2.1单级蒸汽压缩式制冷理论循环.ppt

第二章 制冷方法及原理 第一节 单级蒸汽压缩式制冷理论循环 一、蒸气压缩式制冷简介 在普冷的技术领域内，蒸气压缩制冷、蒸汽喷射制冷、吸收式制冷和热电制冷等是常用的制冷方法，其中蒸气压缩制冷从19世纪70年代开始发展，到如今已有100多年的历史，是目前发展比较完善、应用最为广泛的方法之一。蒸气压缩式制冷的特点有以下几点： 1)能得到较宽的制冷温度范围，从稍低于环境温度到一150℃左右的温度均可实现。 2)单机容量大、规格多。单机制冷量从100w到数千千瓦。有大、中、小各种容量，可以根据需要选择，非常方便。 3)中小容量范围的设备比较紧凑，可适应不同场合的需要，目前广泛用于空气调节、食品冷藏、石油、化工等领域。 4)在普冷领域的较高温度范围内，效率较高，制冷系数较大。 5)在温度较低时，其综合性能变差。通常当使用温度低于一70℃时，级数增加，机器变得十分复杂，可靠性低，不易维护使用，成本也大大提高。 6)要使用专门的制冷剂，而有的制冷剂造成对环境的污染和破坏。 在制冷技术的应用中，由于大多数场合所用温度在-50℃以上，故蒸气压缩制冷在低温下的缺点不明显，加上新型制冷剂的研制，蒸气压缩制冷仍是目前制冷技术中的主流，广泛用于工业生产、食品冷藏、空气调节及科研实验等多方面。 根据不同的温度需要，蒸气压缩制冷循环可分为单级蒸气压缩制冷循环、多级蒸气压缩制冷循环和复叠式蒸气压缩制冷循环等，每一种循环有各自的特点和温度适用范围。本节重点介绍最基本的单级蒸气压缩制冷理论循环，它是构成其他循环的基础。 二、单级蒸气压缩制冷循环的组成 所谓单级蒸气压缩制冷循环，是指制冷剂在一次循环中只经过一次压缩，最低蒸发温度t。可达-40~-30℃。单级蒸气压缩制冷广泛用于制冷、冷藏、工业生产过程的冷却，以及空气调节等各种低温要求不太高的制冷工程。 在蒸气压缩式制冷中，单级压缩是最基本、最简单的循环。一个单级蒸气压缩制冷循环至少需要有压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器四个基本部件组成，它们之间用管道依次联接，形成一个完全封闭的系统。制冷剂在制冷系统中循环流动，连续不断地从蒸发器中吸取热量和在冷凝器中放出热量，从而实现了制冷目的。单级蒸气压缩制冷循环的原理如图2-l所示。 压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器是单级蒸汽压缩式制冷循环四大件。 三、单级压缩循环的工作流程 制冷剂在循环的四个主要组成部分中循环流动，依次经历四个过程。 （一）蒸发过程 该过程发生在蒸发器中。低温低压的液态的制冷剂进入蒸发器后，不断蒸发变成气态，在这个过程中需要不断吸收热量，产生制冷效果，同时将蒸发器的温度维持在跟蒸发压力对应的饱和温度上。 （二）压缩过程 从蒸发器中流出的低温低压的制冷剂蒸气被压缩机吸入，经压缩机压缩，变为高温高压的制冷剂蒸气，其压力从蒸发压力变为冷凝压力，过程消耗一定的机械功。 （三）冷凝过程 高温高压的制冷剂蒸气进入冷凝器中放出热量变成液体。冷凝器中的温度是和冷凝压力对应的饱和温度。 （四）节流过程 从冷凝器中流出的高压液体是无法直接用来制冷的，因此通过节流装置（节流阀或毛细管）的节流作用使制冷剂损失压力变成低压液体，由于改过程产生冷效应，制冷剂温度也随之降低，重新变为低温低压制冷剂液体。 四、制冷剂状态分析 单级蒸气压缩制冷循环具有以下特点： 综上所述，让制冷剂不断经历蒸发(沸腾气化)——压缩(升温升压)——冷凝(液化)——节流(降压降温)——再蒸发的循环，就可不断连续制冷。单级蒸汽压缩制冷循环具有以下特点： 1)制冷设备需组成一个封闭的系统，制冷剂在其中循环流动，并在一次循环中要连续两次发生相变(一次冷凝、一次蒸发)。 2)实现制冷循环的推动力来自压缩机，在它与节流装置的配合下，将制冷系统分为低压和高压两个部分。在低压部分中，通过蒸发器向被冷却物体吸热。在高压部分中，通过冷凝器向环境介质放热。 3)制冷剂蒸气只经过一次压缩，从蒸发压力p0压缩到冷凝压力pk。压缩需要消耗机械功。 五、单级蒸汽压缩式制冷理论循环 借助于四大件构成的单级循环，人们可以进行制冷或者供热。单很显然，为了了解循环的经济性，人们需要使用热学理论对于循环进行分析。 制冷循环中最理想的是逆卡诺循环，但是这是无法实现的，于是人们假设了一个最接近逆卡诺循环的制冷循环称为理论循环。 逆卡诺循环T-S图 两个等温过程 和两个等熵过程 循环的效率只和 两个热源温度有 关。 制冷系数 供热系数 什么是理论循环？ 理论循环基