第三章 单级压缩蒸气制冷循环

1、制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University第三章 单级压缩蒸气制冷循环制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University主要内容3.1 3.1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环单级蒸气压缩式制冷的理论循环3.1.1 理论循环3.1.2 性能指标3.1.3 再冷、吸气过热和回热3.1.4 二氧化碳跨临界值冷循环3.2 3.2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环单级蒸气压缩式制冷的实际循环3.2.1 实际循环的特性3.2.2 单级蒸气压缩式制冷实际循环的热力计算3.3 3.3 单级蒸气压缩式制冷循环特性分析单级蒸气压缩式制冷循环特性

2、分析制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University第一节 单级压缩蒸气理论循环1）制冷压缩机压缩过程制冷压缩机压缩过程2）制冷压缩机冷凝过程制冷压缩机冷凝过程 3）制冷压缩机膨胀过程制冷压缩机膨胀过程 4）制冷压缩机蒸发过程制冷压缩机蒸发过程 制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University(2)冷凝过程：（1-3） (3) 节流过程： （1-4） （1）压缩过程:（1-2） （4）蒸发过程：（1-5） 0q12hhw0w41510hhhhq0, 0qw54hh 0w42hhqk制冷原理与装置2013-3 Henan P

3、olytechnic University二、性能指标性能指标制冷量（kW） q0 单位质量制冷量（kJ/kg）qv单位容积制冷量（kJ/m3） w0理论比功（kJ/kg）制冷系数 热力完善度制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University 单位制冷量可按式（1-5）计算。单位制冷量也可以表示成汽化潜热r0和节流后的干度x5的关系： 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 (500 xrq (1-6) 由式（1-6）可知，制冷剂的汽化潜热越大，或节流所形成的蒸气越少（x5越小）则单位制冷量就越大。(1)单位制冷量0q制冷原理

4、与装置2013-3 Henan Polytechnic University(2)单位容积制冷量14110vhhvqqv(1-7) 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120hhw(1-8) 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。vq(3)理论比功0w制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University(4)单位冷凝热 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 qhhhhhhk233424 (1-9) 比较式（1-5）、（1-8）和（1-9）可以看出，对于

5、单级压缩式蒸气制冷机理论循环，存在着下列关系(1-10)qqwk00kq制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University(5)制冷系数0 对于单级压缩蒸气制冷机理论循环，制冷系数为 (1-11) 0001421qwhhhh制冷系数愈大经济性愈好 在蒸发温度和冷凝温度相同的条件下：(6)压缩终温2t影响到制冷剂的分解和润滑油结炭。制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University(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00124101241011TTThhhhTThhhhkkc(1-12) 这里c

6、为在蒸发温度（T0）和冷凝温度（Tk）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。 制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University冷凝温度和蒸发温度计算制冷系数制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University 上面所述的循环，是单级压缩

7、蒸气制上面所述的循环，是单级压缩蒸气制冷机的基本循环，也是最简单的循环。在冷机的基本循环，也是最简单的循环。在实用上，根据实际条件对循环往往要作一实用上，根据实际条件对循环往往要作一些改进，以便提高循环的热力完善度。在些改进，以便提高循环的热力完善度。在单级制冷机循环中，这一改进主要有液体单级制冷机循环中，这一改进主要有液体过冷、吸气过热及由此而产生的回热循环过冷、吸气过热及由此而产生的回热循环。制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University三、三、 液体过冷、吸气过热和回热液体过冷、吸气过热和回热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

8、有过冷的循环，叫做过冷循环。采用液体过冷对提高制冷量和制冷系数都是有利的1、液体过冷对循环性能的影响、液体过冷对循环性能的影响制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic Universityph12345kp0p0qw过冷循环在p-h图上的表示0q45制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University)()(5551510hhhhhhq (1-13)(2)单位容积制冷量vq(3)理论比功0w0q（1）单位制冷量不变151vhhqv增加增加制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University(4)单位冷凝热kq

9、(5)制冷系数(6)压缩终温2t不变增加增加 120124441hhtchhhhhh (1-15)()(444242hhhhhhqk(1-14)制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University2、吸气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。 下图示出了过热循环1-1-2-3-4-5-1的lg p-h图。图中1-1是吸气的过热过程，其余与基本循环相同。 制冷原理与装置2013-3 Hena

10、n Polytechnic Universityph12345kp0p0q过热循环在p-h图上的表示120q过热循环分有效过热和无效过热两种情况 制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University)()(5111510hhhhhhq (1-13)(2)单位容积制冷量vq0q（1）单位制冷量151vhhqv增加有效过热循环 有效过热循环：过热过程中产生的冷量也被冷却介质所吸收。 ？制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University(4)单位冷凝热kq(5)制冷系数？增加125111hhhhhh(1-15)()(422242hhh

11、hhhqk(1-14)(3)理论比功0w120hhw(1-14)增加制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University(6)压缩终温2t升高图2-19有效过热的过热度对制冷系数的影响过热度过热度R502R502R600R600a aR290R290 R134aR134aR22R22NHNH3 30 045.345.337.437.444.444.444.144.155.955.993.093.0303073.973.965.765.772.172.172.972.986.386.3 131.5131.5制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechn

12、ic University)(510hhq (1-13)(2)单位容积制冷量vq0q（1）单位制冷量151vhhqv不变无效过热循环 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。 减小制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University(4)单位冷凝热kq(5)制冷系数减小增加1251hhhh(1-15)()(422242hhhhhhqk(1-14)(3)理论比功0w120hhw(1-14)增加制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University3 回热hhhh4411 (1-20) 若不计回热器与环境空气之间的热交换

13、，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 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。制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic Universityph12345kp0p0q回热循环的制冷量？q0=h1-h4?0q1245 回热循环中各性能指标的变化完全同于有效过热循环。记住：蒸发器出口焓-蒸发器进口焓制冷量增加了，耗功也增加了。0011TttqcqqRRpovv0011TttqcRRpo000qTcp即比较：取决于制冷

14、剂的性质制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University实际中回热的影响1）节流机构稳定工作。2）蒸发器出来的气体进入回热器产生压降，导致压缩机吸气压力降低，耗功增大制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic University2.4 不凝性气体的存在对循环性能的影响 积存于冷凝器；积存于冷凝器； 冷凝压力增加；冷凝压力增加； 压缩机排气压力升高；压缩机排气压力升高； 比功增加；比功增加； 制冷系数下降；制冷系数下降； 压缩机容积效率降低；压缩机容积效率降低；制冷原理与装置2013-3 Henan Polytechnic UniversityCO2跨临界循环环境温度和冷库温度在哪？二氧化碳的临界温度31.1度临界压力7.39MPa制冷原理与装置201