单级压缩蒸气制冷循环讲解
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三章 单级压缩蒸气制冷循环
学习要点：
1、掌握单级压缩蒸气制冷基本循环的原理及其热力过程在T-S图 和 Lgp-h图上的表示; 2、掌握单级压缩蒸气制冷循环各项参数的计算；
3、掌握液体过冷、吸气过热及回热循环的热力过程在 T-S图和 Lgp-h图上的表示及各项性能指标分析； 4、掌握非共沸混合制冷剂单级压缩基本循环的工作原理 及其热力 过程在T-S图和 T 图上的表示； 5、掌握单级压缩分凝循环流程的工作原理; 6、掌握单级压缩蒸气制冷实际循环的特性及其热力过程在T-S 图 和 Lgp-h 图上的分析： 7、掌握实际循环的性能指标及热力计算； 8、掌握单级压缩蒸气制冷循环的特性分析、制冷机的工况及名义 工况；
如果吸入蒸气的过热发生在蒸发器的后部，或者发生在安装于被 冷却空间内的吸气管道上，或者发生在两者皆有的情况下，那么由 于过热而吸收的热量来自被冷却的空间，因而产生了有用的制冷效 果。我们将这种过热称为有效过热。与无过热循环相比，有效过热 循环的单位制冷量增大了。而循环的理论比功也增大了，因而有效 过热循环的制冷系数可表示为：
4. 单位冷凝热 qk : 单位（1kg) 制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热 量，称为单位冷凝热。单位冷凝热包括显热和潜热两部分。
5. 制冷系数
0 ：
：
6. 热力完善度
c 为在蒸发温度（ T0 ）和冷凝温度（ Tk ）之间工作的逆卡诺循环
的制冷系数。热力完善度愈大，说明该循环接近可逆循环的程度愈 大。
wk.baidu.com
虽然有效过热的循环制冷量增大了，但耗功量也增大了。有
q0 效过热循环的制冷系数 0 是大于还是小于无过热循环的制冷 w0
q 0 系数，取决于比值 是大于还是小于 0 。 w0
q0 q0 0 则过热不利。 0 则过热有利。如果 如果 w0 w0
（三）回热循环 利用回热使节流前的制冷剂液体与压缩机吸入前的制冷剂蒸气进 行热交换，使液体过冷、蒸气过热，称之为回热。具有回热的制冷 循环，称为回热循环。
3、热力过程分析
(1）压缩过程：dq=0
(2) 冷凝过程：dw=0
(3) 节流过程：w=0, q=0
(4) 蒸发过程：dw=0
二、性能指标计算
1. 单位制冷量 q0
2. 单位容积制冷量
qV
对某一具体的制冷剂来说，理论循环的蒸气比体积 v1 随蒸发温度 （或蒸发压力）的降低而增大，若冷凝温度已经确定，则单位容积 制冷量将随蒸发温度的降低而变小。 3. 理论比功 w0 : 理论循环中制冷压缩机输送单位(1kg)制冷剂所消 耗的功称为理论比功。
回热循环系统示意图及其压-焓图
回热循环的单位容积制冷量和制冷系数，相对于无回热循环变化 的程度是相同的。如果要使回热循环的单位容积制冷量及制冷系数 比无回热循环高，其条件应是：
显然，对于一定的蒸发温度来说，上式是否成立，只取决于制冷 剂的物性。凡是满足上式条件的制冷剂，采用回热循环后制冷系数 可以提高，单位容积制冷量可以增大，因此是有利的，在实际应用 中宜采用回热循环。而对于不满足条件的制冷剂，回热循环的制冷 系数及单位容积制冷量比无回热循环低。实际上，我们也可以通过 与过热循环的比较来得到一些有用的结论。比较可知，回热循环制 冷量以及制冷系数的改变量与有效过热循环一样，因此由图3－4和 表3－1得出的结论同样适合于回热循环，即从单位容积制冷量和制 冷系数角度看，R502、R290、R600a、R134a 等制冷剂采用回热 循环有利，而 R717 采用回热循环不利。此外，回热循环还具有过 冷循环由于制冷剂液体过冷所带来的优点。
各点参数的确定法：
1、先根据 1 点的温度查表得到对应的饱和蒸气压、比容、 熵及焓值。
2、再根据 4 点的温度查表得到对应的饱和蒸气压、比容 及焓值。 3、根据 4 点的饱和蒸气压和 1 点的熵在压－焓图上确定 其温度和焓值。
按式(3-6)、式（3-8)、式（3-9)、式（3-10)、式（3-12)）计算循环 性能指标如下：
三、液体过冷、吸气过热及回热循环流程分析
（一）液体过冷：将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝温度的状 态，称为液体过冷。由制冷剂的热力状态图可知，节流前液体的过 冷度愈大，则节流后的干度就愈小，循环的单位制冷量就愈大。
（二）吸气过热：压缩机吸入前的制冷剂蒸气的温度高于吸气压力 下制冷剂的饱和温度时，称为吸气过热。
第一节
单级压缩蒸气制冷机的理论循环
