单级蒸汽压缩式制冷循环

制冷系统各部件的主要用途
放热，使高压高温制冷剂蒸汽冷却 、冷凝成高压常温的制冷剂液体
压缩制冷剂蒸汽，提高 压力和温度
得到低温低压制冷剂
制冷剂液体吸热、蒸发、制冷
单级蒸汽压缩式制冷循环
容积式压缩机的单级压比受压 缩机容积效率和压缩终了温 度的制约 通常被限制在8～10
离心式压缩机的单级压缩比受 工质分子量大小与叶轮的周 边速度制约 通常被限制在 2～4
➢ “冷”相对于环境温度而言， 一般是指环境温度至绝对零 度。
通过123Ｋ来分界温区
制冷温区 123K以上
低温温区 123K以下
低温温度范围
蒸汽压缩式制冷循环
“冷源”指需冷却的空间 “热源”则指制冷机放热的
对象 制冷循环就是通过一定的
能量补偿，从低温热源 吸热，向高温热源排热。 热源的温度决定制冷剂 吸热与排热的温度与压 力，相应地决定了制冷 循环中的高低压侧的压 力比。
4.单位冷凝热负荷 qk • 制冷压缩机每输送1kg制冷剂在冷凝器中放出的热
量，称为单位冷凝热负荷，用qk表示。 • qk=（h2-h2）+（h2-h3）=h2-h3 • 式中： • qk单位冷凝热负荷（kJ/kg）； • h2与冷凝压力对应的干饱和蒸汽状态所具有的
比焓值（kJ/kg）； • h3与冷凝压力对应的饱和液状态所具有的比焓
4-1表示制冷剂在蒸发器汽化和压降 过程；
1-1表示制冷剂蒸汽的过热（有益或 有害）和压降过程；
节流机构、管道
节流机构 控制进入蒸发器的制冷剂质 流率；对制冷剂的流动起扼制作用； 使来自冷凝器的高压液态制冷剂压 力降低。
管道 用管道将制冷机各组成部件连接 成一个完整的制冷系统，使制冷剂 在封闭的系统中循环。
节流动画
第二节 单级蒸汽压缩式制冷理 论循环及其热力计算
• （一）单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成 • （二）单级蒸汽压缩式制冷理论循环的假
• 例1-1 假定循环为单级蒸汽压缩式制冷的理论循环，蒸发温度t0=10℃，冷凝温度tk=35℃，工质为R22，循环的制冷量Q0=55kW，试 对该循环进行热力计算。
解 点1：t1=t0= 10℃， p1=p0=0.3543MPa， h1=401.555kJ/kg， v1=0.0653m3/kg 点3：t3=tk=35℃， p3=pk=1.3548MPa， h3=243.114 kJ/kg， 由图可知，h2=435.2 kJ/kg， t2=57℃
设条件和热力图 • （三）单级蒸汽压缩式制冷理论循环的热
力性能及分析
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•（一）单级蒸汽压缩式制冷理论循环 组成
• 制冷压缩机 • 冷凝器 • 节流器 • 蒸发器
• 单级蒸汽压缩式制冷循环，是指制冷剂在一次 循环中只经过一次压缩，最低蒸发温度可达40～-30℃。单级蒸汽压缩式制冷广泛用于制冷、 冷藏、工业生产过程的冷却，以及空气调节等 各种低温要求不太高的制冷工程。
（二）单级蒸汽压缩式制冷循环
单级循 环原理 图动画
单级蒸汽压缩式制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成。 制冷剂蒸汽压缩、冷凝成液体，放出热量 冷凝后的制冷剂流经节流元件进入蒸发器。从入口端的高压pk降低到 低压p0，从高温tk降低到t0，并出现少量液体汽化变为蒸汽。 制冷剂液体在低压（低温）下蒸发吸热 制冷剂蒸汽回到压缩机中压缩
理论循环的性能指标及其计算
• 1.单位质量制冷量 q0 • 制冷压缩机每输送1kg制冷剂经循环从被冷却介质
中制取的冷量称为单位质量制冷量，用q0表示。 • q0=h1-h4=r0（1-x4） • 式中 ：
– q0单位质量制冷量（kJ/kg）； – h1与吸气状态对应的比焓值（kJ/kg）； – h4节流后湿蒸汽的比焓值（kJ/kg）； – r0蒸发温度下制冷剂的汽化潜热（kJ/kg）； – x4节流后气液两相制冷剂的干度。
3）热交换过程中，存在着传热温差，被冷却介质温度高于制冷剂的 蒸发温度，环境冷却介质温度低于制冷剂冷凝温度。
4）制冷剂在设备及管道内流动时，存在着流动阻力损失，且与外界 有热量交换。
5）实际节流过程不完全是绝热的等焓过程，节流后的焓值有所增加。
6）制冷系统中存在着不凝性气体。
单级实际循环的热力状态图
（一）单级蒸汽压缩式制冷理论 循环组成
制冷剂的变化过程
单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成： 制冷压缩机 冷凝器 节流器 蒸发器
压缩过程（压缩机中进行） 通过压缩使制冷剂由低温低压的蒸汽变为高温高压气体。
冷却冷凝过程（冷凝器中进行） 在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体。
节流过程（节流阀中进行） 压力、温度降低，焓值不变
创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态 转变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量 的总量保持不变。 • 能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一。
能量的传递和转化
➢ 2.热力学第二定律
