浙江大學碩士學位論文 y9 05 7 2 8 摘要 七十多年來，發(fā)達國家在速凍設(shè)備的研制方面已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，速凍 設(shè)備的研制技術(shù)日趨成熟。國內(nèi)的速凍設(shè)備廠家也希望自己能夠生產(chǎn)高效、節(jié)能、 經(jīng)濟的速凍設(shè)備，但因在相關(guān)領(lǐng)域的研究上有所欠缺，因而難以實現(xiàn)。因此，加 強理論和試驗研究，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高效速凍設(shè)備具有十分重要的實際 意義。 本文以“十五”圍家重大科技專項項目“農(nóng)產(chǎn)品深加工技術(shù)與設(shè)備研究 開發(fā)”為依托，對大型速凍設(shè)備高效蒸發(fā)器進行了理論和試驗研究。主要做了以 下幾方面的試驗研究工作： ( 1 ) 對不同翅片形狀、管徑大小、翅片管排列方式，以及是否帶波紋等結(jié) 構(gòu)參數(shù)對蒸發(fā)器傳熱系數(shù)的影響進行了比較分析，得出在不結(jié)霜工況下，具有最 高傳熱系數(shù)的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)是圓翅片小管徑j(luò) 下三角形排列等節(jié)距結(jié)構(gòu)的結(jié)論。 ( 2 ) 通過進一步分析得知：連續(xù)整體帶波紋翅片正三角形排列變節(jié)距結(jié)構(gòu) 在實際結(jié)霜工況下具有最高的傳熱系數(shù)值。試制了一臺該結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)器試件進行 試驗測試，得到與理論計算相符的傳熱系數(shù)值。 ( 3 ) 在實際生產(chǎn)中，考慮到風阻對速凍物料流態(tài)化的影響，決定采用連續(xù) 整體帶波紋翅片正方形排列變節(jié)距結(jié)構(gòu)。與廠家合作制造了兩臺生產(chǎn)能力為4 噸4 時青刀豆的該結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)器，并對相關(guān)配套設(shè)備進行了設(shè)計，完成了整套 制冷設(shè)備。本設(shè)備與現(xiàn)有國內(nèi)同類設(shè)備相比，體積減小4 0 以上，能耗降低3 0 ， 是目前國內(nèi)最先進、效率最高的速凍設(shè)備。 ( 4 ) 基于v i s u a lc + + 編程環(huán)境開發(fā)出一個蒸發(fā)器傳熱系數(shù)計算程序。在該程 序中，用戶只要輸入蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式、工況參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，就可以得到蒸發(fā) 器的空氣側(cè)傳熱系數(shù)值、制冷劑側(cè)傳熱系數(shù)值和總傳熱系數(shù)值。經(jīng)驗證，該程序 的計算結(jié)果與實測結(jié)果十分吻合，具有一定的實用價值。 關(guān)鍵詞：速凍設(shè)備傳熱系數(shù)蒸發(fā)器試驗研究計算程序 浙江大學碩士學位論文 a b s t r a c t i nt h el a s t7 0y e a r s d e v e l o p e dc o u n 訂i e sh a v ea c c l n n u l a t e da b u n d a n te x p e r i e n c e i nt h er e s e a r c ha n dm a n u f a c t u r i n go fq u i c k - f r e e z ee q u i p m e n t t h et e c h n o l o g yo f q u i c k f r e e z ee q u i p m e n ti sg r o w i n gm a t u r ed a yb yd a y d o m e s t i cm a n u f a c t u r e r so f q u i c k f r c c z ce q u i p m e n t sa l s ow i s ht om a n u f a c t u r eh i g h - e f f i c i e n c y , e n e r g ys a v i n ga n d e c o n o m i c a lq u i c k f r e e z ee q u i p m e n t s ，b u tt h e vc o u l dn o tm a k ei tb e c a u s eo ft h e1 a c k o fr e s e a r c hi nr e l e v a n tf i e l d s t h e r e f o r e i t sv c r yi m p o r t a n tt os t r e n g t h e nt h e t h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a lr e s e a r c hi nt h e s ef i e l d s ，a n dt od e v e l o ph i g h e f f i c i e n c y q u i c k - f r e e z ee q u i p m e n tw i t hi n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t s t h ep r o j e c to f r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h et e c h n o l o g ya n de q u i p m e n t s u s e di nt h ed e e p p r o c e s s i n go fa g r i c u l t u r a lp r o d u c t s ”i sa n a t i o n a l t h e1 0 t h f i v e y e a rp l a n k e yt e c h n o l o g i c a ls p e c i a lp r o j e c t ”t a k et