一、基本原理 1、单级压缩蒸气制冷机的流程图。
2、单级理论循环的假设前提： ①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； ②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； ③离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气为蒸发压力下的 饱和蒸气，离开冷凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下 的饱和液体； ④制冷剂在管道内流动时，没有流动阻力损失，忽略动能 变化，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，流速变化很小，可以忽略不 计，且与外界环境没有热交换。
从节流阀里出来的制冷剂为两 相状态（点6），压力为蒸发压力， ， 温度为 T6 ，对应液相的组成为 6 。这些两相的制冷剂 汽相组成为 6 在蒸发器里吸热蒸发到露点状态 （点0），此时温度为蒸发压力下 的露点温度 T0 。然后，它们经回 热器回热后，回到制冷压缩机。 T0 和 T6 的选择是根据被冷却介质 的温度变化情况同时考虑一定的传 热温差而确定。在 T0 和 T6 确定后， 再根据蒸发压力来决定混合制冷剂 的组成 。这里得到的 仅考虑蒸发温度的匹配情况。它与根 据冷凝过程温度匹配得到的 通常是不一样的。最终是选择哪一 个 要综合考虑各方面的因素而最后确定。
四、非共沸混合制冷剂循环
由于非共沸混合制冷剂在定压相变时温度会发生变化，所以用非 共沸混合制冷剂来近似实现洛伦兹循环是非共沸混合制冷剂的一大 优点。
（一）单级压缩基本循环
压缩机出来的高压制冷剂气体， 组成为 ,温度为 T2 ,进入冷却 器被冷却成饱和蒸气( 即露点， 温度为 T3 ）后再进入冷凝器， 制冷剂在冷凝器里放热冷凝成为 饱和液体（即泡点，温度为 T4 ) , 然后进入节流阀节流降压。 T3 和 T4 的选择是根据冷却介质 的温度变化情况并考虑一定的传 热温差而确定。选定 T3 和 T4 后， 根据压缩机的排气压力实际情况， 来确定混合制冷剂的组成 。 这里的混合制冷剂组成确定仅考 虑冷凝过程的泡、露点温度匹配因素，实际上，我们还必须考虑蒸 发过程的温度匹配问题。
学习要点：
1、掌握单级压缩蒸气制冷基本循环的原理及其热力过程在T-S图 和 Lgp-h图上的表示; 2、掌握单级压缩蒸气制冷循环各项参数的计算；
3、掌握液体过冷、吸气过热及回热循环的热力过程在 T-S图和 Lgp-h图上的表示及各项性能指标分析； 4、掌握非共沸混合制冷剂单级压缩基本循环的工作原理 及其热力 过程在T-S图和 T 图上的表示； 5、掌握单级压缩分凝循环流程的工作原理; 6、掌握单级压缩蒸气制冷实际循环的特性及其热力过程在T-S 图 和 Lgp-h 图上的分析： 7、掌握实际循环的性能指标及热力计算； 8、掌握单级压缩蒸气制冷循环的特性分析、制冷机的工况及名义 工况；
如果吸入蒸气的过热发生在蒸发器的后部，或者发生在安装于被 冷却空间内的吸气管道上，或者发生在两者皆有的情况下，那么由 于过热而吸收的热量来自被冷却的空间，因而产生了有用的制冷效 果。我们将这种过热称为有效过热。与无过热循环相比，有效过热 循环的单位制冷量增大了。而循环的理论比功也增大了，因而有效 过热循环的制冷系数可表示为：
4. 单位冷凝热 qk : 单位（1kg) 制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热 量，称为单位冷凝热。单位冷凝热包括显热和潜热两部分。
5. 制冷系数
0 ：
：
6. 热力完善度
c 为在蒸发温度（ T0 ）和冷凝温度（ Tk ）之间工作的逆卡诺循环
的制冷系数。热力完善度愈大，说明该循环接近可逆循环的程度愈 大。
wk.baidu.com
虽然有效过热的循环制冷量增大了，但耗功量也增大了。有
q0 效过热循环的制冷系数 0 是大于还是小于无过热循环的制冷 w0
q 0 系数，取决于比值 是大于还是小于 0 。 w0
q0 q0 0 则过热不利。 0 则过热有利。如果 如果 w0 w0
（三）回热循环 利用回热使节流前的制冷剂液体与压缩机吸入前的制冷剂蒸气进 行热交换，使液体过冷、蒸气过热，称之为回热。具有回热的制冷 循环，称为回热循环。
3、热力过程分析
(1）压缩过程：dq=0
(2) 冷凝过程：dw=0
(3) 节流过程：w=0, q=0
(4) 蒸发过程：dw=0
二、性能指标计算
