蒸气压缩式制冷循环
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蒸气压缩式制冷的理论循环
蒸气压缩式制冷的理论循环1. 单级蒸气压缩式制冷的理论循环的形式单级蒸气压缩式制冷的理论循环是在逆卡诺循环的基础上，作了如下变化：（1）节流阀代替膨胀机；（2）干压缩代替湿压缩。
循环的特点是制冷剂在压缩机的吸入状态和冷凝器的出口状态都是饱和状态，又将理论循环称为饱和循环。
当然，理论循环还保留逆卡诺循环的其它假定。
循环原理图和循环状态点在T－S图上的表示如图1-2、图1-3所示。
单级蒸气压缩式制冷循环由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四大部件组成。
制冷剂在循环过程中各点的状态分别是：压缩机吸入口状态1为低温低压的饱和蒸气；压缩机压缩后状态2为高温高压的过热蒸气状态；冷凝器出口状态3为常温高压的饱和液体状态；节流阀图1-2 理论循环原理图图1-3理论循环在T-S图上的表示出口状态4为低温低压的湿蒸气状态（由大部分低温饱和液体和小部分低温饱和蒸气组成）。
将这四个状态点的特性列成表来表示，见表1-1。
单级蒸气压缩式制冷理论循环各状态点特性表1-1循环过程中，各设备的作用是：压缩机起到了压缩和输送制冷剂，并造成蒸发器的低压作用；冷凝器起到了将低温物体的热量和压缩功转变的热量传给环境的作用；蒸发器则起到了吸收被冷却物体的热量的作用；节流阀起到节流降压、调节流量的作用。
制冷压缩机和节流阀将制冷系统分成高低压两个部分，高压部分从压缩机出口到节流阀进口；低压部分从节流阀出口到压缩机进口。
通过制冷循环，制冷剂不断吸收被冷却物体的热量，使被冷却物体温度维持在所需较低温度的水平，达到制冷的目的。
2. 单级蒸气压缩式制冷的理论循环在压焓图上的表示制冷循环中各过程的功量与热量的变化在压焓图中均可用过程初、终态制冷剂的焓值变化来计算，制冷工程广泛应用压焓图分析计算制冷循环。
（1）压焓图压焓图的示意图见1-4。
压焓图是以绝对压力为纵坐标（为了缩小图面，用对数坐标，其上的压力数值不需换算），以比焓为横坐标来表示制冷剂的状态。
二线、三区域、五种状态、六条等参数线。
蒸气压缩式制冷循环
• 通过压缩使制冷剂由低温低压的蒸汽变为高温高压气体。
（3）冷却冷凝过程（冷凝器中进行）
• 在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体。
（4）节流过程（节流阀中进行）
• 压力、温度降低，焓值不变。
（5）蒸发过程（蒸发器中进行）
• 吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 作业
1.蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成， 各有何作用？ 2.蒸发器内制冷剂的汽化过程是蒸发吗？
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
– 引课 – 2.1.2.1 理论循环的假设条件和压焓图 – 2.1.2.2 理论循环的性能指标及其计算 – 小结 – 作业
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 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
• 单级蒸气压缩式制冷循环，是指制冷剂在 一次循环中只经过一次压缩，最低蒸发温 度可达-40～-30℃。单级蒸气压缩式制冷 广泛用于制冷、冷藏、工业生产过程的冷 却，以及空气调节等各种低温要求不太高
液相区
•
气相区
两相区
•
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
3.理论循环过程在压焓图上的表示
1）压缩过程 2）冷凝过程 3）膨胀过程 4）蒸发过程
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
2.1.2.2 理论循环的性能指标及其计算 1.单位质量制冷量
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。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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。
（3）冷却冷凝过程（冷凝器中进行）
• 在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体。
（4）节流过程（节流阀中进行）
• 压力、温度降低，焓值不变。
（5）蒸发过程（蒸发器中进行）
• 吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 作业
1.蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成， 各有何作用？ 2.蒸发器内制冷剂的汽化过程是蒸发吗？
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
– 引课 – 2.1.2.1 理论循环的假设条件和压焓图 – 2.1.2.2 理论循环的性能指标及其计算 – 小结 – 作业
