蒸汽压缩式制冷

蒸发温度越低
(6)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 T4 T0 c h2 h1 T0
这里ε c为在蒸发温度（T0）和压缩机排 气温度（T2）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。
qk h2 h3 h3 h4 h2 h4
对于单级压缩式蒸气制冷机理论循环，存在着 下列关系
q k q0 w0
(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
q 0 h1 h4 0 w0 h2 h1
制冷系数愈大 冷凝温度越高 经济性愈好 制冷系数越小
q0 h1 h4
(2)单位容积制冷量qv
q0 h1 h4 qv v1 v1
(3)理论比功w0 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
w0 h2 h1
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。
(4)单位冷凝热qk
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
T
3
2
4
1 5 6 0
图3-4 CO2跨临界循环 1—2压缩过程；2—3气体冷却过程； 3—4气体冷却过程；4—5节流过程； 5—6蒸发过程；0—1气体过热过程。
S
3.2单级蒸气压缩式制冷的理论循环
3.2.1 制冷系统的特点及工作过程
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
q' 0 h1 h4 ' w' h2 h1
与无回热循环1-2-3-4-5-1相比较，回 热循环的单位制冷量增大了
q0 h4 h4 h1 h1 c p0 t R
但单位功也增大了 h1 ) ( h2 h1 ) w0 w' w0 ( h2
铭牌上标示的制冷量和功率一般是在标准工 况下的值，如为空调专用，则为空调工况。
高温工况 名义工况(新) 中温工况 低温工况 最大压差工况：用来考核压缩机零件强 度、 排气温度、油温、电机绕组温度。 最大轴功率工况：用来考核压缩机噪声、 振动，并依此选配电动机。
T
朗肯循环图例
2
3
4
1
图3-1
基本朗肯循环
S
循环T—S图：1—2 压缩过程 2—3 冷却冷凝过程 3—4 节流过程 4—1 蒸发吸热过程
T
2
3 3’
4
1’
1 S
图3-2 有回热的朗肯循环 T—S图： 1‗—2 压缩过程 2—3 冷凝过程 3—3‘ 液体过冷过程 3＇—4 节流过程 4 —1 蒸发过程 1—1＇ 吸气过热过程
3.2.3 单级蒸气压缩式制冷理论循环
2.理论循环过程在压焓图上的表示
1）制冷系统的压缩过程
2）制冷系统的冷凝过程 3）制冷系统膨胀过程
4）制冷系统蒸发过程
图3-7理论循环在T-s图（a）和lnp-h图（b）上的表示
3.理论循环特性 (1)单位制冷量q0
压缩蒸气制冷循环单位制冷量可按 式（3-13）计算。
2-3-4表示制冷剂在冷凝压力pk下的等压冷却、冷凝过程
5
4
p
, k 3 (2) 2
5-6表示制冷剂在等焓下的节流过程
p
0
6-1表示制冷剂在蒸发压力p0下的等压汽化过程
6
,
1-2表示实际增熵压缩过程
1 1 1-1表示蒸气的过热过程 h
实际循环可表示为图中的1-1-2-3-4-5-6-1
图3-10
h1 h4 h4 h4 h2 h1
c t 0 h2 h1
2.吸入蒸气的过热
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。
图3-13过热循环在T-s图（a）和lgp-h图（b）上的表示
带有过冷的循环，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。
图3-11
过冷循环在T-s图（a）和lgp-h图（b）上的表示
与无过冷的循环1-2-3-4-5-1相比，过 冷循环的单位制冷量的增加量为
q0 h5 h5 h4 h4
因两个循环的理论比功w 0相同， 过冷循环的制冷系数 比无过冷循环的制冷系数 要大。
图3-15有效过热的过热度对制冷系数的影响
3.回热循环
利用回把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。 若不计回热器与环境空气之间的热交换， 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
h4 h4 h1 h1
图3-16 回热循环在T-s图（a）和lgp-h图（b）上的表示
1
c p0
t R
如果要使回热循环的单位容积 制冷量及制冷系数比无回热循环高， 其条件应是
t R 1 t R 1 q0 T0 c p0
即
c p0 T0 q0
3.其它影响
热交换及压力损失对制冷循环的影响 不凝性气体对制冷循环的影响
冷凝、蒸发过程传热温差对循环性能的影响
3.3.4 单级蒸气压缩式制冷变工况特性
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
6）制冷系数 q 0 158.441 4.71 w 33.645 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
来自百度文库 例 题
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。
例 题
解
由图可知， h2=435.2 kJ/kg， t2=57℃
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，
简化后的实际循环在lg p-h图上的表示
3.3.2实际因素对理想循环性能的影响
在实用上，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。
1. 液体过冷 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。
3.1.2 劳伦茨循环
朗肯循环的主要特征 有两个定压定温的相变过程与纯质制冷 剂及共沸混合制冷剂的压力特性相适应。 劳伦茨循环 循环中的两个相变过程变成伴随有降 温的定压凝结和伴随有升温的定压蒸发。
T
2
3 1
4
S
图3-3 劳伦茨循环
劳伦茨循环图例
3.1.3 跨临界循环 定义 将CO2作为制冷剂用于空调制冷的温度 范围时，由于CO2的临界温度低（仅30℃）， 排热将在超临界区进行。而吸热则在临界 点以下进行，整个循环跨越临界点。
我国活塞式制冷压缩机标准 GB10875--89中规定了不同制冷机使 用温度在高温、中温和低温的不同温 度范围。
1. 制冷工况
压缩机的制冷量和轴功率等参数随工况条件变 化，为了衡量、比较压缩机性能，制定公认的温度 条件(名义工况)，作为压缩机制冷量选用和比较的标 准。
名义工况(旧)
标准工况
空调工况
q' 0 q0 c p0 t R
循环的单位功可近似地表示成
t R T1 w' w0 w0 1 T0 T0

