5.蒸气压缩式制冷的理论循环

1第五章蒸气压缩式制冷的理论循环2逆向卡诺循环31-2：绝热压缩过程2-3：定压凝结放热过程3-4：绝热节流过程4-1：定压蒸发吸热过程一、标准单级蒸气压缩式制冷循环4蒸气压缩制冷循环Ts1234567比较：逆卡诺循环34673蒸气压缩制冷循环123451节流阀压缩机蒸发器冷凝器5–采用湿压缩行程时，湿蒸气进入气缸，热的气缸壁与冷的湿蒸气进行强烈的热交换。使压缩机的工作效率大大降低。–采用湿压行程时，大量液态制冷剂进入压缩机气缸，可能引起“液击”现象，而使压缩机发生事故。故实际蒸气制冷机都要求压缩机在干压缩行程下运转“湿压行程”在生产中不受欢迎是因为：6•为了保证干蒸气进入压缩机，一般在节流阀与蒸发器之间加装一个液体分离器•由于液体膨胀机制造比较复杂，且液体的膨胀功又很小，因此可以采用结构简单的节流阀代替结构复杂的膨胀机。1—压缩机2—冷凝器3—蒸发器4—液体分离器5—节流阀一、标准单级蒸气压缩式制冷循环7•特点1：干压缩行程代替湿压缩行程。即，制冷剂的吸热，过程延长到干饱和蒸气线，使压缩过程处于干压缩条件下。一、标准单级蒸气压缩式制冷循环8•特点2：•膨胀过程采用一可逆的节流过程。•用节流阀代替了膨胀机。将绝热的膨胀过程，替换为不可逆的绝热节流过程。一、标准单级蒸气压缩式制冷循环9点1：干蒸气（T0，p0）1－2：绝热压缩(T↑，p↑)点2：过热蒸气（Tk,pk）2－3：冷却阶段(T↓，pk)点3：干蒸气（Tk，pk）3－4：冷凝阶段(Tk，pk)点4：饱和液体（Tk，pk）4－5：节流过程(T↓，p↓)点5：湿蒸气（T0，p0）5－1：吸热汽化过程（T0，p0）吸热量q0＝面积5－1－c－a－5放热量qk＝面积2－3－4－d－c－2输入功w＝面积1－2－3－4－6－1蒸气压缩式制冷循环温——熵图101－2：压缩过程，定S2－3－4：冷却冷凝阶段，定p4－5：节流过程，定h5－1：蒸发过程，定p，T蒸气压缩式制冷循环压——焓图吸热量q0＝h1－h5＝h1－h4放热量qk＝h2－h4输入功w＝h2－h111二、蒸气制冷机理论循环的热力计算步骤41510hhhhq14110vhhvqqv12hhwkkw424332)()(hhhhhhqk1．单位质量制冷量q0与单位容积制冷量qvkJ/kgkJ/m32．单位压缩功kJ／kg3．单位冷凝热量qkkJ／kg4．制冷系数12410hhhhwqk12lnp-h图及计算Ts12345lnph123452q1qw21514qhhhh124qhh21421qhhwhh131GvVs00qQGkawGPkkGqQsvVqQ05．压缩机每小时吸入制冷剂质量(制冷剂质量流量)kg/s式中Q0——压缩机的制冷量（kW）kW6．压缩机每小时吸入制冷剂蒸气容积m3/s7．冷凝器的热负荷kW8．压缩机所需理论功率(绝热功率)kW9．热力完善度η001241001241TTThhhhTTThhhhkkc14三、标准单级制冷循环的变型节流阀前的液体制冷剂再冷却的循环图1、节流阀前液态制冷剂的再冷却（再冷却循环）152、吸入蒸气的过热循环•从蒸发器出来的低温低压蒸气，在流经吸气管道时要吸收周围空气中的热量使制冷剂蒸气的温度升高，这一现象称为管路过热。由于制冷剂在吸气管道上过热时消耗的冷量是损失掉的，对制冷循环是不利的，故称为有害过热。制冷量q0不变；消耗功w增加；制冷系数ε减小。163、回热循环•为了使压缩机在干蒸气区域内工作，并且要使节流阀前液态制冷剂的温度进一步再冷却，一般可采用蒸气回热循环来实现，即在压缩机的吸入管道侧安装—个回热器。17从蒸发器出来的蒸气(状态1’)在回热器中等压吸热到状态1，然后被压缩机吸入，液态制冷剂经再冷却器后进入回热器，进一步被再冷却，从状态7等压冷却到状态9，最后经节流阀送入蒸发器去制冷。蒸气压缩式制冷的回热循环18从图中可明显地看出：系统的制冷量增加了，同时系统消耗的功也增加了，因此系统的制冷系数不一定是增加的。蒸气压缩式制冷的回热循环19采用回热循环的好处：1.循环的单位制冷量q0增大了，当制冷量Q0给定时，制冷剂的循环量G可以减少。2.吸入蒸气的温度提高了，可减少蒸气在吸气管中的有害过热。3.减少了吸入蒸气与气缸壁之间热交换的温差，改善了在低温下工作的压缩机的润滑条件。20还应考虑下列一些因素：1.采用回热后，使节流前制冷剂成为过冷状态，可以在节流过程中减少气化，使节流机构工作稳定；2.采用回热后，自蒸发器出来的气体流过回热器时压力有所降低，引起压缩功的增大。21[例1]已知tk=30℃，t0=-15℃,计算制冷剂为NH3和R22时，理论循环的制冷系数与热力完善度。假设压缩机吸入蒸气为干饱和状态。理论循环的压焓图如图,各有关点的参数及数值列表1—1中。解：73.525830325800TTTkc1.逆向卡诺循环制冷系数82.073.567.43NH77.073.542.422R2.循环的热力完善度22[例2]上例中若两种制冷剂的制冷量均为11.63kW，计算所需的理论功率各为多少?解：1．制冷剂循环量各为0105.05.110463.1100)(3qQGNH0715.05.16263.1100)22(qQGR48.25.2360105.0)(3kNHwGPkg/s63.28.360715.0)22(kRwGPkg/s２．所需理论功率各为kWkW23思考题汽缸中装有2Kg气体，在一个可逆过程中，容积从1.4m3压缩到0.9m3。过程中压力维持为105Pa不变。根据分析得知，它的热力学能减少了12000J。问过程中有多少热量传入系统还是传出系统？