第二节 蒸汽压缩式制冷的理论循环.doc

第一章蒸汽压缩式制冷的热力学原理
第二节蒸汽压缩式制冷的理论循环
湿蒸汽区域可能实现理想制冷循环，但：一、逆卡诺循环难以实现1.无温差的传热过程难以实现，Q＝KA△tm2.膨胀机等熵膨胀不经济；3.湿压缩不利于压缩机正常工作（湿压缩、减少制冷量、“液击”）
二、蒸汽压缩制冷理论循环
1.循环（是简化了的实际制冷循环）

逆卡诺循环：1’－3－4－5’－1’蒸汽压缩制冷循环：1－2－3－4－5－1
1-2（压缩机）：等熵压缩；2-3-4（冷凝器）：等压放热；4-5（节流阀）：绝热节流，等焓；5-1（蒸发器）：等压吸热而制冷。压缩－放热（冷却与冷凝）－节流－吸热（汽化、蒸发）
2.设备压缩机：“心脏”压缩和输送制冷剂蒸汽；节流阀：节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器：吸收热量（输出冷量）从而制冷；冷凝器：输出热量。3.特点（对比逆卡诺循环）（1）干压缩代替了湿压缩：1点为干饱和蒸汽状态（2）节流阀代替了膨胀机：节流损失
三、压焓图
“一点、两线、三区、五态”
◆六种：等压线—水平线
等焓线—垂直线
等干度线—湿蒸汽区域内等熵线—向右上方倾斜等容线—向右上方倾斜，但比等熵线平坦等温线—垂直线（未）→水平线（湿）→向右下方弯曲（过）◆作用：确定状态参数，表示热力过程，分析能量变化。四、蒸发制冷理论循环压焓图

五、蒸汽压缩制冷理论循环热力计算
计算目的：确定循环的性能指标、压缩机的容量及功率以及换热设备的热负荷，为选择制冷设备提供依据。1.单位质量制冷量q0q0：1kg制冷剂在蒸发器内从被冷却物体吸收的热量，kJ/kg。q0＝h1－h5＝h1－h4亦可表示为：q0＝r0（1－x5）2.单位容积制冷量qvqv：压缩机每吸入1m3制冷剂蒸汽（按吸气状态计），在蒸发器中所产生的制冷量，kJ/m3。qv＝q0/v1＝（h1－h5）/v13.制冷剂的质量流量MR和体积流量VRMR和VR：压缩机每秒吸入制冷剂的质量和体积。MR＝Q0/q0VR＝MR·v1＝Q0/qv
4.单位冷凝负荷qk
qk：1kg制冷剂在冷却和冷凝过程中放出的热量，kJ/kg。qk＝h2－h4
5.冷凝器热负荷Qk
Qk：制冷剂在冷凝器中放给冷却介质的热量。Qk＝MR·qk＝MR·（h2－h4）
6.单位理论压缩功w0
w0：压缩机每压缩并输送1kg制冷剂所消耗的压缩功，kJ/kg。
w0＝h2－h1
压缩机理论耗功率pth＝MR·w0＝MR·（h2－h1）
7.制冷系数ε0

8.热力完善度η

例1：假定循环为单级压缩蒸汽制冷的理论循环，蒸发温度t0＝-10℃，冷凝温度为tk＝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：该循环在压焓图上可表示为：
根据R22的热力性质表，查出处于饱和线上各点的参数值：
h1＝401.18kJ/kg,，v1＝0.0654m3/kg，
h3＝242.93kJ/kg，p0＝355.0kPa，pk＝1349.8kPa
在p－h图上，点1由等p0线和干饱和蒸汽线相交确定，由点1作等熵线，与等pk线相交确定点2。由图知，t2＝57℃，h2＝435.2kJ/kg。
节流前后焓值不变，故h4＝h3＝242.93kJ/kg。
1）单位质量制冷量q0＝h1－h4＝158.25kJ/kg
2）单位容积制冷量qv＝q0/v1＝2420kJ/m3
3）制冷剂质量流量MR＝Q0/q0＝0.3476kg/s
4）制冷剂体积流量VR＝MR·v1＝0.0227m3/s
5）单位理论压缩功w0＝h2－h1＝34.02kJ/kg
6）压缩机理论耗功率pth＝MR·w0＝11.83kW
7）冷凝器单位热负荷qk＝h2－h3＝192.27kJ/kg
8）冷凝器热负荷Qk＝MR·qk＝66.83kJ
9）制冷系数ε0＝q0/w0＝4.65
10）逆卡诺循环制冷系数εc＝T0/(Tk－T0)＝5.85
热力完善度η＝ε0/εc＝0.7951.冷凝器中，制冷剂凝结时的温度高于高温热源的温度；蒸发器中，制冷剂汽化时的温度低于低温热源的温度。
2.液体制冷剂的比容远比蒸汽小，可获得的膨胀功小，有时尚不足以克服机器本身的摩擦阻力。液体膨胀机尺寸很小，设计、制造很困难。
3.吸入湿蒸汽，在压缩机中有一部分液体要被压缩，称为湿压缩。湿蒸汽被吸入气缸后，气缸壁与制冷剂之间进行强烈的热交换，湿蒸汽中的液滴迅速汽化，占据气缸容积，使压缩机吸入的制冷剂量减少，制冷量降低。且液滴进入气缸后很难全部汽化，容易发生压缩液体的液击现象，损坏压缩机。工作流程：压缩机吸入蒸发器内产生的低压（低温）制冷剂蒸汽，保持蒸发器内的低压状态，创造了蒸发器内制冷剂液体在低温下沸腾的条件；吸入的蒸汽经过压缩，压力和温度都升高，创造了制冷剂能在常温下液化的条件；高温高压的制冷剂蒸汽排入