2单级蒸气压缩式制冷循环v2

制冷原理2单级蒸气压缩式制冷循环专业术语（如制冷量、单位质量制冷量、单位体积制冷量等）单级蒸气压缩式制冷循环的特点及工作过程、压焓图理论制冷循环的定义和热力计算影响实际制冷循环的因素蒸发温度和冷凝温度的变化对单级蒸气压缩式制冷机性能的影响2.1理论制冷循环2.1.1系统与循环压缩机：制冷系统的心脏，压缩和输送制冷剂蒸气；等熵压缩；冷凝器：输出热量；等压放热；节流阀：节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量；等焓节流；蒸发器：吸收热量（输出冷量）从而制冷；等压吸热。2.1.2压焓图（一点两线三区）等压线—水平线等焓线—垂直线等干度线—湿蒸气区域内曲线等熵线—向右上方大斜率曲线等容线—向右上方小斜率曲线等温线—垂直线（液相区）→水平线（两相区）→向右下方弯曲（过热蒸气区）2.1.3理论制冷循环的压焓图压焓图的作用：确定状态参数表示热力过程分析能量变化3h2ph021pkp0h1蒸气压缩制冷理论循环ph图4h3=h4状态点的确定1点：Po等压线与x=1蒸气干饱和线交点3点：Pk等压线与x=0液态饱和线交点2点:Pk等压线与s1等熵线交点4点:Po等压线与h3等焓线交点3h2ph021pkp0h1蒸气压缩制冷理论循环ph图4h3=h4单级理论循环建立在以下一些假设的基础上：（1）压缩过程为等熵过程:在压缩过程中不存在任何不可逆损失（2）无温差定温冷凝和蒸发: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2.1.4理论制冷循环的热力计算（4）忽略管道阻力和热交换损失：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，制冷剂与管外介质之间没有热交换（5）定速绝热节流：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）无过热和过冷：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理论循环在T-s图（a）和lnp-h图（b）上的表示按照热力学第一定律，对于在控制容积中进行的状态变化存在如下关系：whqddd这里，把自外界传入的功作为负值。对上式积分可以得到整个过程的表达式：whq单级压缩蒸气制冷机循环的各个过程有如下关系：(2)冷凝过程：dw=0dq=dhqk=h2-h4(3)节流过程：w=0q=0Δh=0h4=h5（1）压缩过程:dq=0,因而dw=dhw=h2-h1（4）蒸发过程：dw=0,因而dq=dhq0=h1-h5=h1-h4(1)单位制冷量q0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：为了说明单级压缩蒸气制冷机理论循环的性能，采用下列一些性能指标，这些性能指标均可通过循环各点的状态参数计算出来。)x(rq5001制冷剂的汽化潜热越大，或节流所形成的蒸气越少（x5越小）则循环的单位制冷量就越大。q0=h1-h5=h1-h4(2)单位容积制冷量qv14110vhhvqqv(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120hhw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，包括显热和潜热两部分qhhhhhhk233424对于单级压缩式蒸气制冷机理论循环qqwk00(5)制冷系数0对于单级压缩蒸气制冷机理论循环0001421qwhhhh制冷系数愈大经济性愈好冷凝温度越高制冷系数越小蒸发温度越低(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00412410TTThhhhc这里εc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。