制冷循环实验指导书.doc

制冷循环实验指导书(1)
一、实验名称：单级压缩无回热制冷循环实验
二、实验的基本理论基础：本制冷循环实验遵循热力学第一定律和热力学第二定律。在实验过程中消耗的机械能（由电能转换），转换成一定量的热能，并实现热量的转移，达成制冷的目的。本实验还涉及到工质的压力、温度、比容、焓等热力学状态参数。因此参与实验的人员应具有以上相应的基本知识。
三、实验目的：通过本实验，学生可以了解热力学第一定律和热力学第二定律的具体体现和运用，熟悉和掌握有关热力学状态参数。
四、实验装置的原理及操作
1、 实验装置
图一为本实验的装置原理图
图 一
图中各温度测量名称如下：
（1） 压缩机吸气温度
（2） 压缩机排气温度
（3） 冷凝温度（冷凝器出口制冷剂液体温度）
（4） 节流前制冷剂温度
（5） 节流后制冷剂温度（蒸发温度）
（6） 蒸发器出口制冷剂蒸发温度
（7） 冷却水进口温度
（8） 冷却水出口温度
装置面板上除有上述8个温度数显仪表外，尚有制冷压缩机输入功率数显表、蒸发器电加热功率数显表、制冷剂流量数显表、冷却水流量数显表、冷凝压力（排气压力）和蒸发压力（吸气压力）数显表。
2、 装置制冷循环过程
装置系统中以R134a为工质（制冷剂），本实验制冷剂按图中箭头方向循环，低于环境温度的的制冷剂蒸发经压缩机压缩后温度和压力均提高，进入冷凝器与冷却水进行热量互换，放出凝结潜热成为高于环境温度的液体，液体经电磁阀B和视液镜，最后通过节流阀，压力下降，温度减少（大大低于环境温度），进入蒸发器吸取气化热量（热量由电加热器提供）成为低温低压的制冷剂蒸汽，蒸汽通过回热器（此时回热器不起回热互换作用，只作为通路使用）后，再被制冷压缩机吸入，完毕制冷循环。
3、 实验操作环节
参与实验人员应严格按操作环节操作，以避免事故的发生。
（1） 将“开关机”按钮置于“关机”处后，插上电源。
（2） 按顺时针方向将冷却水流量计下方手动调节阀调至零位（旋不动为止），接通冷却水，按逆时针方向调节手动调节阀，使流量计浮子处在中间位置。
（3） 将循环种类切换按钮按至“无回热”位置。
（4） 将电加热旋钮按逆时针方向旋至零位（旋不动为止）
（5） 按动开机按钮启动压缩机。
（6） 观测吸气压力表，调节电加热旋钮，使吸气压力控制在0.2Mpa-0.3Mpa范围内（绝对）。
同时观测排气压力表调节冷却水手动调节阀，使排气压力控制在0.8-1Mpa范围内（绝对）。
实验结束后，将“开关机”按钮按至“关机”位，即停止运营，然后将电加热及冷却水调节纽旋至零位，最后切断水源。
五、 数据记录：
在运营稳定10~20分钟后记录数据
序号
名称
单位
符号
数值
1
吸气温度
℃
t1

2
排气温度
℃
t2

3
冷凝器出口温度
℃
t3

4
节流前温度
℃
t4

5
节流后温度
℃
t5

6
蒸发器出口温度
℃
t6

7
冷却水进口温度
℃
t7

8
冷却水出口温度
℃
t8

9
冷凝压力
Mpa
PK

10
蒸发压力
Mpa
P0

11
加热功率
W
Nj

12
压缩机功率
W
Np

13
冷却水流量
Kg/h
G

14
制冷剂流量
Kg/h
m

六、循环制冷剂的压—焓（p—h）图计及数据解决
1、 R134a的压—焓图
图二为R134a的压—焓图
在压焓图上已知某状态的压力和温度均可查得该点的其它状态参数如比容、焓、熵等。

2、 循环在压—焓图上的表达
图三为循环在压焓图上的表达

图 三
图中：1点为吸气状态点
2点为排气状态点
3点为冷凝器出口状态点
4点为节流前状态点
5点为节流后状态点
6点为蒸发器出口状态点

3、 由R134a的压—焓图查各状态点的焓值
点号
符号
单位
数值
备注
1
h1
KJ/kg

2
h2
KJ/kg

3
h3
KJ/kg

4
h4
KJ/kg

5
h5
KJ/kg

6
h6
KJ/kg

4、 数据解决
序号
名称
计算式
单位
数值
备注
1
制冷量
Q0=m(h6-h5)1000/3600
W

2
压缩机功率消耗
N=m(h2-h1)1000/3600
W

3
循环制冷系数
ξ= Q0/N= (h6-h5)/ (h2-h1)

