《制冷技术与原理》――第2章单级蒸汽压缩式制冷循环.

1、第2章单级蒸宅屈缩制冷循环2.1单级压缩制冷的理论循环2.2单级压缩制冷的实际循环2.3工况与性能2.1单级蒸气压缩制冷的理论循环2. 1. 1系统与诟环2. 1. 2压焙2. 1.3制冷册环过程在压焙 2. 1. 4 单级蒸化压缩式制冷理论UT 环的热力计养制冷剂液体在低压（低温）下蒸发, 成为低压蒸气*高压液体降低压力重新变为低压液体,返回到从而完成循环。压缩机:压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发擁冷凝器中高压，是整个冷凝器:输出热量的设备，将制冷剂在蒸发 器中吸收的热量和压缩机消耗功所 转化的热量排放给冷却介质。节流阀:对制冷剂起节流降压作用，并调节进入蒸发器的制冷剂流量。蒸发器:输出冷量的

2、设备，制冷剂在蒸发器 中吸收被冷却对象的热量，从而达到制冷的目的。2.1.2压恰图和温炳图压熔图等压线水平线;等焙线垂直线;等温线液体区几乎为垂直线。两相区内，因制 冷剂状态的变化是在等压.等温下进行，故等温线 与等压线重合，是水平线。过热蒸气区为向右下方 弯曲的倾斜线； 等爛线向右上方倾斜的实线;等容线向右上方倾斜的虚线，比等墻线平坦;等干度线只存在于湿蒸气区域内，其方向大致与饱 和液体线或饱和蒸气线相近，视干度大小而定。温爛图等温线水平线；等爛线-一-垂直线；等压线两相区内是水平线；过热蒸气区 为向右上方弯曲的倾斜线；过冷区可用饱和 线代替。等焙线过热区和两相区内为向右下方倾 斜的实线；过

3、冷液体区可近似用同温度下的饱和液体的恰值代替;等容线-向右上方倾斜的虚线;等干度线一一只存在于湿蒸气区域内，其方向 大致与饱和液体线或饱和蒸气线相近，视干度 大小而定。2. 1. 3 制H环过程在压焙E上的表示Qt t t嫖发器庄冷节蒸 二 JD单级蒸气压缩 式制冷系统图理论循环在Ph图上的表示制冷糸堤国A&端机；B -冷'决C_节5理论循环在Ts图上的表示单级理论循环是建立在以下一些假设的基础上的:（1）压缩过程为等爛过程，即在压缩过程 中不存在任何不可逆损失IIIIII（2）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂的冷凝 温度等于冷却介质的温度，蒸发温度等于被 冷却介质的温度，且冷凝温度

4、和蒸发温度都 是定值（3）离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸 气为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷凝器和进 入膨胀阀的液体为冷凝压力下的饱和液体（4）制冷剂在管道内流动时，没有流动阻力损失，忽略动能变化，除了蒸发器和冷凝器 内的管子外，制冷剂与管外介质之间没有热交 亠»=|（5）制冷剂在流过节流装置时，流速变化 很小，可以忽略不计，且与外界环境没有热交理论循环在ph图和Ts图上的表示压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器都可以单 独作为一个控制体进行分析。wh + A/z按照热力学第一定律，对于在控制容积中进行 的状态变化存在如下关系：q = A/z w(2-1)这里，把自外界传入的功作为负值。(

5、1) 压缩过程：q = 0w = h hx(2-2)(2) 冷凝过程： W = °办=後一力4(2-3)(3) 节流过程：VV = O,Q = O力4 =力5(2-4)(4) 蒸发过程：W = 0q()= hxh5 = hxh4 ( 2-5)为了说明单级压缩蒸气制冷机理论循环 的性能，采用下列一些性能指标。（1）单位制冷量单位制冷量可按式（2-5）计算。单位制冷量也可以表示成汽化潜热枷节流后的干度尤的关系：% （1 一 乞）（2 6）由式（2-6）可知，制冷剂的汽化潜热越 大，或节流所形成的蒸气越少（禺越小）则单 位制冷量就越大。（2）单位容积制;令量qvGo力4么= （2-7）V1

6、V1（3）理论比功%对于单级蒸气压缩制冷机的理论循环来 说，理论比功可表示为叫） hx（2-8）单级压缩蒸气制冷机的理论比功也是随 制冷剂的种类和制冷机循环的工作温度而变 的。（4）单位冷凝热Qk单位（1kg）制冷剂蒸气在冷凝器中 放出的热量，称为单位冷凝热。单位冷凝 热包括显热和潜热两部分你=（包-人） + （%-力4）= %-力4（2 9）比较式（2-5）、（2-8）和（2-9）可以看出，对于单级压缩式蒸气制冷机理论循环，存在着下列关系(2-10)(5)制冷系数勺对于单级压缩蒸气制冷机理论循环,制冷系数为_ h、 h4h2 一 h(2-11)在蒸发温度和冷凝温度相同的条件下:制冷系数愈大仙

7、 A经济性愈好(6)压缩终温t2影响到制冷剂的分解和润滑油结炭。(7)热力完善度 单级压缩蒸气制冷机理论循环的热力完善度按定义可表示为=n bi im“ _ £o_ = “I _ “4= h、-%sc“2 -力I 三 _ 码一 TqT0 (2-12)这里£ c为在蒸发温度()和冷 凝温度(7p之间工作的逆卡诺循环的 制冷系数。热力完善度愈大，说明该循 环接近可逆循环的程度愈大。2.2单级蒸气压缩式制冷的实际循环 2. 21液体过冷对循环性能的影响 2. 2. 2 2. 2. 3 2. 2. 4蒸气过热对循环性能的影响 气-液热交换器对循环性能的影响 不凝性气体的存在对循环性