➢ 热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体. 制冷循环的热力学分析
热力学循环 正向循环
逆向循环
热能转化为机械功 消耗功
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（一）单级实际制冷循环与理论
制冷循环的区别
• 理论
• 1、压缩过程为定熵过程。
• 2、冷凝、蒸发过程为定压 过程，没有传热温差。
• 3、压缩机吸入的是饱和蒸 汽，冷凝器出口为饱和液 体。
• 4、制冷管道内无流动阻力 损失。
• 5、节流过程为绝热过程。
实际
1、压缩过程不是定熵过程。 2、热交换过程中，存在气体 过热、液体过冷现象。
单级蒸汽压缩式制冷循环
（一）制冷方法、原理
• 蒸汽压缩式制冷的热力学原理
• 利用制冷剂液体在气化时（蒸发时）产 生的吸热效应，达到制冷目的。
能量的传递和转化
能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式 ➢ 作功借作功来传递能量总和物体宏观位移有关。 ➢ 传热借传热来传递能量无需物体的宏观移动。 • 1.热力学第一定律 • 自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被
值（kJ/kg）； • 对于单级蒸汽压缩式制冷理论循环，存在着下列关
系 • qk = q0 +w0 5.制冷系数 0 单位质量制冷量与理论比功之比，即理论循环的收益和
代价之比，称为理论循环制冷系数，用0表示， • ε0=q0 / w0 =（h1-h4）/（h2-h1）
理论循环的性能指标及其计算
理论循环的热力图
1-2 压缩机: 压பைடு நூலகம்和输送制冷蒸汽。 2-2`-3 冷凝器: 将制冷剂的热量排放给冷却介 质。 3-4 节流阀: 对制冷剂节流降压。 4-1 蒸发器: 制冷剂吸收被冷却对象的热量。
各部件的作用
• 压缩机: 压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发器中低 压、冷凝器中高压，是整个系统的心脏。
理论循环的性能指标及其计算
• 2.单位容积制冷量 qv
– 制冷压缩机每吸入1m3制冷剂蒸汽（按吸气状态计）经循环从被冷却介 质中制取的冷量，称为单位容积制冷量，用qv表示。
– qv= q0/v1 – 式中： – qv单位容积制冷量（kJ/m3）； – v1制冷剂在吸气状态时的比体积（m3/kg）
• 冷凝器: 是输出热量的设备，将制冷剂在蒸发器中 吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量排放给 冷却介质。
• 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 收被冷却对象的热量，从而达到制冷的目的。
lgP
压焓图
过冷液体区 X=0
1）制冷压缩机压缩过程 2）制冷压缩机冷凝过程 3）制冷压缩机膨胀过程 4）制冷压缩机蒸发过程
理论循环T-s图和lgp-h图
理论循环T-s图（a）和lgp-h图（b）
（三）单级蒸汽压缩式制冷理论循 环的热力性能及分析
• 单位制冷量； • 单位容积制冷量； • 单位理论功； • 单位冷凝； • 单级理论循环制冷系数； • 单级理论循环热力完善度。
蒸发过程（蒸发器中进行） 吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气
（二）单级蒸汽压缩式制冷理论 循环的假设条件和热力图
• 理论循环的假设条件
– 1、压缩过程为定熵过程
– 2、冷凝、蒸发过程为定压过程，没有传热温 差
– 3、压缩机吸入的是饱和蒸汽，冷凝器出口为 饱和液体。
– 4、制冷管道内无流动阻力损失
– 5、节流过程为绝热过程
第三节 单级蒸汽压缩式制冷实 际循环
• （一）单级实际制冷循环与理论制冷循环的区别
• （二）单级蒸汽压缩式制冷实际循环的过程及其 热力状态图
• （三）单级蒸汽压缩式制冷实际循环的热力性能 及分析
• （四）实际工况及制冷剂的变化对循环的影响
• （五）其他变化对实际制冷循环的影响
• （六）实际制冷循环的热力计算
3、热交换过程存在传热温差。 4、节流过程不完全是绝热过 程。
5、管道内有流动阻力损失。 6、系统存在不凝性气体。
（二）单级蒸汽压缩式制冷实际循环的 过程
1）制冷压缩机的压缩过程不是等熵过程，且有摩擦损失。
2）实际制冷循环中压缩机吸入的制冷剂往往是过热蒸汽，节流前往 往是过冷液体，即存在气体过热、液体过冷现象。
➢ 五态：
➢ 过冷液状态、 ➢ 饱和液状态、 ➢ 湿蒸汽状态、 ➢ 饱和蒸汽状态、 ➢ 过热蒸汽状态。
➢ 八线：
➢ 等压线p（水平线） ➢ 等焓线h（垂直线） ➢ 饱和液线x=0， ➢ 饱和蒸汽线x=1， ➢ 无数条等干度线x ➢ 等熵线s ➢ 等比体积线v ➢ 等温线t
理论循环过程在压焓图上的表示
• 3.理论比功w0
– 制冷压缩机按等熵压缩时每压缩输送1kg制冷剂 蒸汽所消耗的功，称为理论比功，用w0表示。 – w0=h2-h1 – 式中： – w0理论比功（kJ/kg）； – h2压缩机排气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）； – h1压缩机吸气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）