制冷原理与设备多媒体课件 第三章 单级蒸汽压缩式制冷循环11

位质量制冷量增大；如果冷凝温度低于环境空气温度，则会导致部分液体
汽化，使制冷量下降。在冷凝器出口液体过冷度不是很大的情况下，管路 中的压力降会引起部分液体汽化，导致制冷量的降低。引起管路中压力降 的主要因素，往往并不在于流体与管壁之间的摩擦，而是在于液体流动高 度的变化。因此在系统设计时，要注意冷凝器和节流阀的相对位置，避免 因位差而出现汽化现象。
剂的压力应稍有降低，压缩机吸气比容增大，压缩比增大，压缩机比功增
加，制冷系数下降。
3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
7. 压缩机 理论循环中，曾假定压缩机的压缩过程为等熵过程。实际上，在压缩的 开始阶段，由于气缸壁温高于吸入的蒸气温度，因而此时气缸壁向蒸气
传递热量；当压缩到某—阶段后，蒸气温度升高，当气体温度高于气缸
Q 0 q m ( h1 h4 ) q 0 h1 h4
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
6. 单位容积制冷量qv(kJ/m3)
q v ( h1 h4 ) / v1
7. 制冷系数

Q0 P0

q0 w0

h1 h4 h2 h1
8. 热力完善度
0 /c c t 0 /( t k t 0 )
五、实际循环在p－h图上的表示 1－2－3－4表示理论循环，1－1′－2s－2s′－3－3′－4′－1表示实际循环。 4′—1表示制冷剂在蒸发器中的蒸发和压降过程；


3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
二、液体过冷循环
lgp
理想循环：1－2－3－4
过冷循环：1－2－3’－4’
1. 过冷度
3' 3
pk 2 p0
4'
4
1
t3 t3 '
2. 性能分析
0 h
(1) 单位比功w0不变，单位质量制冷量q0增大，单位容积制冷量增大， 制冷系数增大；
(2) 如果给定制冷量Q0，则质量流量qm减小，容积流量qV减小。
3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
lgp pk 2 2'
2. “有效过热”性能分析
3 p0 4 1 1'
(1) 单位比功w0增大，单位质量制冷量q0增大，单位 容积制冷量增大，制冷系数的大小与制冷剂性质有关； (2) 如果给定制冷量Q0，则质量流量qm减小，容积流 量的变化也与制冷剂的性质有关。
3. 理论功率P0(kW)和理论比功w0(kJ/kg)
P0 q m ( h2 h1 ) w 0 h2 h1
4. 冷凝器热负荷Qk(kW)和单位热负荷qk(kJ/kg)
Q k q m ( h3 h2 ) q k h3 h2
5. 制冷量Q0(kW)和单位质量制冷量q0(kJ/kg)
2.预防措施
可以通过降低制冷剂流速的方法来减小阻力，即通过增大管径来减少压力 降。但是为了保证润滑油能顺利从蒸发器返回压缩机，制冷剂流速也不能 太低。此外，在吸气管道上应尽量减少安装阀门、弯头等阻力部件，以减 少吸气管道的局部阻力。
3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
2. 排气管道 排气管道是指压缩机出口到冷凝器入口之间的管道，通常排气温度要高于 环境温度，向环境散热不会影响循环系统性能，只会降低冷凝器的单位热 负荷。制冷剂在排气管道中的压力降将会增加压缩机的排气压力和压缩机 的比功，导致制冷系数降低。
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
单 位 质 量 制 冷 量 ： q 0 h1 h4 单 位 容 积 制 冷 量 ： q v q 0 / v1 质量流量： 理论比功： 理论功率： 容积流量： 制冷系数： 单位热负荷： 热负荷： 热力完善度： qm Q0 / q0 w 0 h2 h1 P0 q m w 0 qV q m v1
0 h
3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
四、换热及压力损失对循环性能的影响 1. 吸气管道 吸气管道是指蒸发器出口到压缩机吸气入口之间的管道，通常认为吸气管 道中的换热是无效的，它对循环性能的影响在前面的内容中已经作过详细 的分析。制冷剂压力的降低将会导致压缩机吸气比容增大、压缩机的压力 比增大、单位容积制冷量减小、压缩机比功增大、制冷系数下降。
3. 结论 过冷循环是有利的 思考：采取何种措施能增大过冷度？？？
3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
三、蒸气过热循环 理想循环：1－2－3－4 过冷循环：1’－2’－3－4
3 lgp pk 2 2'
p0
1. 过热度
4
1 1'
t 2 ' t1 '
2. “无效过热”性能分析
0
h
(1) 单位比功w0增大，单位质量制冷量q0不变，单位容积制冷量增大， 制冷系数减小； (2) 如果给定制冷量Q0，则质量流量qm不变，容积流量qV增大。
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
一、制冷系统与循环过程
1.制冷系统的组成
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
2. 制冷系统的循环过程
压缩过程 冷凝过程
节流过程
蒸发过程
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
2. 制冷系统的循环过程
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
二、压焓图和温熵图

