单级蒸汽压缩式制冷循环
蒸气压缩式制冷的理论循环
蒸气压缩式制冷的理论循环1. 单级蒸气压缩式制冷的理论循环的形式单级蒸气压缩式制冷的理论循环是在逆卡诺循环的基础上，作了如下变化：（1）节流阀代替膨胀机；（2）干压缩代替湿压缩。
循环的特点是制冷剂在压缩机的吸入状态和冷凝器的出口状态都是饱和状态，又将理论循环称为饱和循环。
当然，理论循环还保留逆卡诺循环的其它假定。
循环原理图和循环状态点在T－S图上的表示如图1-2、图1-3所示。
单级蒸气压缩式制冷循环由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四大部件组成。
制冷剂在循环过程中各点的状态分别是：压缩机吸入口状态1为低温低压的饱和蒸气；压缩机压缩后状态2为高温高压的过热蒸气状态；冷凝器出口状态3为常温高压的饱和液体状态；节流阀图1-2 理论循环原理图图1-3理论循环在T-S图上的表示出口状态4为低温低压的湿蒸气状态（由大部分低温饱和液体和小部分低温饱和蒸气组成）。
将这四个状态点的特性列成表来表示，见表1-1。
单级蒸气压缩式制冷理论循环各状态点特性表1-1循环过程中，各设备的作用是：压缩机起到了压缩和输送制冷剂，并造成蒸发器的低压作用；冷凝器起到了将低温物体的热量和压缩功转变的热量传给环境的作用；蒸发器则起到了吸收被冷却物体的热量的作用；节流阀起到节流降压、调节流量的作用。
制冷压缩机和节流阀将制冷系统分成高低压两个部分，高压部分从压缩机出口到节流阀进口；低压部分从节流阀出口到压缩机进口。
通过制冷循环，制冷剂不断吸收被冷却物体的热量，使被冷却物体温度维持在所需较低温度的水平，达到制冷的目的。
2. 单级蒸气压缩式制冷的理论循环在压焓图上的表示制冷循环中各过程的功量与热量的变化在压焓图中均可用过程初、终态制冷剂的焓值变化来计算，制冷工程广泛应用压焓图分析计算制冷循环。
（1）压焓图压焓图的示意图见1-4。
压焓图是以绝对压力为纵坐标（为了缩小图面，用对数坐标，其上的压力数值不需换算），以比焓为横坐标来表示制冷剂的状态。
二线、三区域、五种状态、六条等参数线。
单级蒸气压缩式制冷理论循环
液体过冷、吸气过热及回热循环 下图为具有液体过冷的循环和理论循环的对比图，1-2-3-4-1为理论循环，1-2-3'4'-1表示过冷循环。 两个循环的比功相同，过冷循环中单位制冷量增加，从而导致过冷循环的制冷 系数增加。
从制冷系数变化的角度对比如下：
理论循环 1-2-3-4-1 q0=h1-h4 w0=h2-h1
• 单级蒸气压缩式制冷实际循环与理论循环的区别
– 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 是过热蒸气，节流前往往是过冷液体，即存在 气体过热、液体过冷现象。 – 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。
3.理论循环过程在压焓图上的表示 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
理论循环的性能指标及其计算 1、单位质量制冷量
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） （1-1）
4.单位冷凝热负荷
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。
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气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值（kJ/kg）；
对于单级蒸气压缩式制冷理论循环，存在着下列关系
第一节单级蒸汽压缩循环
压缩机： 制冷系统的“心脏”，压缩和输送制冷剂蒸
气
冷凝器： 输出热量 节流阀： 节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量 蒸发器： 吸收热量（输出冷量）从而制冷
5
等熵
四大部件的作用：
二、单级蒸汽压缩式制冷理论循环热力计算
冷凝器 3
等焓
水 2 压缩机
膨胀阀
等压、等温 4 蒸发器 冷 媒 1
1:出蒸发器进压缩机 2:出压缩机进冷凝器 3:出冷凝器进膨胀阀 4:出节流阀进蒸发器
5´ t0 1 q´0 q0
5
h
单位制= q0/v1
21
(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响 p t´ k 3´ 4´ 2´ tk 4 2 3 5´ t0 1 w w´
0
5
h
单位压缩功w 吸气比容v1 不变
w N
q0 制冷系数 w
22
问题：下列( )会使冷凝温度tk增高。
t0
2 2´
5´
5
t´ 0
1 1´
h
蒸发温度t0时：1-2-3-4-5-1 蒸发温度降低为t´0时：1´-2´-2-3-4-5´-1´
24