4
冷却水带走热量
QG=G CP(t8-t1)1000/3600
W

5
冷凝器中制冷剂放出热量
Qk=m(h2-h3)1000/3600
W

注：水的比热容取CP=4.18 KJ/kg。

5、 误差分析
（1）在循环稳定运营情况下，理论上蒸发器中制冷剂吸取的气化热量即制冷量Q0应来自外界的电加热量Nj，即应有
Q0 =Nj
但由于传热过程的热损失,因此Q0 与Qj之间存在一定的误差，其误差为:
△1= (Nj - Q0)/ Q0×100%
（2）理论上冷却水带走的热量，即QG应来自于制冷剂放出的凝结热量即QK,应有:
QK =QG
但由于传热过程的热损失, QK 与QG之间存在一定的误差,其误差为:
△2= (QK – QG)/ QG×100%
（3）根据热力学第一定律系统能量守恒,带进系统的能量应等于系统带出能量，即应有:
Nj+Np= QG
但由于向空气中散发的热量，故存在一定的误差，其误差为：
△ 3= (Nj+Qp- QG)/ QG×100%

附：R134a的温度—饱和压力相应关系表
序号
温度℃
饱和压力Mpa
1
-10
0.20233
2
-8
0.21704
3
-6
0.23436
4
-4
0.25273
5
-2
0.27221
6
0
0.29282
7
2
0.31462
8
4
0.33765
9
6
0.36195
10
8
0.38756
11
10
0.41455
12
30
0.77006
13
32
0.81528
14
34
0.86247
15
36
0.91168
16
38
0.96298
17
40
1.0164
18
42
1.072
19
44
1.1299
20
46
1.1901
21
48
1.2526
22
50
1.3176

制冷循环实验指导书（2）
一、实验名称：单级压缩有回热与无回热制冷循环对比实验
二、实验的基本理论基础：
本实验是建立在热力学第一定律和热力学第二定律以及工程传热学基本理论和蒸汽压缩式制冷循环的理论基础之上的，参与实验的人员具有上述相应的基本知识。
三、实验目的：
通过本实验,了解单级压缩有回热与无回热制冷压缩机两种不同的热力循环的经济效果,了解换热器（回热器）的使用对提高热力循环经济性的重要作用，此外还可以了解掌握、熟悉工质的相关热力参数测量、显示、采集及解决的基本方法。
四、实验装置及操作
1、 实验装置
图一为本实验的装置原理图
图一
图中各温度测量名称如下：
（1）压缩机吸气温度
（2）压缩机排气温度
（3）冷凝温度（冷凝器出口制冷剂液体温度）
（4）节流前制冷剂温度
（5）节流后制冷剂温度（蒸发温度）
（6）蒸发器出口制冷剂蒸发温度
（7）冷却水进口温度
（8）冷却水出口温度
装置面板上除有上述8个温度数显仪表外，尚有制冷压缩机输入功率数显表，蒸发器电加热功率数显表，制冷剂流量数显表，冷却水流量数显表，冷凝压力（排气压力）和蒸发压力（吸气压力）数显表。
2、 实验操作环节
参与实验人员应严格按操作环节操作，以避免事故的发生
（1）无回热循环操作
先进行无回热循环操作的实验
a、 检查“开关机”按钮，使之处在“关机”状态后，插上电源插头；
b、 将冷却水流量计下方手动调节阀调至零位（顺时针方向旋不动为止）；
c、 接通冷却水，调节冷却水调节阀，使流量计浮子处在中间某一位置；
d、 将循环种类切换按钮换至“无回热”位置；
e、 将电加热旋钮按逆时针方向旋至零位（旋不动为止）；
f、 按动开机按钮，启动制冷压缩机；
g、 观测吸气压力表，调节电加热旋钮，使吸气压力控制在0.2Mpa-0.1Mpa范围内（绝对）。
同时观测排气压力表调节冷却水手动调节阀，使排气压力控制在0.8-1Mpa范围内（绝对）。
（2）有回热循环操作
无回热循环实验结束后，再进行有回热热循环实验
a、 在运营状态下，按下循环切换按钮使之处在有回热位置；
b、 反复上述（1）g操作，使吸气压力和排气压力与无回热循环实验记录相同，待稳定后记录数据。
四、关机操作
按下“开关机”按钮，使之处在“关机”状态即可停止运营，将电加热旋钮及冷却水调节旋钮处在零位，然后断开水源。
五、数据记录
对无回热循环和有回热循环，分别按下表记录各自相应的数据。
序号
名称
单位
符号
数值
1
吸气温度
℃
t1

