凝器中首先被冷却成饱和蒸汽,然后再逐渐被冷凝成液体,制冷剂冷却和冷凝是放出的热量床给冷却介质通常是水或空气。
在冷凝过程中,与冷凝压力相对应的冷凝温度定要高于冷却介质的温度,冷凝后的液体通过节流装置进入蒸发器。
节流过程冷凝器冷凝得到的高压制冷剂液体不能直接进入低温低压的蒸发器。
利用饱和压力与饱和温度对应的原理,降低制冷剂液体压力可以降低制冷剂液体的温度。
当制冷剂液体经过节流装置膨胀阀毛细管等时,制冷剂压力由降到,温度有降至,部分液体气化。
所以离开膨胀阀的制冷剂为温度为的两相混合物进入蒸发器。
④蒸发过程蒸发器是制冷系统中冷量输出设备,蒸发过程是在蒸发器中完成的,在蒸发器中,来自膨胀阀的两相混合物在压力和温度下蒸发,从被冷却介质中吸取它所需要的汽化热,从而达到制取冷量的目的。
在蒸发过程中,与蒸发压力相对应的蒸发温度定要低于被冷却介质的温度。
蒸汽压缩式理论制冷循环在压焓图上的表示用热力状态图来研究整个循环,不仅可以直观的看到循环中各过程的状态变化及其特点,而且还能使问题得到简化。
如图所示。
利用压焓图不仅可以研究制冷循环的每个过程,而且可以了解各过程之间的关系,同时还可以利用㏒图进行制冷循环的热力计算。
因为循环的各过程与热量的变化均可用焓值得变化来加以计算。
㏒图以压力的对数值㏒为纵坐标,焓值为横坐标。
图中包含如下内容。
点临界点三区液相区两相区气相区五态过冷液体状态饱和液体状态过热蒸汽状态湿蒸气状态。
八线等压线等焓线,饱和液体线,饱和蒸气线,无数条等干度线,等熵先,等比体积先,等温线如图所示,临界点的左包络线为饱和液体线,线上任意点代表个饱和液体状态,对应的干度临界点的右包络线为饱和蒸汽线,线上任意点代表个饱和蒸汽状态,对应的干度。
饱和液体线和饱和蒸汽线将整个区域划分称为三个区饱和液体线左边的是液相区,饱和蒸汽线右边的是气相区,该区内处于湿蒸气状态。
等压线为水平线,等焓线为垂直线,等温线在液体去机会为垂直线两相区内是水平线,在气相区为右下方弯曲的倾斜线等熵先为向右上方弯曲的倾斜线。
等比体积线为向右上方弯曲的倾斜线,较等熵线平坦等干度线只存在于两相区,其方向大致与饱和也体现或饱和蒸汽线相近,视干度大小而定。
为缩小图面尺寸,纵坐标是压力的对数值㏒来绘制的,有时还将湿蒸气区中间的,在实际计算中用不到的部分去掉,使图形更为紧凑。
在温度压力比体积比焓比熵干度等参数中,只要知道其中任何两个状态参数,就可以再㏒涂上确定过热蒸汽或过冷液体的状态点,从而在图中读出该状态下的其他参数。
对于饱和状态的蒸汽和液体,则只需知道个状态参数,就可根据其干度或的特点,在图中确定其状态点。
现将图所示的蒸汽压缩式制冷循环的各工作过程,表示在压焓图上,如图所示。
制冷理论循环管中的各状态点及各个过程如下。
过程线表示等熵压缩过程,压力由蒸发压力升高到冷凝压力。
点表示制冷剂进入压缩机的状态,它对应于蒸发温度的饱和蒸气,根据压力与饱和温度的对应关系,该带你位于蒸发压力的等压线与饱和蒸气线的交点上点表示制冷剂出压缩机是的状态,也是进制冷器时的状态,该点可通过点的等熵线和冷凝压力点的等熵线和冷凝压力的等压线的交点来确定。
由于压缩机过程中外界对制冷剂做功,制冷剂温度升高,因此点表示过热蒸汽状态。
过程线表示制冷剂在冷凝器中的冷却ˊ过程和冷凝ˊ过程。
点表示制冷剂出冷凝器是的状态,它是与冷凝器温度所对应的饱和液体。
