《建筑用制冷技术》 实验教学讲义 大连理工大学土木水利实验教学中心 建筑环境与设备工程实验室 2011年10月
《建筑用制冷技术》 实验教学讲义 大连理工大学土木水利实验教学中心 建筑环境与设备工程实验室 2011 年 10 月
一.单级蒸汽压缩式制冷性能实验 (一)实验目的 1)观察运行工况下的蒸汽压缩式制冷循环，了解系统主要部件的工作特点」 2)掌握制冷系统循环过程以及制冷剂在循环过程中的状态变化。 3)测定制冷系统工作时的制冷量、放热量以及压缩机的轴功率，并计算该压缩机的制冷 系数、制热系数。 (二)实验原理 该实验系统是典型的蒸汽压缩式制冷循环，系统的示意图如下： 冷凝器 落发 浮球节流 图1蒸汽压缩式制冷循环系统示意图 本装置采用的制冷压缩机是冰箱用的全封闭式制冷压缩机。所演示的制冷过程是采用 液体气化制冷中的蒸汽压缩式制冷。其工作原理是使制冷剂在压缩机、冷凝器、膨张阀和蕊 发器等热力设备中进行压缩、放热、节流和吸热四个主要热力过程，以完成制冷循环。 冷凝器与蒸发器外有防燥罩，内有盘管。盘管内通自来水，向冷凝器提供冷却水，使气 态制冷剂变成液态：向蒸发器提供热水，使制冷剂在蒸发器内吸热而汽化蒸发。实验过程中 冷凝器中制冷剂不断增加，当达到一定液位时，没入其中的浮子在浮力的作用下浮起，将阀 门打开，使制冷剂返回到蒸发器中，随从而使制冷剂在本装置中自动循环。 1)压缩机制冷量 为了便于观察制冷剂的工作变化状态，循环装置中的冷凝器和蒸发器外壳均由玻璃制成 这样表面和周围空气环境就有传热存在：此外压缩机表面也有散热损失，这些由制冷设备与 周围环境空气之间的传热量在计算中应予以考虑（管路部分由于保温，散热量忽略不计）。 经事先标定，冷凝器、蒸发器及压缩机与空气环境的传热量为： 蒸发器：4=0.8(a-e)x103kW 冷凝器：ge=-0.8(。-1)×103kW 压缩机：一20×103kW
1 一. 单级蒸汽压缩式制冷性能实验 （一）实验目的 1) 观察运行工况下的蒸汽压缩式制冷循环，了解系统主要部件的工作特点。 2) 掌握制冷系统循环过程以及制冷剂在循环过程中的状态变化。 3) 测定制冷系统工作时的制冷量、放热量以及压缩机的轴功率，并计算该压缩机的制冷 系数、制热系数。 （二）实验原理 该实验系统是典型的蒸汽压缩式制冷循环，系统的示意图如下： 测温电阻 压力表 冷凝器 转子流量计 压缩机 测温电阻 测温电阻 转子流量计 加热器 压力表 蒸发器 调节阀门 浮球节流阀 图 1 蒸汽压缩式制冷循环系统示意图 本装置采用的制冷压缩机是冰箱用的全封闭式制冷压缩机。所演示的制冷过程是采用 液体气化制冷中的蒸汽压缩式制冷。其工作原理是使制冷剂在压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸 发器等热力设备中进行压缩、放热、节流和吸热四个主要热力过程，以完成制冷循环。 冷凝器与蒸发器外有防爆罩，内有盘管。盘管内通自来水，向冷凝器提供冷却水，使气 态制冷剂变成液态；向蒸发器提供热水，使制冷剂在蒸发器内吸热而汽化蒸发。实验过程中 冷凝器中制冷剂不断增加，当达到一定液位时，没入其中的浮子在浮力的作用下浮起，将阀 门打开，使制冷剂返回到蒸发器中，随从而使制冷剂在本装置中自动循环。 1) 压缩机制冷量 为了便于观察制冷剂的工作变化状态，循环装置中的冷凝器和蒸发器外壳均由玻璃制成， 这样表面和周围空气环境就有传热存在；此外压缩机表面也有散热损失，这些由制冷设备与 周围环境空气之间的传热量在计算中应予以考虑（管路部分由于保温，散热量忽略不计）。 经事先标定，冷凝器、蒸发器及压缩机与空气环境的传热量为： 蒸发器：qe＝0.8(ta－te)×10-3 kW 冷凝器：qc＝－0.8(ta－tc)×10-3 kW 压缩机：－20×10-3 kW