(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响 p 4
tk 3 t0 2 2´
5
5´
q´0 q0
t´ 0
1 1´
h
单位制冷量q0 吸气比容v1
Q0
25
(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响 p
(3)其他条件不变，液过冷度、的影响 p
4´ 4
pk
3
2
5´
5
p0
1
h
1-2-3-4- 5-1 无过冷过热时：
单级蒸汽压缩式制冷理论循环
1-2-3-4-1,逆时针方向进行
1. 逆卡诺循环
1-2 等熵压缩 TL→TH 耗功wc
2-3 等温放热Qk=TH（S2-S3）
3-4 等熵膨胀 TH→TL 做功we
4-1 等温膨胀吸热Q0=TL（S1-S4）
特点 两个恒温热源 两个等温过程 两个等熵过程
2. 循环结果
单位质量制冷剂从被冷却介质（低温热源）吸热Q0； 单位质量制冷剂向冷却介质（高温热源）放热Qk； 单位循环净耗功 wnet＝Qk－Q0
液体蒸发制冷循环的四个基本过程是：
①制冷剂液体在低压（低温）下蒸发，成为 低压蒸气
②将该低压蒸气提高压力成普通高压蒸气 ③将高压蒸气冷凝，使之成为高压液体 ④高压液体降低压力重新变为低压液体，返
回到①从而完成循环。
制冷循环系统
高压部分
液态工质部分
制冷系统 低压部分
节流 高压部分 pk 机构 低压部分 po
结论：在TH 、TL相同 的情况下， 干压行程、湿压行程、 气相区、两相区的 逆卡诺循环是等效的。
3.传热温差对循环的影响--有温差的内部
可逆逆向循环
Tk’ — 冷却介质的温度 T0’ — 被冷却介质的温度 逆卡诺循环：1’-2’-3’-4’-1’
T
Tk
Tk
3
Tk'
3'
Tk — 冷凝器中制冷剂的温度
压焓图(1gp-h图)的结构如图所示。
图中以压力为纵 坐标(为了缩小图面， 通常取对数坐标，但是 从图面查得的数值仍然 是绝对压力，而不是压 力的对数值)，以焓为 横坐标，图中反映了一 点、两线、三区、五态 、六参数。
QK QK Q0
三、逆向卡诺循环
卡诺循环是在两个温度不相同的定温热源之 间进行的理想热力循环。
第三章-单级蒸汽压缩式制冷循环
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
一、制冷系统与循环过程 1.制冷系统的组成 2. 制冷系统的循环过程 压缩过程 冷凝过程 节流过程 蒸发过程
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
二、压焓图和温熵图
1.压焓图
一点：临界点C 三区：液相区、两相区、气相区。
五态：过冷液状态、饱和液状态、湿蒸气状态、
压缩机的压缩过程为等熵压缩；
制冷剂通过膨胀阀的节流过程为等焓过程； 制冷剂在蒸发和冷凝过程中为定压过程，且没有传热温差，即制冷剂的冷 凝温度等于冷却介质温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度。
制冷剂在各设备的连接管道中流动没有流动损失，与外界不发生热量交换。
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
4. 单级蒸气压缩式制冷理论循环在压焓图上的表示 1-2：压缩过程 2-3：冷凝过程 3-4：膨胀过程
剂分配的均匀性，影响制冷效果。
3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
6. 蒸发器 假定不改变蒸发器出口制冷剂的状态，为了克服制冷剂在蒸发器中的 流动阻力，必须提高制冷剂进蒸发器时的压力，从而提高了蒸发过程中 的平均蒸发温度，使传热温差减小，要求的传热面积增大，但对循环的 性能没有什么影响。如果假定不改变蒸发过程中的平均温度，那么蒸发 器出口制冷剂的压力应稍有降低，压缩机吸气比容增大，压缩比增大， 压缩机比功增加，制冷系数下降。
3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
2. “有效过热”性能分析
(1) 单位比功w0增大，单位质量制冷量q0增大， 单位容积制冷量增大，制冷系数的大小与制冷剂 性质有关； (2) 如果给定制冷量Q0，则质量流量qm减小，容
1 1'
lg p 3 pk 2 2'
p0 4
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。
单级压缩式制冷理论循环
得到低温低压制冷剂
制冷剂液体吸热、蒸发、制冷
21
1.1 单级蒸气压缩式制冷循环 的基本工作原理
制冷剂的变化过程(flash)
22
制冷剂的变化过程
制冷剂在制冷压缩机中的变化
制冷剂蒸气由蒸发器的末端进入 压缩机吸气口时，压力越高温度 越高，压力越低温度越低。
制冷剂蒸气在压缩机中被压缩成
5
T0
1
TL
44
3） 制冷剂液体在节流前无过冷，为饱 和液体。
4） 制冷剂在管路中流动时无任何状态 变化，即无流阻压降，无传热。
