工程热力学小论文

工程热力学小论文Revised on November 25, 2020

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浅析电冰箱压缩制冷循环

一、前言

随着科学技术进步以及人们生活水平的提高，电冰箱已经成为日常生活中越来越不可或缺的必需品。

电冰箱的制冷循环系统是电冰箱的核心部分，其节能、环保等改进也主要围绕着制冷循环系统进行。因此，了解和熟知电冰箱制冷循环系统的过程和原理，是我们参与该领域并对其实施改进的重要基础。

目前最普遍的电冰箱的制冷循环方式是压缩制冷循环，本文将对压缩制冷循环过程进行简单的描述与分析。

二、电冰箱的压缩制冷循环过程

从低于环境温度的物体中吸取热量，并将其转移给环境介质的过程，称为制冷。

由于热量只能自动地从高温物体传给低温物体，因此实现制冷必须包括消耗能量(如电能，机械能等)的补偿过程。

借助制冷系统消耗电能，利用物态变化过程中的吸热(液态→气态)，放热(气态→液态)物理过程，强制热量由低温物体转至高温物体从而达到制冷的目的。

除少数环保冰箱外，现在普通家用冰箱的制冷剂大多还是氟利昂（主要是二氯二氟甲烷），它储存在冰箱的专用容器中。由于氟利昂会破坏臭氧层，现在已经被逐渐淘汰，改用其他的制冷剂，但它们制冷的原理是一样的。

家用电冰箱制冷系统循环过程，压缩机将低温低压的制冷剂气体吸入气缸，经过压缩机压缩，变成高温高压的气态，并排到冷凝器内，在冷凝器内，高温高压的气体与温度较低的环境进行交换，温度降低并冷凝为液体；液体通过毛细管节流，降低压力后进入蒸发器，在蒸发器内吸热汽化，(未汽化的暂留在储液管里)，汽化后被吸回压缩机，重新压缩。如此周而复始，不断循环，使柜内温度降低。

三、压缩制冷循环过程的分析

1.逆向卡诺循环

冰箱的制冷是一个热泵的原理，就是利用机械能，在冰箱保温的条件下，将热量从冰箱里面移出，这些热量在冰箱外面散去。而热泵的工作原理可以用逆卡诺循环来表示。

在一定的冷库温度及环境温度下工作的最简单的

制冷循环是逆向卡诺循环。工质先经绝热膨胀过程1-2

而降温至冷库温度T2，接着在定温吸热过程2-3从低

温物体系热，然后经绝热压缩过程3-4，工质的温度升

高至环境温度T1，接着在定温放热过程4-1向环境放

热，从而完成卡诺循环。

q2=T2(s3-s2）

|q1|=T1(s4-s1)

|0|=|q1|-q2

逆卡诺循环的制冷系数与工质的性质无关，只取决于冷源（即被冷却物体）的温度T2和热源（即环境介质）的温度T1；降低T1，提高T2，均可提高制冷系数。此外，由热力学第二定律还可

以证明：“在给定的冷源和热源温度范围内工作的逆循环，以逆卡诺循环的制冷系数为最高”。任何实际制冷循环的制冷系数都小于逆卡诺循环的制冷系数。

总上所述，理想制冷循环应为逆卡诺循环。而实际上逆卡诺循环是无法实现的，但它可以用作评价实际制冷循环完善程度的指标。通常将工作于相同温度间的实际制冷循环的制冷系数ε与逆卡诺循环制冷系数εk之比，称为该制冷机循环的热力完善度，用符号η表示。即：

η=ε/εk

热力完善度是用来表示制冷机循环接近逆卡诺循环循环的程度。它也是制冷循环的一个技术经济指标，但它与制冷系数的意义不同，对于工作温度不同的制冷机循环无法按其制冷系数的大小来比较循环的经济性好坏，而只能根据循环的热力完善度的大小来判断。

2.电冰箱制冷循环过程分析

了解了逆向卡诺循环，电冰箱的制冷循环过程即可用逆卡诺循环的原理来进行分析。

电冰箱的整个制冷循环过程可分为4个阶段（如下图所示）：

(1)绝热压缩（3-4）：压缩机将蒸发后的低温低压制冷剂吸入，这时气体的理想状态是充分汽化，无液滴，稍微过热，经压缩机活塞的急剧压缩，对气体所做的机械功转换为热，使之变成高温高压气体，此压缩过程很短，被升温气体的热量几乎没有传到外部，故此过程称为绝热压缩过

程。

(2)等温压缩（4-1）：压缩机将高温高压气态制冷剂送至冷凝器中冷却到其完全液化，这段时间放出冷凝潜热，在此过程中，因制冷剂温度不变，仅发生气一液状态变化，故称为等温压缩。在冷凝器末端，制冷剂全部液化后，温度有所下降，即为过冷。

在这一过程中，制冷剂通过蒸发器吸收的热量和压缩机活塞做功转换的热量已全部放出，这时已完成了将低温物体的热量送到高温的外界空气中的任务。

(3)绝热膨胀（1-2）：液态制冷剂在毛细管中受到节流作用，使液体压力急剧降到蒸发压力，制冷剂在此过程中温度虽剧降，但因时间极为短暂，未能吸收外界的热量，故称绝热膨胀。

(4)等温膨胀（2-3）：进入蒸发器的制冷剂迅速蒸发，不断从冷柜（冰箱）内吸收热量（蒸发潜热），直到液体完全汽化为止，在此过程中，制冷剂的温度恒定，故称为等温膨胀。

四、总结

对于冰箱最主要的部分制冷系统来说，其工作原理是逆向卡诺循环，工作流程主要由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四部分组成。并且，其工作的主要流程由绝热压缩、等温压缩、绝热膨胀、等温膨胀组成。