干压缩代替了湿压缩：压缩机吸气状态为干饱和蒸气节流阀代替了膨胀机：简化了设备，但会造成节流损失热交换过程为等压过程，而非等温过程理论制冷循环的特点（对比理想制冷循环）理论制冷循环是单级压缩蒸气制冷机的基本循环，也是最简单的循环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[例2-1]单级压缩制冷理论循环,t0=-10℃,tk=35℃,工质R22,循环制冷量Q0=55KW,试对该循环进行热力计算。h(KJ/Kg)v(m3/kg)1.401.5550.06532.435.2t2=570C3.243.1141.确定各状态点参数（查lgp-h图）2.作图3.代公式计算具体过程请同学参考教材P312.2单级蒸气压缩式制冷的实际循环2.2.1液体过冷对循环性能的影响什么是液体过冷？制冷剂在冷凝器中液化后、进入节流机构之前，将液态制冷剂再降温成为过冷液体的做法。为什么制冷系统带液体过冷？带有液体过冷的制冷系统的制冷量会增加。过冷温度：制冷剂节流前被降温到低于饱和温度的过冷液体的温度。过冷度：液体过冷温度和其压力所对应的饱和液体温度之差。过冷循环：具有液体过冷的循环称为液体过冷循环。过冷循环1-2（压缩机）：等熵压缩；2-3（冷凝器）：等压放热；3-3’（过冷器）：等压传热；3’-4（节流阀）：等焓节流；4-1（蒸发器）：等压吸热PhPKPO123'43PkPototktgl实现方法冷凝器后装过冷器；设计、选型时，适当增大冷凝器面积；制冷系统中设置回热器，采用回热循环。热力分析单位制冷量：q0＝h1－h4’单位理论压缩功：w0＝h2－h1单位质量制冷量提高耗功量不变制冷系数增大P33例2-2p0pkph021过冷循环44'33'2.2.2蒸气过热对循环性能的影响什么是蒸气过热？制冷剂在蒸发器中气化后、继续吸热升温，使压缩机吸气温度高于其饱和温度的做法。为什么制冷系统带蒸气过热？保证压缩机吸气是干蒸气。基本概念过热温度：压缩机吸入的高于其压力对应饱和温度的过热制冷剂蒸气温度。过热度：蒸气过热后的温度和同压力下饱和温度的差值。过热循环：具有蒸气过热的循环称为蒸气过热循环。有效过热：过热吸收热量来自被冷却介质，产生有用的制冷效果。有害过热：过热吸收热量来自被冷却介质以外，无制冷效果。过热循环1’-2（压缩机）：等熵压缩；2-3（冷凝器）：等压放热；3-4（节流阀）：等焓节流;4-1（蒸发器）:等压吸热；1-1’（过热）：等压传热PhPKPO1241'3PkPotgrtotk实现方法蒸发器面积大于设计所需面积（有效）；蒸发器与压缩机间的连接管道吸取外界环境热量而过热（有害）；系统中设置回热器（有害过热，但有过冷过程伴随）。4.热力分析（1）有害过热分析(图2-7)：单位压缩功增加单位制冷量不变制冷系数下降单位冷凝负荷增大进入压缩机的制冷剂比容增大压缩机的排气温度升高（2）有效过热分析：•单位压缩功增加•单位制冷量增加•制冷系数变化不一定(图2-9)•单位冷凝负荷增大•进入压缩机的制冷剂比容增大•压缩机的排气温度升高氨过热度5℃氟利昂一般取可取较大过热度,过热温度不超过15℃例2-3实际运行中过热度选择2.2.3回热循环对性能影响1.回热循环冷凝后的制冷剂液体与蒸发后的制冷剂蒸气进行热交换，实现液体过冷、蒸气过热的制冷循环。2.实现方法：系统中设回热器吸气管与供液管绑扎3.循环过程1’-2（压缩机）：等熵压缩；2-3（冷凝器）：等压放热冷凝；3-3’（回热器）：等压放热过冷；3’-4（节流阀）：等焓节流；4-1（蒸发器）：等压吸热制冷；1-1’（回热器）：等压吸热过热。PhPKPO123'41'3PkPotgrtotktgl4.