工程热力学小论文

蒸汽压缩式制冷机

湖南城市学院1002302-10曹登祥

关键词：蒸汽压缩式制冷循环

摘要：蒸汽压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道将它们连接成一个密封系统。制冷剂液体在蒸发器内以低温与被冷却对象发生热交换，吸收被冷却对象的热量并气化，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩机排出的高压气态制冷剂进冷凝器，被常温的冷却水或空气冷却，凝结成高压液体。高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压低温的气液两相混合物，进入蒸发器，其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压蒸汽再次被压缩机吸入。如此周而复始，不断循环。摘自百度文库

1．蒸汽压缩式制冷原理

单级蒸气压缩式制冷系统如下图所示。

它由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成。其工作过程如下：制冷剂在蒸发压力下沸腾，蒸发温度低于被冷却物体或流体的温度。压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将它压缩到冷凝压力，然后送往冷凝器，在冷凝压力下等压冷却和冷凝成液体。制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质（通常是水或空气）与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或其它节流元件进入蒸发器。

当制冷剂通过膨胀阀时，压力从冷凝压力降到蒸发压力，部分液体气化，剩余液体的温度降至蒸发温度，于是离开膨胀阀的制冷剂变成温度为蒸发温度的两相混合物。混合物中的液体在蒸发器中蒸发，从被冷却物体中吸取它所需要的气化潜热。混合物中的蒸气通常称为闪发蒸气，在它被压缩机重新吸入之前几乎不再起吸热作用。

在整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中低压力、冷凝器中高压力的作用，是整个系统的心脏；节流阀对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量，从而达到制取冷量的目的；冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸取的热量连同压缩机消耗的功所转化的热量的冷凝器中被冷却介质带走。根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功（电能）起了补偿作用，使制冷剂不断从低温物体中吸热，并向高温物体放热，从而完整个制冷循环。

2．蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算

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和热量的变化情况,然后再对循环的性能指标进行分析和计算。

根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，稳定流动的能量方程可表示为

Q+P=qm（h2-h1）(1)

式中Q 和P 是单位时间内加给系统的热量和功；qm是流进或流出该系统的稳定质量流量；h是比焓;下标1和2分别表示流体流进系统和离开系统的状态点。当热量和功朝向系统时,Q和P取正值。

1）节流阀

制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功, P=0,故方程式(1)变为

0=qm(h4-h3)

h4=h3 (2)

因此，可认为节流前后其值不变。节流阀出口处（点4）为两相混合物，它的焓值也可由下式表示：

式中hf0 和hg0 分别为蒸发压力p0 下饱和液体和饱和蒸汽的焓值；x4 为制冷剂出节流阀时的干度。将上式移项并整理得

（3）

点4比容为

（4）

式中Vf0 和Vg0 分别为蒸发温度t0 下饱和液体和饱和蒸汽的比容。

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

（5）

式中（h2-h1)表示压缩机每压缩并输送1kg的制冷剂所消耗的功，称为理论比功。

3）蒸发器

被冷却物质通过蒸发器向制冷剂传送Q0 ,因为蒸发器不作功，故方程式（1）变为

（6）

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)。(h1-h4)称为单位质量制冷量，它表示1kg制冷剂在蒸发器内从被冷却物质中吸取的热量，用q0表示。

质量流量与容积qv有如下关系：

（7）

用压缩机进口出V1代入上式得：

（8）将方程（8）代入（6）得:

（9）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

（10）

式中(h2-h3)称为冷凝器单位热负荷，用qv表示。它表示1kg制冷剂蒸汽在冷凝器中放出的热量。

5）制冷系数

按定义，在理论循环中，制冷系数可用下式表示