2.1.1 蒸气压缩式制冷的理论循环及热力计算

一点两线三区） 二、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 垂直线（液相区） 水平线 两相区） 水平线（ 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） 向右下方弯曲（过热蒸气区） 向右下方弯曲
先画出压焓图 再根据R22的热力性质表，查出处于饱和线上的有 的热力性质表， 再根据 的热力性质表 关状态参数值 计算 1 单位质量制冷量 3 制冷剂质量流量 2 单位容积制冷量 4 理论比功
5 压缩机消耗的理论功率 6 压缩机吸入的容积 7 制冷系数 8 冷凝器单位热负荷 9 冷凝器热负荷
解：该循环的压焓图如下所示： 根据R22的热力性质表，查出处于饱和线上 的有关状态参数值： h1=401.555 kJ/kg v1=0.0653 m3/kg h3=h4=243.114 kJ/kg p0=0.3543 MPa pk=1.3548 MPa
（4）冷凝器 ） 假设制冷剂在冷凝器中向外界放出热 量为Qk ,那么： 那么： 量为 那么 称为冷凝器单位热负荷， 式中 (h2-h3)称为冷凝器单位热负荷， 称为冷凝器单位热负荷 表示。 用qk表示。它表示 表示 它表示1kg制冷剂蒸汽在 制冷剂蒸汽在 冷凝器中放出的热量。 冷凝器中放出的热量。
（2）压缩机 ） 如果忽略压缩机与外界环境所交换的热 量，则由式（1）得： 则由式（ ）
式中（ 式中（h2-h1)表示压缩机每压缩并输送 表示压缩机每压缩并输送 1kg的制冷剂所消耗的功， 称为理论 的制冷剂所消耗的功， 的制冷剂所消耗的功 比功。 比功。
（3）蒸发器 ） 被冷却物质通过蒸发器向制冷剂传送Q0 , 被冷却物质通过蒸发器向制冷剂传送 因为蒸发器不作功，故方程式（ ）变为： 因为蒸发器不作功，故方程式（1）变为：
0 h3=h4 h1 h2 h 4 1
蒸气压缩制冷理论循环p h图
四、状态点的确定
1点：Po等压线与 点 等压线与x=1蒸气干饱和线交点 蒸气干饱和线交点 3点：Pk等压线与 点 等压线与x=0液态饱和线交点 液态饱和线交点 2点: Pk等压线与 1等熵线交点 点 等压线与s 4点：Po等压线与 3等焓线交点 点 等压线与h
制 冷 技 术
2.1.1 蒸气压缩式制冷的理论循环 及其热力计算
复习
理论制冷循环假定条件 压焓图 理论制冷循环在压焓图上的表示 理论制冷循环的热力计算
一、理论制冷循环假定条件
制冷系统的心脏，压缩和输送制冷剂蒸气； 压缩机： 制冷系统的心脏，压缩和输送制冷剂蒸气； 等熵压缩； 等出热量；等压放热；
节流降压， 并调节进入蒸发器的制冷剂流量； 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； 等焓节流； 吸收热量（输出冷量）从而制冷；等压吸热。 蒸发器：吸收热量（输出冷量）从而制冷；等压吸热。
一、理论制冷循环假定条件
离开蒸发器的制冷剂蒸气为蒸发压力下的饱和 蒸气； 蒸气 ； 离开冷凝器的液体为冷凝压力下的饱和 液体。 液体。 制冷剂在设备、 管道内的流动没有阻力损失， 制冷剂在设备 、 管道内的流动没有阻力损失 ， 与外界环境没有热交换。 与外界环境没有热交换。
式中 : Q 和 P 是单位时间内加给系统的 热量和功; 热量和功 qm是流进或流出该系统的稳定质量 流量； 流量； h是比焓 下标 和 2分别表示流体流 是比焓;下标 是比焓 下标1和 分别表示流体流 进系统和离开系统的状态点。
(1) 节流阀 制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀， 制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀， 对外不作功, 故方程式(1)变为 对外不作功 P=0,故方程式 变为： 故方程式 变为： 因此，可认为节流前后其值不变。 因此，可认为节流前后其值不变。 节流阀出口处（ 节流阀出口处（点4）为两相混合 ） 物。
应用lgp-h图以时需注意： ①定熵线是一组不平行线。越靠固右侧，定熵 线走势越平坦，即数值变化越大； ⑦定温线在液相区、两相区和气相区三个区域 里走势是变化的； ②掌握各定参数在lgp-h图上的变化趋势。
