小型制冷装置制冷功率和制冷效率的测量.docVIP

实验 小型制冷装置制冷功率和制冷效率的测量 小型制冷装置（通常指家用电冰箱、冷藏箱以及小型空调器等，利用半导体热电效应制冷的装置，因其制冷功率一般地说比较小，也可看作是小型制冷装置。）与人们的日常生活及工作密切相关，已经形成需求量很大的产业。另一方面，目前广泛用于小型制冷装置中压缩式制冷循环的制冷剂主要是卤化烃类（氟里昂），这类制冷剂对大气层的臭氧层有破坏作用。特别是普遍用于家用电冰箱的氟里昂-12(R12)对大气臭氧层的破坏以及由之而产生的温室效应相当严重。为保护大气环境，1985年3月有关缔约国政府签订了《保护臭氧层维也纳公约》。1989年5月，有联合国环境规划署召集有56个国家全权代表参加的会议上通过了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。随后，1990年6月在英国伦敦召开了有55个缔约国、41个非缔约国、8个国际组织以及44个非政府组织的代表参加的会议，对该议定书进行了全面修订，并于1992年1月1日生效。因此，从节能的角度看，小型制冷装置制冷功率和效率的测量，对其制冷性能的检测及改进无疑是至关重要的。而从各国为执行蒙特利尔议定书而努力探索新的制冷原理及寻求新的制冷剂这一发展趋势看，各种新型制冷循环的设计与制冷剂的开发，最终都离不开对不同条件下制冷机的制冷功率及制冷效率的检测。 【实验目的】 1. 学习利用加热补偿法测量不同温度下小型制冷机模拟系统的制冷功率的原理。 2. 掌握通过对制冷系统压缩机排气口和回气口温度及压力的测量而估测制冷效率的方法。 3. 学习和掌握不同制冷剂及不同灌注量的制冷剂对制冷功率与制冷效率的影响进行研究的原理与方法。 【实验原理】 1. 热力学第二定律 在自然界中，热量是可以相互传递的。把两个温度不同的物体放在一起，原来温度高的物体，温度将逐渐下降，而原来温度低的物体，温度将逐渐升高，最终两物体的温度趋于相等。这就是说，热量能从温度较高的物体传给温度较低的物体，但是不能自发的由低温物体流向高温物体而不引起其他变化，这就是热力学第二定律的克劳修斯说法。这里我们只是说热量不能自发地反向流动，也就是说，要使热量能从低温物体流向高温物体必须要对环境留下某些不能消除的影响，外界必须对系统做功。正如水泵可以把水从低处提升到高处一样。对于热量道理也类似于水，消耗一定的能量，通过某种逆向热力学循环，就能使热量从低温的物体流向高温物体(图1)。依据对这种循环的应用目的不同，可以把这样的过程称为热泵或制冷。如果是对系统热端的利用，就称之为热泵：反之对系统冷端进行利用，则称之为制冷。 高温热源TH QH W W QC 图l：逆向热力学循环 2. 制冷原理 制冷的方法很多常见的有液体汽化制冷、气体膨胀制冷、涡流管制冷和热电制冷等。其中液体汽化制冷的应用最为广泛，它是利用液体汽化时的吸热效应实现制冷的。蒸汽压缩式、吸收式、蒸汽喷射式和吸附式制冷都属于液体汽化制冷。其制冷循环的共同点都是由制冷剂汽化、蒸汽升压、高压蒸汽液化和高压液体降压四个过程组成。 QK 2 3 4 1 QO 图2：单级蒸汽压缩式制冷 l－压缩机2－冷凝器3－膨胀阀 4－蒸发器 图2为单级蒸汽式压缩制冷系统。它由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成。目前市售的电冰箱、空调器等小型制冷机大多采用这种制冷模式。其作作原理如下：制冷剂在压力 p0 、温度t0下沸腾，t0低于被冷却物体的温度。压缩机不断的抽吸蒸发器中的制冷剂蒸汽，并将它压缩至冷凝压力pk ，然后送往冷凝器，在压力pk下等压冷凝成液体，制冷剂冷凝时放出热量Qk传给冷却介质，与冷凝压力pk相对应的冷凝温度tk一定要高于冷却介质温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或节流元件进入蒸发器。当制冷剂通过膨胀阀时，压力从pk降到p0 ，部分液体汽化，剩余液体的温度降至t0，于是离开膨胀阀的制冷剂变成温度为t0的汽液两相混合物。混合物中的液体在蒸发器中蒸发，从被冷却的物体中吸取它所需要的蒸发热。混合物中的蒸汽通常称为闪发蒸汽，在它被压缩机重新吸入之前几乎不再起吸热作用。 图3 压焓图 在制冷循环的分析和计算中，压焓图起着十分重要的作用，其结构如图3所示。图中临界点K左边的粗实线为饱和液体线，线上的任何一点代表一个饱和液体状态,干度x=0 。右边的粗实线为干饱和蒸