2
排气温度
℃
t2

3
冷凝器出口温度
℃
t3

4
节流前温度
℃
t4

5
节流后温度
℃
t5

6
蒸发器出口温度
℃
t6

7
冷却水进口温度
℃
t7

8
冷却水出口温度
℃
t8

9
冷凝压力
Mpa
PK

10
蒸发压力
Mpa
P0

11
加热功率
W
Nj

12
压缩机功率
W
Np

13
冷却水流量
Kg/h
G

14
制冷剂流量
Kg/h
m

六、 循环的压—焓图及焓值的查取：
1、p—h图，图二为循环在p—h图上的表达：

图 二
无回热循环与有回热循环各点异同
点号
无回热
有回热
1
压缩机吸气状态
压缩机吸气、回热器蒸汽出口状态
2
压缩机排气状态
压缩机排气状态
3
冷凝器出口状态
冷凝器出口状态，回热器进口液体状态
4
节流前状态
节流前，回热器液体出口状态
5
节流后、蒸发器进口状态
节流后、蒸发器进口状态
6
蒸发器出口状态
蒸发器出口、回热器蒸汽进口状态
2、焓值查取
分别按无回热循环与有回热循环，运用R134a的压—焓图查取各自循环的各点状态焓值
点号
符号
单位
数值
备注
1
h1
KJ/kg

2
h2
KJ/kg

3
h3
KJ/kg

4
h4
KJ/kg

5
h5
KJ/kg

6
h6
KJ/kg

对回热循环，应存在如下关系：h1-h6= h3-h4
注：也许有一定误差，这是由于测量数据之差取及焓值查取引起的累计误差。
七、 数据解决
序号
名称
计算式
单位
无回热结果
有回热结果
1
制冷量
Q0=m(h6-h5)1000/3600

2
压缩机功率消耗
N=m(h2-h1)1000/3600

3
制冷系数
ξ= Q0/N= (h6-h5)/ (h2-h1)

八、 分析
根据制冷剂R134a的热力性质特点，在冷凝压力、蒸发压力相同的情况下，回热循环的制冷系数应大于无回热循环时的制冷系数。

能量平衡实验指导书（3）
一、 实验名称：热力系统循环过程中的能量平衡实验
——（1）全系统能量平衡
（2）冷凝器能量平衡
（3）回热器能量平衡
（4）蒸发器能量平衡
二、实验的基本理论基础：
本实验以压缩式制冷循环系统为实体硬件模型，改系统建立在热力学第一定律，热力学第二定律以及工程传热学基本理论基础上，同时涉及到压缩机制冷循环的基本理论。在实验过程中需测量、读取或查取系统循环工质的压力、温度、比容、比焓等热力学状态参数，因此参与实验人员需要具有上述相关的基本理论知识。
三、实验目的
通过本实验，使学生了解热力学第一定律与热力学第二定律的具体体现和应用，熟悉和掌握有关热力学状态参数的测量、数据的采集、显示、查取的基本方法。了解压缩式制冷循环系统的基本构成，了解和掌握热力系统能量平衡前需具有的基本条件。
四、实验装置的原理及操作
1、实验装置
图一为本实验的装置原理图
图一中各温度测量名称如下：
（1）压缩机吸气温度
（2）压缩机排气温度
（3）冷凝温度（冷凝器出口制冷剂液体温度）
（4）节流前制冷剂温度
（5）节流后制冷剂温度
（6）蒸发器出口制冷剂蒸发温度
（7）冷却水进口温度
（8）冷却水出口温度