整个过程是在冷凝压力不变的情况下进行的,进入冷凝器的过热蒸汽首先将部分热量放给冷却介质,在等压下冷却成饱和蒸气点ˊ。
然后再在等压等温条件下继续放出热量,直至最后冷凝成饱和液体点。
因此,压力为的等压线和饱和液体线的交点即为点。
过程线表示制冷剂在节流阀中的节流过程。
点表示制冷剂出节流阀时的状态,也是进入蒸发器时的状态。
在该过程中,制冷剂的压力由冷凝压力降至蒸发压力,温度由冷凝温度降到蒸发温度,并进入两相区。
由于节流前后制冷剂的焓值相等,因此由点作等焓线与压力为的等压线的交点即为点由于节流过程是个不可逆过程,所以通常用虚线表示过程。
过程线表示制冷剂在蒸发器中的汽化过程。
该过程是在等温等压下进行的,液体制冷剂系吸收被冷却介质的热量而不断气化,制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状态点,从而完成个完整的理论循环。
制冷系数与热力完善度在理论循环中,单位时间内制取的冷量与所消耗的功率之比称为制冷系数,用ε表示,即理论制冷循环的效果和代价之比。
图制冷系数ε是分析理论制冷循环的个重要性能指标。
制冷系数越大,制冷循环经济性越好,投入少产出多。
反之则投入大产出少。
制冷系数ε适用于低温热源被冷却对象温度和高温热源环境体进入蒸发器内进行定压吸热变为高温低压的流体,最后回到压缩机,从而完成个循环。
采用膨胀机代替节流阀回收膨胀功时,从理论上说采用膨胀机完全消耗了节流损失。
而实际膨胀过程,由于工质的流动和摩擦等引起内部损耗,造成不可逆损失,这部分损失可以通过提高机械设计水平而减小。
为衡量膨胀机的性能,我们引入膨胀机绝热效率指标对其进行评价。
实际膨胀过程正,膨胀机实际产生的功为膨胀机绝热效率在设计中可尽量减少内部损耗造成的节流损失,是种提高循环性能节省能耗的有效方法。
带喷射器的循环喷射式制冷方式采用低品位能源驱动,且在建造安装和维护方面简单,是近年来的研究热点问题。
循环泵是该系统唯的个运动部件,该部件需要消耗机械能,且相比其它部件,需要更多的维护工作,近年来,许多学者试图采用其它方法来代替循环泵输送冷凝液体,发展种无泵式喷射制冷系统。
在节流阀之后加入个喷射器,利用需要降压的蒸汽来引射压缩地位能能量,可以提高能量利用率。
在系统中加入喷射器后,还可以利用喷射器的节流效应减少了不可逆损失,从而增加制冷量。
在喷射器后加入个气液分离器,既可以使即将进入压缩的制冷剂蒸汽与即将进入蒸发器的制冷剂液体换热,又可以是本要进入蒸发器的无效气体提前分离,从而提高制冷系数。
在喷射器循环中,流出喷射器的液气混合冷媒进入气液分离器进行分离,分离后的气体被压缩机压缩成液体然后进入高温蒸发器吸热蒸发制冷,因此高温蒸发器中不在有无效气体,这样液体介质的制冷量更大,从而提高了这冷系数。
般空调中多使用热力膨胀阀和毛细管,这两种膨胀阀结构简单,使用方便,可以满足定的要求。
经过计算表明,节流过程所造成的损失超过制冷系统总损失的,这部分能量若能回收可以大幅提高制冷系统的制冷效率。
从节能方面考虑,用喷射器代替节流阀。
喷射器在制冷系统的应用主要源自年提出将射流泵应用到蒸气压缩式制冷系统的膨胀装置,回收了制冷剂的膨胀能,达到节能目的。
冷凝器蒸发器膨胀阀发生器喷射器带喷射器的循环主流工质副喷嘴引流工质主喷嘴主流核心区混合腔扩压腔压缩机冷却器节流阀蒸发器压缩机喷射器主要由喷嘴副喷嘴混合腔和扩散腔构成。