三、理论制冷循环在压焓图上的表示
p 压焓图的作用： 压焓图的作用：
pk 3 2
确定状态参数 表示热力过程 p0 分析能量变化
单位质量制冷量q 单位质量制冷量 0：1kg制冷剂在蒸发器内从被 制冷剂在蒸发器内从被 冷却物体吸收的热量 。 q0＝h1－h4 单位体积制冷量qv ：压缩机每吸入1m3制冷剂蒸 单位体积制冷量 压缩机每吸入 气（按吸气状态计），在蒸发器中所产生的制冷 按吸气状态计） 量。 qv＝q0 / v1＝（h1－h4）/v1 制冷剂质量流量q 制冷剂质量流量 m： qm=Qo / q0
查图可知：h2=435.2 kJ/kg t2=57℃ 1 单位质量制冷量q0=h1－h4=158.441 kJ/kg 2 单位容积制冷量 3 制冷剂质量流量 4 理论比功 w0=h2－h1=33.645 kJ/kg 5 压缩机消耗的理论功率P0=qmw0=11.68 kw
6 压缩机吸入的容积 V=qmv1=0.0227 m3/s 7 制冷系数 8 冷凝器单位热负荷 qk=h2－h3=192.086 kJ/kg 9 冷凝器热负荷 Qk=qmqk=66.67 kw
由上式可以看出制冷量与两个因数有关： 由上式可以看出制冷量与两个因数有关 ： 制冷剂的质 量流量qm和制冷剂进出口蒸发器的焓差(h1-h4)。 和制冷剂进出口蒸发器的焓差 量流量 。 (h1-h4)称为单位质量制冷量 ， 它表示 称为单位质量制冷量，它表示1kg制冷剂在蒸 称为单位质量制冷量 制冷剂在蒸 发器内从被冷却物质中吸取的热量， 表示。 发器内从被冷却物质中吸取的热量，用q0表示。 表示
理论循环的热力完善度β 理论循环的热力完善度 o 所谓热力完善 度，就是制冷循环接近它理想情况的程 理论循环的热力完善度β 度。理论循环的热力完善度 o，即理论 循环的制冷系数ε 与理想循环制冷系数ε 循环的制冷系数 o与理想循环制冷系数 c 的比值。 的比值。
βo ＝
εo εc
所谓理想的制冷循环， 所谓理想的制冷循环，就是制冷循环能够 理想的制冷循环 达到的最高境界， 达到的最高境界，即制冷循环能够达到最 高的制冷效率。理想的制冷循环是逆卡诺 高的制冷效率。 循环，工作条件是：没有传热温差， 循环，工作条件是：没有传热温差，即TC = TO（蒸发温度）、 H =TK（冷凝温度）； 蒸发温度）、 ）、T 冷凝温度）； 热源恒温；没有不可逆损失。 热源恒温；没有不可逆损失。理想制冷循 环的特征是：在给定的热源温度T 环的特征是：在给定的热源温度 C 、TH条 件下，逆卡诺循环所消耗的功率最小， 件下，逆卡诺循环所消耗的功率最小，制 冷系数ε 最大。 冷系数 c最大。
五、理论制冷循环的热力计算
理论制冷循环中， 理论制冷循环中，制冷剂的流动过程可认为 是稳定流动过程。 是稳定流动过程。即： 1)制冷剂流过系统任何断面的质量不随时间改 变。 2)系统中任何位置上制冷剂的状态参数都保持 一定，不随时间改变。 3)系统与外界的热量和功量传递不随时间改变。
在进行制冷循环的热力计算之前,首 在进行制冷循环的热力计算之前 首 先需要了解系统中各设备内功 先需要了解系统中各设备内功和热量 的变化情况,然后再对循环的性能指 的变化情况 然后再对循环的性能指 标进行分析和计算。 标进行分析和计算。 根据热力学第一定律， 根据热力学第一定律，如果忽略位能 和动能的变化， 和动能的变化，稳定流动的能量方程 可表示为 （1） ）
TC ε c = TH − TC
例题： 例题：假定循环为单级压缩蒸气制冷的理论 循环，蒸发温度t0=－ ℃ 冷凝温度为 冷凝温度为35℃ 循环，蒸发温度 －10℃,冷凝温度为 ℃， 工质为R22，循环的制冷量 工质为 ，循环的制冷量Q0=55kw,试对该 试对该 循环进行热力计算。 循环进行热力计算。
单位冷凝负荷q 单位冷凝负荷 k ：1kg制冷剂在冷却和冷 制冷剂在冷却和冷 凝过程中放出的热量 。 qk＝h2－h3 单位理论压缩功w 单位理论压缩功 0 ： 压缩机每压缩输送 1kg制冷剂所消耗的压缩功 。 制冷剂所消耗的压缩功 w0＝h2－h1
制冷系数ε 制冷系数 0：
q0 h1 − h4 ε0 = = w0 h2 − h1