图 一
装置面板上除有上述8个温度数显仪表外，尚有制冷压缩机输入功率数显表，蒸发器电加热功率数显表，制冷剂流量数显表，冷却水流量数显表，冷凝压力（排气压力）和蒸发压力（吸气压力）数显表。
2、装置制冷循环过程
该循环以R134a为工质（制冷剂），在运营过程中，制冷剂按图中箭头方向进行这个循环。制冷剂蒸汽经压缩机耗功压缩后，温度压力均提高。制冷剂蒸汽进入冷凝器后与外界提供的冷却水进行热量互换，则制冷剂凝结为液体。在冷凝器中制冷剂放出的热量应与冷却水吸取的热量平衡。自冷凝器中排出的液体进入回热器，继续放出热量被从蒸发器排出的制冷剂蒸汽吸取。在回热器中制冷剂液体放出的热量与制冷剂蒸汽吸取的热量平衡。从回热器出来的制冷剂液体经节流阀节流降温降压后进入蒸发器，在蒸发器中制冷剂吸取外界提供的电加热量，蒸发成蒸汽，该制冷剂蒸汽而后进入回热器与从冷凝器出来液体进行热互换，温度继续提高后自回热器中排出被压缩机吸入，完毕一个循环。在蒸发器中，制冷剂吸取的气化热量应与电加热量平衡。分析系统循环全过程，压缩机消耗的能量与电加热器提供的能量之和应与冷却水带走的能量相平衡。
3、实验操作环节
（1）将“开关机”按钮置于“关机”处后，插上电源插头。
（2）按顺时针方向将冷却水流量计下方手动调节阀调至零位（旋不动为止），接通冷却水，按逆时针方向调节手动调节阀，使流量计浮子处在中间位置。
（3）将循环种类切换按钮按至“有回热”位置。
（4）将电加热旋钮按逆时针方向旋至零位（旋不动为止）。
（5）按动“开关机”按钮启动压缩机。
（6）观测吸气压力表，调节电加热旋钮，使吸气压力控制在0.1Mpa-0.2Mpa范围内（绝对）。
同时观测排气压力表调节冷却水手动调节阀，使排气压力控制在0.8-1Mpa范围（绝对）。
实验结束后，将“开关机”按钮按至“关机”位，即停止运营，然后将电加热及冷却水调节纽旋至零位，最后切断水源。

五、数据记录：在运营稳定15~20分钟后记录数据
序号
名称
单位
符号
数值
1
吸气温度
℃
t1

2
排气温度
℃
t2

3
冷凝器出口温度
℃
t3

4
节流前温度
℃
t4

5
节流后温度
℃
t5

6
蒸发器出口温度
℃
t6

7
冷却水进口温度
℃
t7

8
冷却水出口温度
℃
t8

9
冷凝压力
Mpa
PK

10
蒸发压力
Mpa
P0

11
加热功率
W
Nj

12
压缩机功率
W
Np

13
冷却水流量
Kg/h
G

14
制冷剂流量
Kg/h
m

六、循环制冷剂的压—焓（p—h）图计及数据解决
1、循环在压—焓图上的表达
图二为循环在压焓图上的表达

图 二

图中：1点为吸气状态点（回热器出口蒸汽状态）；
2点为排气状态点（冷凝器出口蒸汽状态）；
3点为冷凝器出口状态点；（回热器进口液体状态）
4点为节流前状态点（回热器出口液体状态）；
5点为节流后状态点（蒸发器进口状态）；
6点为蒸发器出口状态点（回热器进口蒸汽状态）；
6、 由R134a的压—焓图查各状态点的焓值
点号
符号
单位
数值
备注
1
h1
KJ/kg

2
h2
KJ/kg

3
h3
KJ/kg

4
h4
KJ/kg

5
h5
KJ/kg

6
h6
KJ/kg

注：h4= h5, h1- h6= h3- h4
二、 能量平衡计算
1、 全系统能量平衡
由热力学第一定律的稳定流动能量方程，对整个实验系统有：
Np+Nj=QG
注：Np为压缩机功率，Nj为电加热功率，Qg为冷却水带走热量。
其中QG=GCp(t8-t7)1000/3600 [ W]
水的比热取Cp=4.18KJ/(kg*k)
由于数据读取及计算误差
△1= (Nj+Np- QG)/ QG×100%
2、冷凝器能量平衡
以冷凝器作为局部分析系统
制冷剂放出热量QK=冷却水吸取（带走）的热量QG。
其中QK=m(h2-h3)1000/3600 [W]
QG=GCp(t8-t7)1000/3600 [W]
由于数据读取，比焓查取及计算引起的误差有
误差: △2= (QK – QG)/ QG×100%
2、 回热器能量平衡
以回热器作为局部分析系统
制冷剂液体放出的热量QL=制冷剂蒸汽吸取的热量QV
其中QL=m(h3-h4)1000/3600 [W]
QK=m(h1-h6)1000/3600 [W]
因传热因素引起的热量损失产生一定误差
误差: △3= (QL – QV)/ QV×100%
3、 蒸发器能量平衡
以蒸发器作为局部分析系统
制冷剂吸取的热量Q0=外界接受的电加热量Nj.
其中Q0= m(h6-h5)1000/3600 [W]
因各种因素引起一定误差
误差 △4= (Nj – Q0)/ Q0×100%

制冷热力循环实验
指
导
书