气相区 液相区 两相区
3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
6. 蒸发器 假定不改变蒸发器出口制冷剂的状态，为了克服制冷剂在蒸发器中的流动 阻力，必须提高制冷剂进蒸发器时的压力，从而提高了蒸发过程中的平均 蒸发温度，使传热温差减小，要求的传热面积增大，但对循环的性能没有 什么影响。如果假定不改变蒸发过程中的平均温度，那么蒸发器出口制冷
制冷原理与设备
第三章 单级蒸气压缩式制冷循环
主讲教师：张 超 副教授
中原工学院能源与环境学院
主要内容
3.1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环 3.1.1 制冷系统与循环过程 3.1.2 压焓图与温熵图 3.1.3 单级蒸气压缩式制冷理论循环的性能指标及其热力计算 3.2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环 3.2.1 液体过冷循环 3.2.2 蒸气过热循环 3.2.3 回热循环 3.2.4 换热及压力损失对循环性能的影响 3.2.5 单级蒸气压缩式制冷实际循环在压焓图上的表示 3.2.6 单级蒸气压缩式制冷实际循环的热力计算 3.3 单级蒸气压缩式制冷循环性能的影响因素及工况 3.3.1 单级蒸气压缩式制冷循环性能的影响因素 3.3.2 制冷机工况
3. 冷凝器
在讨论冷凝器和蒸发器中的压降对循环的影响时，必须注意比较条件。假 定冷凝器出口制冷剂的压力不变，为了克服制冷剂在冷凝器中的流动阻力，
必须提高进冷凝器时制冷剂的压力，必然导致压缩机排气压力升高，压缩
比增大，压缩机耗功增大，制冷系数下降。
3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
4. 液体管道 液体管道是指冷凝器出口到节流阀入口之间的管道。如果冷凝温度高于环 境空气的温度，热量将由液体制冷剂传给周围空气，产生过冷效应，使单
T 3 2' pk， tk 2
4－1：蒸发过程
4
p0， t0
1
0
S
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
三、单级蒸气压缩式制冷理论循环的性能指标及其热力计算 1. 性能指标 制冷量（kW） 单位热负荷（kJ/kg） 单位质量制冷量（kJ/kg） 热负荷（kW） 单位容积制冷量（kJ/m3） 理论比功（kJ/kg）
0 .9 2
3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
三、回热循环 1. 回热循环流程
3 B 2'
A 压缩机 B 冷凝器
D A 1'
3'
C 膨胀阀 D 回热器 E 蒸发器
lgp 3' 3 1 4' 4 1' 2 2'
C E 4'
1
2. 循环性能分析 （1）单位质量制冷量增加、理论比功增加，制冷系数 的变化规律与制冷剂性质有关； （2）如给定制冷量Q0，则质量流量下降，容积流量 的变化规律也与制冷剂性质有关
0 Q 0 / P0
q k h2 h3 Qk qm qk
0 /c
3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
一、实际循环与理论循环的差异

实际循环中，离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气往往是过热蒸气；


实际循环中，离开冷凝器和进入膨胀阀的液体往往是过冷液体；
实际循环中，压缩机的压缩过程不是等熵压缩； 实际循环中，制冷剂通过膨胀阀的节流过程不完全绝热，节流后焓值有 所增加； 实际循环中，在蒸发器和冷凝器处存在传热温差，即制冷剂的冷凝温度 高于冷却介质温度，蒸发温度低于被冷却介质的温度； 实际循环中，制冷剂在管道及设备内流动是存在阻力损失，并与外界存 在热量交换。

制冷剂在各设备的连接管道中流动没有流动损失，与外界不发生热量交 换。
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
4. 单级蒸气压缩式制冷理论循环在压焓图上的表示 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
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
5. 单级蒸气压缩式制冷理论循环在温熵图上的表示 1－2：压缩过程 2－2’：冷却过程 2’－3：冷凝过程 3－4：节流过程
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
三、举例 制冷工质为R22， t 1 0 0 C 0
tk 35 C
0
Q 0 5 5 kW
试对该理论循环进行热力计算。 解： 基本思路为： 首先由tk得到：Pk、h3、h4 由t0得到：P0、h1、v1 由pk、p0得到：h2 然后按热力计算公式进行计算



1.压焓图 一点： 临界点C 三区： 液相区、 两相区、 气相区。 五态： 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， 无数条等干度线x 等熵线s 等比体积线v 等温线t