h eo p p o r t u n i t yo ft h i s p r o j e c t ，t h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a lr e s e a r c h e so nt h eh i g h e f f i c i e n c ye v a p o r a t o r u s e di na1 a r g eq u i c k f r e e z ee q u i p m e n th a v e b e e nd o n e t h em a i nw o r ko f e x p e r i m e n t a lr e s e a r c hi sa sf o l l o w s ： ( 1 ) c o m p a r ea n da n a l y z et h ei n f l u e n c e so fs t r u c t u r a lp a r a m e t e r so nt h eh e a t t r a n s f e rc o e f f i c i e n to fa n e v a p o r a t o r t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t ，u n d e r n o n f r e e z i n gc o n d i t i o n s ，t h es t r u c t u r ep o s s e s s i n gt h eh i g h e s th e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n t i st h eo n ew i t hc i r c u l a rf i n s ，e q u i l a t e r a l t r i a n g l ea r r a n g e ds m a l lt u b e sa n dv a r y i n g f i n - s p a c i n g 。 ( 2 ) f u r t h e ra n a l y s i s i n d i c a t e st h a t ，u n d e rf r e e z i n gw o r k i n gc o n d i t i o n s ，t h e s t r u c t u r ew i 血c o n t i n u o u su n i t a r yw a v e df i n s e q u i l a t e r a l t r i a n g l ea r r a n g e dt u b e sa n d v a r y i n gf i n - s p a c i n gh a st h eh i g h e s th e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n t at e s te v a p o r a t o rw i t h t h i ss t r u c t u r eh a sb e e nm a n u f a c t u r e dt ob et e s t e d t b eh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n t o b t a i n e di sv e r yc l o s et ot h ec a l c u l a t i o nr e s u l t ( 3 ) c o n s i d e r i n gt h ei n f l u e n c eo fa i rr e s i s t a n c eo nt h ef l u i d i z a t i o no fm a t e r i a l st o b ef r o z e n ，s t r u c t u r ew i mi n t e g r a lw a v e df i n s ，f o u r s q u a r ea r r a n g e dt u b e sa n dv a r y i n g f i n s p a c i n gh a sb e e na d o p t e d c o o p e r a t i n gw i t ht h em a n u f a c t n r e r , a ne v a p o r a t o rw i t h t h i ss h u c t u r e ，w h i c hh a st h ec a p a c i t yo f f r e e z i n g4t o n so fg r e e ns w o r db e a n sp e rh o u r , h a sb e e nm a d e t h ea u x i l i a r ye q u i p m e n t sh a v ea l s ob e e nd e s i g n e dt of o r mac o m p l e t e s e to ff r e e z i n gs y s t e m c o m p a r e dw i t hc u r r e n tq u i c k - f r e e z ee q u i p m e n t so ft h es a m e t y p e ，t h i se q u i p m e n td e c r e a s e sb y4 0 o ra b o v ei ns i z ea n db y3 0 i ne n e r g y c o n s u m p t i o n ( 4 ) b a s e do nt h ev i s u a lc + + p r o g r a m m i n ge n v i r o n m e n t ，ap r o g r a mf o r c a l c u l a t i n gt h eh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n to fa ne v a p o r a t o rh a sb e e nd e v e l o p e d i nt h i s p r o g r a m ，t h eu s e ro n l yh a st oi n p u tt h es t r u c t u r a lt y p eo ft h ee v a p o r a t o r , t h ew o r k i n g c o n d i t i o np a r a m e t e r