制冷循环演示台实验指导书 制冷(热泵)循环演示实验 实验装置实景 (一)实验目的 演示制冷(热泵)循环系统的工作原理,观察制冷工质的蒸发、冷凝过程和现象; 2.熟悉制冷(热泵)循环系统的操作和调节方法; 3.进行制冷(热泵)循环系统初步的热力计算
制冷循环演示台实验指导书 制冷（热泵）循环演示实验 实验装置实景 （一）实验目的 1. 演示制冷（热泵）循环系统的工作原理，观察制冷工质的蒸发、冷凝过程和现象； 2. 熟悉制冷（热泵）循环系统的操作和调节方法； 3. 进行制冷（热泵）循环系统初步的热力计算
(二)制冷(热泵)循环的基本原理 2.1制冷(热泵)循环的基本概念 制冷(热泵)循环是—种逆向循环,其目的在于将低温物体(热源)的热量转移到高温物体(热源)中 去。根据 Clausius关于热力学第二定律的叙述,要实现热量由低温物体向高温物体的迁移,外界必须向系统提 供机械能或者热能 制冷循环与热泵循环从原理上讲是完全相同的,区别在于工程应用中侧重点不同。制冷循环的主要目的是 从低温物体(热源)取走热量,以维持低温;而热泵循环的主要目的是不断向高温物体(热源)输送热量,以 维持高温。因此工程实际中制冷机和热泵在设计和制造上有一定区别。 22制冷(热泵)循环的经济性指标 制冷循环的经济性指标是制冷尞数;热泵循环的经济性指标是供热系数。其计算方法均是得到的收益与消 耗的代价的比值。以卡诺逆循环为例,在图1所示的T-s图上,高温热源温度为TI,低温热源温度为TⅡ, 那么根据制冷系数的定义得到下式 上式中ρⅡ表示从低温热源带走的热量,ρI表示向高温热源释放的热量,W代表外界对系统所做的功 或者提供的热 2.3蒸汽压缩式制冷循环的基本原理 蒸汽压缩式制冷是各种制冷方式中应用范围最广的制冷方式。本演示实验也是根据蒸汽压缩式制冷的原理 图1卡诺逆循环的T-s图 设计的。 图2所示为蒸汽压缩式制冷循环的设备示意图和s图。主要设备包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发 器。具体的循环过程的描述是:工质从蒸发器流出时为千饱和蒸汽(状态1);进入压缩机进行可逆绝热压缩 过程(过程1—2),工质升压升温至过热蒸汽(状态2);过热蒸汽进入冷凝器,实现可逆定压放热过程 过程2-3-4),至饱和液态(状态4);饱和液经过膨胀阀作不可逆绝热节流过程(过程4-5),降
（二）制冷（热泵）循环的基本原理 2.1 制冷（热泵）循环的基本概念 制冷（热泵）循环是一种逆向循环，其目的在于将低温物体（热源）的热量转移到高温物体（热源）中 去。根据 Clausius 关于热力学第二定律的叙述，要实现热量由低温物体向高温物体的迁移，外界必须向系统提 供机械能或者热能。 制冷循环与热泵循环从原理上讲是完全相同的，区别在于工程应用中侧重点不同。制冷循环的主要目的是 从低温物体（热源）取走热量，以维持低温；而热泵循环的主要目的是不断向高温物体（热源）输送热量，以 维持高温。因此工程实际中制冷机和热泵在设计和制造上有一定区别。 2.2 制冷（热泵）循环的经济性指标 制冷循环的经济性指标是制冷系数；热泵循环的经济性指标是供热系数。其计算方法均是得到的收益与消 耗的代价的比值。以卡诺逆循环为例，在图 1 所示的 T - s 图上，高温热源温度为 T I ，低温热源温度为 T II ， 那么根据制冷系数的定义得到下式： (2-1) 上式中 Q II 表示从低温热源带走的热量， Q I 表示向高温热源释放的热量， W 代表外界对系统所做的功 或者提供的热。 