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 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
• 单级蒸气压缩式制冷循环，是指制冷剂在 一次循环中只经过一次压缩，最低蒸发温 度可达-40～-30℃。单级蒸气压缩式制冷 广泛用于制冷、冷藏、工业生产过程的冷 却，以及空气调节等各种低温要求不太高
液相区
•
气相区
两相区
•
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
3.理论循环过程在压焓图上的表示
1）压缩过程 2）冷凝过程 3）膨胀过程 4）蒸发过程
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
2.1.2.2 理论循环的性能指标及其计算 1.单位质量制冷量
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。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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。
蒸气压缩式制冷循环原理概要
冷凝器和蒸发器的传热温差分别△Tk和△T0时
T
Tk
Tk 3
2
Tk'
3'
2'
T0'
4'
T0
T0 4
b
1' 1
a
S
c
'
T0 Tk T0
(Tk
T0 ' T0 ' T0 ') (Tk
T0 )
c
表明具有传热温差的不可逆循环的制冷 系数，总小于相同冷热源温度时的逆卡 诺循环制冷系数，而且随传热温差△T0和 △Tk的增大而降低。
T
Pk
（Tk － T3）称为过冷度；
Tk
增加制冷量△q03，其随T3
的降低而增加；
T0
压缩机耗功量不变；
3'
3
w
0 4 4' q0
q03
2' P0
1'
制冷系数增加。
cb
a
S
二、吸气过热对制冷循环的影响
T
Pk 2' 2 T2
Tk
3'
w
w
P0
T0
0 4' q0
1' 1 T1
q04
b
ad
S
T1称为吸气过热温度； （T1－T0）称为过热度；
图1.5 变温热源逆向循环
单一物质制冷剂无法实现变温逆向循环， 非共沸混合制冷剂可以实现。
三、热泵的应用
逆向循环可以用来制冷，也可以用来供 热，或者冷、热同时使用。
用来制冷的逆向循环装置，称为制冷装 置；用来供热时则称为热泵装置。
供热系数：
c
第五章 蒸汽压缩式制冷循环
链烯烃及其卤代烃：R１（ ）（ ） （ ）。后面数字书写规则同氟利昂。
三、常用制冷剂的特性
1、水（R718)
2ห้องสมุดไป่ตู้氨（R717）
氨属于无机化合物制冷剂，具有良好的 热力学性能，单位质量制冷量大。沸点：33.4℃.R717有较强的溶水性，对钢铁不腐 蚀，但含水时会腐蚀铜及其合金（磷青铜除 外），属于微溶于润滑油的制冷剂。缺点是 毒性大，有强烈的刺激性气味，会燃烧、会 爆炸。
（1）R12 分子式：CCl2F2 沸点：-29.8℃，凝固点-
155℃ （2）R22 分子式：CHClF2 沸点：-40.8℃，凝固点-
160℃ （3）R134a分子式： C2H2F4 沸点：-29.8℃，
凝固点-155℃
四、关于CFCS的替代 1、使用替代制冷剂的原因
O3+Cl→ClO+O2 ClO+O→Cl+O2 2、替代制冷剂时必须考虑的因素 （1）制冷剂在大气中存在的寿命； （2）臭氧损耗潜能ODP； （3）在逆使用的用途中，变暖影响总单量 TEWI；
具有液体过冷的制冷循环
二、吸气过热的影响
1、定义：制冷剂蒸气的温度高于同一压力下 的饱和蒸气温度称为过热。两者之间的温 差称为过热度。
2、p-h图
3、“无效”过热：制冷剂蒸气过热吸收的热 量全部来自蒸发器外。在实际制冷装置中， 为了减少有害过热，一般在吸气管道上包 扎一层隔热材料。
4、“有效”过热：制冷剂蒸气过热吸收的热 量全部来自蒸发器内被冷却介质。
主要用于大型制冷装置中。
3、氟利昂
氟利昂制冷剂是应用最广泛的制冷剂。 它无色、无味、不燃烧、毒性小。含氯原子 的氟利昂与明火接触产生剧毒的光气 （COCl2）渗透性强，单位容积制冷量小。
三、常用制冷剂的特性
1、水（R718)
2ห้องสมุดไป่ตู้氨（R717）
氨属于无机化合物制冷剂，具有良好的 热力学性能，单位质量制冷量大。沸点：33.4℃.R717有较强的溶水性，对钢铁不腐 蚀，但含水时会腐蚀铜及其合金（磷青铜除 外），属于微溶于润滑油的制冷剂。缺点是 毒性大，有强烈的刺激性气味，会燃烧、会 爆炸。
（1）R12 分子式：CCl2F2 沸点：-29.8℃，凝固点-
155℃ （2）R22 分子式：CHClF2 沸点：-40.8℃，凝固点-
160℃ （3）R134a分子式： C2H2F4 沸点：-29.8℃，
凝固点-155℃
四、关于CFCS的替代 1、使用替代制冷剂的原因
O3+Cl→ClO+O2 ClO+O→Cl+O2 2、替代制冷剂时必须考虑的因素 （1）制冷剂在大气中存在的寿命； （2）臭氧损耗潜能ODP； （3）在逆使用的用途中，变暖影响总单量 TEWI；
具有液体过冷的制冷循环
二、吸气过热的影响
1、定义：制冷剂蒸气的温度高于同一压力下 的饱和蒸气温度称为过热。两者之间的温 差称为过热度。
2、p-h图
3、“无效”过热：制冷剂蒸气过热吸收的热 量全部来自蒸发器外。在实际制冷装置中， 为了减少有害过热，一般在吸气管道上包 扎一层隔热材料。
4、“有效”过热：制冷剂蒸气过热吸收的热 量全部来自蒸发器内被冷却介质。