8、能的影响 单级压缩实际制冷循环的热力计算的上进制> 机用改级冷 冷实些单过在一在体环2. 2. 52.2.1液体过冷对循环性能的影响将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝 温度的状态，称为过冷。带有过冷的循环，叫做过冷循环。釆用液体过冷对提高制冷量和制冷系数都是有利的过冷循环在p-h图和Ts图上的表示(2-13)(2-14)(6)压缩终温t2匚二 不变(2-15)(1)单位制冷量q° 增加 q0=h-h，5=(人力5)+(方5尼)(2)单位容积制冷量qv增加，lv-力； 么=一-(3)理论比功Wo不变单位冷凝热qk增加Qk=h2h4-(力2 -力4)+(力4 -力/)(5)制冷系数

9、*增加_他)+(力4 _"；) = £ * "h2-h_。2.2.2蒸宅过热对循环性能的影响压缩机吸入前的制冷剂蒸气的温度高于 吸气压力下制冷剂的饱和温度时，称为过热。 具有吸气过热的循环，称为过热循环。卜图不岀了过热循环1-V-2,-3-4-5-l的 图和Igpd图。图中是吸气的过热过程, 其余与基本循环相同。过热循环在ph图和Ts图上的表示过热循环分有效过热和无效过热两种情况有效过热循环有效过热循环：过热过程中产生的冷量也为 被冷却介质所吸收。（1）单位制冷量增加% =力 1 - h5=（九九1 ） + （九1 力5）1（2）单位容积制冷量qv ?% 力5么=

10、-（3）理论比功Wo增加Wo =心 一 %单位冷凝热 qk 增加 你二打一打二（代-如+ （力2-血）（5）制冷系数 £?%拥+（人-人）£-h2 一(2-14)(2-14)(2-15)图2-19有效过热的过热度对制冷系数的影响(6)压缩终温t2升高过热度R502R600aR290R134aR22nh3045.337.444.444155.993.03073.965.772. 172.986.3131.5无效过热循环无效过热循环：过热过程中产生的冷量没有被冷却介质所吸收。(1)单位制冷量 <7()不变% =(力1 一力5)(2)单位容积制冷量qv力1 一力5(2-13

11、)减小(3)理论比功Wo增加%=力2 -勺单位冷凝热qk增加Qk =力2 -力4=(/?2.-/22) + (/22-/14)(2-14)(2-14)(5)制冷系数*减小(2-15)2.2.3回热麥对循环性能的影响利用回热使节流前的制冷剂液体与压缩机吸 入前的制冷剂蒸气进行热交换，使液体过冷、 蒸气过热，称之为回热。若不计回热器与环境空气之间的热交换，则 液体过冷的热量等于使蒸气过热的热量，其 热平衡关系为力4 _ 妇=hy _ "1(2-20)hb a $回热循环在ph图和Ts图上的表示回热循环中各性能指标的变化完全同于有效过 热循环。224不魏性气体的存在对循环性能的影响积存于冷

12、凝器上部；冷凝压力增加；压缩机排气压力升高;比功增加；制冷系数下降；压缩机容积效率降低;2.2.5单级压缩实际制冷循环的热 力计算实际循环和理论循环有许多不同之处， 除了压缩机中的工作过程以外，主要还有下 列一些差别：1. 流动过程有压力损失。2. 制冷剂流经管道及阀门时同环境介质间有热 交换。热交换器中存在温差。热交换及压力损央对循环性能的彩响(1)吸入管道吸入管道中的压力降始终是有害的，它使 得吸气比容增大，压缩机的压力比增大，单位容 积制冷量减少，压缩机容积效率降低，压力比增 大，制冷系数下降。或无效过热来分析。(2) 排出管道在压缩机的排出管道中，热量由髙温制冷剂蒸气传给周围空气，它不

13、会引起性能 的改 变，仅仅是减少了冷凝器中的热负荷。排气管道中的压降会引起压缩机排气压力升高。(3) 冷凝器到膨胀阀之间的液体管道在冷凝器到膨胀阀这段管路中，热量通常由液体制冷剂传给周围空气，使液体制冷剂过冷， 制冷量增大。然而，也可能水冷冷凝器中的冷却 水温度很低，冷凝温度低于环境温度，热量由空气传给液体制冷剂，可能导致部分液体气化，这 不仅使单位制冷量下降，而且使得膨胀阀不能正常工作。压力降没有关系，只要没有气化。(4) 膨胀阀到蒸发器之间的管道通常膨胀阀是紧靠蒸发器安装的。倘若 将它安装在被冷却空间内，传给管道的热量 将产生有效制冷量；若安装在室外，热量的 传递使制冷减少，因而此段管道必

14、须保温。压力降也没关系。(5) 冷凝器假定出冷凝器的压力不变，为克服冷凝器 中制冷剂的流动阻力，必须提高进冷凝器时 制冷剂的压力，这必须导致压缩机的排气压 力升高，压力比增大，压缩机耗功增加，制 冷系数下降。(6) 蒸发器若保证蒸发器的出口压力不变，为克服蒸发器中制冷剂的流动阻力，必须提高进蒸发器时制冷剂的压力，这必然导致平均蒸发温度升高，传热温差下降。，二III若保证传热温差不变，克服蒸发器中制 冷剂的流动阻力，这必然导致压缩机的吸气 压力下降，吸气比容增大，压力比增大，压缩机耗功增加，制冷量减小，制冷系数下降。(7) 压缩机在理论循环中，假设压缩过程为等炳过程。而实际上，整个过程是一个压缩指数 在不断 变化的多方过程。另外，由于压缩机气缸