单级压缩式制冷理论循环课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PPT课件,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PPT课件,*,单级蒸汽压缩式制冷循环,-,理论循环,1,PPT课件,单级蒸汽压缩式制冷循环1PPT课件,一：单级蒸气压缩式制冷循环的方法、原理与循环,日常生活中我们都有这样的疑问,:,怎样才能制冷制热呢,?,2,PPT课件,一：单级蒸气压缩式制冷循环的方法、原理与循环日常生活中我们都,相变制冷方法、原理,a.,密闭容器试验,饱和状态,（饱和蒸汽、饱和液体）,3,PPT课件,相变制冷方法、原理a.密闭容器试验3PPT课件,饱和压力，饱和温度,密闭容器中的液体，在一定的温度下，蒸气压力会自动保持在一定数值上，这时液气两相转变就达到了动平衡，此时空间气态分子的浓度不变。这个状态称之为这个液体的,饱和状态,。,饱和状态的蒸气和液体分别称为,饱和蒸气,和,饱和液体,。饱和状态时蒸气压力称为,饱和压力,。饱和液体的温度称为,饱和温度,。,4,PPT课件,饱和压力，饱和温度4PPT课件,饱和压力与饱和温度是一一对应关系。,水：,饱和压力,p=1at=101325Pa,时，,饱和温度,t=100,饱和压力,p=0.31at=31160Pa,时，,饱和温度,t=70,饱和压力,p=0.0092at=934.55Pa,时，饱和温度,t=6,5,PPT课件,饱和压力与饱和温度是一一对应关系。5PPT课件,猜想一下：,蒸汽被抽走将会发生什么结果？,6,PPT课件,6PPT课件,平衡遭到破坏（抽走蒸气）,液体蒸发气化,降温,吸收外界热量,新的平衡（同时产生低温环境）,7,PPT课件,7PPT课件,实际应用,蒸发器：,不断抽走蒸气,使液体不断气化,降温吸热,压缩机：,不断抽取蒸气,维持,低温状态,8,PPT课件,实际应用8PPT课件,q,0,w,0,5,4,2,1,9,PPT课件,q 0w054219PPT课件,利用制冷剂由液体状态汽化为蒸气状态过程中吸收热量，被冷却介质因失去热量而降低温度，达到制冷的目的。,制冷剂循环利用,制冷循环,10,PPT课件,利用制冷剂由液体状态汽化为蒸气状态过程中吸收热量，被冷,制冷原理,q,0,w,0,5,4,q,K,2,1,单级蒸汽压缩制冷循环,11,PPT课件,制冷原理q 0w054q K21单级蒸汽压缩制冷循环11PP,制冷剂在变为蒸气之后，需要对它进行压缩、冷凝、继而进行再次汽化吸热。,冷凝器：,散热,使气体不断液化,12,PPT课件,制冷剂在变为蒸气之后，需要对它进行压缩、冷凝、继而进行再次汽,制冷原理,q,0,w,0,5,4,q,K,2,1,单级蒸汽压缩制冷循环,13,PPT课件,制冷原理q 0w054q K21单级蒸汽压缩制冷循环13PP,节流阀：,降低压力,节流降压的工作原理是制冷工质流过阀门时流动截面突然收缩，流体流速加快，压力下降，压力下降的大小取决于流动截面收缩的比例。,14,PPT课件,节流阀：降低压力14PPT课件,对制冷剂蒸气只进行一次压缩，称为,单级蒸气压缩制冷循环,。,15,PPT课件,对制冷剂蒸气只进行一次压缩，称为单级蒸气压缩制冷循,示意图：,q,0,w,0,5,4,q,K,2,1,单级蒸汽压缩制冷循环,蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀,16,PPT课件,示意图：q 0w054q K21单级蒸汽压缩制冷循环蒸发器、,基本设备组成,蒸发器：,热交换设备，将被冷却对象的热量传给制冷剂，液相转化为气相，吸收待冷却物体的热量。,压缩机,:,抽出蒸气，维持低温低压；压缩制冷剂，提高其压力和温度，以便能用常温的水或空气来冷却制冷剂。,冷凝器：,热交换设备，利用冷却介质带走热量，蒸气变为液体，压力不变。,节流机构：,降低压力和温度,17,PPT课件,基本设备组成蒸发器：热交换设备，将被冷却对象的热量传给制冷剂,制冷循环过程,制冷剂蒸气压缩、冷凝成液体，放出热量,18,PPT课件,制冷循环过程制冷剂蒸气压缩、冷凝成液体，放出热量18PPT课,制冷循环过程,冷凝后的制冷剂流经节流元件进入蒸发器。从入口端的高压,p,k,降低到,低压,p,0,，从高温,t,k,降低到,t,0,，并出现少量液体汽化变为蒸气。,19,PPT课件,制冷循环过程冷凝后的制冷剂流经节流元件进入蒸发器。