主要用于大型制冷装置中。
3、氟利昂
氟利昂制冷剂是应用最广泛的制冷剂。 它无色、无味、不燃烧、毒性小。含氯原子 的氟利昂与明火接触产生剧毒的光气 （COCl2）渗透性强，单位容积制冷量小。
工程热力学与传热学11)蒸汽压缩制冷循环
(11-13)
qv
h1' h5 v1'
qv
？
(3)理论比功
w0 h2' h1' (4)单位冷凝热 qk qk h2' h4
(5)制冷系数
1'
w0
增加
(11-14)
增加
(h2' h2 ) (h2 h4 )
(11-14)
h h h h
（7）压缩机
在理论循环中，假设压缩过程为等熵过程。 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，由于压缩机气缸中有 余隙容积的存在，气体经过吸、排气阀及通道 出有热量交换及流动阻力，这些因素都会使压 缩机的输气量减少，制冷量下降，消耗的功率 增大。
p
4
pk
3 0
2 2 s
5
p0
(11-11)
在蒸发温度和冷凝温度相同的条 件下：
制冷系数愈大 (6)压缩终温 经济性愈好
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
0 h1 h4 1 h1 h4 Tk T0 c h2 h1 Tk 1 h2 h1 T0
q0
单位制冷量可按式（11-5）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：
q0 r0 (1 x5 )
(11-6)
由式（11-6）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。
(2)单位容积制冷量
qv
(11-7)
q0 h1 h4 qv v1 v1
蒸汽压缩制冷循环
2. 制冷剂的p-h图
p
3 2Байду номын сангаас4 1 h
1-2：制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程 2-3：制冷剂在冷凝器中的定压放热过程 3-4：制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程 4-1：制冷剂在蒸发器中的定压定温汽化过程
三、影响制冷系数ε的主要因素
1. 蒸发温度
p
原循环的制冷系数
h1 h4 h2 h1
热 泵
制冷装置—从低温处吸收热量，保持低温。 热泵—向高温处提供热量。 逆循环
Q1 Q2 W 1 供热系数 h W W
热泵传给高温物体的热量包括由消耗的机械功变成的热量 。所以，热泵的供热系数比工作在相同条件下制冷装置的制冷
系数大。直接用电炉取暖所消耗的能量要比用电机带动热泵消 耗的能量大得多，这是因为电炉至多只能将电能全部转化为热 能，而热泵循环不仅如此，还可将取自环境的热量一起送到需 要取暖的房间。
p
25 ℃ 3 30℃ 2
-15℃ 4
1
-5℃
h
附：单级压缩双蒸发器的制冷循环
T-ｓ图及ｐ-ｈ图
高压蒸发器的蒸发压力由蒸发器后面的背压阀来控制,使之 具有较高的蒸发温度。5-6：绝热节流过程，6与8混合成状态点1 。
吸收制冷循环
由低温热源向高温热源传递热量必须消耗能量。在压缩式 制冷装置中要消耗机械功,而在吸收式制冷装置中则主要是消耗
第九节
蒸汽压缩制冷循环
• 一、蒸汽压缩制冷的理想循环 • 二、制冷剂p-h图的特征及其应用 • 三、影响制冷系数的主要因素
制冷循环 — 制冷系数 热泵循环 — 热泵系数 性能系数 COP =收益/花费的代价 h
一、蒸气压缩制冷的理想循环
空调用制冷技术-第一章_蒸气压缩式制冷的热力学原理
理论循环的假设
（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， 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， 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， 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换 （5）制冷剂在流过节流装置时，流速变化很小， 制冷剂在流过节流装置时，流速变化很小， 可以忽略不计， 可以忽略不计，且与外界环境没有热交换
空调领域的制冷技术原理
制冷技术：
普通制冷：高于－ 普通制冷：高于－120℃ ℃ 深度制冷：－120℃～20K 低温和超低温：20K以下
食品冷藏和空调用制冷技术属于普冷范围 液体气化制冷法
蒸气压缩式制冷 吸收式制冷
制冷技术的应用
空气调节 食品的冷藏链 机械、电子工业 医疗卫生事业 土木工程 体育事业 日常生活
N．L．Sadi．Carnot 1796-1832
萨迪.卡诺
1812年进巴黎查理曼大帝公立中学学习，不久以优异成绩考入巴黎工 艺学院，从师于S.-D.泊松、J.L.盖－吕萨克、A.－M.安培和D.F.J.阿喇 戈等人。1814年进工兵学校。1816年任少尉军官。1819年在巴黎任职 于总参谋部，次年请长假回家，编入预备役，继续从事他所酷爱的自 然科学的学习和研究。大概从1820年开始，他潜心于蒸汽机的研究。 1820 1824年，卡诺发表了名著《谈谈火的动力和能发动这种动力的机器》 1824 (Reflexions sur la puissance motrice du feu etsar les machines propres a developper cette puissance)，但当时并没有引起人们的注意，直到 他逝世后才引起人们的重视。1827年，卡诺又被总参谋部召回服役， 并将他以上尉身份派往现役部队任军事工程师。在里昂等地经过短期 工作后，1828年卡诺永远辞去了在军队中的职务，回到巴黎继续研究 蒸汽机的理论。1830年卡诺因父亲的关系被推选为贵族院议员，但他 断然拒绝了这个职务，因为他是一个共和主义者，认为职位的世袭不 符合共和主义的思想。1832年因染霍乱病于 8月24日逝世，年仅36岁。 由于害怕传染,他的随身物件,包括他的著作、手稿，均被焚毁。
