2 2010-12-25 制冷循环过程2010F

w0=h2-h1
式中 w0理论比功（kJ/kg）； h2压缩机排气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）； h1压缩机吸气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
4.单位冷凝热负荷
制冷压缩机每输送1kg制冷剂在冷凝器中放出的热量，称为单位冷凝 热负荷，用qk表示。
式中 qk单位冷凝热负荷（kJ/kg）； h2与冷凝压力对应的干饱和蒸气状态所具有的比焓值（kJ/kg）； h3与冷凝压力对应的饱和液状态所具有的比焓值（kJ/kg）；
所用元 件 作 用 蒸 发 蒸发器
利用制冷剂 蒸发吸热， 产生冷作用
压 缩 压缩机
提高制冷剂 气体压力， 造成液体条 件
冷 凝 冷凝器
将制冷剂冷 凝，放出热 量，进行液 化
节 流 毛细管
降低制冷 剂液体压 力和温度。
制 冷 剂
状 态
压 力 温 度
液态→气 态
低 压 等温
气 态
增 加 低温→高 温
气态→液 态
制冷压缩机每输送1kg制冷剂经循环从被冷却介质中制取的冷量 称为单位质量制冷量，用q0表示。 q0=h1-h4=r0（1-x4） （1-1）
式中 q0单位质量制冷量（kJ/kg）； h1与吸气状态对应的比焓值（kJ/kg）； h4节流后湿蒸气的比焓值（kJ/kg）； r0蒸发温度下制冷剂的汽化潜热（kJ/kg）； x4节流后气液两相制冷剂的干度。

蒸发过程（蒸发器中进行）

1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环

1.2.1 理论循环的假设条件和压焓图


1.理论循环的假设条件
压缩过程为等熵过程； 冷凝和蒸发是与冷、热源换热； 出蒸发器的为饱和蒸气，出冷凝器的为饱和液体； 制冷剂流动过程中没有流动阻力损失； 节流过程中与外界没有热量交换。
1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环
2.吸气过热 制冷压缩机吸入前的制冷剂蒸气温度高于蒸发压力下的饱和温度时，称为 吸气过热，两者温度之差称为过热度。具有吸气过热的循环，称为过热循 环。
1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环

过热分为有效过热和有害过热两种

实际循环中，形成制冷循环中吸气过热现象的原因 很多，主要有：

2.排气管道

1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环

3.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。

小结


单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：制冷压缩机 冷 凝器 节流器 蒸发器 压缩过程（压缩机中进行）

通过压缩使制冷剂由低温低压的蒸汽变为高温高压气体。 在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体。

冷却冷凝过程（冷凝器中进行）


节流过程（节流阀中进行）

压力、温度降低，焓值不变
吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气

五态：

两相区

八线：

1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
3.理论循环过程在压焓图上的表示 1）制冷压缩机压缩过程 2）制冷压缩机冷凝过程 3）制冷压缩机膨胀过程 4）制冷压缩机蒸发过程
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
1.2.2 理论循环的性能指标及其计算 1.单位质量制冷量

7.压缩机

1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环

1.3.4 不凝性气体对制冷循环的影响

系统中的不凝性气体往往积存在冷凝器上部，因为它不能 通过冷凝器的液封。不 凝性气体的存在将使冷凝器内的压 力增加，从而导致压缩机排气压力提高，比功增加制冷系 数下降，压缩机容积效率降低。应及时加以排除。