5） 节流为绝热过程，节流前后焓值相 等。
45
qK
P
4
2
w0
5
1
q0
单级蒸汽压缩制冷循环
ht 液相区
C 气相区 s
两相区
v
x=0 x
x
p
x=1 t
h
46
3、理论循环的热力状态图 p-h 图
吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气
26
作业：
简单描述单级蒸汽压缩式制冷循环。 蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件
组成，各有何作用？
27
二、理论的单级蒸气压缩式制冷循环及 热力计算
28
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
单级蒸气压缩式制冷循环，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℃。单级蒸气压缩式制冷广泛用 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。
饱和蒸气在等温条件下，继续放出热 量而冷凝产生了饱和液体。
制冷剂在节流元件中的变化
单级蒸气压缩式制冷的理论循环
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环3．1．1 制冷系统与循环过程单级蒸气压缩式制冷系统主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四大部件组成，如图3－1所示。
对制冷剂蒸气只进行一次压缩，称为蒸气单级压缩。
整个循环过程主要由压缩过程、冷凝过程、节流过程以及蒸发过程四个过程组成,每个过程在不同的部件中完成，制冷剂在每个过程中的状态又各不相同，具体情况如下。
图3－1 单级蒸气压缩式制冷系统1 压缩机2 冷凝器3 膨胀阀4 蒸发器压缩过程：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和冷凝器中高压的作用，是整个系统的心脏。
制冷循环的压缩过程是在压缩机中完成的：压缩机不断抽吸从蒸发器中产生的压力为p o、温度为t o的制冷剂蒸气，将它压缩成压力为p k、温度为t k的过热蒸气,并输送到冷凝器中。
在这个过程中，压缩机需要做功。
冷凝过程：冷凝器是制冷系统中输出热量的设备，冷凝过程是在该部件中完成的.在压力p k下，来自于压缩机的制冷剂过热蒸气在冷凝器中首先被冷却成饱和蒸气，然后再逐渐被冷凝成液体，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）。
在冷凝过程中,与冷凝压力p k相对应的冷凝温度t k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。
节流过程:节流过程是在膨胀阀中完成的。
当制冷剂液体经过膨胀阀时，压力由p k降至p o，温度由t k降至t o,部分液体气化。
所以离开膨胀阀的制冷剂为温度为t o的两相混合物，该两相混合物进入蒸发器。
蒸发过程：蒸发器是制冷系统中冷量输出设备，蒸发过程是在蒸发器中完成的。
在蒸发器中，来自膨胀阀的两相混合物在压力p0和温度t0下蒸发，从被冷却介质中吸取它所需要的气化潜热，从而达到制取冷量的目的。
在蒸发过程中，与蒸发压力p0相对应的蒸发温度t0一定要低于被冷却介质的温度。
3．1．2 压焓图和温熵图在制冷循环的分析和计算中，通常要用到两种工具，即压焓图和温熵图.1．压焓图压焓图以绝对压力(MPa）为纵坐标，以焓值（KJ/Kg)为横坐标，如图3－2所示。
制冷技术单级蒸气压缩式制冷循环
制冷技术单级蒸气压缩式制冷循环单级蒸气压缩式制冷循环是一种常用的制冷技术，广泛应用于家用、商用及工业领域。
该制冷循环通过压缩制冷剂，使其在高温高压下变成高温高压气体，然后通过冷凝器对其进行冷却并变成高压液体，最后通过膨胀阀使其变成低温低压液体，完成整个循环过程。
单级蒸气压缩式制冷循环主要由四个部分组成，分别是压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。
这些部分都有各自的功能和特点，下面将逐一介绍。
1. 压缩机：是整个制冷循环的核心部分，其作用是将低压低温制冷剂压缩成高温高压气体。
在压缩机内部，制冷剂通过旋转或往复运动的活塞被压缩，使其温度和压力都升高，然后排出到冷凝器中。
2. 冷凝器：主要作用是对高温高压气体进行冷却，使其冷却成高压液体。
在冷凝器中，高压气体通过散热器散发出热量，同时被冷却的制冷剂也变成高压液体。
3. 膨胀阀：是制冷循环中的节流装置，其作用是将高压液体膨胀成低温低压液体。
膨胀阀的流道十分窄小，制冷剂在经过时会发生流速的急剧降低，从而产生一定的压缩膨胀效应，使其温度和压力都降低。
4. 蒸发器：主要作用是对低温低压液体进行蒸发，从而吸收蒸发时需要的热量。
