JG•冷熱泵循環(huán)演示裝置 JGKY-745
一、實驗目的
1. 演示制冷（熱泵）循環(huán)系統(tǒng)的工作原理，觀察制冷工質(zhì)的蒸發(fā)、冷凝過程和現(xiàn)象；
2. 熟悉制冷（熱泵）循環(huán)系統(tǒng)的操作和調(diào)節(jié)方法；
3. 進行制冷（熱泵）循環(huán)系統(tǒng)初步的熱力計算。
二、制冷（熱泵）循環(huán)的基本原理
2.1 制冷（熱泵）循環(huán)的基本概念
制冷（熱泵）循環(huán)是一種逆向循環(huán)，其目的在于將低溫物體（熱源）的熱量轉(zhuǎn)移到高溫物體（熱源）中去。根據(jù) Clausius 關于熱力學第二定律的敘述，要實現(xiàn)熱量由低溫物體向高溫物體的遷移，外界必須向系統(tǒng)提供機械能或者熱能。
制冷循環(huán)與熱泵循環(huán)從原理上講是完全相同的，區(qū)別在于工程應用中側(cè)重點不同。制冷循環(huán)的主要目的是從低溫物體（熱源）取走熱量，以維持低溫；而熱泵循環(huán)的主要目的是不斷向高溫物體（熱源）輸送熱量，以維持高溫。因此工程實際中制冷機和熱泵在設計和制造上有一定區(qū)別。
2.2 制冷（熱泵）循環(huán)的經(jīng)濟性指標
(2-1)
上式中 Q II 表示從低溫熱源帶走的熱量， Q I 表示向高溫熱源釋放的熱量， W 代表外界對系統(tǒng)所做的功或者提供的熱。
2.3 蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的基本原理 蒸汽壓縮式制冷是各種制冷方式中應用范圍最廣的制冷方式。本演示實驗也是根據(jù)蒸汽壓縮式制冷的原理設計的。
圖 2 所示為蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的設備示意圖和 T-s 圖。主要設備包括壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器。具體的循環(huán)過程的描述是：工質(zhì)從蒸發(fā)器流出時為干飽和蒸汽（狀態(tài) 1 ）；進入壓縮機進行可逆絕熱壓縮過程（過程 1 — 2 ），工質(zhì)升壓升溫至過熱蒸汽（狀態(tài) 2 ）；過熱蒸汽進入冷凝器，實現(xiàn)可逆定壓放熱過程（過程 2 － 3 － 4 ），至飽和液態(tài)（狀態(tài) 4 ）；飽和液經(jīng)過膨脹閥作不可逆絕熱節(jié)流過程（過程 4－5 ），降壓降溫至狀態(tài) 5 ；低溫液體進入蒸發(fā)器實現(xiàn)可逆定壓蒸發(fā)過程（過程 5 － 1 ），達到飽和氣態(tài)（狀態(tài) 1 ）。這樣完成了一個循環(huán)。其中過程 5 － 1 從低溫熱源帶走熱量，過程 2 － 3 － 4 向高溫熱源放出熱量。
三、實驗裝置及操作步驟
3.1 實驗裝置
本實驗裝置由全封閉式壓縮機、換熱器 1 、換熱器 2 、浮子式節(jié)流閥、四通換向閥以及管路組成制冷（熱泵）循環(huán)系統(tǒng)；由流量計以及換熱器內(nèi)盤管組成水系統(tǒng)；同時設有溫度、壓力、電流、電壓等測量儀表，用于測量工質(zhì)溫度以及對系統(tǒng)實現(xiàn)控制。裝置示意圖如圖 3 所示，當系統(tǒng)做制冷循環(huán)時，換熱器 1 做蒸發(fā)器，換熱器 2 做冷凝器；熱泵循環(huán)時換熱器 1 做冷凝器，換熱器 2 做蒸發(fā)器。系統(tǒng)使用低壓工質(zhì) R11 做制冷劑。
3.2 操作步驟
一 . 制冷循環(huán)演示：
1. 開F1、F2，關F3、F4 ，系統(tǒng)為“ 制冷 ” 狀態(tài)；
2. 打開連接演示裝置的供水閥門，利用浮子流量計閥門適當調(diào)節(jié)蒸發(fā)器、冷凝器水流量；
3. 開啟制冷壓縮機，觀察工質(zhì)冷凝、蒸發(fā)過程及其現(xiàn)象；
4. 待系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，即可記錄壓縮機輸入電流、電壓、冷凝壓力、蒸發(fā)壓力、冷凝器和蒸發(fā)器的進、出口溫度以及水流量等參數(shù)。
二 . 熱泵循環(huán)演示：
1. 開F3、F4，關F1、F2 ，系統(tǒng)為 “ 熱泵 ” 狀態(tài)；
2. 類似上述 2 、 3 、 4 步驟進行操作和記錄。
四、制冷（熱泵）循環(huán)系統(tǒng)的熱力計算
數(shù)據(jù)準備：
1. 通過演示實驗臺可以直接觀測記錄的數(shù)據(jù)是：
換熱器 1 的進口水溫 t 1 [ ℃ ] 、出口水溫 t 2 [ ℃ ] 、水流量 G 1 [kg/s] ；
換熱器 2 的進口水溫 t 3 [ ℃ ] 、出口水溫 t 4 [ ℃ ] 、水流量 G 2 [kg/s] ；
換熱器 1 內(nèi)制冷劑工質(zhì)壓力 p 1 ；
換熱器 2 內(nèi)制冷工質(zhì)壓力 p 2 ；
2. 計算所需要的物性參數(shù)和常數(shù)：
水的定壓比熱 c p ＝ 4.1868kJ/kg · K ；
換熱器的熱損失系數(shù) φ＝ 0.1kW/ ℃；
電機效率 η＝ 98% ；
R11 在蒸發(fā)壓力下對應的飽和溫度 t e [ ℃ ] ；
R11 在冷凝壓力下對應的飽和溫度 t c [ ℃ ] ；（ t e 和 t c 需查 R11 熱力性質(zhì)表表）
• 當系統(tǒng)作制冷循環(huán)時
• 當系統(tǒng)作熱泵循環(huán)時
分析討論：
1. 分析實驗結(jié)果，指出影響各參數(shù)測定精度的因素；
2. 指出本系統(tǒng)運行參數(shù)的調(diào)節(jié)手段是什么。
五、實驗注意事項
1. 為確保安全，切忌冷凝器不通水或無人看管情況下長時間運行；
2. 實驗結(jié)束后，首先關閉壓縮機，過一分鐘后再關閉供水閥門；
3. 控制工質(zhì)壓力，不能超過 0.2Mpa 。
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