R22压焓图

实验 9 小型制冷机的制冷系数及热力完善度 制冷的方法有许多种，其中液气集态变化应用最广泛。目前我国空调制冷、家用制冷以 及冷冻库房制冷 主要采用蒸汽式压缩式制冷，它是一种液体汽化制冷。本是验的目的是用简便的方法测定蒸气压缩式制冷机 的主要性能指标——制冷系数及热力完善度。 【预习要求】 弄清单级蒸气压缩式制冷的原理，了解制冷剂 22R 的 p--h图。 【实验目的】 本是验的目的是用简便的方法测定小型蒸气压缩式制冷机的主要性能指标——制冷系数及热力完善度。 【实验原理】 单级蒸气压缩制冷系统是由压缩机、冷凝器、节流阀（或毛细管）、蒸发器组成的一密闭循环系统。如图 3-9-1 所示。系统内有一定量的的制冷剂工质（如氟里昂）。制冷循环由工质的压缩、冷凝、节流、蒸发四个 过程组成。压缩机启动后，不断抽走 图 3-9-1 低压饱和蒸汽（工质），将它压缩成高压气体排出，此过程（1→2）需要消耗能量；经压缩机压缩的高温高压 气体在冷凝器被常温界质（通常是空气或水）冷却，凝结成高压液体，此过程（2→3），气体工质向环境界质 放热。高压液体经节流阀节流成低压低温的湿蒸汽，此过成（3→4），工质的焓不变。低压湿蒸汽在蒸发器中 吸收被却空间的热不断气化，从而使被冷却空间中的物质冷却因此，此过程（4→）产生制冷效应。湿蒸气在 蒸发器中气化，干度不断增加，出蒸发器后成为干饱和蒸气。然后再被压缩机抽走。如此周而复始循环。 理论制冷循环过城可以请楚地表示在压——焓图上。见图 3-9-1，图中点 1表示制冷剂工质进入压缩机的 状态，它是对应于蒸发温度 t0的饱和蒸汽。对应的饱和压力 p0，实际循环中制冷剂工制裁进入压缩机的状态 p0压力下的过热蒸汽状态。点 2 表示制冷剂出压缩机的状态，也就是进制冷凝器时的状态。点 3 表示制冷剂 出冷凝器的状态，它是与冷凝温度 tk和冷凝压力 pk相对应的饱和液体。过程线 2—2 ， 和 2，—3分别表示制冷 剂在冷凝器中的冷却和冷凝过程。点 4表示制冷剂出节流阀的状态，也就是进入蒸发器时的状态。过程 3—4 为制冷剂通过节流阀时的节流过程。在这一过程中，制冷剂的压力由 pk降到 p0，温度由 tk降到 t0，并进入气 液两相区（即温蒸汽区），节流过程为不可逆过程，故用一虚线表示。过程线 4—1 表示制冷剂在蒸发器中等 湿、等压气化过程，液体制冷剂吸取被冷却物质的热量不断气化，直到全部变为饱和蒸气为止。这样，制冷 剂状态重新回到状态 1，从而完成整个制冷循环。 蒸发器单位时间内向制冷剂传递的热量叫做循环的制冷量，用符号 Q0表示，压缩机在压缩制冷剂所消耗 的功率用 N表示。如以：m为系统中制冷剂稳定流动的质量流量；h1，h2，h3，h4分别为各状态点 1、点 2、 点 3、点 4的比焓。根据稳定流动功能量方程就可将制冷量压缩机所耗功率表示为： )( 410 hhmQ −= ! (3-9-1) )( 12 hhmN −= ! (3-9-2) 按定义，制冷循环的制冷系数ε 0= N Q0 可表示为： 0ε = 12 41 hh hh − − (3-9-3) 注意到，制冷剂在（3—4）节流过程中焓值不变，既 h4=h3因此（3-9-3）式可化为： 12 31 0 hh hh − − =ε （3-9-4） 制冷系是衡量制冷循环经济性的指标。制冷机耗功愈少，自蒸发器吸取的热愈多，则制冷系数愈大，循 环愈经济。在一个完整的循环中，以压缩机耗外功为代价，从蒸发器（相当于低温热源）吸取热量，通过冷 凝器传送到外界环境（相当于高温热源）中去。由热力学第二定律可知：在相同的高、低热源间工作的制冷 机，以可逆制冷机（卡诺制冷机）的制冷系数 cε 最大。