在蒸发器中，低温低压液体通过翅片式散热器散发出热量，同时由于蒸发带走了一定的热量，制冷剂变成低温低压气体，然后重新进入压缩机进行再次压缩。
以上四个部分形成的制冷循环流程是一个不断循环的过程，从而达到制冷的目的。
制冷循环中每个部件的功能及性能特点，都对整个制冷循环的效率、能耗有很大的影响。
因此，在实际应用中需要根据具体的环境和要求，选择合适的制冷剂和设备，调整制冷循环的工作参数，以满足不同的制冷需求。
制冷技术 单级蒸气压缩式制冷循环
理论制冷循环与理想循环(逆卡诺循环）相比有两个特点
1.用膨胀阀(节流机构）代替膨胀机
2.干压缩代替湿压缩 汽液分离 蒸气过热
利：防止液滴进入压缩机气缸，产生液击、冲缸事故，损坏压缩机。 油裂解结碳
弊：造成压缩机排气温度升高，导致 轴承烧坏
1.蒸汽压缩式制冷循环的实现－四大部件的作用
逆卡诺循环实现的困难
1）压缩过程在湿蒸气区中进行的，危害性很大。（ 什么是湿压缩，湿压缩的危害？？）
2）膨胀机等熵膨胀不经济，不现实。因此，在实际 蒸气压缩式制冷循环中采用膨胀阀（也称节流阀 ）代替膨胀机。
3）无温差的传热实际上是不可能的。因为冷凝器和 蒸发器不可能有无限大的传热面积。所以实际循 环只能使蒸发温度低于被冷却物体的温度，冷凝 温度高于冷却剂的温度。
1.85
2)已知R22的压力为0.1MPa，温度为10℃。求该状 态下R22的比焓、比熵和比体积。
2.1单级蒸汽压缩式制冷的理论循环 1.蒸汽压缩式制冷循环的实现－四大部件的作用； 2.压焓（lgp-h)图和温熵(T-S)图； 3.在特性图上表示制冷循环； 4.理论制冷循环计算。
计算题
有一逆卡诺循环，其被冷却物体(冷源）的温度恒 定为5℃，热源温度为40℃,求其制冷系数。
有一理想制冷循环，被冷却物体(冷源）的温度恒 定为5℃，环境介质(热源）的温度为25℃，两个传 热过程的传热温差均为5℃，试问： a) 逆卡诺循环的制冷系数为多少？ b) 当考虑传热温差时，制冷系数又是多少?
计算题
两台制冷机的冷热源温度同为T0=260K，Tk=300K ，其制冷系数为E1=5.0，E2=4.0，试问哪台制冷机 的经济性好？若两台制冷机的冷热源温度不同：分 别为T01=260K，Tk1=300K， T02=240K， Tk2=300K，试问哪台制冷机的经济性好？
单级蒸气压缩式制冷循环
单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
8、 制冷剂的变化过程 ⑵制冷剂在冷凝器中的变化 过热蒸气进入冷凝器后，在压力不变的条件下，先是散发出一部分热量，使制冷剂过热蒸气冷却成饱和蒸气。 饱和蒸气在等温、等压条件下，继续放出热量而冷凝产生了饱和液体。 ⑶制冷剂在节流元件中的变化 饱和液体制冷剂经过节流元件，由冷凝压力pk降至蒸发压力p0，温度由tk降至t0。为绝热膨胀过程。
单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
作业 ⒈蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成，各有何作用？ ⒉蒸发器内制冷剂的汽化过程是蒸发吗？
6、 制冷循环过程
⑴、制冷剂蒸气在压缩机中被压缩成过热蒸气。 ⑵、过热蒸气在冷凝器中放出热量，冷凝成制冷剂液体。 ⑶、制冷剂液体流经节流元件膨胀（雾化）成制冷剂蒸汽进入蒸发器。 ⑷、制冷剂蒸汽在蒸发器中沸腾汽化成制冷剂蒸气，从新被压缩机吸入回到压缩机中压缩。 综上所述，让制冷剂不断经历压缩（升温升压）→冷凝（液化）→节流（降压降温）→蒸发（沸腾汽化）→再压缩的循环过程。
4、单级蒸气压缩式
制冷剂在变为蒸气之后，需要对它进行压缩、冷凝、继而进行再次汽化吸热。对制冷剂蒸气只进行一次压缩，称为蒸气单级压缩。
5、单级蒸气压缩式制冷循环系统的组成
单级蒸气压缩式制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀（毛细管）和蒸发器组成。
单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
8、制冷剂的变化过程(flash)
单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
制冷循环的热力学过程： 压缩机：绝热压缩，压缩时间短与外界没有热交换。吸收外界的机械能或电能。 冷凝器：等压冷凝，制冷剂在冷凝温度和冷凝压力进行液化，对外界放热。（高温高压<恒定>状态） 节流阀：绝热(等焓)膨胀，把制冷剂由冷凝温度、和冷凝压力降温降压到蒸发温度和蒸发压力。是一个绝热膨胀过程。（焓：工质内能和推进功之和。） 蒸发器：等压蒸发，制冷剂在蒸发温度和蒸发压力下，沸腾汽化，吸收外界的执热量致冷。（低温低压<恒定>状态）
制冷原理与装置课件第三章 单级压缩蒸汽制冷循环
第一节 单级压缩蒸汽制冷机的理论 循环
• 单级压缩蒸汽制冷机是指将制冷剂从P0压 缩到PK经过一级压缩。
• 一、理论循环—作为研究制冷机实际循环 的基础。