s ，a n dt h es t r u c t u r a lp a r a m e t e r s ，a n dt h e nt h eh e a tt r a n s f e r c o e f f i c i e n to f t h ee v a p o r a t o rw i l lb eo b t a i n e d i th a sb e e np r o v e dt h a tt h er e s u l to f t h i s p r o g r a mi si ng o o da g r e e m e n tw i n lt h et e s tr e s u l t s ot h i sp r o g r a mi so fc e r t a i nv a l u e k e y w o r d s ：q u i c k f r e e z ee q u i p m e n t ；h e a t t r a n s f e r c o e f f i c i e n t ；e v a p o r a t o r ； e x p e r i m e n t a lr e s e a r c h ；c a l c u l a t i o np r o g r a m 1 緒論 1 1 速凍食品 1 緒論 速凍食品( q u i c k - - f r o z e nf o o d ) 是把符合質(zhì)量要求的食品原料和配料經(jīng)適當 的加工處理，在溫度低于一3 0 的條件下進行急凍( 食品的中心溫度要求在2 0 3 0 分鐘內(nèi)從一1 降至一5 ，然后再降至一1 8 ) ，包裝后在一1 8 或更低的溫 度下貯藏和流通的方便食品。速凍食品主要可分為速凍水產(chǎn)食品、速凍果蔬食品、 速凍禽畜食品、速凍調(diào)理食品和速凍米面糕點食品等五大類。由于速凍食品生產(chǎn) 采用低溫急凍工藝，很好地避免了緩慢冰凍過程因生成粗大冰晶撐破細胞壁而造 成食品的營養(yǎng)和水分的流失，故能最大限度地保持食品原有的色香味和營養(yǎng)成分 【1 。同時，速凍食品在一1 8 。c 的冷藏條件下保質(zhì)期長達一年左右 2 ，且方便調(diào)理 和食用，不僅受到大中城市家庭的歡迎，而且開始全面進入學校、機關(guān)和工廠企 業(yè)的集體食堂、餐廳和酒店。 為了更好地保存食品風味，2 0 世紀人們開始進行速凍食品的研究與實驗。國 外在2 0 世紀3 0 年代就出現(xiàn)了帶包裝的速凍食品，1 9 4 5 年冷凍濃縮橙汁的研制成功 表明速凍食品的起步。制冷裝置的新突破，如液態(tài)二氧化碳，液態(tài)氟利昂的使用 使凍結(jié)溫度大大降低，凍結(jié)速度大大提高。如今，速凍食品業(yè)已經(jīng)在國外成為方 便食品和快餐業(yè)的支柱，速凍食品也從肉禽、水產(chǎn)發(fā)展到速凍水果、蔬菜及品種 繁多的調(diào)理食品【3 j 。 我國速凍食品的生產(chǎn)始于2 0 世紀6 0 年代，但當時用于出口，產(chǎn)品主要有速 凍餃子、春卷等傳統(tǒng)食品和凍禽類等特殊產(chǎn)品，數(shù)量較少。真正起步是2 0 世紀 7 0 年代，當時也大多是為外貿(mào)提供速凍蔬菜。8 0 年代初期，出現(xiàn)了速凍面食和 面點，是打開銷售渠道的開拓階段。進入9 0 年代，我國速凍食品生產(chǎn)得到了較 快的發(fā)展，速凍食品生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量和生產(chǎn)規(guī)模都成倍地增長【3 1 。近十多年來， 我國速凍食品生產(chǎn)是食品工業(yè)發(fā)展最快的領(lǐng)域，銷售額每年遞增1 5 左右。目 前我國有速凍食品生產(chǎn)骨干企業(yè)2 0 0 多家，已形成1 5 0 0 萬噸的生產(chǎn)能力。2 0 0 2 年速凍食品銷售額達4 0 1 億元，2 0 0 3 年總產(chǎn)量達1 0 0 0 萬噸【4 】，2 0 0 4 年出口突破 1 0 0 0 萬噸。雖然速凍食品生產(chǎn)在我國發(fā)展迅速，但目前速凍食品銷售額僅占食 浙江大學碩士學位論文 品銷售總額的1 左右，人均年消費量仍很低，與美、歐、日等發(fā)達國家年均消 費2 0 8 0 k g 的水平相比，仍有很大差距，因此我國速凍食品還有很大的發(fā)展空 間【5 1 。 1 2 速凍設(shè)備 1 2 1 速凍設(shè)備概述 實現(xiàn)制冷所必需的機器和設(shè)備，稱為制冷機。例如，機械壓縮式制冷機包括 壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流機構(gòu)；吸收式制冷機包括發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā) 器、吸收器和節(jié)流機構(gòu)等。在制冷機中，除壓縮機、風機等機器外，其余是換熱 器及各種輔助設(shè)備，統(tǒng)稱為制冷設(shè)備。而將制冷劑同消耗冷量的設(shè)備結(jié)合在一起 的裝置稱為制冷裝置，如冰箱、空調(diào)等吼速凍裝置是一種實用的制冷裝置。 按國際制冷學會c 2 委員會對食品凍結(jié)速度所作的定義：食品表面和熱中心 點( 冷卻或凍結(jié)過程終了時，食品中溫度最高的一點稱為熱中心點) 的最短距離 與食品表面溫度達到0 后，食品熱中心點降至比凍結(jié)點低1 0 所需時間之比， 稱為該食品的凍結(jié)速度v ( c r n h ) 。快速凍結(jié)v 一般為5 2 0 c r w h ，中速凍結(jié)v 為1 5 c m h ，慢速凍結(jié)v 為0 1 l c m h 。一般鼓風式凍結(jié)設(shè)備的凍結(jié)速度為0 5 3c m m ， 屬慢速凍結(jié)；液態(tài)化凍結(jié)設(shè)備的凍結(jié)速度為5 1 0c m h ，液氮噴淋凍結(jié)設(shè)備的凍 結(jié)速度為1 0 1 0 0c m h ，均屬快速凍結(jié)設(shè)備u “。 按凍結(jié)方式分類，速凍設(shè)備可分為：空氣循環(huán)式、接觸式和噴淋式?？諝庋?環(huán)式又可分為：隧道式、螺旋式和流態(tài)化裝置；接觸式有平板凍結(jié)器、擱架凍結(jié) 器等方式：噴淋式則主要采用將液氮、二氧化碳液體噴淋在食品表面，靠液體蒸 發(fā)快速帶走食品內(nèi)的熱量，達到快速降溫的目的。