機械與動力工程學院2023年2月4日兩級壓縮式制冷兩級壓縮重點掌握：1、理解采用兩級壓縮制冷的原因；2、兩級壓縮循環原理及其在壓焓圖上的表示；3、兩級壓縮的相關熱力計算*2weisean單級壓縮制冷循環的最低蒸發溫度主要受到以下幾個方面的因素的影響：1、壓縮機（容積效率）的限制；2、潤滑油（排氣溫度）的限制；3、制冷劑（最低蒸發溫度）的限制；4、冷凝溫度（環境溫度）的限制；一、概述*3weisean一、概述采用兩級壓縮式制冷，是為了降低循環中的壓力比，降低壓縮機排氣溫度，保證壓縮機在合宜的余隙容積下運行，從而保證制冷循環系統產生需要的制冷量。

對于兩級壓縮來講，主要是為了使系統保持在較適合的壓力比，從而能獲得較低冷量工況下運行；

*4weisean*5weisean二、兩級壓縮制冷循環

什么是兩級壓縮？

在兩級壓縮制冷循環中，制冷劑的壓縮過程分兩個階段進行，設置了兩個壓縮機，從低壓壓縮機出來的蒸氣先經過中間冷卻后再進入高壓級的壓縮機進行壓縮，這樣，對于單臺壓縮機來講，壓縮機壓縮比降低了。*6weisean

兩級壓縮制冷循環

兩級壓縮中間完全冷卻

兩級壓縮中間不完全冷卻*7weisean1、一級節流、中間完全冷卻的兩級壓縮循環*8weisean*9weisean2、一級節流、中間不完全冷卻的兩級壓縮循環*10weisean帶有回熱器的一級節流中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環*11weisean帶有回熱器的一級節流中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環121.中間壓力的確定循環的冷凝溫度和蒸發溫度：根據環境介質的溫度和被冷卻物體要求的溫度，考慮一定的傳熱溫差確定。中間溫度（或中間壓力）：兩級壓縮循環的特有問題，中間壓力選擇是否恰當，影響到經濟性及壓縮機的安全運行。三、兩級壓縮制冷循環熱力計算*13weisean

中間壓力的確定原則：制冷系數最大原則去選取——最佳中間壓力。幾個推薦應用的公式：

(1)按壓力的比例中項確定中間壓力:

Pm-中間壓力Po-蒸發壓力Pk-冷凝壓力單位均為MPa按此式求出的中間壓力和制冷循環的最佳中間壓力有一定的偏差。但公式很簡單，可用于初步估算。*14weisean1）確定冷凝壓力PK

和蒸發壓力P0

，按

求得一個近似值，查表得到對應的中間溫度tm；2）在該tm

值的上下按一定間隔選取若干個中間溫度；3）對每一個tm值進行循環的熱力計算，求得該循環下的制冷系數e

；4）繪制e＝F(tm)

曲線，找到e的最大值，由該點對應的中間溫度即為循環的最佳中間溫度（即最佳中間壓力）。具體步驟為：*15weisean最佳中間溫度的確定*16weisean(2)按溫度的比例中項確定中間壓力Tm-中間溫度To-蒸發溫度Tk-冷凝溫度單位均為K

*17weisean(3)用經驗公式直接計算最佳中間壓力

tm=0.4tk+

0.6to+3tm－中間溫度tk－冷凝溫度to－蒸發溫度，單位均為℃。上式不只適用于氨，在－40～40℃溫度范圍內，對于R12也能得到滿意的結果。對于兩級氨制冷循環，拉賽(A.Rasi)提出了較為簡單的最佳中間溫度計算式：*18weisean2.循環的理論熱力計算在兩級壓縮制冷循環中制取冷量的是低壓部分的蒸發過程，其單位制冷量是：