• 定义：为了能应用热力学理论对蒸汽制冷 机的实际过程进行分析，我们先提出一种 简化的循环，称为理论循环。
2020/8/2
7
6、热力完善度η
例3-1 e1D
1(0.2150.81310.20510.21280.804)97
0.42343.23%3
课件\例题3－1表1.tif 课件\例题3－1表2.tif
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• 例3-1计算结果分析： 在相同工作条件下，
①R22、R717的qv值很接近，但R134a小的 多（约小45%）。
• 压缩机吸入前的制冷剂蒸汽的温度高于吸气压力 所对应的饱和温度时，称为吸气过热。具有吸气 过热过程的循环，称为吸气过热循环。
• 1、循环的压-焓图及温-熵图
qv qv
0 0
1 cp0tR 1 tR
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q0
T0
14
过热包括
有效过热
无效过热—氨系统一般属于
对有效过热循环，循环的ε′与无过热循环的ε0 比较大小取决于△q0/ △w0的大小。 如△q0/ △w0＞ ε0，则过热有利；
q0=h1-h5=r0（1-x5）kJ/kg；
• 2、单位容积制冷量qv
定义：压缩机每输送1m3以吸气状态计的制冷剂 蒸汽经循环从低温热源所吸收的热量。
qv=q0/v1=（h1-h5）/v1 kJ/m3；
• 3、理论比功w0
定义：理论循环中制冷压缩机输送1Kg制冷剂所 消耗的功。
单级蒸汽压缩式制冷循环实际循环.
单 级 蒸 汽 压 缩 实 际 循 环 热 力 计 算
压缩机的实际比功、机械效率、实际功率
实际比功
机械效率 0.8~0.9
s ：1kg制冷剂实际消耗的功。 m
：摩擦等对过程的影响程度。
实际功率 P s ：单位时间内实耗功率
i m s s i / m 0 / im
单 级二、过冷、过热及回热对实际循环过程的影响 蒸 汽 1. 液体过冷的影响。 压 缩 将节流前的制冷剂液体冷却到 实 低于冷凝温度的状态，即液体的温 际 循 度低于同一压力下饱和液体的温度， 环 称为过冷。 热 力 “过冷度” ∆tgl 计 算
单 级 蒸 汽 压 缩 实 际 循 环 热 力 计 算
Ps q m s qm 0 /im P0 /im
单 级 压缩机的轴效率和实际制冷系数 蒸 汽 轴效率 s ：电动机通过轴用于压缩 压 蒸气做功的效率。 缩 实 0 0 i s im 际 s i s 循 环 实际制冷系数 s ： 热 Q0 q0 q0 力 s 0 s 计 Ps s 0 s 算
单 级 蒸 汽 压 • 实际节流过程焓增。 缩 制冷剂在换热器和管道中存在流阻压降，管道 实 际 与外界存在换热。 循 制冷系统中存在不凝性气体。 环 热 力 计 算
单 级 蒸 汽 压 缩 实 际 循 环 热 力 计 算
一、压缩机的实际压缩过程（p69）
吸气：p1 < p0，低温蒸汽进入热汽缸， v
产生液体过冷的原因：
实际冷凝面积大于所需冷凝面积；
设计条件是最不利条件；
人为设计过冷度；
设置了过冷器或回热器。
单 级 蒸 汽 压 缩 实 际 循 环 热 力 计 算
过冷循环在p-h图上的表示。
单级蒸气压缩式制冷的理论循环
3
Department of Refrigeration and Cryogenic Engineering
3.2 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
➢ R22压力－比焓图
4
Department of Refrigeration and Cryogenic Engineering
3.2 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
3.2 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
制冷剂的状态图
压力－比焓图 （p-h 图）
➢ 一点： ➢ 临界点C
➢ 三区： ➢ 液相区、 ➢ 两相区、 ➢ 气相区。
➢ 五态： ➢ 过冷液状态、 ➢ 饱和液状态、 ➢ 湿蒸气状态、 ➢ 饱和蒸气状态、 ➢ 过热蒸气状态。
➢ 八线： ➢ 等压线p（水平线） ➢ 等焓线h（垂直线） ➢ 饱和液线x=0， ➢ 饱和蒸气线x=1， ➢ 无数条等干度线x ➢ 等熵线s ➢ 等比体积线v ➢ 等温线t
3.2 单级蒸气压缩式制冷的理论循环 ➢循环特点及工作过程
制冷循环系统的基本组成
1
Department of Refrigeration and Cryogenic Engineering
3.2 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
制冷循环过程
2
Department of Refrigeration and Cryogenic Engineering
3.2 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