由于液氮、二氧化碳液體制取 需要特殊的設(shè)備和工藝，得來不易，如果沒有便利的條件，勢必會加大食品加工 成本，如果是一些附加值特別高的產(chǎn)品，為提高凍結(jié)速度，降低凍結(jié)溫度，采用 這種方法值得，但對于利潤越來越少的大眾化食品來說，很難推廣【l “。 目前用于速凍食品的速凍設(shè)備主要有流態(tài)化單體速凍裝置、網(wǎng)帶式速凍機、 板帶式速凍機、螺旋式速凍機、平板速凍機等。網(wǎng)帶式速凍機適用于包子、餃子 等調(diào)理食品，蝦、魚片、貝類等水產(chǎn)品，蘆筍、菠蘿等果蔬類食品，雞塊、分割 1 緒論 肉等肉禽類食品的快速凍結(jié)。鋼板帶式速凍機采用鋼板帶作為傳送帶，適用于扇 貝、魷魚等水產(chǎn)品，散裝漿果，軟嫩食品的快速凍結(jié)。流態(tài)化單體速凍裝置是實 現(xiàn)食品單體快速凍結(jié)( i q f ) 的理想方法，主要適用于凍結(jié)球狀、圓柱狀、片狀及 塊狀等顆粒狀食品，利用傳送帶的振動或自下而上吹動的冷風確保凍結(jié)物品問互 不粘連。螺旋式速凍機采用螺旋式傳送帶，能夠在較少的地面空間內(nèi)凍結(jié)大容量 產(chǎn)品的高效率凍結(jié)裝置。螺旋式速凍機近年來發(fā)展迅速，是市場需求增長最快的 一種速凍機，其適用范圍極廣，衛(wèi)生條件更好，可有效、經(jīng)濟地凍結(jié)放置在網(wǎng)狀 帶上的各種產(chǎn)品，如各種形狀的肉魚蔬菜以及調(diào)理食品，乳制品等【l “。 1 2 2 國內(nèi)速凍設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀 我國速凍設(shè)備制造業(yè)是沿著引進、消化、吸收、研究、開發(fā)的路子走過來的。 2 0 世紀8 0 年代中期，我國食品加工行業(yè)仍處于技術(shù)手段單一、設(shè)備落后的狀況， 工人勞動強度大，冷加工產(chǎn)品檔次低【l ”。至) j 8 0 年代末期，國外先進加工、冷凍設(shè) 備大量引入中國，國內(nèi)設(shè)備制造廠認識到了差距，紛紛采取仿效、合資、引進技 術(shù)等方式，逐漸縮小了與國外先進技術(shù)的差距【1 1 】。這中間的根本變化在于：速凍 產(chǎn)品在凍結(jié)過程中質(zhì)量不斷提高；生產(chǎn)能耗由高到低；從人工操作到自動化；從 不衛(wèi)生到能夠很好地控制食品衛(wèi)生和食品安全。目前，國內(nèi)已有幾十家速凍設(shè)備 生產(chǎn)廠，生產(chǎn)十幾個品種、幾十種規(guī)格的速凍機產(chǎn)品，國外的機型國內(nèi)基本上都 有生產(chǎn)，而且有些我們自己開發(fā)、研制的新機型，其性能、成本和自動化程度， 已經(jīng)達到了國外同類產(chǎn)品的水平。如在自動化冷庫、流態(tài)化速凍裝置、真空冷凍 干燥設(shè)備，以及各種超市食品冷柜等方面，中國的水平已經(jīng)與國際同步。大部分 國內(nèi)現(xiàn)代化的食品加工企業(yè)已逐漸開始使用國產(chǎn)設(shè)備，這大大降低了投資成本， 提高了服務(wù)反應(yīng)速度，進而推動了食品加工業(yè)的再發(fā)展。國產(chǎn)速凍機目前取得國 內(nèi)市場的主要優(yōu)勢在于價格、供貨周期和售后服務(wù)等三個主要方面，如價格方面 僅為進口速凍機的五分之一至二分之一。 雖然近年來國內(nèi)速凍機生產(chǎn)廠家為適應(yīng)中國市場的需要已研制出多種形式 的速凍機，并占據(jù)了9 0 以上的市場份額，但國產(chǎn)速凍機從制造水平和設(shè)計水平 上看與國外先進技術(shù)相比還存在一定差距【1 2 1 1 9 ： ( 1 ) 我國目前的速凍設(shè)備能耗高、體積大、單機生產(chǎn)能力小，國內(nèi)一般噸 浙江大學碩士學位論文 耗電3 3 k w m 阻上，單機凍結(jié)能力2 5 噸小時以下，體積比國外同類大5 0 以上， 而國外噸耗電在1 8 - - 2 5 k w t v t 之間，生產(chǎn)能力可達1 6 噸，j 、時。 ( 2 ) 國產(chǎn)蒸發(fā)器的傳熱效率低，容霜能力差，結(jié)霜后傳熱效率下降較多， 設(shè)備跑冷多，布風不盡合理，開發(fā)潛力很大。 ( 3 ) 速凍設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)還是采用國外較早的數(shù)據(jù)，真正屬于我國的 基礎(chǔ)性理論體系與先進專利技術(shù)幾乎沒有；在結(jié)構(gòu)上雖有所進步，但仍受制于國 內(nèi)的整體配套能力；通用設(shè)備多，專業(yè)化設(shè)備少；整體性能與國外相比尚有一定 差距。 ( 4 ) 目前我國的速凍食品工藝在技術(shù)上大多以冷藏間代替凍結(jié)間，大部分 ：【：序采用人工操作。由于冷藏間制冷能力有限，凍結(jié)時間大都在幾小時以上，許 多產(chǎn)品成了“慢凍食品”，因此生產(chǎn)發(fā)展十分緩慢。 ( 5 ) 我國目前對不同預處理工藝、速凍條件控制對蔬菜品質(zhì)的影響的研究 還十分膚淺，只靠生產(chǎn)經(jīng)驗來控制產(chǎn)品的質(zhì)量，沒有量化的控制標準，造成了不 同批次、不同生產(chǎn)季節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量的差異很大。 ( 6 ) 在產(chǎn)品的材料、可靠性、自動控制、清洗系統(tǒng)以及衛(wèi)生保證等方面也 有比較大的差距。 ( 7 ) 隨著我國加入w t o ，速凍蔬菜出口的增加，大型速凍生產(chǎn)設(shè)備的市場 需求越來越大，而大型速凍設(shè)備的生產(chǎn)在我國一直是空白，目前在用的設(shè)備均從 國外進口，成本太高，因此解決大型速凍設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)難題迫在眉睫。 1 2 3 速凍設(shè)備的發(fā)展趨勢 隨著社會的發(fā)展、人們生活水平的提高以及速凍食品的出口量不斷加大，對 食品的衛(wèi)生、營養(yǎng)成分、新鮮程度、色澤風味、方便性等方面的要求也日益提高。 未來幾年速凍設(shè)備的發(fā)展趨勢將是追求完善的功能、徹底的清潔和運行的高可靠 性。