1、第一章 绪论 1.1 1.空气调节：实现对某一房间或空间内的温度、湿度、空气的流动速度、洁净度进行调节与控制，并提供足够量的新鲜空气。简称空调。 2.制冷技术： 它是研究低温的产生和应用，以及物质在低温条件下所发生的物理、化学和生物学机理变化等方面的科学技术。 3.天然冷源：自然界中存在的低温物质，如深井水、天然冰。 4.人工制冷 ： 借助一种 “专门装置 ”，消耗一定的（外界）能量，迫使热量从温度比较 低的被冷却物体（或环境）向温度比较高的周围环境（或物体）转移。 5.制冷分类 ： 普通制冷： -120 深度制冷： -120 20K（ -253） 低温和超低温： 20K 6.普通制冷分为：高
2、温区 +5 50主要空气调节和热泵设备 低温区 -100主要用于气体液化、低温物理、超导和宇航研究 中温区 -100 +5主要用于食品冻结和冷藏，化工和机械生产工艺的冷却过程和冷藏运 。 1.2 1.制冷方法：物理方法和化学方法 2.制冷方法：相变制冷（溶解、汽化、升华）、气体绝热膨胀制冷、温差电制冷（热电制冷） 3.溶解常用于冷却房间或冷藏食品；汽化：蒸汽压缩式制冷和吸收式制冷用的 此原理，还有低温外科手术；升华可用于人工降雨、医疗中。气体绝热膨胀制冷可用于飞机机仓里。 4.焦耳 -汤姆逊效应：实际气体焓值是温度和压力的函数，所以实际气体绝热节流后的温度将发生变化。至于温度升高还是降低与气体
3、初始状态有关。 第二章 蒸汽压缩式制冷的热力学原理 2.1 1.制冷原理： 利用液体蒸发吸收热量而完成制冷。 2.蒸汽压缩式制冷的基本系统：蒸发器、压缩机、冷凝器、节流机构（膨胀阀） 3.蒸发器 里面制冷剂的汽化过程是一个等压沸腾过程。 蒸发 压力：蒸发器内制冷剂沸腾时的压力。 蒸发温度：相对应的饱和温度。（沸点） 4.压缩机：从蒸发器中抽吸出蒸发的制冷剂蒸汽并进行压缩的设备。 功能：从蒸发器内抽吸出蒸发的制冷剂蒸汽，以维持蒸发器内一定的蒸发压力，同时也就维持了一定的蒸发温度。 将吸入的蒸汽进行压缩，或者说将蒸汽的压力提高，以便在较高的温度下将蒸汽冷却并凝结成液体，制冷剂得以循环使用。 在制冷
4、系统中起输送制冷剂的作用。 5.冷凝器：制冷剂在里面凝结放出热量，这些热量由空气或水等介质带走。冷凝器中用于冷却制冷剂蒸汽的 介质叫冷却剂。水作为冷却剂时叫冷却水。 冷凝过程是等压过程。 冷凝温度：对应的饱和温度。冷凝压力：制冷剂压力。 6.节流机构 功能：使高压液体转变为低压液体，创造在低温低压下汽化的条件。 调节蒸发器的供液量。 7.影响蒸发压力的因素：压缩机的吸气能力：若压缩机吸气能力大，必然导致蒸发压力下降。 蒸发器的传热能力：若传热能力强，则液体汽化速度增加，压力上升。 节流机构的供液能力：供液量减少，压力下降。 2.2 1.制冷剂种类：卤代烃、饱和碳氢化合物、不饱和碳氢化合物、环状
5、有机化合物、共沸混合制冷剂、 非共沸混合制冷剂、无机化合物。 2.无机化合物编号： 编号： R+7+XX ； XX 为分子量的整数 这类制冷剂有： NH3、 H2O、 CO2 等 代号： R+XXX” ， R 后第一位数字为 7。 NH3 14+3 R717 CO2 12+32 R744 H2O 2+16 R718 3.卤代烃编号： 氟利昂（ Freon）是饱和碳氢化合物 （烷类）的卤族元素衍生物总称； 饱和碳氢 CmH2m+2，当氢 H2m+2被氟（ F）氯（ Cl）或溴（ Br）部分或全部 取代后，衍生物是 CmHnFxClyBrZ；分子通式： n+x+y+z=2m+2 编号： R(m-1