1.3.5 冷凝、蒸发过程传热温差对循环性能的 影响




1）蒸发器的蒸发面积的选择大于设计所需的蒸发面积，制 冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质的热量而过热，属有效过 热。 2）制冷剂蒸气在压缩机的吸气管路中吸收外界环境的热量 而过热，属有害过热。 3）在半封闭、全封闭制冷压缩机中，低压制冷剂蒸气进入 压缩以前，吸收电动机绕组和运转时所产生的热量而过热， 属有害过热，但是必须的。 4）制冷系统设置了回热器，制冷剂蒸气在回热器中吸收制 冷剂液体的热量而过热，属有害过热，但有过冷过程伴随。
(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响
p 3 3´
tk
t´ k
2
2´
4
4´
t0 1
h
冷凝温度tk时：1-2-3-4-1 冷凝温度升高为t´k时： 1-2´-3´- 4´ -1
(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响
p
3´
3 4 4´
tk
t´ k
2´
2
高 压 高温→常 温
液 态
降 低 常温→ 低温
1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
1.1.3 制冷系统各部件的主要用途
放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、 冷凝成高压常温的制冷剂液体
压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度
得到低温低压制冷剂
制冷剂液体吸热、蒸发、制冷
1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
2s-2s表示制冷压缩机压缩后的制冷剂蒸气经过排气阀的压降过程； 4-1表示制冷剂在蒸发器汽化和压降过程； 2s-3表示制冷剂蒸气经排气管进入冷凝器的冷却、冷凝和压降过程； 1-1表示制冷剂蒸气的过热（有益或有害）和压降过程； 3-3表示制冷剂液体的过冷和压降过程； 1-2s表示制冷剂蒸气在制冷压缩机内实际的非等熵压缩过程； 3-4表示制冷剂液体的非绝热节流过程
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
7）冷凝器单位热负荷 qk=h2-h3 =435.2-243.114=192.086kJ/kg 8）冷凝器热负荷 Qk=qmqk=0.3471192.086=66.67kW
1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环
1.3.2 液体过冷、吸气过热及回热循环 下图为具有液体过冷的循环和理论循环的对比图，1-2-3-4-1为理论循环，1-23'-4'-1表示过冷循环。 两个循环的比功相同，过冷循环中单位制冷量增加，从而导致过冷循环的制冷 系数增加。

1.1.4 制冷剂的变化过程

制冷剂在制冷压缩机中的变化


制冷剂蒸气由蒸发器的末端进入压 缩机吸气口时，压力越高温度越高， 压力越低温度越低。 制冷剂蒸气在压缩机中被压缩成过 热蒸气，压力由蒸发压力p0升高到 冷凝压力pk。为绝热压缩过程。外 界的能量对制冷剂做功，使得制冷 剂蒸气的温度再进一步升高，压缩 机排出的蒸气温度高于冷凝温度。
对于单级蒸气压缩式制冷理论循环，存在着下列关系
qk=（h2-h2）+（h2-h3）=h2-h3
qk = q0 +w0
5.制冷系数
单位质量制冷量与理论比功之比，即理论循环的收益和代价之比，称为 理论循环制冷系数，用0表示，
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
例1-1 假定循环为单级蒸气压缩式制冷的理论循环，蒸发温度t0=-10℃， 冷凝温度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 点1：t1=t0= 10℃， p1=p0=0.3543MPa， h1=401.555kJ/kg， v1=0.0653m3/kg 点3：t3=tk=35℃， p3=pk=1.3548MPa， h3=243.114 kJ/kg， 由图可知，h2=435.2 kJ/kg， t2=57℃
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
1）单位质量制冷量 q0=h1-h4= h1-h3=401.555-243.114=158.441kJ/kg
4）理论比功 w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg 5）压缩机消耗的理论功率 P0=qmw0=0.347133.645=11.68kW

4.两相管道

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 使制冷量减少，因而此段管道必须保温。
如果假定不改变制冷剂出蒸发器时的状态，它仅使蒸发器中的传 热温差减小，要求传热面积增大而已。 如果假定不改变蒸发过程中的平均传热温差，其结果与吸气管道 阻力引起的结果一样。
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
2.单位容积制冷量 制冷压缩机每吸入1m3制冷剂蒸气（按吸气状态计）经循环从被冷 却介质中制取的冷量，称为单位容积制冷量，用qv表示。
式中 qv单位容积制冷量（kJ/m3）； v1制冷剂在吸气状态时的比体积（m3/kg） 3.理论比功 制冷压缩机按等熵压缩时每压缩输送1kg制冷剂蒸气所消耗的功，称为理论 比功，用w0表示。

制冷剂在节流元件中的变化

1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理

1.1.4 制冷剂的变化过程

制冷剂在蒸发器中的变化

以液体为主的的制冷剂，流入蒸发器不断汽化，全部汽化 变时，又重新流回到压缩机的吸气口，再次被压缩机吸入、 压缩、排出，进入下一次循环。
1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理


R717压焓图

R22压焓图
R134a压焓图
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环

一点：

气相区 液相区
临界点C

三区：


液相区、 两相区、 气相区。
过冷液状态、 饱和液状态、 湿蒸气状态、 饱和蒸气状态、 过热蒸气状态。 等压线p（水平线） 等焓线h（垂直线） 饱和液线x=0， 饱和蒸气线x=1， 无数条等干度线x 等熵线s 等比体积线v 等温线t