完善的功能包括能量的無級調(diào)節(jié)、多品種的適應(yīng)性、合理的冷卻器結(jié)構(gòu)及冷 風循環(huán)方式、運行的經(jīng)濟性、人性化的設(shè)計：徹底的清潔是指零部件的無污染性、 庫體內(nèi)部的易清洗性、靈活設(shè)定的自動清洗功能“。 今后我國速凍設(shè)備發(fā)展的重點，應(yīng)是提高速凍設(shè)備的機電體化水平，采用 微電子技術(shù)，實現(xiàn)整機的智能控制和選擇最佳運行狀態(tài)，提高效率、降低能耗， 1 緒論 提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性和可靠性；多開發(fā)一些適合中小型企業(yè)使用的速凍設(shè)備； 提高我國蔬菜的預處理過程的機械化和自動化程度“9 】；摒棄原始的手工作坊式生 產(chǎn)方式，利用世界一流的設(shè)計、制造技術(shù)，生產(chǎn)具有世界先進水平的速凍設(shè)備， 以適應(yīng)日趨全球一體化大市場的需求 1 2 】。 1 3 蒸發(fā)器 蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)的四大部件之一，是一種伴隨著蒸發(fā)( 沸騰) 相變的熱交 換器，在制冷系統(tǒng)中的作用是對外輸出冷量。制冷劑液體通過蒸發(fā)器吸收被冷卻 介質(zhì)( 通常是水或空氣) 的熱量，并且蒸發(fā)( 沸騰) 為蒸氣【i 。j 。 1 3 1 蒸發(fā)器的型式。o 蒸發(fā)器的型式很多，可用來冷卻空氣或各種液體( 如水、鹽水等) 。根據(jù)供 液方式的不同，蒸發(fā)器可分為以下四種： 一回氣 一給液 ( a ) 廣一一一 廠一一回氣 i 子虬一繳 泵始j 卜囂羅a ( a ) 滿液式；( b ) 非滿液式；( c ) 循環(huán)式；( d ) 淋激式 圖1 蒸發(fā)器的型式 回氣 一 凍水 ( 1 ) 滿液式蒸發(fā)器，如圖l ( a ) 所示。這種蒸發(fā)器內(nèi)充滿了液態(tài)制冷劑， 這樣可使傳熱面盡量與液態(tài)制冷劑接觸，因此沸騰放熱系數(shù)較高。但是這種蒸發(fā) 器需要充入大量制冷劑，而且，如果采用的是能溶于潤滑油的制冷劑( 如氟利昂 浙江大學碩士學位論文 1 2 ) ，潤滑油難于返回壓縮機。滿液式蒸發(fā)器有臥式殼管蒸發(fā)器和水箱式蒸發(fā)器 兩種型式。 ( 2 ) 非滿液式蒸發(fā)器，如圖1 ( b ) 所示。液態(tài)制冷劑經(jīng)膨脹閥直接進入蒸 發(fā)器管內(nèi)( 最好從下部進入) ，隨著在管內(nèi)流動，不斷吸收管外被冷卻介質(zhì)的熱 量。逐漸氣化，故蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑處于氣、液共存狀態(tài)。這種蒸發(fā)器克服了滿 液式蒸發(fā)器的缺點，器內(nèi)充液量小，然而由于有較多的傳熱面與氣態(tài)制冷劑接觸， 所以其效果不及滿液式。對于使用價格較高的制冷劑( 如氟利昂) 的制冷系統(tǒng)， 如果使用滿液式蒸發(fā)器，所需投資頗大，因此最好采用非滿液式蒸發(fā)器。 非滿液式蒸發(fā)器分為干式殼管蒸發(fā)器和直接蒸發(fā)式空氣冷卻器。干式殼管蒸 發(fā)器的傳熱效果良好，為保證系統(tǒng)的正常運行，充液量只為管內(nèi)容積的4 0 左右 即可，只要管內(nèi)制冷劑的流速大于一定數(shù)值( 約4 m s ) ，就可保證潤滑油順利的 返回壓縮機。直接蒸發(fā)式空氣冷卻器多為蛇管式結(jié)構(gòu)，制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)吸熱， 空氣在管外流過而冷卻，為了增強空氣側(cè)對流換熱，冷藏庫、尤其是空氣調(diào)節(jié)設(shè) 備多采用強迫對流的直接蒸發(fā)式空氣冷卻器。 ( 3 ) 循環(huán)式蒸發(fā)器，如圖1 ( c ) 所示。這種蒸發(fā)器是靠泵使制冷劑在蒸發(fā) 器內(nèi)進行強迫循環(huán)，其循環(huán)量約為制冷劑蒸發(fā)量的4 6 倍，因此沸騰放熱系數(shù) 較高，而且潤滑油不易積存在蒸發(fā)器內(nèi)，但它的設(shè)備費較高，故多用于大型冷藏 庫。 ( 4 ) 淋激式蒸發(fā)器，如圖1 ( d ) 所示。該種蒸發(fā)器中只充灌少量制冷劑， 借助于泵將液態(tài)制冷劑噴淋在傳熱面上，這樣可以減少系統(tǒng)中制冷劑的充注量， 并且還可以消除蒸發(fā)器內(nèi)靜液高度對蒸發(fā)溫度的影響。由于它的設(shè)備費用高，故 適用于溫度很低( 或蒸發(fā)壓力很低) 、制冷劑價格較高的制冷裝置。 1 3 2 冷風機。1 冷風機又稱冷卻強制流動空氣的蒸發(fā)器，是蒸發(fā)器與風機的有機組合。由于 光管式空氣冷卻器傳熱系數(shù)很低，為加強空氣側(cè)的換熱，往往需要在管外設(shè)置翅 片以提高其傳熱系數(shù)值，但如果翅片片距設(shè)黃得較小，就會產(chǎn)生較大的流動阻力， 此時必須采取措施強制空氣以一定的流速通過翅片管簇，以便獲得較好的換熱效 果。這種蒸發(fā)器具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效果好、可以改變空氣的含濕量、應(yīng)用范圍 1 緒論 廣等優(yōu)點，多用于空氣調(diào)節(jié)裝置、大型冷藏庫、以及大型低溫環(huán)境試驗場合。 冷風機的性能好壞直接影響到整個制冷系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，而它的性能是由其 本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運動工況所決定的。圖2 是冷風機的基本結(jié)構(gòu)圖。冷風機的主 體是由翅片管組成的立方體蛇形管組，它和四周的擋板所圍成的翅片管空間為空 氣流道，在風機的強制作用下，空氣以一定速度流經(jīng)管外翅片間隙，并將熱量傳給 管內(nèi)流動的制冷劑而降溫。當空氣流速為3 s m s 時，冷風機的傳熱系數(shù)值為 1 8 3 5 w ( m 2 k ) 。從制造工藝上分析，翅片與傳熱管的緊密接觸是提高其傳熱效 果的關(guān)鍵。冷卻強制流動空氣的氨蒸發(fā)器一般采用直徑為2 5 3 8 m m 的無縫鋼管， 外繞厚度為l m m 的鋼片，片距約l o m m ，以防止空氣中的水分在低溫下凍成冰霜附 著在翅片管外表面，影響空氣流通。