理论循环特性
理论循环特性指标：
➢ 单位制冷量 qO
➢ 单位容积制冷量 qZV
➢ 理论比功 w0 ➢ 容积比功 wV ➢ 单位冷凝热负荷 qk ➢ 制冷系数 COP ➢ 热力完善度η
※ 压比π ※ 排气温度T 2
简述单级压缩蒸汽制冷循环的循环方式
简述单级压缩蒸汽制冷循环的循环方式
单级压缩蒸汽制冷循环是以蒸汽作为制冷剂的制冷循环。
它具有工作简单、体积小、
重量轻、维护保养方便等优点，广泛应用于冷热源勘探、空调设备和变频空调系统等领域。
单级压缩蒸汽制冷循环的循环方法如下：
1、气体引入：将蒸汽通过储液器和静压控制器进入到压缩机内，压缩机会将蒸汽进
行压缩，产生高温蒸汽，以达到制冷效果。
2、热交换：高温蒸汽经过内胆内壁和冷凝器间的热交换，能将冷凝器内部的温度降低，并形成冷凝水。
3、冷凝水回流：冷凝水经过由发动机中的涡轮驱动的给水泵，从冷凝器入口进入储
液器中，进而被蒸发器顶水吸收。
4、气体再排放：冷凝器上部产生的低温蒸汽通过节流阀和逆止阀，回流储液器，排
出变频空调系统，完成循环。
以上就是单级气体压缩蒸汽制冷循环的循环方式，它的工作原理是，压缩机压缩把气
体蒸汽加压，让其升温，经过内胆壁和冷凝器间的热交换，以及由发动机驱动的给水泵的
作用，使气体蒸汽经冷凝、成回流冷凝水，回流储液器再排放，从而循环利用，实现制冷
效果。
单级压缩蒸汽制冷循环简单易操作、运转效率高、可靠性高，是一种制冷循环模式，能够满足众多空调系统和冷热源勘探所需要的制冷效果。
制冷ppt-第4章4.1单级蒸气压缩式制冷理论循环
制冷技术与装置第四章蒸气压缩式制冷掌握重点：单级压缩各类循环的热力学计算、性能影响及特性分析；两级压缩与复叠式制冷的概念、流程、能量平衡、参数设计、应用场合。
§4.1 单级蒸气压缩式制冷理论循环（将复杂问题简单化，忽略次要因素）单级蒸气压缩式制冷理论循环的假设基础：（1）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度，且冷凝温度和蒸发温度都是定值；（2）离开蒸发器、进入压缩机的制冷剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷凝器、进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的饱和液体（4）制冷剂在管道内没有流动阻力损失，除了蒸发器和冷凝器内的管子外，制冷剂与管外介质之间没有热交换（5）制冷剂在流过节流装置时，流速变化忽略不计，且与外界环境没有热交换（3）压缩过程为等熵过程，即在压缩过程中不存在任何不可逆损失；如何在T-S图上和p-h图上描述单级蒸气压缩式制冷理论循环？7理论循环在T-S图（a）和lg p-h图（b）上的表示=dd-q dhw蒸发过程：吸收外界热量，在T-s图上用面积1-5-b-a-1代表，而在lg p-h图上则用线段5-1表示。
1345762.制冷量减少h 5-h 746743’二者是相等的！面积57cbc b ad 带来的好处：1.省掉膨胀机，设备简化2.改变膨胀阀开度，易调节蒸发温度膨胀阀代替膨胀机的原因：1.饱和液体或两相混合物膨胀系数小，做功有限2.膨胀功回收设备（膨胀机）结构复杂，加工困难3.湿过程缺点：COP 下降膨胀阀不仅不能回收膨胀功，反而将膨胀功部分转化为热能，损失了部分制冷量(3)理论比功w 0120h h w -=单级压缩蒸气制冷机的理论比功也是随制冷剂种类和制冷机循环的工作温度而变的。
(4)单位冷凝热q k包括显热和潜热两部分()()q h h h h h h k =-+-=-233424(5)理论循环制冷系数ε0ε0001421==--q w h h h h 制冷系数愈大经济性愈好冷凝温度越高制冷系数越小蒸发温度越低q q w k =+00循环能量守恒(6)热力完善度单级压缩蒸气制冷机理论循环的热力完善度按定义可表示为412410T T T h h h h c ---==εεηεc :在低温热源温度（T 0）和高温热源温度温度（T 4）之间工作的逆卡诺循环的制冷系数。
蒸汽压缩式制冷装置的工作原理
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 pk 的有关状态参数值：
h1=401.555 kJ/kgቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
v1=0.0653 m3/kg
po
h3=h4=243.114 kJ/kg
p0=0.3543 MPa pk=1.3548 MPa
由图可知：h2=435.2 kJ/kg
压焓图：
压焓图的结构如下图2所示。以绝对压力为纵坐标（为了缩小图的尺寸 ，提高低压区域的精度， 通常纵坐标取对数坐标），以焓值为横坐标。
武汉理工大学 轮机工程系
临界点K左边的粗实线为饱和液体线，线上的任 何一点代表一个饱和液体状态，干度 x=0。
临界点K右边的粗实线为饱和蒸气线，线上任何 一点代表一个饱和蒸气状态，干度 x=1。