6、)(n+1)(x) B(z) 注： 当 m=1 时，甲烷衍生物， m-1=0， “0” 在第一位时略去 当 z=0 时， B 可省略 如： CHF2Cl ： m-1=0， n+1=2， x=2， z=0 R22 CF2Cl2 ： m-1=0,n+1=1,x=2,z=0 R12 C2HF3Cl2 R123 R13B1 CF3Br 同素异构 体在代号后加字母 “a” 如：二氟乙烷 C2H4F2 R152 CH3CHF2 R152a 四氟乙烷 CHF2 CHF2 R134 C2H2F4 R134a CF4 R14 C2F6 R116 CCl2F2 R12 CClF3 R13 CCl3F R11 CH
7、3F R41 CH2F2 R32 CH3Cl R40 CCl4 R1 4.饱和碳氢化合物 饱和碳氢化合物也按照氟利昂的编写方法书写 如：甲烷： CH4 R50 乙烷： C2H6 R170 注：但丁烷 不按上述规则写。 C4H10 R600 异丁烷 R600 a 5. 环状化合物：编号： R+C+XXX 如：六氟二氯环丁烷 C4F6Cl2 RC316 七氟一氯环丁烷 C4F7Cl RC317 6.非饱和碳氢化合物和它们的卤族元素衍生物：编 号： R+1+XXX 如：乙烯 CH2=CH2 R1150 丙烯 CH2 CH2= CH2 CH2 R1270 三氟一氯乙烯 CFCl= CF2 R1113
8、四氟乙烯 CF2= CF2 R1114 7.共沸制冷剂 由两种或两种以上 互溶 的单一制冷剂在 常温 下按一定的比例相互混合而成，在恒压下具有恒定的蒸发温度，且气 相和液相的组分也相同。 优点（与单一组分比）： 标准压力下，蒸发温度要比构成它的单一组分的低； 相同工况下， q0 比纯组分的大； 压缩终温降低； 可改善一些物理、化学性质。 编号： R+5+XX， XX 为研制使用的先后次序 例： R500 R12（ 73.8%） + R152a （ 26.2%） 特点： R12 沸点 -29.8 ， R152a 沸点 -25.0， R500 沸点 -33； R500 的 qv 比 R12 大 2
9、0%左右 ; 难溶水，需干燥，与润滑油能完全互溶。 8.非共沸制冷剂 由两种或两种以上互相不形成共沸制冷剂的单一制冷剂混合而成。在一定压力下，其蒸发温度或冷凝温度、以及气、液的组分浓度不能保持恒定。 特点：当蒸发器和冷凝器进、出口温度一定时，采用非共沸制冷剂时： 其冷凝压力较低，蒸发压力较高，循环耗功量减小； 冷凝器出的热量增大，因此它适用于热泵系统。 编号：用 R13/ R12 、 R12/ R22 方法，此方法尚未得到广泛认可。 2.4 1.制冷量：指制冷机单位时间内从被冷却物体或空间内所提取的热量，即蒸发器所吸取的热量。 用 eQ 表示， W 或 KW 英热单位 /小时 1W=0.86k
10、cal/h 1kW=860kcal/h 1W=3.412Btu/h 1 Btu/h=0.252kcal/h 1 美国冷吨 =3517W=3024kcal/h=12000Btu/h 1 日本冷吨 =3861W=3320 kcal/h 2 制冷剂质量流量 Rm kg/s 单位制冷量 qe J/kg kJ/kg eQ = Rm qe 制冷系数 WQe 制冷机消耗的功率： W W kW 2.5 正卡诺循环：热机的理想循环 逆卡诺循环：制冷机的理想循环 1、由两个定温过程和两个绝热过程组成的， 2、是一个理想循环，各过程即无温差损失，又无摩擦损失。 设 1kg 工质完成一个循环从低温热源吸 q0 热量，