同樣用途的氟利昂蒸發(fā)器常采用直徑為 1 0 1 8 m m 的鋼管，外套厚度為0 1 5 0 2 m m 的鋁片( 或銅片) ，翅片間距為2 4 m m ，若 用在0 以下，片距適當加大到6 - 2 0 m m 。 l 一傳熱管；2 一翅片；3 一擋板；4 一風機；5 一集氣管；6 一分液器 a ) 蒸發(fā)器； b ) 繞片管；c ) 翅片管 圖2 冷風機的基本結(jié)構(gòu)圖 1 3 3 蒸發(fā)器的研究現(xiàn)狀 ( 1 ) 冷卻空氣式蒸發(fā)器數(shù)學模型 冷卻空氣式蒸發(fā)器數(shù)學模型有穩(wěn)態(tài)模型和動態(tài)模型兩種。穩(wěn)態(tài)模型是模擬系 浙江大學碩士學位論文 統(tǒng)穩(wěn)定工況時的情況，一般由不含時間量的代數(shù)方程組求解得到結(jié)果；動態(tài)模型 是模擬系統(tǒng)動態(tài)特性的，是由含有時間量的一組微分方程表述的，需要補充起始 條件聯(lián)立求解。 早期對蒸發(fā)器的模擬大都建立的是穩(wěn)態(tài)模型，但是這些模型都存在著一定的 缺陷：如沒有考慮質(zhì)量傳遞，不能分別計算空氣與蒸發(fā)器之間的顯熱和潛熱交換： 把制冷劑側(cè)分為兩相區(qū)和過熱區(qū)，用平均換熱系數(shù)來計算，步長取的過大，影響 計算精度，更無法考慮進風不均勻的情況等。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，后來對這 些模型不斷進行了完善，建立了考慮質(zhì)量傳遞、進風不均勻情況的步進法模型和 考慮翅片形狀參數(shù)影響的步進法模型，這些模型都在一定程度上提高了計算精 度。 文獻【2 3 】利用“微元法”建立了房間空調(diào)器用蒸發(fā)器的動態(tài)模型，并編制了 適用于微機的運行程序，利用動態(tài)模型對其瞬態(tài)響應(yīng)特性進行了模擬，通過與相 關(guān)結(jié)果進行比較，結(jié)果基本吻合，證明了模型的可靠性。文獻 2 4 1 在對蒸發(fā)器做 了幾點基本假設(shè)的基礎(chǔ)上，建立了動態(tài)分布模型，并且根據(jù)數(shù)學模型編制了仿真 程序，對k c - - 3 5 d 型窗式空調(diào)器工作過程進行模擬。通過對k c _ 一3 5 d 型窗式空 調(diào)器進行實驗得出的實驗曲線與運用程序得出的模擬曲線基本吻合，從而證明了 模型的可靠性。葛云亭等 2 5 】用分布參數(shù)的方法，建立了蒸發(fā)器動態(tài)參數(shù)數(shù)學模 型，提出了使模型方程封閉可解的界面關(guān)系及求解該動態(tài)參數(shù)數(shù)學模型所用偏微 分方程的離散方法。用此模型對空調(diào)器中的蒸發(fā)器在空調(diào)工況下，進行了穩(wěn)態(tài)工 況模型計算，得出了制冷劑側(cè)參數(shù)( 包括兩相流主要參數(shù)、空隙率、滑速比等) 、 管壁溫度及空氣側(cè)各參數(shù)沿管長及蒸發(fā)器空間結(jié)構(gòu)的變化關(guān)系。為系統(tǒng)的動態(tài)參 數(shù)模型的建立和計算、產(chǎn)品質(zhì)量驗證、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及制冷劑充灌量的準確計 算打下基礎(chǔ)。 ( 2 ) 冷卻空氣式蒸發(fā)器的換熱情況 關(guān)于冷卻空氣式蒸發(fā)器制冷劑在水平管內(nèi)沸騰換熱的研究和計算方法，學者 們作了大量工作，并取得了許多成果。這些工作主要是：在大量試驗數(shù)據(jù)的 基礎(chǔ)上，提出了一些通用性的計算公式；研究制冷劑潤滑油對沸騰換熱的影響 取得了許多成果；近年來微細內(nèi)翅片管在家用冰箱、空調(diào)器中得到了廣泛應(yīng)用， 使蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)緊湊，整機重量減輕，成本降低。學者們還認為蒸發(fā)器內(nèi)的換熱隨 1 緒論 干度增加變化十分劇烈，并將換熱區(qū)域分為濕壁區(qū)、蒸干區(qū)和過熱區(qū)，推薦采用 隨干度沿程變化的換熱公式；毛細管出口的汽液兩相流進入蒸發(fā)器，在其表面形 成液膜，沿著流動方向液膜變薄，干度增加，制冷劑的局部放熱系數(shù)逐漸增大， 最后達到一個最大值，此時干度約為8 0 ；采用分段計算換熱系數(shù)的計算方法 能夠較真實地反映各段的放熱規(guī)律，較準確地描述各換熱段換熱效率的大小，從 而使整個蒸發(fā)器的設(shè)計得到優(yōu)化。 在空氣冷卻式蒸發(fā)器中，空氣在蒸發(fā)器的管外流動，對管外空氣流動的研究 大都集中在強化空氣側(cè)的換熱方面。這些工作主要是：改進翅片的形狀；增 加管子的排列密度：對蒸發(fā)器翅片的表面處理；減少翅片與管子的接觸熱阻 等。 ( 3 ) 冷卻空氣式蒸發(fā)器的優(yōu)化設(shè)計 優(yōu)化蒸發(fā)器通常有三個準則：熱力學準則、優(yōu)化結(jié)構(gòu)準則和優(yōu)化經(jīng)濟準則。 學者們采用不同的準則和方法對蒸發(fā)器進行了優(yōu)化設(shè)計，有的使用e - - n t u 方法 進行優(yōu)化，該方法以全部費用或年償付費用最低作為目標函數(shù)，找出它與換熱器 結(jié)構(gòu)參數(shù)、所用工質(zhì)及運行工況的關(guān)系，同時找出目標函數(shù)的約束條件，然后尋 找最佳值；有的采用優(yōu)化經(jīng)濟準則來進行蒸發(fā)器經(jīng)濟性分析，它以每年總償付費 用c o s t 最低作為目標函數(shù)，以蒸發(fā)溫度作為自變量，其它參數(shù)( 如傳熱系數(shù)、進 出風溫度等) 作為給定值，從而把c o s t 視為蒸發(fā)溫度的單值函數(shù)，建立一維最優(yōu) 的蒸發(fā)器優(yōu)化模型，為蒸發(fā)器的計算機優(yōu)化設(shè)計建立了理論基礎(chǔ)并提供了方法； 1 有的以系統(tǒng)能效比最大作為優(yōu)化目標，以f = r r f i n i 為目標函數(shù)，考慮對整個 z m 換熱器容積( 制冷劑充灌量) 不產(chǎn)生改變的換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)，選用換熱器迎風面管 間距s 和翅片間距e 這兩個參數(shù)作為系統(tǒng)變量進行優(yōu)化?？