热力分析单位压缩功增加；单位制冷量增加；回热循环不一定能提高制冷系数；氨不采用回热循环；回热适合在部分氟制冷系统中使用。（P38例2-4）(问题:如何计算单位制冷量与单位冷凝热?)PhPKPO123'41'3PkPotgrtotktgl2.2.4热交换及压力损失对循环性能的影响吸入(气)管道吸气管上的热交换：无效过热吸气管上的压降：吸气比容增大，单位容积制冷量减少，压力比增大，容积效率降低，比压缩功增大，性能系数下降吸气节流：调节压缩机制冷量排出(气)管道排气管上的热交换：减少冷凝器热负荷排气管上的压降：增加压缩机排气压力、压力比、比功，降低容积效率、性能系数冷凝器到膨胀阀之间的液体管道液体管上的热交换：温度高于环境时增大制冷量，低于时可能使部分液体气化膨胀阀失效液体管上的压降（主要由流动高度增加引起）：可能使液体气化，p1v+gZ1=p2v+gZ1（P40例2-5）膨胀阀到蒸发器之间的管道热交换的影响:若装在被冷却空间，有效制冷；若装在室外，制冷量减少，管道须保温压降的影响：无关紧要，但液体分配器须使每路压降相等蒸发器压降影响若出口状态不变，须提高进口压力，平均蒸发温度提高，传热温差减小，传热面积增大，循环性能不变若传热温差不变，则蒸发器出口压力降低，吸气比容增大，压力比增高，制冷量减少，性能系数下降冷凝器压降影响压缩机排气压力增高，压力比增大，耗功增加，性能系数下降压缩机实际压缩与等熵压缩的区别余隙容积：制冷量下降，耗功增大容积效率，指示效率，机械效率，传动效率，电效率压缩机各类功之间的关系输入功率Pin轴功率Pe指示功率Pi理论功率Pth摩擦损耗Pm传动损耗压缩气体损耗ηdηmηiηeL输出功率Pe电机损耗2.2.5不凝性气体的存在对循环性能的影响定义来源危害解决空气(抽真空不足)；制冷剂油裂解；腐蚀金属产生气体。积存于冷凝器上部,不能通过液封,使PK↑压机排气P↑.耗功↑ε↓冷凝器上部装阀门,放空。2.2.6实际制冷过程描述1-1’吸气管过热1’-a吸气阀节流a-b制冷剂进入气缸吸热b-c先吸热压缩，后放热压缩c-d制冷剂在排气腔放热d-e排气阀节流e-2排气管放热冷却2-3冷凝放热3-3’液体过冷3’-4节流过程中，制冷剂降温降压对外吸热增焓4-1蒸发制冷ph11'abcde233'4图2-132.3单级蒸气压缩式制冷机的性能制冷量Q0=qmq0=qvh/v1*q0=qvh*qv理论功率p0=qmw0=qvh/v1*w0=qvh*w0v2.3.1蒸发温度的影响当降低蒸发温度（图2-14）：压缩比增加，致压缩机效率降低吸气比容增加，单位质量制冷量略有下降，单位容积制冷量则明显降低；压缩机制冷量亦下降（图2-15）4'1'蒸发温度变化ph图10hp432'2单位质量压缩功增大；问题:单位容积压缩功如何变化?什么时候最大?图2-16压力比约等于3制冷系统性能系数降低（图2-17）（2）冷凝温度的影响当提高冷凝温度（图2-18）：压缩比增加，导致压缩机效率降低；单位质量制冷量减少；单位容积制冷量减少（v1不变）；压缩机制冷量也下降；342ph02'1冷凝温度变化ph图4'3'单位质量压缩功增加，单位容积压缩功也增大（v1不变）制冷系统性能系数降低（图2-17）压缩机工况：最大功率工况和最大压差工况用于设计和考核压缩机的机械强度、耐磨寿命、阀片合理性、配用电击最大功率等。压缩机电动机:一般按最大轴功率工况计算结果选配。压缩机出厂铭牌上的制冷量为名义工况下的制冷量，实际运行时的制冷量需按实际工况进行换算。表2-5~2-8各种工况例2-6、2-72.4制冷工况例某空调用制冷系统，工质为氨。需要制冷量Q0=48kw,空调用冷水温度tc=10℃,冷却水温度tw=32℃,蒸发器端部温差取Δt0=5℃，冷凝器端部温差取Δtk=8℃，试作制冷机的热力计算。计算中取液体过冷度Δtg=5℃，吸气管路有害过热度Δtr=5℃，压缩机的输气系数λ=0.8，指示效率ηi=0