式中一实验环境空气温度，℃ 一制冷蒸发温度，℃： e -制冷冷凝温度，℃： 式中负号表示设备放热。蒸发器盘管吸热量，即不包括Q的冷凝器放热量为： Q.=meCp(n-B)kW 冷凝器盘管放热量，即不包括Qc的冷凝器放热量为： Oe=mcc(t3一i4)kW 蒸发器制冷量，即在蒸发器侧制冷剂的吸热量为： Qi=Q:+qc kW 冷凝器制冷量，即在蒸发器侧制冷剂的放热量为： O=0.+qckW 式中：me,m -冷冻水、冷却水流量，kgs ,—冷冻水进出口温度，℃： ⅓，4—冷却水进出口温度，℃： G—水的定压比热，G=4.18Jkg。 2》压缩机轴功率 压缩机轴功率一部分直接用于压缩气体，另一部分用于克服摩擦阻力而发热，轴功率为： N=IxVkW 式中：一电流表读数 一一电压表读数 3)压缩机制冷系数、制热系数 制冷系数6=QN: 制热系数点=ON (三)实验步骤 1)启动压缩机前应首先打开冷却水，否则不可开机。回液阀放在自动位置上 2)运行初始蒸发压力为负压，冷凝压力大于0Ma均属正常。注意冷凝器内的压力最大 不可超过0,2Ma。冷凝器的压力可以通过调节冷凝器的冷却水流量来控制，如果调节 水量都不能起到作用，可判断系统己渗入空气。 3)水温过低时，蒸发器内制冷剂的蒸发效果不明显。可将加热器开关阀打开，以提高蒸 发器的进水温度。 4)待系统稳定后，进行实验测定。测定环境温度蒸发温度、冷凝温度。、冷冻水进 出口温度1和2、冷却水进出口温度和4。每10分钟取一组数据，连续3次。 5)观察各部件的工作过程： (1)冷凝器中气态制冷剂被冷却沿着冷却盘管呈滴状流下。 (2)在蒸发器中，液态制冷剂吸收加热盘管中的热量而沸腾汽化的过程 2
2 式中 ta ——实验环境空气温度，℃； te ——制冷蒸发温度，℃； tc ——制冷冷凝温度，℃； 式中负号表示设备放热。蒸发器盘管吸热量，即不包括 Qe的冷凝器放热量为： Qe＝mecp(t1－t2) kW 冷凝器盘管放热量，即不包括 Qc 的冷凝器放热量为： Qc＝mccp(t3－t4) kW 蒸发器制冷量，即在蒸发器侧制冷剂的吸热量为： Q1＝Qe＋qe kW 冷凝器制冷量，即在蒸发器侧制冷剂的放热量为： Q2＝Qc＋qckW 式中：me，mc——冷冻水、冷却水流量，kg/s； t1，t2——冷冻水进出口温度，℃； t3，t4——冷却水进出口温度，℃； cp——水的定压比热，cp＝4.18kJ/kg。 2) 压缩机轴功率 压缩机轴功率一部分直接用于压缩气体，另一部分用于克服摩擦阻力而发热，轴功率为： N＝I×V kW 式中：I——电流表读数 V——电压表读数 3) 压缩机制冷系数、制热系数 制冷系数 ξ1＝Q1/N； 制热系数 ξ2＝Q2/N； （三）实验步骤 1) 启动压缩机前应首先打开冷却水，否则不可开机。回液阀放在自动位置上。 2) 运行初始蒸发压力为负压，冷凝压力大于 0Mpa 均属正常。注意冷凝器内的压力最大 不可超过 0.2Mpa。冷凝器的压力可以通过调节冷凝器的冷却水流量来控制，如果调节 水量都不能起到作用，可判断系统已渗入空气。 3) 水温过低时，蒸发器内制冷剂的蒸发效果不明显。可将加热器开关阀打开，以提高蒸 发器的进水温度。 4) 待系统稳定后，进行实验测定。测定环境温度 ta、蒸发温度 te、冷凝温度 tc、冷冻水进 出口温度 t1 和 t2、冷却水进出口温度 t3 和 t4。每 10 分钟取一组数据，连续 3 次。 5) 观察各部件的工作过程： (1) 冷凝器中气态制冷剂被冷却沿着冷却盘管呈滴状流下。 (2) 在蒸发器中，液态制冷剂吸收加热盘管中的热量而沸腾汽化的过程
(3)压缩机活塞的压缩过程。 6)测量完毕，先关闭制冷压缩机，过5分钟再关闭供水阀门。 (四)实验数据记录及整理 1)空气环境温度= 2)蒸发器热量计算 编蒸发压力蒸发温度 冷冻水温度 O. 0 制冷量平均制冷量 讲口 出口 P.(pa) te (C) u(C) t(C) (kW) (kw) Q:(kW) kW 2 3)冷凝器热量计算 冷却水温度 冷凝压力 冷凝温度 02 制冷量 平均制冷量 号 Pe(pa) (c) 进口出口 (kw) (kw) 4(C) Q2(kW kW t(C) 3 4)电机轴功率 编号电流I(A) 电压V(V)电功率N(kW) 平均电功率kW 5)制冷系数、制热系数计算 句)绘制出典型的蒸汽压缩式制冷循环氟利昂流程图(PV图或下s图)，并结合观察到的 氟利昂的状态变化描述整个循环过程