11、向高温热源放 qk 热量，消耗 w 功。 热力学第一定律 制冷系数： 逆卡诺循环的重要之处 TS1234 w = w c -w eT kT 0q 0q k 23 k k k a b q T s s T s s 0 0 1 4 0 abq T s T s s （ s ） （ ）0cq w k0q q w 1、它揭示了制冷循环的原理； 2、指出实际制冷循环的途径。 两个可逆定温过程而言，在湿蒸汽区： 定压 液体的定压蒸发 -吸热 等温 蒸气的定压凝结 -放热 1、无温差传热，要求实际中的蒸发器、冷凝器的面积无限大； 2、膨胀、压缩过程要求无摩擦且绝热也不能完全做到，但可以近似。 蒸发温度： T0
12、T0； T0=T0 - T0 冷凝温度： Tk Tk； Tk=Tk + Tk 使两种循环的制冷量相同，制冷循环变成 1-2-3-4-1 （有温差）， 面积 ba1 4 b=面积 ba14b。 1、实际工程中温差是存在的； 2、可逆卡诺循环的制冷系数是不可能达到的， “理想 ”只是所追求的目标； 3、工程中应合理选择温差，使综合经济技术指标达到最佳（初投资和运行费）。 2.6 1.蒸汽式压缩机的饱和循环 0 0 0 00 0 0 0 ccK K K KT T T TT T T T T T T T TS1234 w = w c -w eT kT 0q 0w ew ckp kp 0饱和循环：两个定压
13、过程，一个绝热压缩过程和绝热节流过程组成。 与卡诺循环的差异： 用膨胀阀代替膨胀机，设备简单了； 干压缩代替湿压缩； 两个传热过程为定压过程，有传热温差。 2.饱和循环分析 逆卡诺： 1-2-3-4-1 饱和循环： 1-2-3-4-1 可见与逆卡诺循环比较，饱和循环多消耗了功 A1+A2，而单位制冷量减少 A3 差异原因：采用干压缩，并一直压缩到冷凝压力，多消耗了功 A1 用膨胀阀代替膨胀机，膨胀功 A3未回收。 制冷系数：cc cee AAw Aqwq 31 3.3.循环效率（制冷效率 或热力学完善度 ）：cR 4.过热损失 :由于采用干压缩、并压缩到冷凝压力而使耗功增加和制冷系数下降的损失
14、。 5.节流损失：由于用节流阀代替膨胀机而使耗功增加、制冷量和制冷系数下降的损失。 R717 过热损失、节流损失、排气温度都很高。 R22 R12 R134a 上述三者都较低。 6.蒸发器的制冷量为 )( 41 hhmQ Re 单位制冷量：41 hhmQq Ree h1 h4为蒸发器出进口焓 单位容积制冷量：Rev VQq qv J/m3 RV 制冷剂蒸汽在被压缩机吸入前的容积流量， m3/s 1vmV RR 制冷剂蒸汽被压缩机吸入前的比容， m3/kg 1vqq ev 7.冷凝器 放热量 （冷凝器热负荷） ： 32 hhmQ Rc 单位质量冷凝热：32 hhmQq Rcc 8.压缩机 消耗的
15、功率： 12 hhmW R 单位质量耗功 （理论耗功） ：12 hhmWw Rth 9.制冷系数： WQe 2.8 1.过冷：是一种减少节流损失的措施。 过冷：将饱和液体进一步冷却成未饱和液体。 过冷液体：未饱和液体。 过冷温度：过冷液 体的温度。 过冷度：饱和温度与过冷温度之差， csccs ttt . 2.过冷的变化 压缩机的单位耗功并未变，但单位制冷量增加了，所以制冷系数增加了。 单位容积制冷量也增加了，因为吸气比容并未变，而单位制冷量增加了。 保证膨胀阀前液体不会汽化，有利于膨胀阀稳定工作。 3.冷却器增加会增加设备费，所以大型系统才采 用。小型的系统一般只加大冷凝器来实现少量过冷。