它的工作能力用喷射系数来表征,它表示在定工况下,单位质量工作流体通过喷射器所能抽吸的引射流体的量,在数值上等于引射流体的质量流量与工作流体的质量流量之比。
图为带喷射器系统的简单工作流程图。
由压缩机排出的流体进入气体冷却器冷却为低温高压的流体,然后作为工作流流入主喷射嘴变成低压高速流体。
而由蒸发器出来的低温低压流体作为引射流进副喷嘴,然后工作流和引射流在混合腔混合,经过扩压段变为低速高压气液两相混合流体,通过气液分离器分为两路路试饱和液体,经过节流后为高温低压流体进入蒸发器然后作为引射流体进入喷射器另路饱和蒸气,经过压缩机压缩,实现制冷循环。
喷射器循环中由于系统中还保留了个节流阀,因此喷射器并没有彻底消除循环中膨胀过程中产生的节流损失,而是回收了部分节流损失。
此外喷射器在喷射过程中存在有超音速的告诉流动,且在混合过程中由于很难保证高低压流体的参数致,这些情况造成的喷射器内部不可逆损失不可避免。
而喷射器的内部不可逆损失与膨胀机由于工质的流动和摩擦造成的内部不可逆损失比较起来,从理论上来讲前者比后者更大。
故该循环与膨胀机循环从理论回收膨胀功和内部不可逆损失来讲,后则比前者在提高循环性能方面更有优势。
带经济器的制冷循环如果来自冷凝器的高压液态制冷剂在节流降压至中间压力时,将闪发蒸汽分离出来,送至压缩机进行压缩,就可达到节约压缩机功耗的目的。
冷凝器蒸发器闪发蒸气分离器带闪发蒸汽分离器的双极压缩制冷循环喷射器压缩机喷射器内气液两相流动结构图第三章喷射器循环热力计算喷射器循环特点来自气体冷却器出口的主流流体通过喷嘴进入喷射器。
而来自蒸发器出口的引射流流体由于其压力较低由副喷嘴被吸入喷射器。
主流流体和引流流体在混合腔会合。
在混合腔的前面部分,由于主流流体的速度很大,故存在个潜在的主流核心区,在该区域将不会夹带和混合引流流体。
而引流流体在核心区的外围环形区域加速流动,考虑到连续性因素,引流流体的流苏可能会达到胜诉,导致在外围区域出现蒸发波使该区域内过热的引流流体发生闪蒸,这样在该区域将形成个以引流流体为主的两相混合或则纯气相区。
与此同时随着主流核心区的结束,主流流体同引流流体样经历了蒸发波,变为气液两相流,此刻与引流流体混合。
在混合腔内流体的动能不断向压能转化。
随着该两相混合流体流入扩散段,流体的速度将会随着压力的上升而减小,同样在扩散段也将会受到定程度的蒸发波的影响。
由以上分析,不论是在膨胀机中,还是在喷射器中,蒸发波对流体发生相变起着重要作用。
循环模型假设喷射循环热力计算喷射循环图㏒图为了进行热力计算,设定系统工况如下制冷量为吸气温度为为过冷温度为高蒸发温度为为低蒸发温度为为冷凝温度为为工质为。
根据系统流程图和已经设定的工况,绘出这种循环的图和㏒图,如图和图图喷射器循环图冷凝器蒸发器膨胀阀发生器喷射器带喷射器的循环ˊˊˊˊˊˊ压缩机喷射器制冷序号为压缩过程,为冷却过程,为过冷过程,为喷射器喷嘴内的膨胀过程,为工质在气液分离器中的分离过程气体被压缩机吸入,液体分别进入高温和低温蒸发器蒸发制冷,点为与两点的混合状态点,ˊ为在理想情况下喷射过程中两股气流工质等熵增压过程,为考虑摩擦涡流等的实际增压过程,ˊ为在毛细管内的节流过程,ˊ为在低温蒸发器中的挥发制冷过程,为高温蒸发器中的挥发制冷过程。
根据已设定的工况,循环过程和ˊ点的温度焓熵压力和比容的数值见表。
循环温