制冷技术单级蒸气压缩式制冷循环
制冷技术单级蒸气压缩式制冷循环单级蒸气压缩式制冷循环是一种常用的制冷技术，广泛应用于家用、商用及工业领域。
该制冷循环通过压缩制冷剂，使其在高温高压下变成高温高压气体，然后通过冷凝器对其进行冷却并变成高压液体，最后通过膨胀阀使其变成低温低压液体，完成整个循环过程。
单级蒸气压缩式制冷循环主要由四个部分组成，分别是压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。
这些部分都有各自的功能和特点，下面将逐一介绍。
1. 压缩机：是整个制冷循环的核心部分，其作用是将低压低温制冷剂压缩成高温高压气体。
在压缩机内部，制冷剂通过旋转或往复运动的活塞被压缩，使其温度和压力都升高，然后排出到冷凝器中。
2. 冷凝器：主要作用是对高温高压气体进行冷却，使其冷却成高压液体。
在冷凝器中，高压气体通过散热器散发出热量，同时被冷却的制冷剂也变成高压液体。
3. 膨胀阀：是制冷循环中的节流装置，其作用是将高压液体膨胀成低温低压液体。
膨胀阀的流道十分窄小，制冷剂在经过时会发生流速的急剧降低，从而产生一定的压缩膨胀效应，使其温度和压力都降低。
4. 蒸发器：主要作用是对低温低压液体进行蒸发，从而吸收蒸发时需要的热量。
在蒸发器中，低温低压液体通过翅片式散热器散发出热量，同时由于蒸发带走了一定的热量，制冷剂变成低温低压气体，然后重新进入压缩机进行再次压缩。
以上四个部分形成的制冷循环流程是一个不断循环的过程，从而达到制冷的目的。
制冷循环中每个部件的功能及性能特点，都对整个制冷循环的效率、能耗有很大的影响。
因此，在实际应用中需要根据具体的环境和要求，选择合适的制冷剂和设备，调整制冷循环的工作参数，以满足不同的制冷需求。
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制冷原理与设备 第2节 蒸气压缩式制冷循环
主要内容
• 2.1 单级蒸气压缩式制冷循环 • 2.2 双级蒸气压缩式制冷循环 • 2.3 复叠式制冷循环
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 2.1.1 基本工作原理
– 引课 2.1.1.1 制冷循环系统的基本组成 2.1.1.2 制冷循环过程 2.1.1.3 制冷系统各部件的主要用途 2.1.1.4 制冷剂的变化过程 小结 作业
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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。
qk=（h2-h2）+（h2-h3）=h2-h3
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）；
– 两相区、
– 气相区。
• 五态：
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。
• 八线：
– 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，
– 无数条等等温线t
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
利用制冷剂由液体状态汽化
为蒸气状态过程中吸收热量，被 冷却介质因失去热量而降低温度， 达到制冷的目的。
嗯，好凉快呀！
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
制冷剂在变为蒸气之后，需要对它 进行压缩、冷凝、继而进行再次汽 化吸热。对制冷剂蒸气只进行一次 压缩，称为蒸气单级压缩。
单级蒸气压缩式制冷系统由压缩机， 冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成。
制冷剂的变化过程(flash)
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
（2）制冷剂在冷凝器中的变化
• 过热蒸气进入冷凝器后，在压力不变的 条件下，先是散发出一部分热量，使制 冷剂过热蒸气冷却成饱和蒸气。
• 饱和蒸气在等温条件下，继续放出热量 而冷凝产生了饱和液体。
（3）制冷剂在节流元件中的变化
• 饱和液体制冷剂经过节流元件，由冷凝 压力pk降至蒸发压力p0，温度由tk降至t0。 为绝热膨胀过程。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 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：
• 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。