从入口端的,制冷循环过程,制冷剂蒸汽回到压缩机中压缩,20,PPT课件,制冷循环过程制冷剂蒸汽回到压缩机中压缩20PPT课件,制冷系统各部件的主要用途,压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度,放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体,得到低温低压制冷剂,制冷剂液体吸热、蒸发、制冷,21,PPT课件,制冷系统各部件的主要用途压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度放热，,1.1,单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理,制冷剂的变化过程,(flash),22,PPT课件,1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理制冷剂的变化过,制冷剂在制冷压缩机中的变化,制冷剂蒸气由蒸发器的末端进入压缩机吸气口时，压力越高温度越高，压力越低温度越低。,制冷剂蒸气在压缩机中被压缩成过热蒸气，压力由蒸发压力,p,0,升高到冷凝压力,p,k,。为绝热压缩过程。外界的能量对制冷剂做功，使得制冷剂蒸气的温度再进一步升高，压缩机排出的蒸气温度高于冷凝温度。,制冷剂的变化过程,23,PPT课件,制冷剂的变化过程23PPT课件,制冷剂的变化过程,制冷剂在冷凝器中的变化,过热蒸气进入冷凝器后，在压力不变的条件下，先是散发出一部分热量，使制冷剂过热蒸气冷却成饱和蒸气。,饱和蒸气在等温条件下，继续放出热量而冷凝产生了饱和液体。,制冷剂在节流元件中的变化,饱和液体制冷剂经过节流元件，由冷凝压力,p,k,降至蒸发压力,p,0,，温度由,t,k,降至,t,0,。为绝热膨胀过程，部分液体变成气体。,24,PPT课件,制冷剂的变化过程24PPT课件,制冷剂的变化过程,制冷剂在蒸发器中的变化,以液体为主的的制冷剂，流入蒸发器不断汽化，全部汽化变时，又重新流回到压缩机的吸气口，再次被压缩机吸入、压缩、排出，进入下一次循环。,25,PPT课件,制冷剂的变化过程25PPT课件,小结,单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：,制冷压缩机,冷凝器,节流阀,蒸发器,压缩过程（压缩机中进行）,通过压缩使制冷剂由低温低压的蒸汽变为高温高压气体。,冷却冷凝过程（冷凝器中进行）,在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体。,节流过程（节流阀中进行）,压力、温度降低，焓值不变,蒸发过程（蒸发器中进行）,吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气,26,PPT课件,小结26PPT课件,简单描述单级蒸汽压缩式制冷循环。,蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成，各有何作用？,作业：,27,PPT课件,简单描述单级蒸汽压缩式制冷循环。作业：27PPT课件,二、,理论的,单级蒸气压缩式制冷循环及热力计算,28,PPT课件,二、理论的单级蒸气压缩式制冷循环及热力计算28PPT课件,单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：,制冷压缩机,冷凝器,节流器,蒸发器,单级蒸气压缩式制冷循环，是指制冷剂在一次循环中只经过一次压缩，最低蒸发温度可达,-40,-30,。单级蒸气压缩式制冷广泛用于制冷、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。,29,PPT课件,单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：29PPT课件,1,、热力状态图、表,p-h,图（,lgp-h,图）,饱和液体及蒸气的热力性质表,30,PPT课件,1、热力状态图、表30PPT课件,H,定义,:,热力学中表示物质系统能量的一个状态函数。数值上等于系统的内能,U,加上压强,p,和体积,V,的乘积，即,H=U+pV,。焓的变化是系统在等压可逆过程中所吸收的热量的度量。,热力学：,定压过程（如换热器）换热量等于焓差，即,Q=,h,31,PPT课件,H定义:热力学中表示物质系统能量的一个状态函数。数值上等于系,名词：,饱和状态：,气夜两种集态达到动平衡。,过热蒸气：,蒸气在某压力下的温度高于此压力下的饱和温度。,过冷液体：,32,PPT课件,名词：32PPT课件,湿蒸气：,饱和蒸气与饱和液体的混合物。,干度：,湿蒸气中饱和蒸气的含量。,临界温度：,每种物质都有一个特定的温度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化，这个温度就是临界温度。因此要使物质液化必须先达到它的临界温度,临界压力：,与临界温度对应的工质饱和压力。,33,PPT课件,湿蒸气：饱和蒸气与饱和液体的混合物。