点4表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸发器时的状态。
过程线3-4表示制冷剂在通过节流阀时的节流过程。在这一过程中，制冷剂的压 力由冷凝压力降到 蒸发压力 ，温度由冷凝温度降到蒸发温度 ，并进入两相区 。由于节流前后制冷剂的焓值不变，因此由点3作等焓线与蒸发压力的等压线 的交点即为点4的状态。由于节流过程是一个不可逆过程，所以用一虚线表示34过程。
(5) 制冷系数
按定义，在理论循环中，制冷系 数可用下式表示
（11） 在下一页我们通过一个例题来讲 解热力计算过程
武汉理工大学 轮机工程系
Ｐ Ｑ
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=－10℃, 冷凝温度tk为35℃，工质为R22，循环的制冷量Q0=55kw,试对该循环 进行热力计算。
武汉理工大学 轮机工程系
Ｐ Ｑ
单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算
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热力计算的目的是什么？
已知 需要的制冷量和环境参数
求出 压缩机的制冷剂流量、功耗、理论COP和冷凝器排热量 确定“四大件”和其它部件
High pressure side
2
Low pressure side
1
Compressor
Condenser
Evaporator
20
R12
R134a
15
R600a
R290
R404A
10
R407C
R410A
5
0
Temperature in °C
2.3水在不同压力下的加热升温过程
Temperature
Liquid
120 C
2 bar
100 C
1 bar
Liquid
+ Vapour
80 C 0.47 bar
Vapour
Heat Enthalpy
evaporator
expansion device
condenser compressor
Evaporator
A
mixture of
liquid and vapor
refrigerant
B
refrigerant vapor
air 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
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。
C
refrigerant vapor
outdoor air
D
Liquid refrigerant
Expansion Device
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。
制冷机
Q0
低温热源 T2 （被冷却对象）
以机械能或电能驱动
高温热源 T1（环境）
Qa
制冷机
驱动热源 Tg
Qg
Q0
低温热源 T2 （被冷却对象）
以热能驱动
课程概览（第二章）
压缩式制冷循环【理想/理论、实际】 理想循环 理论循环 实际循环
单级理论热力计算 单级实际热力计算
目录
一、理想循环—逆卡诺循环 二、蒸汽压缩式制冷的理论循环 三、实际循环可能实现方式 四、单级蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算 五、蒸汽压缩式制冷的实际循环 六、单级蒸气压缩式实际制冷循环的热力计算
qk
高温液体 冷凝器
高温蒸汽
膨胀阀 低温液汽混合物
压缩机 wc
低温蒸汽
气液分离器
蒸发器 q0
用干式压缩取代湿式压缩(3)
pk
T
k
2
Tk
3
T0 4
2' wc
q0
p0
1 S
用干式压缩取代湿式压缩(4)
lg p
3
2'
2
4
1
q0
w
h
-23.3 oC -25 oC
目录
一、理想循环—逆卡诺循环 二、蒸汽压缩式制冷的理论循环 三、实际循环可能实现方式 四、单级蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算 五、蒸汽压缩式制冷的实际循环 六、单级蒸气压缩式实际制冷循环的热力计算
逆卡诺循环（2）:两个等熵、两个等温过程
T
COP( c )
q0 w
T0 Tk T0
qk = q0 + w
3 Tk
2
w=wc-we
qk
T0
4
q0
1
S
三、实际循环可能实现方式
可能的实现方式（1）
k T
wc
Tk
3
湿蒸汽作工质，循环在两相区， 等温过程即等压过程
pk 2
w=wc-we
T0
we
p0
4
1
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 由图可知：
h2=435.2 kJ/kg t2=57℃
1 单位质量制冷量 2 单位容积制冷量
q0
S
T
Tk
3
T0 5 we 4
67
k wc w=wc-we
q0
pk 2
1 S
为什么膨胀功相当于3453的 面积?