2.1.3.2 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，1-2-3-41为理论循环，1-2-3'-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。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
从制冷系数变化的角度对比如下：
理论循环
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℃
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
的影响
• 2.1.3.6 实际制冷循环在压焓图上的表示及性 能指标
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 2.1.3.1 单级蒸气压缩式制冷实际循环与理论 循环的区别
1）制冷压缩机的压缩过程不是等熵过程，且有摩擦损失。 2）实际制冷循环中压缩机吸入的制冷剂往往是过热蒸气，
节流前往往是过冷液体，即存在气体过热、液体过冷现象。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 2.1.3.1 单级蒸气压缩式制冷实际循环与理论 循环的区别
• 2.1.3.2 液体过冷、吸气过热及回热循环 • 2.1.3.3 热交换及压力损失对制冷循环的影响 • 2.1.3.4 不凝性气体对制冷循环的影响 • 2.1.3.5 冷凝、蒸发过程传热温差对循环性能
• 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。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
从制冷量和制冷系数变化角度对比来说明
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
2.1.1.3 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
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 2.1.1.4 制冷剂的变化过程
（1）制冷剂在制冷压缩机中的变化
对于单级蒸气压缩式制冷理论循环，存在着下列关系
qk = q0 +w0
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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，
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
2.1.1.2 制冷循环过程
制冷剂蒸气压缩、冷凝成液体，放出热量
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
冷凝后的制冷剂流经节流元件进入蒸发器。从入口端的高压pk降低到 低压p0，从高温tk降低到t0，并出现少量液体汽化变为蒸气。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
制冷剂蒸汽回到压缩机中压缩
• 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。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 作业
1. 制冷剂在蒸气压缩制冷循环中，热力状态是如何变 化的？
2. 单级蒸气压缩式制冷理论循环有哪些假设条件？
理论循环
过热循环 1-2-3-4-1
1-2-3-4-1
有效过热
有害过热
q0=h1-h4 w0=h2-h1
q0=h1-h4=（h1-h4） q0=h1-h4= q0
+（h1- h1） =q0+q0
w0=h2-h1=w0+w0 w0=h2-
h1=w0+w0
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
有效过热对循环是否有益与制冷剂本身的特性有关。如图所 示，该图是在蒸发温度为0℃、冷凝温度为40℃的条件下计 算所得的结果。
（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。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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。
• 作业
1.蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成， 各有何作用？
2.蒸发器内制冷剂的汽化过程是蒸发吗？
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
– 引课 – 2.1.2.1 理论循环的假设条件和压焓图 – 2.1.2.2 理论循环的性能指标及其计算 – 小结 – 作业
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：
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）
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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。