单位容积制冷量和制冷系数可表示成
q' 0 q 0 c p 0 t R q0 q' v qv t R v1' t R 1 v1 1 T0 T 0 c p0 1 t R q 0 q 0 q0 ' 0 t R t R 1 w0 1 T0 T 0
三区：
气相区 液相区 两相区

五态：
八线：
3.2.3单级蒸气压缩式制冷的理论循环
1.单级理论循环的假设条件：
（1）压缩过程为等熵过程，即在压缩 过程中不存在任何不可逆损失 （2）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂 的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发 温度等于被冷却介质的温度，且冷凝温 度和蒸发温度都是定值
ct k t4 c p0 t1 t0
t 4 t k
c p0 c
t1 t 0
回热循环的性能指标如下： 单位制冷量
q' 0 h1 h4 h1 h4
单位容积制冷量
q' 0 q' v v1'
单位功 制冷系数
w' h2 h1
3.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环 3.3.1 实际循环
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。 3）热交换过程中，存在着传热温差，被冷 却介质温度高于制冷剂的蒸发温度，环境冷 却介质温度低于制冷剂冷凝温度。
4）制冷剂在设备及管道内流动时， 存在着流动阻力损失，且与外界有热 量交换。 5）实际节流过程不完全是绝热的等 焓过程，节流后的焓值有所增加。 6）制冷系统中存在着不凝性气体。
图3-9
实际循环在T-s图（a）和lg p-h图（b）上的表示
简化后的实际循环
Lg p
4-5表示制冷剂在冷凝压力下的过冷过程
1）单位质量制冷量
q 0 h1 - h 4 h1 - h 3 401.555 - 243.114 158.441kJ/ kg
2）单位容积制冷量
q 0 158.441 qv 2426kJ/m3 v1 0.0653
3）质量流量
Q0 55 qm 0.347kg/s q 0 158.441
（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，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，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，可以忽略不计，且与外界环境 没有热交换
3.1.3 单级蒸气压缩式制冷循环的工作过程
制冷剂的变化过程(flash)
3.2.2 制冷剂状态图
一点：
临界点C 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
q0 h1' h1
w0 ( h2' h1' ) ( h2 h1 )
有效过热循环的制冷系数可表示为
q q0 q0 w w0 w0
' 0
由制冷剂的T-s图我们可以得到，在过热区， 过热度越大，其等熵线的斜率越大，根据式 （3-17），得
w0 0
得到低温低压制冷剂
制冷剂液体吸热、蒸发、制冷
3.1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
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 高的制冷工程。
第3章 蒸汽压缩式制冷
3.1 蒸气压缩式制冷循环
(一) 单级蒸气 压缩式制冷循环
1．朗肯循环 2．劳伦茨循环 3．跨临界循环
（二）多级蒸气压缩式制冷循环
（三）复叠式蒸气压缩式制冷循环
3.1.1 蒸气压缩制冷的典型循环
1．朗肯循环
空调、制冷、食品冷藏温度范 围大量使用的循环
基本朗肯循环 有回热的朗肯循环