根据能量方程，有
h3-h4=(h3-h5)-(h4-h5)
p
0
由于液体 v 小，vdp可以忽略，
有
h3-h5 ＝ 面积35673 且h4-h5＝面积45674 h3-h4 ＝3453
可能的实现方式（2）
A
D
B
compressor
suction line
evaporator
2、制冷工程基本图表
----lgp-h和T-S 图
2.1制冷剂沸点随压力变化
Water vapour pressure
– different boiling points
+89 °C at 675 mbar
– 3000 m above sea level
89°C 3000 m
Water vapour pressure
– normal boiling point
+100 °C at 1013 mbar
– pressure at sea level
Sea level
100°C
2.2不同制冷剂的标准沸点不同
25
Vapour pressure in bar
k T
有摩擦的过程不 可逆，不能用实 线表示
Tk
3
2
wc
T0
4
1
q0
S
节流阀代替膨胀机（4）
k T
Tk
3
2
wc
T0
4
1
q0
S
可能的实现方式（5）
（3）用干式压缩取代湿式压缩
原因：防止液击 方法：
<1>气液分离器 <2>膨胀阀控制压缩机吸气过热度
COP下降的原因：
干压缩过程的过热损失
用干式压缩取代湿式压缩(2)
liquid D refrigerant
A
mixture of liquid and vapor refrigerant
Basic Refrigeration System
liquid line
C
condenser
discharge line
Direct expansion device (DX)
Compressor
B
low-pressure refrigerant vapor from evaporator
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。
C
high-pressure refrigerant vapor to condenser
Condenser
2.4 制冷剂相平衡
2.5 反映制冷剂特性的图表
Mollier diagram ( lg p-h图 )上表示了制冷剂的所有热力性 能参数：
– 压力，pressure ( p ) – 温度，temperature ( t ) – 焓，enthalpy ( h or i )
比焓，specific energy content 汽化潜热，heat of evaporation – other values 熵，entropy；比容， spec. volume ...
q0=h1－h4=158.441 kJ/kg
蒸发器：q0, qv, qm
T0
4
q0
1
S
逆卡诺循环（3）：两个等熵、两个等温过程
p3
COP( c )
q0 w
Tk
1 / T0
1
2 Wc
W
4 1
We
v
逆卡诺循环（4）
COP( c )
q0 w
Tk
1 / T0
1
1、热力学完善度：
cop copc
压缩式 0.56 ，吸收式 0.27 ，热电制冷 0.12
2、卡诺循环效率主要受工作热源的影
目录
一、理想循环—逆卡诺循环 二、蒸汽压缩式制冷的理论循环 三、实际循环可能实现方式 四、单级蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算 五、蒸汽压缩式制冷的实际循环 六、单级蒸气压缩式实际制冷循环的热力计算
举例 七、劳伦斯循环 (Lorenz Cycle)
二、蒸汽压缩式制冷的理论循环
1、蒸汽压缩式循环的实现---四大件的作用 2、压焓（lgp-h)和温熵（T-S）图 3、在特性图上表示制冷循环
T
有温差传热：COP下降 [无温差：COP=T’0/(T’K-T’0)] [有温差：COP=T0/(TK-T0)]
k
wc
pk
Tk
3
T'k
T'0 we
T0
4
2
w=wc-we p0
1 q0
S
可能的实现方式（2） (2)有温差传热：COP下降
例：当环境T’k ＝ 308K (35℃)，T’0＝280K (7℃) 时 逆卡诺循环 Tk＝308K (35℃)，T0＝280K (7℃) 所以COP＝10 有温差传热时，假定传热温差为3～5℃， Tk＝311K (38℃)，T0＝275K (2℃) 所以COP＝8.15
举例 七、劳伦斯循环 (Lorenz Cycle)