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）
3.理论循环过程在压焓图上的表示
1）压缩过程 2）冷凝过程 3）膨胀过程 4）蒸发过程
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
2.1.2.2 理论循环的性能指标及其计算
1.单位质量制冷量
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）
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
2.1.3.3单级蒸气压缩式制冷实际循环
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
过冷循环
1-2-3-4-1
1-2-3-4-1
q0=h1-h4 q0 =h1-h4 =（h1-h4）+（h4- h4）=
q0+q0
主要内容
• 2.1 单级蒸气压缩式制冷循环 • 2.2 双级蒸气压缩式制冷循环 • 2.3 复叠式制冷循环
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 2.1.1 基本工作原理
– 引课 2.1.1.1 制冷循环系统的基本组成 2.1.1.2 制冷循环过程 2.1.1.3 制冷系统各部件的主要用途 2.1.1.4 制冷剂的变化过程 小结 作业
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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。
qk=（h2-h2）+（h2-h3）=h2-h3
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）；
– 两相区、
– 气相区。
• 五态：
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。
• 八线：
– 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，
– 无数条等等温线t
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
利用制冷剂由液体状态汽化
为蒸气状态过程中吸收热量，被 冷却介质因失去热量而降低温度， 达到制冷的目的。
嗯，好凉快呀！
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
制冷剂在变为蒸气之后，需要对它 进行压缩、冷凝、继而进行再次汽 化吸热。对制冷剂蒸气只进行一次 压缩，称为蒸气单级压缩。
单级蒸气压缩式制冷系统由压缩机， 冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成。
制冷剂的变化过程(flash)
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
（2）制冷剂在冷凝器中的变化
• 过热蒸气进入冷凝器后，在压力不变的 条件下，先是散发出一部分热量，使制 冷剂过热蒸气冷却成饱和蒸气。
• 饱和蒸气在等温条件下，继续放出热量 而冷凝产生了饱和液体。
（3）制冷剂在节流元件中的变化
• 饱和液体制冷剂经过节流元件，由冷凝 压力pk降至蒸发压力p0，温度由tk降至t0。 为绝热膨胀过程。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 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：
• 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。
2.1.3.2 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，1-2-3-41为理论循环，1-2-3'-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。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
从制冷系数变化的角度对比如下：
理论循环
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℃
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
的影响
• 2.1.3.6 实际制冷循环在压焓图上的表示及性 能指标
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 2.1.3.1 单级蒸气压缩式制冷实际循环与理论 循环的区别
1）制冷压缩机的压缩过程不是等熵过程，且有摩擦损失。 2）实际制冷循环中压缩机吸入的制冷剂往往是过热蒸气，
节流前往往是过冷液体，即存在气体过热、液体过冷现象。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 2.1.3.1 单级蒸气压缩式制冷实际循环与理论 循环的区别
