制冷原理和发展.doc

制冷原理与发展 (陈剑飞 制冷就是使某一空间或某物体达到低于其周围环境介质的温度，并维持这个低温的过 程。随着社会的进步，制冷技术已经广泛运用于各个行业，如食品工业、钢铁工业、石汕化 工、轻工业、农业、建筑业、军工业等，深入到了我们生活屮的各个方面。随着科技的发展, 许多产品对工艺环境的控制精确性及稳沱性提出了更高的要求，制冷技术的作用更是不可替 代。 一、制冷的热力学原理：理想制冷循环一逆卡诺循环 逆卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程纟R成。假设低温热源(即被冷却物体)的温 度为T0,高温热源(即环境介质)的温度为Tk,则工质的温度在吸热过稈屮为TO,在放热 过程屮为Tk,就是说在吸热和放热过稈中工质与冷源及高温热源2间没有温旁，即传热是在 等温下进行的,压缩和膨胀过程是在没有任何损失情况下进行的。其循环过程为： 首先T质在T0下从冷源(即被冷却物体)吸取热量q0,并进行等温膨胀4?1,然后通 过绝热压缩1-2,使其温度由T0升高至环境介质的温度Tk,再在Tk下进行等温压缩2-3,并 向环境介质(即高温热源)放出热量qk,最后再进行绝热膨胀3?4,使其温度由Tk降至TO 即使工质回到初始状态4,从而完成一个循环。 对于逆卡诺循环來说，由图可知： qO=TO(S1-S4) qk=Tk(S2-S3)=Tk(S1-S4) wO=qk-qO=Tk(S 1 -S4)-T0(S 1 -S4)=(Tk-T0)(S 1-S4) 则逆卡诺循坏制冷系数￡k为：TO/Tk-TOo由上式可见，逆卡诺循环的制冷系数与工质 的性质无关，只取决于冷源(即被冷却物体)的温度T0和热源(即环境介质)的温度Tk； 降低Tk,提高TO,均可提高制冷系数。此外，由热力学第二定律还可以证明：“在给定的 冷源和热源温度范围内工作的逆循环，以逆卡诺循环的制冷系数为最高”。任何实际制冷循 环的制冷系数都小于逆卡诺循环的制冷系数。 综上所述，理想制冷循环应为逆卡诺循环。而实际上逆卡诺循环是无法实现的，但它可 以川作评价实际制冷循环完善程度的指标。通常将工作于相同温度间的实际制冷循坏的制冷 系数￡与逆卡诺循环制冷系数wk Z比，称为该制冷机循环的热力完善度，用符号n表示。 即：q 二 E/wk 热力完善度是用来表示制冷机循环接近逆卡诺循环循环的程度。它也是制冷循环的一个 技术经济指标，但它与制冷系数的意义不同，对于丁作温度不同的制冷机循环无法按其制冷 系数的大小来比较循环的经济性好坏，而只能根据循环的热力完善度的大小来判断。 二、单级蒸气压缩式制冷循环 2?1、工作原理 蒸气压缩式制冷机有单级，多级和复吾式等多种形式。单级蒸气压缩式制冷机是目前应 用最广泛的一种。所谓单级压缩，是指制冷剂在一个循环屮只经过一次压缩，图2.1给出了 单级蒸气压缩式制冷系统循环过程。 1压缩机2冷凝器3膨胀阀4蒸发器 图2.1的单级蒸气圧缩式制冷系统rh压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四个基木部分组 成；四部分Z间用管道连接，形成一个封闭系统；制冷剂在系统内循环流动，发生一系列状 态变化，并与外界进行能量交换，从而达到制冷的目的。具体的丁作过程如下： 工作时压缩机吸入蒸发器内产生的低压（低温）制冷剂蒸气，保持蒸发器内的低圧状态, 使蒸发器内制冷剂液体在低温下能够沸腾；吸入的蒸气经过压缩，压力和温度都升高，使制 冷剂能够在常温下进行液化；高压高温的制冷剂蒸气排入冷凝器后，在压力不变的情况下被 冷却介质（水或空气）冷却，放出热童温度降低，最后凝结成液体从冷凝器排出；高压制冷 剂液体经节流阀节流降压，导致部分制冷剂液体汽化，吸收汽化潜热，使其木身的温度也相 应降低，成为低压、低温的湿蒸气，然示进入蒸发器；在蒸发器中制冷剂液体在等压的情况 下，吸收被冷却介质（空气、水或盐水等）的热量从而发生汽化，形成的低压低温蒸气再被 压缩机吸走，如此不断进行循环。 2.2、单级蒸气压缩式制冷理论循环在压站图和温埼图上的表示 理论制冷循环与实际循环是存在偏差的，但由于理论循环可使问题得到简化，便于对它 们进行分析研究,而且理论循环的备个过程均是实际循环的基础,它可作为实际循环的比较 标准，因此仍有必要对它加以详细的分析与讨论。对于理论制冷循环，通常作岀如卞的假设: （1） 离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气是处于蒸发压力下的饱和蒸气； （2） 离开冷凝器和进入膨胀阀的液体是处于冷凝压力下的饱和液体； （3） 压缩机的压缩过程为等爛压缩； （4） 制冷剂通过膨胀阀的节流过程为等焙过稈； （5） 制冷剂在蒸发和冷凝过程屮为定压过程，且没有传热温差，即制冷剂的冷凝温度 等于冷却介质温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度。 （6） 制冷剂在备设备的连接管道中流动没有流动损失，与外界不发生热量交换。根据上述假设