33PPT课件,p-h,图,（,lgp-h,图）,等参数线：,等压线,：水平线,等焓线,：垂直线,等温线,：液体区乎为,垂直线；两相区与等,压线重合是水平线，过热气体区为向右下方弯曲的倾斜线。,等熵线,：向右上方倾斜的实线,等容线,：向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦,等干度线,：只存在于湿蒸气区，方向大体与饱和线近似。,(,一点、三区、五态、八线,),34,PPT课件,p-h 图（lgp-h 图）34PPT课件,一点：,临界点,C,三区：,液相区、,两相区、,气相区。,五态：,过冷液状态、,饱和液状态、,湿蒸气状态、,饱和蒸气状态、,过热蒸气状态。,八线：,等压线,p,（水平线）,等焓线,h,（垂直线）,饱和液线,x,=0,，,饱和蒸气线,x,=1,，,无数条等干度线,x,等熵线,s,等比体积线,v,等温线,t,液相区,两相区,气相区,35,PPT课件,一点：液相区两相区气相区35PPT课件,36,PPT课件,36PPT课件,查图练习题,利用,R717,的压,-,焓图，确定,t=-5,的饱和蒸汽所对应的饱和压力及焓。,P=0.354MP,；,H=1450kj/kg,和,t=5,，,P=0.354MP,的蒸汽状态，及所对应的焓。,H=1490kj/kg,37,PPT课件,查图练习题利用R717的压-焓图，确定t=-5的饱和蒸汽所,38,PPT课件,38PPT课件,饱和液体及蒸气的热力性质表,给定饱和温度，可查饱和压力，汽化潜热，饱和液体的比容（,v,）、焓（,h,）、熵（,s,）和饱和蒸气的比容（,v,）、焓（,h,）、熵（,s,）,39,PPT课件,饱和液体及蒸气的热力性质表给定饱和温度，可查饱和压力，汽化潜,查表练习题,利用,R22,的饱和蒸汽表，确定,t=6,和,t=40,所对应的饱和压力。,40,PPT课件,查表练习题利用R22的饱和蒸汽表，确定t=6和 t=40,2,、假设条件,1,）,制冷压缩机进行干压行程，吸汽为制冷剂干饱和状态，压缩机,进行等熵压缩,（不存在过热耗热和压缩过程的不可逆损失）；,2,）,蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；制冷循环中制冷剂与热源进行无温差热交换：,换热温差为无限小，即蒸发器,T,0,=T,L,；冷凝器中只有过热蒸汽被定压冷凝为饱和蒸汽时存在传热温差。即,T,K,=T,H,，且换热设备中无流动阻力损失,41,PPT课件,2、假设条件41PPT课件,可逆过程,是指热力学系统在状态变化时经历的一种理想过程。热力学系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态后，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即使系统回到原来状态，同时又完全消除原来过程对外界所产生的一切影响，则原来的过程称为可逆过程。,反之，如果无论采用何种办法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为,不可逆过程。,42,PPT课件,可逆过程是指热力学系统在状态变化时经历的一种理想过程。热力学,熵,:,表示物质系统状态的一个物理量,(,记为,S),，工质的热力状态参数之一。,在热力学中，是用以说明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量。,可逆过程就是等熵过程,，不可逆过程是熵增过程,43,PPT课件,熵:表示物质系统状态的一个物理量(记为S)，工质的热力状态参,T,L,w,0,5,4,T,H,2,1,T,0,T,K,44,PPT课件,T Lw054T H21T 0T K44PPT课件,3,）,制冷剂液体在节流前无过冷，,为饱和液体,。,4,）,制冷剂在管路中流动时无任何状态变化，即无流阻压降，无传热。,5,）,节流为绝热过程，节流前后焓值相等。,45,PPT课件,3）制冷剂液体在节流前无过冷，为饱和液体。45PPT课件,q,0,w,0,5,4,q,K,2,1,单级蒸汽压缩制冷循环,46,PPT课件,q 0w054q K21单级蒸汽压缩制冷循环46PPT课件,3,、理论循环的热力状态图,p-h,图,蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；,47,PPT课件,3、理论循环的热力状态图 p-h 