3 (3) 压缩机活塞的压缩过程。 6) 测量完毕，先关闭制冷压缩机，过 5 分钟再关闭供水阀门。 （四）实验数据记录及整理 1) 空气环境温度 ta＝ ℃ 2) 蒸发器热量计算： 编 号 蒸发压力 Pe（pa） 蒸发温度 te （℃） 冷冻水温度 Qe (kW) Qe (kW) 制冷量 Q1(kW) 平均制冷量 kW 进口 t1(℃) 出口 t2(℃) 1 2 3) 冷凝器热量计算 编 号 冷凝压力 Pc（pa） 冷凝温度 tc （℃） 冷却水温度 Qc (kW) Qc (kW) 制冷量 Q2(kW) 平均制冷量 kW 进口 t4(℃) 出口 t3(℃) 1 2 3 4) 电机轴功率 编号 电流 I(A) 电压 V（V） 电功率 N（kW） 平均电功率 kW 1 2 3 5) 制冷系数、制热系数计算 6) 绘制出典型的蒸汽压缩式制冷循环氟利昂流程图（P-V 图或 T-s 图），并结合观察到的 氟利昂的状态变化描述整个循环过程
二.蒸发器热力性能实验 (一)实验目的 1)了解蒸发换热实验原理与蒸发换热实验装置的结构： 2)掌握蒸发换热实验装置的操作方法与实验数据处理方法： 3)通过实验得出被测工质在不同换热表面上的换热系数。 (二)实验原理 实验原理依据能量守恒原理和在能量守恒原理基础上建立的热传导系数基本方程。基于 能量守恒方程，管外工质与管壁的蒸发换热量等于高温水与管噬的对流换热量。即： Q=KAAI=m CouAIw mw-pwVw (2) AdL (3) 式中，Q为水侧换热量，W:m为通过换热管水的质量流量，kgs:p为水的密度， kgm:,为通过换热管水的体积流量，ms:Cw为水的定压比热，JkgC):△，为水侧 进出口温差，℃。K为传热系数，W(m2.C):△m为对数平均温差，C:A,为管外侧换热 面积，m2:d为换热管外径，m:L为换热管长度，m。 (1)(2)(3)三式可导出传热系数的计算表达式如下 K=p'C△L(πd.LAm) (4) 式中 △1=1n-。 (5) (6 L4.-。」 式中6为热水出口温度，℃：为热水进口温度，℃：为工质液体饱和温度，℃： 将(5)、(6)代入(4)中整理可得到传热系数的计算表达式如下 K=PV-C) πd。L I-1 根据热传导过程中的能量守恒关系可以列出总热传热系数（以管外径为基准）基本方程为 11d1 (8) 由式(8)可得换热管蒸发换热系数的计算表达式如下 A=安是-R是风-民r (9 ,为管内水流动对流换热系数 A=sTc子Rep(收" (10) 4
4 二. 蒸发器热力性能实验 （一）实验目的 1) 了解蒸发换热实验原理与蒸发换热实验装置的结构； 2) 掌握蒸发换热实验装置的操作方法与实验数据处理方法； 3) 通过实验得出被测工质在不同换热表面上的换热系数。 （二）实验原理 实验原理依据能量守恒原理和在能量守恒原理基础上建立的热传导系数基本方程。基于 能量守恒方程，管外工质与管壁的蒸发换热量等于高温水与管壁的对流换热量。即： Q KA t m C t = = o m w p.w w (1) mw=ρwVw (2) Ao=πdoL (3) 式中，Q 为水侧换热量，W；mw 为通过换热管水的质量流量，kg/s；ρw 为水的密度， kg/m3；Vw 为通过换热管水的体积流量，m3 /s；Cp,w 为水的定压比热，J/(kg·℃)；△tw 为水侧 进出口温差，℃。K 为传热系数，W/(m2·℃)；△tm 为对数平均温差，℃； Ao 为管外侧换热 面积，m2 ；do 为换热管外径，m；L 为换热管长度，m。 由(1) (2) (3)三式可导出传热系数的计算表达式如下 w w p,w w o m K V C t d L t = /( ) (4) 式中 w in o = − t t t (5) 1 e in m w e o ln( ) t t t t t t − − = − (6) 式中 to 为热水出口温度，℃；tin 为热水进口温度，℃；te为工质液体饱和温度，℃； 将(5)、(6)代入(4)中整理可得到传热系数的计算表达式如下 w w p,w e in o e o ln( ) V C t t K d L t t − = − (7) 根据热传导过程中的能量守恒关系可以列出总热传热系数(以管外径为基准)基本方程为 o o tw fi fo o i i i 1 1 1 d d R R R K h d h d = + + + + (8) 由式(8)可得换热管蒸发换热系数 ho 的计算表达式如下 o o 1 o tw fi fo i i i 1 1 ( ) d d h R R R K h d d − = − − − − (9) hi 为管内水流动对流换热系数 w 0.8 1/3 0.14 m i w w i w h STC Re Pr ( ) d = (10)