傊x用這些方法對 蒸發(fā)器進行優(yōu)化后，換熱量費用比和換熱系數(shù)費用比都有一定程度的提高。 1 3 4 影響冷風機傳熱效率的因素分析 ( 1 ) 與冷庫庫溫的關(guān)系 在不同的庫溫條件下，空氣中對熱交換強度有影響的物理參量隨之變化。當 庫溫升高時，空氣的導熱系數(shù)、導溫系數(shù)、動黏度等參數(shù)隨之升高，其中導溫系 數(shù)、動黏度等參數(shù)的升高將使空氣側(cè)的放熱系數(shù)減小，導熱系數(shù)的升高將使空氣 浙江大學碩士學位論文 側(cè)的放熱系數(shù)增大，相比較而言，導熱系數(shù)的影響較大，因此，空氣溫度升高將 使空氣側(cè)放熱系數(shù)增大，這對提高冷風機的傳熱系數(shù)是有利的。 此外，工作在較高庫溫條件下的冷風機，其相應(yīng)的蒸發(fā)溫度也高。制冷劑在 沸騰放熱條件下，其物理參量隨蒸發(fā)溫度變化的綜合影響可以用制冷劑的綜合物 性來表示。綜合物性的數(shù)值是隨著蒸發(fā)溫度的升高而增大的，因此這將使沸騰放 熱強度增加，也就是使沸騰放熱系數(shù)增大j 。 由此可見，在冷庫庫溫較高條件下工作的冷風機，由于空氣側(cè)及制冷劑側(cè)的 放熱強度都比在較低庫溫條件下的要高，所以，此時冷風機的傳熱系數(shù)相應(yīng)也是 高的。 ( 2 ) 與空氣溫度和制冷劑蒸發(fā)溫度之差的關(guān)系 溫差是冷風機熱交換的動力，因此溫差大，熱交換強度強。在一定的溫差范 圍內(nèi)，傳熱系數(shù)隨著溫差的增大而提高是比較顯著的，但當溫差增大到一定程度， 傳熱系數(shù)的變化就不明顯了【3 3 。所以在提供傳熱系數(shù)值的時候也應(yīng)指出溫差的 值。 需要注意的是，冷風機翅片側(cè)的空氣溫度，可以是庫內(nèi)空氣的平均溫度，或 是冷風機進、出口處空氣的平均溫度，或是冷風機的進風溫度。究竟用哪一個值 來表示溫度差中的空氣溫度，可以根據(jù)實際需要而定。但是，采用不同的溫度差 計算得到的傳熱系數(shù)是不一一樣的。 換熱溫差的選取主要取決于所要冷卻或貯藏的對象，因為溫差越大，食品的 干耗速度越大，不可逆損失越大，不利于食品營養(yǎng)的保持。從食品冷加工原理以 及熱工原理上來看，應(yīng)盡可能縮小換熱溫差。 ( 3 ) 與冷庫空氣析濕系數(shù)的關(guān)系 如果在翅片盤管外表面因析濕而引起熱、質(zhì)交換，可用析濕系數(shù) 的形式來 考慮。析濕系數(shù)是濕空氣對流放熱和析濕、換質(zhì)時總熱量9 和顯熱量q | ) ( 的比值， 5 = p q x 。其實，綜合對流放熱系數(shù)a = t 7n t 5 + a # ，可見 增加時， 之值將增加。再有，5 增加將使空氣側(cè)熱阻力降低，從而使傳熱系數(shù)增加。 在一定溫差條件下，r 庫= 0 時，濕度增大，傳熱系數(shù)隨之有所增大。但在 r 。= 一3 0 時，濕度增大，傳熱系數(shù)卻增大不多。分析其原因，可能與5 有關(guān)， 因為根據(jù)文獻 3 5 1 提供的公式，在溫差為i o * c 的條件下，當空氣相對濕度從8 0 1 緒論 升到9 5 的情況下，當t 4 = o 時，5 增加1 0 9 ；當f 庫= 一3 0 時，f 只 增加1 5 。 ( 4 ) 與翅片管排列及結(jié)構(gòu)的關(guān)系 眾所周知，正三角形排列比正方形排列方式流動阻力大但熱交換強。根據(jù)目 前流行的風量都配得較大的情況，空氣側(cè)都是在雷諾數(shù)r e 較高的條件下進行流 動、換熱，此時空氣側(cè)放熱系數(shù)沿翅片盤管深度方向變化，由于初始擾動已很大， 放熱系數(shù)穩(wěn)定的排數(shù)將逐漸提高，有可能從第二排起就逐漸穩(wěn)定下來，后幾排盤 管所產(chǎn)生的擾動影響已屬于次要因素。美國專家通過實際測試表明，在較低溫度 下結(jié)霜較嚴重的時候，正三角形排列與正方形排列的換熱性能差別很小。 翅片節(jié)距在保證空氣的流動阻力和積灰不太嚴重的情況下應(yīng)小些，這樣可使 翅片管的傳熱面積增大。但在空調(diào)機組的設(shè)計中，對噪聲要求頗高，因此有的廠 家寧愿將翅片間距取得稍大，增大點機組尺寸，也不愿意將節(jié)距取得偏小，致使 流動阻力增高而導致噪聲超出標準。但在結(jié)霜工況下，翅片節(jié)距的選擇與蒸發(fā)溫 度及冷風機的換熱溫差( 庫溫與蒸發(fā)溫度之差) 有關(guān)，蒸發(fā)溫度越低，溫差越大， 結(jié)霜越厲害，翅片節(jié)距應(yīng)取得大一些。 在設(shè)計制造時，盡量降低接觸熱阻( 如采用翅片盤管整體鍍鋅；提高脹管技 術(shù)；增加翅片根部與管子外表面的接觸面等) ；處理好短路風問題；采用高效傳 熱管等新技術(shù)，都可以不同程度提高傳熱性能。 ( 5 ) 與制冷劑供液方式的關(guān)系 直接膨脹供液、重力供液、液泵強制循環(huán)供液等方式不同，冷風機的傳熱系 數(shù)也不同。在其它條件相同時，采用氨泵強制循環(huán)供液方式，蒸發(fā)器的傳熱系數(shù) 要高一些。研究表明：某一時刻蒸發(fā)器內(nèi)的液態(tài)制冷劑量越多，入口處制冷劑流 率變化對出口處制冷劑過熱變化量的影響越小。 ( 6 ) 與結(jié)霜的關(guān)系 當冷風機在o 。c 及其以下條件工作，翅片盤管外表面溫度等于或低于濕空氣 的露點溫度時，濕空氣在其表面強制流動放熱時將伴隨發(fā)生濕空氣中的水蒸氣在 其外表面凝結(jié)成冰霜的析濕、換質(zhì)過程，這對傳熱系數(shù)影響較大。由于形成的霜 積聚在翅片盤管的外表面上，霜層不斷生長增厚，密度不斷增大，霜層外表面的 溫度不斷提高，這是一種不穩(wěn)定的熱、濕交換過程。其次，霜是由冰晶構(gòu)成的多 浙江大學碩士學位論文 孔性物質(zhì)，水蒸氣可以通過霜層本身擴散、滲透直至翅片及管外壁，因而，結(jié)霜 過程不僅在霜層表面進行，還同時在霜層內(nèi)部進行。霜的密度和導熱系數(shù)在結(jié)霜 過程中不斷變化，霜的形成過程可以分為兩個階段：第一階段是不穩(wěn)定階段，其 對流放熱系數(shù)、管子表面溫度、霜層的溫度等參數(shù)隨時間迅速變化；第二階段是 準穩(wěn)定狀態(tài)階段，以上各參數(shù)大致保持不變，工況趨于穩(wěn)定。 