图蒸发器、冷凝器中的过程均,制冷压缩机吸汽为制冷剂干饱和状态，压缩机进行等熵压缩,48,PPT课件,制冷压缩机吸汽为制冷剂干饱和状态，压缩机进行等熵压缩48PP,制冷压缩机吸汽为制冷剂干饱和状态，压缩机进行等熵压缩,49,PPT课件,制冷压缩机吸汽为制冷剂干饱和状态，压缩机进行等熵压缩49PP,蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；,50,PPT课件,蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；50PPT课件,节流为绝热过程，节流前后焓值相等,51,PPT课件,节流为绝热过程，节流前后焓值相等51PPT课件,蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；,52,PPT课件,蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；52PPT课件,1-2,等熵压缩,2-3,等压冷凝,3-4,等焓节流,4-1,等压蒸发,53,PPT课件,1-2等熵压缩 2-3 等压冷凝 53PPT课,1,）,制冷压缩机压缩过程,2,）,冷凝器冷凝过程,3,）,膨胀阀膨胀过程,4,）,蒸发器蒸发过程,理论循环过程在压焓图上的表示,54,PPT课件,1）制冷压缩机压缩过程2）冷凝器冷凝过程 3）膨胀阀膨胀过程,4,、各设备中的热功变化及制冷剂状态变化,稳定流动过程的能量守恒：,Q+P=q,m,(h,out,-h,in,),压缩机：,制冷剂压力升高；温度升高；由干饱和状态变为过热蒸气状态,定熵过程,Q=0,则,P,0,=q,m,(h,2,-h,1,)=q,m,w,0,冷凝器：,制冷剂压力不变；温度由高温降为冷凝温度；由过热蒸气状态经饱和蒸汽状态冷凝为饱和液体状态。,定压过程,P=0,则,Q,k,=q,m,(h,3,-h,2,)=-q,m,(h,2,-h,3,)=q,m,q,k,55,PPT课件,4、各设备中的热功变化及制冷剂状态变化稳定流动过程的能量守恒,膨胀阀：,制冷剂压力降低；温度由冷凝温度降为蒸发温度；由饱和液体状态变为湿蒸气状态。,绝热过程且不做功，焓值不变,h,4,=h,3,闪发气体对制冷循环的影响,蒸发器：,制冷剂压力不变；温度不变；由湿蒸气状态变为饱和蒸汽状态。,定压过程,P=0,则,Q,0,=q,m,(h,1,-h,4,)=q,m,q,0,56,PPT课件,膨胀阀：制冷剂压力降低；温度由冷凝温度降为蒸发温度；由饱和液,57,PPT课件,57PPT课件,其中：,单位制冷量,q,0,：,制冷机每输送,1 kg,制冷剂从低温热源吸取的热量。,q,0,=h,1,h,4,kJ/kg,单位理论功,w,0,：,压缩机每输送,1 kg,制冷剂所消耗的机械功。,w,0,=h,2,h,1,kJ/kg,58,PPT课件,其中：58PPT课件,单位冷凝器热负荷,q,k,：,每,1 kg,制冷剂在冷凝器内定压冷却冷凝时向高温热源的放热量。,q,k,=h,2,h,3,kJ/kg,q,k,=q,0,+w,0,另外：,单位容积制冷量,q,v,：,制冷机每吸入,1 m,3,制冷剂经循环吸取的热量。,v,1,随,T,0,下降而增大，故,q,v,也随,T,0,而变化,59,PPT课件,单位冷凝器热负荷 qk：每 1 kg 制冷剂在冷凝器内定压,能量转换：,Q,0,+P,0,=Q,k,经济性：,所得冷量：消耗的功率（收益：代价）,60,PPT课件,能量转换：Q0+P0=Qk60PPT课件,6.,练习,有一单级压缩蒸气制冷的理论循环，蒸发温度,t,0,=-10,冷凝温度,t,k,=35,工质为,R22,，循环的制冷量,Q,0,=55kw,，试对该循环进行热力计算。,61,PPT课件,6.练习有一单级压缩蒸气制冷的理论循环，蒸发温度t0=-1,解,点,1,：,t,1,=,t,0,=,10,，,p,1,=,p,0,=0.3543MPa,，,h,1,=401.555kJ/kg,，,v,1,=0.0653m3/kg,点,3,：,t,3,=,t,k,=35,，,p,3,=,p,k,=1.3548MPa,，,h,3,=243.114 kJ/kg,，,由图可知，,h,2,=435.2 kJ/kg,，,t,2,=57,62,PPT课件,解由图可知，62PPT课件,1,）单位质量制冷量,q,0,=,h,1,-,h,4,=,h,1,-,h,3,=401.555-243.114=158.441kJ/kg,4,）理论比功,w,0,=,h,2,-,h,1,=435.2-401.555=33.645kJ/kg,5,）压缩机消耗的理论功率,P,0,=,Gw,0,=0.3471,33.645=11.68kW,63,PPT课件,1）单位质量制冷量4）理论比功5）压缩机消耗的理论功率63P,7,）冷凝器单位热负荷,q,k,=,h,2,-,h,3,=435.2-243.114=192.086kJ/kg,8,）冷凝器热负荷,Q,k,=,Gq,k,=0.3471,192.086=66.67kW,64,PPT课件,7）冷凝器单位热负荷8）冷凝器热负荷64PPT课件,