制冷原理与设备绪论第一章详解.ppt

工作原理： 从压缩机排出的高温高压(T2、p2)气体进入冷却器，在定压p2下被冷却到温度T3，然后进入膨胀机，等熵膨胀到冷室的压力p1(一般为1个大气压)，同时温度降到T4，成为低温低压的冷气流，冷气流进入冷室，使被冷却对象降温，而空气本身因吸收了热量，温度回升到T1，这个过程是在低压p1下的等压吸热过程。离开冷室的空气（p1，T1）被压缩机吸入，等熵压缩后，状态达到p2，T2完成一个循环。 图 1 示出无回热气体制冷机系统图。气体由压力 p0 被压缩到较高的压力 pc，然后进入冷却器中被冷却介质（水或循环空气）冷却，放出热量 Qc，而后气体进入膨胀机，经历绝热膨胀过程，达到很低的温度，又进入冷箱吸热制冷。 在理想情况下，我们假定压缩过程和膨胀过程均为理想绝热过程，吸热和放热均为理想等压过程（即没有压力损失），并且换热器出口处没有端部温差。这样假设后的循环称为气体制冷机的理论循环，其 p ? V图及T ? s图如图 2 所示。图中 T0 是冷箱中制冷温度，Tc是环境介质的温度， 1－2 是等熵压缩过程，2－3 是等压冷却过程，3－4 是等熵膨胀过程，4－1 是在冷箱中的等压吸热过程。 由式（7）可以看出，无回热气体制冷机理论循环的性能系数与循环的压力比或压缩机的温度比 、膨胀机的温度比 有关。压力比或者温度比越大，循环性能系数越低。因而为了提高循环的经济性应采用较小的压力比。 由于Tc 小于T2 ，所以无回热气体制冷机理论循环的性能系数小于同温限下的可逆卡诺循环的性能系数，即cop < copc。这是因为在Tc和T2 不变的情况下，无回热气体制冷机理论循环冷却器中的放热过程 2－3 和冷箱中的吸热过程 4－1，具有传热温差，因而存在不可逆损失。压力比越大则传热温差越大，不可逆损失越大，循环的制冷系数越小，循环的热力完善度也越低。 由式（6）可以看出，当p c及p 0 给定时，cop将保持不变；但随着T0的降低（或T c的升高）可逆卡诺循环的性能系数cop c将下降，使气体制冷机理论循环的热力完善度提高。因此，用气体制冷机制取较低的温度时效率较高。 实际循环中压缩机与膨胀机中并非等熵过程，换热器中存在传热温差和流动阻力损失，这些因素使得实际循环的单位制冷量减小，单位功增大，性能系数与热力完善度降低，并引起循环特性的某些变化。 二、定压回热气体制冷机循环 在分析无回热气体制冷机的理论循环时得出结论：理论循环的性能系数随压力比pc / p0的减小而增大，所以适当的降低压力比是合理的。但是由于环境介质温度是一定的，降低压力比将使膨胀后的气体温度升高，从而限制了制冷箱温度的降低。 应用回热原理，可以既克服了上述缺点，又达到了降低压力比的目的。 所谓回热就是把由冷箱返回的冷气流引入一个热交换器―回热器，用来冷却从冷却器来的高压常温气流，使其温度进一步降低，而从冷箱返回的气流则被加热，温度升高。这样就使压缩机的吸气温度升高，而膨胀机的进气温度降低，因而循环的工作参数和特性发生了变化。 布雷顿制冷机.exe 图 5－10 为定压回热式气体制冷机的系统图及其理论循环的 T-s 图。图中 1－2 和 4－5是压缩和膨胀过程；2－3 和 5－6 是在冷却器中的冷却过程及冷箱中的吸热过程；3－4和 6－1 是在回热器中的回热过程。 图5－10b 中还表示出了工作于同一温度范围内具有相同制冷量的无回热循环6－7－8－5－6。显然两个循环具有相同的工作温度和相等的单位制冷量，但定压回热循环的压力比，单位压缩功和单位膨胀功都比无回热循环的小得多。 由式（5－22）可以看出，回热循环 2-2-3-4-5-6 与无回热循环 6－7－8－5，两者不单有相同的工作温度范围和相等的单位制冷量，而且理论性能系数的表达式也相同。但这并不能说明两种循环是等效的，因为回热循环压力比小，不仅减小了压缩机和膨胀机的单位功，而且减小了压缩过程，膨胀过程的不可逆损失，所以回热循环实际性能系数比无回热循环大，特别是应用高效透平机械后，制冷机经济性大大提高。 当制取－80℃以下低温时，定压回热气体制冷机的热力完善度超过了各种型式的蒸气压缩式制冷机。但是到目前为止，定压回热气体制冷机的应用还是很不普遍，这是因为它的热交换设备比较庞大，而且，当应用透平机械时只适用于大型的制冷装置。 三、斯特林制冷循环 1816年斯特林提出了一种由两个等温过程和两个等容回热过程组成的闭式热力学制冷循环，称为斯特林制冷循环，也称为定容回热制冷循环。 图5－16 表示了理想的单级斯特林制冷循环示意图。图 5－16c 示出了理想的斯特林制冷循环的 p－V 图和 T－s 图。 制冷机由回热器 R、冷却器 A、冷量换热器 C 及两个气缸和两个活塞组成。左面为膨胀活塞，右面为压缩