文獻 3 8 推導出結(jié)霜工況下翅片溫度分布、翅片傳熱量和翅片效率的公式。 當空氣溫度和霜層厚度一定時，翅片溫度的變化隨相對濕度的增大而增大；相對 濕度一定時，霜層越厚，翅片溫度的變化所受的影響越小。翅片效率與霜層厚度 有關(guān)，與相對濕度無關(guān)，霜層越厚，翅片效率越高，但霜層越厚，制冷量越小。 ( 7 ) 與冷凍負荷的關(guān)系 冷凍負荷由以下四個部分組成：圍護結(jié)構(gòu)滲入熱：指因冷問內(nèi)外溫差( 包 括太陽輻射引起的過余溫度) 通過圍護結(jié)構(gòu)所傳遞的熱量；貨物熱：指貨物 ( 食品) 在冷卻或凍結(jié)過程中放出的熱量，或者貨物在冷加工過程中放出的熱量； 換氣熱：指由于通風或開門，外界空氣進入冷間而帶進的熱量；操作熱： 指由于冷間內(nèi)人員操作、各種設(shè)備發(fā)熱工作而產(chǎn)生的熱量【9 】。 冷風機內(nèi)制冷劑的吸熱是一種具有相態(tài)變化的沸騰放熱現(xiàn)象，沸騰放熱的強 度是與熱負荷成正比的。當冷凍負荷增大時，要求溫度相應(yīng)地增大，才可能建立 熱平衡，此時反映傳熱強度的傳熱系數(shù)也會相應(yīng)有所增大。 研究表明“：如果蒸發(fā)器制冷量選得比要求低，制冷劑蒸發(fā)溫度與庫溫之差 就會比預定值高，預定的制冷量不能獲得，系統(tǒng)的運行時間加長，蒸發(fā)溫度和蒸 發(fā)壓力降低，蒸發(fā)器表面出現(xiàn)嚴重的結(jié)霜現(xiàn)象，蒸發(fā)過程不能完成，這會給壓縮 機帶來損傷以及更多的能量消耗。相反，如果蒸發(fā)器制冷量選得比要求高，制冷 劑蒸發(fā)溫度與庫溫之差就會比預定值低，預定的制冷量不能獲得，經(jīng)濟損耗也會 加大。 ( 8 ) 與蒸發(fā)器內(nèi)空氣流動不均勻的關(guān)系“” 對單個回路來說，空氣流動不均勻所引起的性能降低是很小的。而對于多回 路蒸發(fā)器而言，個別處在空氣流動不良條件下的回路( 如：處于蒸發(fā)器邊緣的回 路) 的性能降低，會對其它處在良好流動條件下的回路產(chǎn)生影響，從而使蒸發(fā)器 的整體性能下降。 i 緒論 如果任何一個處在低空氣速率下的回路具有多個通道，那么它的性能會得到 改善，空氣速率相對較高且具有1 6 個通道的回路的效率，可能低于空氣速率較低 且具有2 0 個通道的回路的效率。 文獻 4 2 1 指出，由空氣流動的不均勻性引起的蒸發(fā)器回路的不平衡載荷會導 致制冷劑的分布不均勻，而制冷劑質(zhì)量流率的減少會引起每個回路的容量損失， 對于a i r e d a l e 空調(diào)公司生產(chǎn)的e h 4 5 型組裝空調(diào)單元，該損失大約會達到0 8 6 k w ， 對于整個蒸發(fā)器，總的損失為5 1 6 k w ，傳熱系數(shù)損失為3 5 。 空氣的不均勻性對存在兩相流的系統(tǒng)具有顯著作用，它會使某些同路中用于 使制冷劑蒸氣過熱的管子的面積增加，從而使傳遞給制冷劑的熱量連續(xù)降低。 1 4 蒸氣壓縮式制冷循環(huán)田3 1 4 1 制冷劑的1 9 0 h 圖 制冷劑的l g p h 圖是用來分析和計算壓縮式理論制冷循環(huán)的最廣泛的狀態(tài)參 數(shù)圖之一( 圖3 ) 。該圖以制冷劑的焓值( h ) 作為橫坐標，絕對壓力( p ) 為縱 坐標，為了縮小畫面，縱坐標壓力采用l g p 分格，但從圖上讀得的數(shù)值仍為絕對 壓力值，而不是壓力的對數(shù)值。圖中的c 點為制冷劑的臨界點，c 點左側(cè)的粗實 線為各個壓力下的飽和液體線，該線上任何點的干度x = 0 ( 即全部為液體) 。c 點右側(cè)粗實線為干飽和蒸氣線，該線上任何點的干度x = 1 ( 即全部為蒸氣) 。這 兩條飽和線將圖面分為三個區(qū)域：飽和液體線的左側(cè)為過冷液體區(qū)( 液體溫度低 于同壓力下的飽和溫度) ；干飽和蒸氣線的右側(cè)為過熱蒸氣區(qū)( 蒸氣溫度高于同 壓力下的飽和溫度) ；兩條飽和線之間為濕蒸氣區(qū)，制冷劑在濕蒸氣區(qū)內(nèi)處于氣 液兩相混合狀態(tài)，它的溫度等于所處壓力狀態(tài)下的飽和溫度，各點的x 值反映了 濕蒸氣在該狀態(tài)下蒸氣含量的百分比。這樣，制冷劑在某一壓力下可能出現(xiàn)五種 狀態(tài)：即過冷液體、飽和液體、濕蒸氣、干飽和蒸氣和過熱蒸氣。制冷劑的五種 狀態(tài)在壓縮式制冷循環(huán)中均會出現(xiàn)。 浙江大學碩士學位論文 圖3 制冷劑的l g p _ h 圖 l g p h 圖上還繪制了六種等狀態(tài)線簇，即等壓( p ) 、等焓( h ) 、等溫( t ) 、 等容( v ) 、等熵( s ) 和等干度線x 線( 圖1 ) ，線簇的詳細分布和具體數(shù)值可 參閱各制冷劑的l g p h 圖。制冷劑在循環(huán)過程中所處的狀態(tài)在圖中均可以找到其 狀態(tài)點，狀態(tài)點是根據(jù)制冷劑的狀態(tài)參數(shù)確定的。當制冷劑在過冷、濕蒸氣和過 熱狀態(tài)時，均要求知道兩個狀態(tài)參數(shù)才能確定狀態(tài)點。當處于飽和液體或飽和蒸 氣狀態(tài)時，僅需知道一個狀態(tài)參數(shù)便能確定狀態(tài)點。 1 4 2 單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán) 單級壓縮制冷機是指將制冷劑經(jīng)過一級壓縮從蒸發(fā)壓力壓縮到冷凝壓力的 制冷機?？照{(diào)器和電冰箱以及中央空調(diào)用的冷水機組大都采用單級制冷機。單級 制冷機一般可用來制取一4 0 以上的低溫。圖4 為一臺單級壓縮蒸氣制冷機的流 程圖。它由壓縮機、冷凝器、節(jié)流機構(gòu)和蒸發(fā)器等四個基本設(shè)備組成。 單級壓縮制冷機的制冷過程是這樣的：壓縮機將蒸發(fā)器中的制冷劑蒸氣吸 入，并將其壓縮到冷凝壓力，然后排至冷凝器；冷凝器將制冷劑蒸氣冷卻并冷 凝成液體；制冷劑液體流過節(jié)流機構(gòu)時，壓力由冷凝壓力降低到蒸發(fā)壓力，一 部分液體轉(zhuǎn)化為蒸氣；其中的制冷劑液體在蒸發(fā)器中蒸發(fā)成蒸氣，吸收被冷卻 1 緒論 物體的熱量。制冷劑蒸氣重新被壓縮機吸入，并被壓縮，從而完成一個循環(huán)。 圖4 單級壓縮蒸氣制冷機的流程圖 ( 1 ) 理論循環(huán) 理論循環(huán)忽略了制冷機在實際運轉(zhuǎn)中的一些復雜因素，將循環(huán)加