2.3 蒸汽压缩式制冷循环的基本原理 蒸汽压缩式制冷是各种制冷方式中应用范围最广的制冷方式。本演示实验也是根据蒸汽压缩式制冷的原理 设计的。 图 2 所示为蒸汽压缩式制冷循环的设备示意图和 T-s 图。主要设备包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发 器。具体的循环过程的描述是：工质从蒸发器流出时为干饱和蒸汽（状态 1 ）；进入压缩机进行可逆绝热压缩 过程（过程 1 — 2 ），工质升压升温至过热蒸汽（状态 2 ）；过热蒸汽进入冷凝器，实现可逆定压放热过程 （过程 2 － 3 － 4 ），至饱和液态（状态 4 ）；饱和液经过膨胀阀作不可逆绝热节流过程（过程 4－5 ），降
压降温至状态5;低温液体进入蒸发器实现可逆定压蒸发过程(过程5-1),达到饱和气态(状态1)。这 样完成了一个循环。其中过程5-1从低温热源带走热量,过程2-3-4向高温热源放出热量 (三)实验装置及操作步骤 31实验装置 本实验装置由全封闭式压缩机、换热器1、换热器2、浮子式节流阀、四通换向阀以及管路组成制冷(热 泵)循环系统;由流量计以及换热器内盘管组成水系统;同时设有温度、压力、电流、电压等测量仪表,用于 测量工质温度以及对系统实现控制。装置示意图如图3所示,当系统做制冷循环时,换热器1做蒸发器,换热 器2做冷凝器;热泵循环时换热器1做冷凝器,换热器2做蒸发器。系统使用低压工质R做制冷剂。 冷凝器 工质流动方向 膨 压缩机 蒸发器 图2蒸汽压缩式制冷循环的设备示意图和T-s图 3.2操作步骤 制冷循环氵 把四通换向阀调至“制冷”位置; 2.打开连接演示装置的供水阀门,利用浮子流量计阀门适当调节蒸发器、冷凝器水流量;
压降温至状态 5 ；低温液体进入蒸发器实现可逆定压蒸发过程（过程 5 － 1 ），达到饱和气态（状态 1 ）。这 样完成了一个循环。其中过程 5 － 1 从低温热源带走热量，过程 2 － 3 － 4 向高温热源放出热量。 （三）实验装置及操作步骤 3.1 实验装置 本实验装置由全封闭式压缩机、换热器 1 、换热器 2 、浮子式节流阀、四通换向阀以及管路组成制冷（热 泵）循环系统；由流量计以及换热器内盘管组成水系统；同时设有温度、压力、电流、电压等测量仪表，用于 测量工质温度以及对系统实现控制。装置示意图如图 3 所示，当系统做制冷循环时，换热器 1 做蒸发器，换热 器 2 做冷凝器；热泵循环时换热器 1 做冷凝器，换热器 2 做蒸发器。系统使用低压工质 R11 做制冷剂。 3.2 操作步骤 一 . 制冷循环演示： 1. 把四通换向阀调至 “ 制冷 ” 位置； 2. 打开连接演示装置的供水阀门，利用浮子流量计阀门适当调节蒸发器、冷凝器水流量；
3.开启制冷压缩机,观察工质冷凝、蒸发过程及其现象; 4.待系统运行稳定后,即可记录压缩机输入电流、电压、冷凝压力、蒸发压力、冷凝器和蒸发器的进、出 口温度以及水流量等参数。 二.热泵循环演示 1.把四通换向阀调至“热泵”位置; 2.类似上述2、3、4步骤进行操作和记录 (四)制冷(热泵)循环系统的热力计算 数据准备 1.通过演示实验台可以直接观测记录的数据是 换热器1的进口水温n1[℃]、出口水温t2[℃]、水流量G1kgs 换热器2的进口水温t3[℃]、出口水温t4[℃]、水流量G2g/s] 换热器1内制冷剂工质压力p1 换热器2内制冷工质压力p2