于引入热力学完善度η来衡量实际制冷机接近可逆制 冷剂的程度，η愈小，制冷过程偏离可逆过程愈远，制冷的经济效果愈差。 热力完善度的定义为： η = cεε /0 （3-9-5） 如令 T表示高温热源的温度（环境温度）；T0表示低温热源温度（被冷却空间的温度），温度的单位为 K （开），则，可逆制冷机的制冷系数（逆卡诺循环的制冷系数） cε 可表示为： 0 0 TT T H c − =ε （3-9-6） 于是，实际制冷机热力完善度可表为： ( )( ) ( )31 12 hhT hhTT O OH − −− =η （3-9-7） 实验中，T、T0可测得，各状态点的比焓可根据各状态点的数据在压焓图上查出。 【实验装置】 如图 3-9-2由压缩机 ，冷凝器 ，干燥过滤器，毛细管 ，蒸发器等组成，留有充气口，按有压力和温度 测试仪表。图中符号所对应的仪表如下； 1、压缩机 2．冷凝器 3．干燥过滤器 4．毛细管 5．蒸发器 6．充气阀门 7．充气口 a． 压缩机进气压力表、进气温度计。 b· 压缩机排气压力表、排气温度计。 c· 冷凝器出口压力表、出口温度计。 d· 蒸发器进口压力表、进口温度计。 b 1 a c d 2 4 5 图 3-9-2 制冷循环系统的实验装置，如图 3-9-2所示。各部件之间用紫铜管连接。系统内充入一定量的制冷剂 R12 （或 R22）后，充后阀 6关闭。后动压缩机，工质就沿 1—2—3—4—5—1的方向循环流动。毛细管为管径 1mm 左右（内径 0.5—1mm）细铜管，它在系统中起节流阀的作用。系统内要求水分和杂质的含量应在 2×10-5以 下，这是因为过量的水分会在毛细血管中形成冰晶，引起制冷系统“冰堵”，干燥过滤器是用来吸附制冷剂中 的水分、滤除系统中的杂质。 各压力表及温度计用来监测各状态点的变化情况。当吸入蒸气温度 tf等于蒸发温度 te（既 t0）时，压缩机 吸气状态为干饱和蒸气，如 tf>t0，则吸入状态为过热蒸气，根据 tf及 pa的数值，通过饱和蒸气压表和压焓图 可查可吸入蒸气的焓值。压缩机排气压力为 pb，在压焓图上等压线（p0）与 1—2等焓线的交点，可得出排气 蒸气的焓值（h2）,同样，在图或表上可查出与饱和压力 pc(既 pk)对应的焓值（h3）。 【实验内容】 1、充注制冷剂； ① 系统抽真空。在充气口处按真空泵。连续抽气，待真空度达 10-6toor，且稳定不变时，抽真空结束。 ② 充加制冷剂。将制冷剂铜瓶用软管与充气阀连接，钢瓶倒立着。调节阀门开度，制冷剂液体流 入系统，根据压力表指示来控制充加量。当压力表 a指示到 10.2Mpa时，关闭钢瓶阀门，启动 压缩机，压力开始下降，稳定到某一数值。如压力为 6×104～8×104pa，就表示充气量合适。此 时，关闭充气阀 6，充气结束。 2. 启动压缩机，随时注意各压力表及温度计数值。 3. 蒸发器温度计读数每下降 2K，作一次记录（包括各个温度计及压力表的读数），并记下实验室内温度 数值（即环境温度值）。 4. 蒸发器温度达-15oC左右，关压缩机，本实验结束。 【数据处理】 1. 根据所测的数据，查制冷剂饱和液体及蒸气的势力性质表、压焓图、得出各状态点的焓值。 2. 根据方程（3-9-4）、（3-9-6）、（3-9-7）计算不同蒸发温度 t0下的制冷系数及热力完善度。 3. 对实验结果进行分析。求出最佳制冷系数。 【注意事项】 压缩机不能连续启动，两次启动之间至少间隔 8分钟。 制冷剂工质 R22的压焓图上可查阅 P0，Pk，To，Tk，h1， h2，h3， 1ν 等有关数据。附图 3-9-3（ 22R 压---焓图）。 图 3-9-3