1. 单位制冷量 q0
2. 单位容积制冷量
qV
对某一具体的制冷剂来说，理论循环的蒸气比体积 v1 随蒸发温度 （或蒸发压力）的降低而增大，若冷凝温度已经确定，则单位容积 制冷量将随蒸发温度的降低而变小。 3. 理论比功 w0 : 理论循环中制冷压缩机输送单位(1kg)制冷剂所消 耗的功称为理论比功。
回热循环系统示意图及其压-焓图
回热循环的单位容积制冷量和制冷系数，相对于无回热循环变化 的程度是相同的。如果要使回热循环的单位容积制冷量及制冷系数 比无回热循环高，其条件应是：
显然，对于一定的蒸发温度来说，上式是否成立，只取决于制冷 剂的物性。凡是满足上式条件的制冷剂，采用回热循环后制冷系数 可以提高，单位容积制冷量可以增大，因此是有利的，在实际应用 中宜采用回热循环。而对于不满足条件的制冷剂，回热循环的制冷 系数及单位容积制冷量比无回热循环低。实际上，我们也可以通过 与过热循环的比较来得到一些有用的结论。比较可知，回热循环制 冷量以及制冷系数的改变量与有效过热循环一样，因此由图3－4和 表3－1得出的结论同样适合于回热循环，即从单位容积制冷量和制 冷系数角度看，R502、R290、R600a、R134a 等制冷剂采用回热 循环有利，而 R717 采用回热循环不利。此外，回热循环还具有过 冷循环由于制冷剂液体过冷所带来的优点。
各点参数的确定法：
1、先根据 1 点的温度查表得到对应的饱和蒸气压、比容、 熵及焓值。
2、再根据 4 点的温度查表得到对应的饱和蒸气压、比容 及焓值。 3、根据 4 点的饱和蒸气压和 1 点的熵在压－焓图上确定 其温度和焓值。
按式(3-6)、式（3-8)、式（3-9)、式（3-10)、式（3-12)）计算循环 性能指标如下：
三、液体过冷、吸气过热及回热循环流程分析
（一）液体过冷：将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝温度的状 态，称为液体过冷。由制冷剂的热力状态图可知，节流前液体的过 冷度愈大，则节流后的干度就愈小，循环的单位制冷量就愈大。
（二）吸气过热：压缩机吸入前的制冷剂蒸气的温度高于吸气压力 下制冷剂的饱和温度时，称为吸气过热。
第一节
单级压缩蒸气制冷机的理论循环
一、基本原理 1、单级压缩蒸气制冷机的流程图。
2、单级理论循环的假设前提： ①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； ②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； ③离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气为蒸发压力下的 饱和蒸气，离开冷凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下 的饱和液体； ④制冷剂在管道内流动时，没有流动阻力损失，忽略动能 变化，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，流速变化很小，可以忽略不 计，且与外界环境没有热交换。
从节流阀里出来的制冷剂为两 相状态（点6），压力为蒸发压力， ， 温度为 T6 ，对应液相的组成为 6 。这些两相的制冷剂 汽相组成为 6 在蒸发器里吸热蒸发到露点状态 （点0），此时温度为蒸发压力下 的露点温度 T0 。然后，它们经回 热器回热后，回到制冷压缩机。 T0 和 T6 的选择是根据被冷却介质 的温度变化情况同时考虑一定的传 热温差而确定。在 T0 和 T6 确定后， 再根据蒸发压力来决定混合制冷剂 的组成 。这里得到的 仅考虑蒸发温度的匹配情况。它与根 据冷凝过程温度匹配得到的 通常是不一样的。最终是选择哪一 个 要综合考虑各方面的因素而最后确定。
四、非共沸混合制冷剂循环
由于非共沸混合制冷剂在定压相变时温度会发生变化，所以用非 共沸混合制冷剂来近似实现洛伦兹循环是非共沸混合制冷剂的一大 优点。
（一）单级压缩基本循环
压缩机出来的高压制冷剂气体， 组成为 ,温度为 T2 ,进入冷却 器被冷却成饱和蒸气( 即露点， 温度为 T3 ）后再进入冷凝器， 制冷剂在冷凝器里放热冷凝成为 饱和液体（即泡点，温度为 T4 ) , 然后进入节流阀节流降压。 T3 和 T4 的选择是根据冷却介质 的温度变化情况并考虑一定的传 热温差而确定。选定 T3 和 T4 后， 根据压缩机的排气压力实际情况， 来确定混合制冷剂的组成 。 这里的混合制冷剂组成确定仅考 虑冷凝过程的泡、露点温度匹配因素，实际上，我们还必须考虑蒸 发过程的温度匹配问题。