3. 开启制冷压缩机，观察工质冷凝、蒸发过程及其现象； 4. 待系统运行稳定后，即可记录压缩机输入电流、电压、冷凝压力、蒸发压力、冷凝器和蒸发器的进、出 口温度以及水流量等参数。 二 . 热泵循环演示： 1. 把四通换向阀调至 “ 热泵 ” 位置； 2. 类似上述 2 、 3 、 4 步骤进行操作和记录。 （四）制冷（热泵）循环系统的热力计算 数据准备： 1. 通过演示实验台可以直接观测记录的数据是： 换热器 1 的进口水温 t 1 [ ℃ ] 、出口水温 t 2 [ ℃ ] 、水流量 G 1 [kg/s] ； 换热器 2 的进口水温 t 3 [ ℃ ] 、出口水温 t 4 [ ℃ ] 、水流量 G 2 [kg/s] ； 换热器 1 内制冷剂工质压力 p 1 ； 换热器 2 内制冷工质压力 p 2 ；
压力表2 压力表1 水 四通换向 制冷压缩 子流量计 浮子流量计 封 压力继电器 及控制电路 水 图3制冷(热泵)循环演示装置示意图 环境温度t0[℃ 电机电压VⅣV]、电流I[A] 2计算所需要的物性参数和常数: 水的定压比热cp=4.1868kJ丿kg:K 换热器的热损失系数o=0.kw/C 电机效率n=98%; Rl在蒸发压力下对应的饱和温度te[℃C] Rl在冷凝压力下对应的饱和温度rc[℃]:(te和tc需查Rl1热力性质表表) 1.当系统作制冷循环时
环境温度 t 0 [ ℃ ] ； 电机电压 V [V] 、电流 I [A] ； 2. 计算所需要的物性参数和常数： 水的定压比热 c p ＝ 4.1868kJ/kg · K ； 换热器的热损失系数φ＝ 0.1kW/ ℃； 电机效率η＝ 98% ； R11 在蒸发压力下对应的饱和温度 t e [ ℃ ] ； R11 在冷凝压力下对应的饱和温度 t c [ ℃ ] ；（ t e 和 t c 需查 R11 热力性质表表） 1. 当系统作制冷循环时
换热器的热损失为:[k;q =(t0-1.)×103 换热器的制怜量为:Q1=G19(-4)+9。啊 换热器2的热损失为:c,=(-1)×103 换热器2的换热量为:92=G-)+9啊 N=n 压缩机轴功为 1000ck Q-(2 A 100% 热平衡误差为: 21 1 制冷系数为 2.当系统作热泵循环时 换热器的热损失为,9=(0-1)x102 换热器1的铃量为,Q1=Gc(-4)+9gw 换热器的热损失为cn,4=列(-4)×103 换热器2的换热量为:Q2=Gc(-4)+9w ne 压缩机轴功为: 1000 42≈9-(22+N) 100% 热平衡误差为: E2 2 制热系数为: 分析讨论 分析实验结果,指出影响各参数测定精度的因素; 2.指出本系统运行参数的调节手段是什么 (五)实验注意事项 为确保安全,切忌冷凝器不通水或无人看管情况下长时间运行 2实验结束后,首先关闭压缩机,过一分钟后再关闭供水阀门; 3.控制工质压力,不能超过0.Mpa (六)实验预习要求 1.复习教材中有关制冷(热泵)循环方面的原理和公式; 2.了解一些常用的制冷方法;
2. 当系统作热泵循环时 分析讨论： 1. 分析实验结果，指出影响各参数测定精度的因素； 2. 指出本系统运行参数的调节手段是什么。 （五）实验注意事项 1. 为确保安全，切忌冷凝器不通水或无人看管情况下长时间运行； 2. 实验结束后，首先关闭压缩机，过一分钟后再关闭供水阀门； 3. 控制工质压力，不能超过 0.2Mpa 。 （六）实验预习要求 1. 复习教材中有关制冷（热泵）循环方面的原理和公式； 2. 了解一些常用的制冷方法；
3.了解常用的制冷剂的基本性质,命名规则以及制冷剂对环境的影响等方面的知识
3. 了解常用的制冷剂的基本性质，命名规则以及制冷剂对环境的影响等方面的知识