单级蒸气压缩式制冷循环理论分析和计算.doc

单级蒸气压缩式制冷循环理论分析和计算
在进行制冷循环的热力计算之前,首先需要了解系统中各设备内功和热量的变化情况,然后再对循环的性能指标进行分析和计算。

根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，稳定流动的能量方程可表示为
(1)
式中Q和P是单位时间内加给系统的热量和功;qm是流进或流出该系统的稳定质量流量；h是比焓;下标1和2分别表示流体流进系统和离开系统的状态点.当热量和功朝向系统时,Q和P取正值.(1)节流阀制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功,P=0,故方程式(1)变为
(2)
因此，可认为节流前后其值不变.节流阀出口处（点4）为两相混合物，它的焓值也可由下式表示：

式中hf0和hg0分别为蒸发压力p0下饱和液体和饱和蒸汽的焓值；x4为制冷剂出节流阀时的干度。将上式移项并整理得
（3）
点4比容为
（4）
式中Vf0和Vg0分别为蒸发温度t0下饱和液体和饱和蒸汽的比容。（2）压缩机如果忽略压缩机与外界环境所交换的热量，则由式（1）得
（5）
式中（h2-h1)表示压缩机每压缩并输送1kg的制冷剂所消耗的功，称为理论比功。（3）蒸发器被冷却物质通过蒸发器向制冷剂传送Q0,因为蒸发器不作功，故方程式（1）变为
（6）
由上式可以看出制冷量与两个因数有关：制冷剂的质量流量qm和制冷剂进出口蒸发器的焓差(h1-h4)。(h1-h4)称为单位质量制冷量，它表示1kg制冷剂在蒸发器内从被冷却物质中吸取的热量，用q0表示。
质量流量与容积qv有如下关系：
（7）
用压缩机进口出V1代入上式得：
（8）
将方程（8）代入（6）得:
（9）
（4）冷凝器假设制冷剂在冷凝器中向外界放出热量为Qk,那么
（10）
式中(h2-h3)称为冷凝器单位热负荷，用qv表示。它表示1kg制冷剂蒸汽在冷凝器中放出的热量。(5)制冷系数按定义，在理论循环中，制冷系数可用下式表示
（11）
在下一页我们通过一个例题来讲解热力计算过程例题：假定循环为单级压缩蒸气制冷的理论循环，蒸发温度t0=－10℃,冷凝温度为35℃，工质为R22，循环的制冷量Q0=55kw,试对该循环进行热力计算。解：该循环的压焓图如下所示：
根据R22的热力性质表，查出处于饱和线上的有关状态参数值：
h1=401.555kJ/kgv1=0.0653m3/kgh3=h4=243.114kJ/kgp0=0.3543MPapk=1.3548MPa
由图可知：h2=435.2kJ/kgt2=57℃
图4压焓图1单位质量制冷量q0=h1－h4=158.441kJ/kg2单位容积制冷量3制冷剂质量流量4理论比功w0=h2－h1=33.645kJ/kg5压缩机消耗的理论功率P0=qmw0=11.68kw6压缩机吸入的容积V=qmv1=0.0227m3/s7制冷系数8冷凝器单位热负荷qk=h2－h3=192.086kJ/kg9冷凝器热负荷Qk=qmqk=66.67kw