为15比较合适。因此在机器运行操作中，必须注意压缩机吸气温度的控制，通常是用调节热力膨胀阀的调节螺杆来调节过热度的大小。d)压缩机的排气温度 压缩机的排气温度是制冷剂经过压缩后的高压过热蒸气。由于压缩机所排出的制冷剂为过热蒸气，其压力和温度之间不存在对应关系。压缩机的排气温度可从排气管路上温度计读出。排气压力一般稍高于冷凝压力，而排气温度较冷凝温度高得多。排气温度除与制冷剂种类有关之外，主要与吸气温度、压力及压力比有关，并随着它们的增大而提高。冷凝温度和排气温度过高对压缩机的运行都是不利的，应予防止。下面对吸收式制冷相关参数
13、的计算1. 系统参数的确定（一） 给定参数1. 制冷量制冷机的制冷量Q。根据用户使用冷量的情况提出。2. 冷媒水出机温度冷媒水温度是根据空调或工艺的要求而纳入设计任务书中的重要技术参数。在“溴化锂吸收式制冷机的形式和基本参数”中规定冷媒水出口温度为7，进口温度为12。3. 冷却水进机温度根据我国大部分地区所能提供的冷却水条件，设计时冷却水温度定为32。也可根据使用场所所能提供的条件来确定。冷却水温度越低，制冷机热效率就越高。但冷水温度太低，如果低于20，会造成溶液结晶（冷却水先进吸收器时）或造成冷剂水污染（冷却水先进入冷凝器时），所以一般掌握在。4. 本机组采用蒸汽作为驱动热源，根据热源情况确
14、定蒸汽进口温度和出口温度。（二）循环工作参数的确定1、蒸发温度 蒸发温度是根据冷媒水出机温度选定，一般要比蒸发器出口冷媒水温度低25(设25)。当冷媒水出机温度较高时，选较大值，冷媒水出机温度较低时，选较小值。2、冷却水出吸收器和冷凝器的温度和为了减少冷却水的消耗量，一般将吸收器和冷凝器用的冷却水串联使用。一种串联方式是冷却水先进入吸收器后进入冷凝器(通常简称冷却水串联顺流)，它的优点是吸收效果较好;另一种串联方式是冷却水先进入冷凝器后进入吸收器(简称冷却水串连逆流)，其优点是可提高低压发生器的发生效果。冷却水总温差一般为69，吸收器和冷却器热负荷比约2:12.4:1。因此当冷却水并联使用时，
15、其冷却水量之比也近似这一比例，当冷却水串联使用时，也按上述比例，考虑冷却水温升，并且根据吸收器和冷凝器热负荷计算出冷却水量确定相近似的选定数值。 3、吸收压力当蒸发温度选定之后，根据饱和水蒸气性质表可查得蒸发压力。吸收器的压力一般比蒸发器的压力稍低。这是因为蒸发器发出了来的冷剂蒸汽要通过档液板以及部分传热管管排才能被溶液吸收，冷剂蒸汽通过档液板时有阻力损失，压力降低，其压差大小与档液板结构形式，安装尺寸及蒸发、吸收管排布置有关。差值虽然很小，但是对制冷效果的影响却很大。4、吸收器出口稀溶液浓度稀溶液浓度的确定取决于吸收压力和稀溶液温度，而稀溶液温度与吸收器冷却水出口温度有一定温差，通常36，如冷却水条件较好或冷媒水出机温度可以稍高时，可以选择低一些，这样有利于提高制冷循环的热效率。但如果要求冷媒水出机温度较低或冷却水条件不好时，也只好选得高一些，一般得选取范围为54%60%。5、冷凝温度冷凝温度取决于冷凝器冷却水出口温度。冷凝温度与冷凝器冷却水出口温度之差，通常为24。为提高发生效果，当冷却水条件较差且串联顺流使用时，应该取得小一些。6、发生器压力(1)低压发生器压力：可根据冷凝温度通过查饱和水蒸气表可得到冷凝压力，由于冷剂蒸汽通过发生器档液板有阻力损失