低壓壓縮機每壓縮1kg蒸氣所消耗的理論功是：設制冷機的制冷量為Q0kw，則低壓壓縮機的流量是:*19weisean中間冷卻器熱平衡圖**21weisean

某冷庫在擴建中需要增加一套兩級壓縮制冷機，其工作條件如下：制冷量；制冷劑為氨；冷凝溫度，無過冷；蒸發溫度；管路有害過熱。試進行熱力計算并選配合適的壓縮機。C計算實例*22weisean23*24weisean*25weisean復疊式蒸氣壓縮制冷循環

采用一種制冷劑循環將出現的問題：1、任何制冷劑，當蒸發溫度降低時，其蒸發器壓力也必然降低。2、任何制冷劑，當蒸發溫度降低時，其比容就很大。

*26weisean

復疊式蒸氣壓縮制冷循環是由兩個或兩個以上的單級制冷循環組成，而且在兩個制冷系統中充加不同性質的制冷劑。它既能滿足在較低蒸發溫度時有合適的蒸發壓力，又能滿足在環境溫度條件下冷凝時具有適中的冷凝壓力。

*27weisean*28weisean*29weiseanCO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*30weisean1、CO2制冷劑的物理特性2、CO2跨臨界制冷循環3、CO2熱泵熱水器4、亟待解決的問題CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*31weiseanCO2制冷劑的物理特性

制冷劑ODP值GWP值特點HFC134a01300—

CO201高壓NH30<1有毒碳氫化合物（HC）0<3可燃性CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*32weisean

CO2及HFC134a的熱物性對比

制冷劑臨界溫度

(℃)臨界壓力

(MPa)蒸發潛熱*

(kJ/kg)飽和壓力

（kPa）飽和氣體密度

(kg/m3)CO231.17.38232348597.6HFC134a101.24.061982931404CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*33weisean在0℃條件下，通過比較CO2和HFC134a發現，在0℃時CO2的飽和氣體密度是HFC134a的7倍左右，蒸發潛熱是HFC134a的1.2倍左右。因此，在蒸發溫度0℃時，CO2制冷劑的單位體積制冷量大約時HFC134a的8倍，由此可知，CO2系統的壓縮機排氣量約為HFC134a系統的1/8；比較0℃時的飽和壓力可以發現，CO2制冷劑大約時HFC134a制冷劑的10倍以上，因此要求各部件結構上能耐高壓；另外，CO2的臨界溫度為31.1攝氏度，比HFC134a的101.2攝氏度低。通常CO2制冷循環中高壓側成超臨界狀態進行運轉，因此高壓側熱交換器不是作為冷凝器，而是作為對顯熱進行散熱的氣體冷卻器使用。CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*34weiseanCO2跨臨界循環

由于CO2的臨界溫度比較低，通常CO2循環在高壓側成超臨界狀態進行運轉。超臨界流體(supercriticalfluid,簡稱為SF)是一種被壓縮至臨界壓力pc

和加熱至臨界溫度Tc以上的流體。與低于臨界態的氣體和液體的性質不一樣，它具有許多重要的特殊性質，如類似于液體的密度和類似于氣體的黏度和自擴散系數。CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*35weiseanCO2用作蒸汽壓縮式制冷循環的工質時，其性能系數與制冷能力直接受環境溫度和冷卻介質溫度的影響。如果采用傳統的蒸汽壓縮式制冷循環，循環工質的臨界溫度決定發生冷凝過程的溫度上限，通常要求它至少高出環境溫度30℃才可以獲得較好的制冷系數。由于CO2臨界溫度太低(311℃)，使其制冷系數COP較低。尤其是環境溫度較高時，制冷能力顯著下降，功耗卻增大,經濟性很差。CO2跨臨界循環CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*36weisean在CO2跨臨界制冷循環中，其放熱過程為變溫過程，有較大的溫度滑移。這種溫度滑移正好與所需的變溫熱源相匹配，是一種特殊的勞倫茲循環，當用于熱泵循環時，有較高的放熱系數。CO2跨臨界循環CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*37weiseanCO2熱泵熱水器

CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*38weiseanCO2熱泵熱水器

CO2制冷劑及CO2熱泵熱水器*39weiseanCO2熱泵熱水器目前所面臨的問題主要在于繼續提高效率和不斷降低成本。技術進