• 2.1.3.2 液体过冷、吸气过热及回热循环 • 2.1.3.3 热交换及压力损失对制冷循环的影响 • 2.1.3.4 不凝性气体对制冷循环的影响 • 2.1.3.5 冷凝、蒸发过程传热温差对循环性能
• 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。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
从制冷量和制冷系数变化角度对比来说明
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
2.1.1.3 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
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 2.1.1.4 制冷剂的变化过程
（1）制冷剂在制冷压缩机中的变化
对于单级蒸气压缩式制冷理论循环，存在着下列关系
qk = q0 +w0
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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，
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
2.1.1.2 制冷循环过程
制冷剂蒸气压缩、冷凝成液体，放出热量
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
冷凝后的制冷剂流经节流元件进入蒸发器。从入口端的高压pk降低到 低压p0，从高温tk降低到t0，并出现少量液体汽化变为蒸气。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
制冷剂蒸汽回到压缩机中压缩
• 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。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 作业
1. 制冷剂在蒸气压缩制冷循环中，热力状态是如何变 化的？
2. 单级蒸气压缩式制冷理论循环有哪些假设条件？
理论循环
过热循环 1-2-3-4-1
1-2-3-4-1
有效过热
有害过热
q0=h1-h4 w0=h2-h1
q0=h1-h4=（h1-h4） q0=h1-h4= q0
+（h1- h1） =q0+q0
w0=h2-h1=w0+w0 w0=h2-
h1=w0+w0
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
有效过热对循环是否有益与制冷剂本身的特性有关。如图所 示，该图是在蒸发温度为0℃、冷凝温度为40℃的条件下计 算所得的结果。
（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。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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。
• 作业
1.蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成， 各有何作用？
2.蒸发器内制冷剂的汽化过程是蒸发吗？
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
– 引课 – 2.1.2.1 理论循环的假设条件和压焓图 – 2.1.2.2 理论循环的性能指标及其计算 – 小结 – 作业
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：
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）
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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。
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）
3.理论循环过程在压焓图上的表示
1）压缩过程 2）冷凝过程 3）膨胀过程 4）蒸发过程
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
2.1.2.2 理论循环的性能指标及其计算
1.单位质量制冷量
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）
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
2.1.3.3单级蒸气压缩式制冷实际循环
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
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
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
过冷循环
1-2-3-4-1
1-2-3-4-1
q0=h1-h4 q0 =h1-h4 =（h1-h4）+（h4- h4）=
q0+q0