16、4.节流损失大的制冷剂，采用过冷更好。 5.过冷度越大，单位制冷量，单位容积制冷量，制冷系数越大，但并不是过冷度越大越好，因为越大，会使初投资增加。 2.9 1.少量的吸气过热是有利的，这样保证压缩机不会湿压缩，保证压缩机安全稳定的运行。 2.对于 R22 R717 吸气过热是有害的，而且 R717 排气温度也会很高。 3.对于 R134a R502 R12 吸气过热有利。 4.若是在吸气管路中吸汽过热是无效的制冷量（会使 v 和 qv 下降），所以尽量对吸气管保温。 5.为了系统安全运行，氨可以取 5的过热度。 2.10 1. 回热过程必须是与外界绝热的，否则为有害过热； 不是所有制冷剂都采
17、用回热； 回热会有压力损失，这将降低压缩机的吸气压力，增加压缩功。 2. 由图 吸气过热量 =液体过冷所释放出来的热量 h3-h3=h1-h1 这些热量即是回热器中每 kg 制冷剂的吸汽过热的热量或液体过冷的热量。因此，回热器的换热量为 1133 )( hhmhhmQ RRsh 采用回热循环后，单位制冷量为 4141 hhhhq e 注意： R717 绝不能用回热循环 R22 可适量采用回热循环 R134a R123 R502 R12 都可以采用回热循环。 2.11 一、 吸气管路 11” 1、温度比环境低，虽有良好保温，但也存在有害过热 ； 2、流动中有压力损失。 过热 单位容积制冷量，制冷
18、系数降低， 排气温度升高； 流动阻力 吸气压力降低、耗功增加 （二）、吸气阀门 1”a 吸 气阀门有节流作用 压力降低 P1” Pa 绝热节流 h1”=ha （三）、压缩机内的压缩过程 aC ab 段，温度略升高，压力不变； bf 段，压力增加、熵增加（吸热）、到 f 点平衡 fC段，比熵减小，压力升至 P2 （四）、排气过程 CC 主要是对外散热 压力不变、温度降低 （五）排气阀门 C d 节流过程 压力降低 Pc Pd ； hc=hd （六）、排气管路 d 2 压缩机 冷凝器 1、向外散热，降低了冷凝器的负荷，有利； 2、流动阻力会使排气压力升高。 （七）、冷凝器 23 1、冷凝器的温度一
19、般比环境高，向环境放热（与结构还有关）； 2、冷凝过程并非等压过程，存在流动阻力， p2p3 （八）、高压液体管 冷凝器 膨胀阀 1、温度：（ 1）放热：相当于再冷，可提高系统的制冷量和制冷系数； （ 2）吸热：减小过冷度，降低冷量和制冷系数；气化导致膨胀阀不稳定。 2. 压力：（ 1）对系统的制冷量和制冷系数无不利影响； （ 2）但如过冷度不大，存在液体气化问题； （ 3）注意高压管路升高引起的压力降。 （八）、节流过程 34 实际节流过程与外界有热交换 h3 h4 ； h4 h3 （九）低压液体（湿蒸气）管 膨胀阀 到 蒸发器 从外界吸热是有害的 焓增 保温 （十）蒸发器 41 1、温度：通常 T0 比环境温度低 吸热（ 若蒸发器不在被冷却的空间时是 有害 的 ） （根据蒸发器的使用环境决定是否保温） 2、压力：存在流动阻力 非等压过程 若要 保持平均温度不变 降低吸气压力 二、实际循环的热力计算 1、简化：（ 1）忽略冷凝器及蒸发器中的压力变化； P2=Pk ； P1=P0 管道上的压力损失较大时，要考虑 Pk=P2 - P2 ； P0=P1+ P1 P2- 排气管压力损失； P1- 吸气管压力损失。 （ 2）压缩过程简化为一个有损失的简单压缩过程； （ 3）节流认为是绝热过程 h3=h4 。 简化后的循环： 1-2-3-4-1
