1、制 冷 技 术 2.1.1 蒸气压缩式制冷的理论循环 及其热力计算 1 复习 v理论制冷循环假定条件 v压焓图 v理论制冷循环在压焓图上的表示 v理论制冷循环的热力计算 2 一、理论制冷循环假定条件 v压缩机： 制冷系统的心脏，压缩和输送制冷剂蒸气； 等熵压缩； v冷凝器：输出热量；等压放热； v节流阀：节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量 ；等焓节流； v蒸发器：吸收热量（输出冷量）从而制冷；等压吸热 。 3 一、理论制冷循环假定条件 v离开蒸发器的制冷剂蒸气为蒸发压力下的饱和 蒸气；离开冷凝器的液体为冷凝压力下的饱和 液体。 v制冷剂在设备、管道内的流动没有阻力损失， 与外界环境没有热交
2、换。 4 二、压焓图（一点两线三区） v等压线 水平线 v等焓线 垂直线 v等干度线 湿蒸气区域内曲线 v等熵线 向右上方大斜率曲线 v等容线 向右上方小斜率曲线 v等温线 垂直线（液相区）水平线（两相区） 向右下方弯曲（过热蒸气区） 5 v 应用lgp-h图以时需注意： 定熵线是一组不平行线。越靠固右侧，定熵 线走势越平坦，即数值变化越大； 定温线在液相区、两相区和气相区三个区域 里走势是变化的； 掌握各定参数在lgp-h图上的变化趋势。 6 三、理论制冷循环在压焓图上的表示 压焓图的作用： v确定状态参数 v表示热力过程 v分析能量变化 7 四、状态点的确定 v1点：Po等压线与x=1蒸气
3、干饱和线交点 v3点：Pk等压线与x=0液态饱和线交点 v2点: Pk等压线与s1等熵线交点 v4点：Po等压线与h3等焓线交点 8 v理论制冷循环中，制冷剂的流动过程可认为 是稳定流动过程。即： 1)制冷剂流过系统任何断面的质量不随时间改 变。 2)系统中任何位置上制冷剂的状态参数都保持 一定，不随时间改变。 3)系统与外界的热量和功量传递不随时间改变 。 五、理论制冷循环的热力计算 9 v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。 v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 （
4、1） 10 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。 11 v(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 ： 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。 12 （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： 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。 13 （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
5、式（1）变为 ： 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。 14 （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： 式中 (h2-h3)称为冷凝器单位热负荷 ，用qk表示。它表示1kg制冷剂蒸汽 在冷凝器中放出的热量。 15 v单位质量制冷量q0：1kg制冷剂在蒸发器内从被 冷却物体吸收的热量 。 q0h1h4 v单位体积制冷量qv ：压缩机每吸入1m3制冷剂蒸 气（按吸气状态计），在蒸发器中所产生的制冷 量 。
6、qvq0 / v1（h1h4）/v1 v制冷剂质量流量qm： qm=Qo / q0 16 v单位冷凝负荷qk ：1kg制冷剂在冷却和冷 凝过程中放出的热量 。 qkh2h3 v单位理论压缩功w0 ：压缩机每压缩输送 1kg制冷剂所消耗的压缩功 。 w0h2h1 17 v制冷系数0： v 理论循环的热力完善度o 所谓热力完善 度，就是制冷循环接近它理想情况的程度 。理论循环的热力完善度o，即理论循 环的制冷系数o与理想循环制冷系数c的 比值。 18 v所谓理想的制冷循环，就是制冷循环能够 达到的最高境界，即制冷循环能够达到最 高的制冷效率。理想的制冷循环是逆卡诺 循环，工作条件是：没有传热温差，
7、即TC = TO（蒸发温度）、TH =TK（冷凝温度）； 热源恒温；没有不可逆损失。理想制冷循 环的特征是：在给定的热源温度TC 、TH条 件下，逆卡诺循环所消耗的功率最小，制 冷系数c最大。 = 19 v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。 20 v先画出压焓图 v再根据R22的热力性质表，查出处于饱和线上的有 关状态参数值 v计算 1 单位质量制冷量 2 单位容积制冷量 3 制冷剂质量流量 4 理论比功 5 压缩机消耗的理论功率 6 压缩机吸入的容积 7 制冷系数 8 冷凝器
8、单位热负荷 9 冷凝器热负荷 21 v解：该循环的压焓图如下所示： v根据R22的热力性质表，查出处于饱和线上 的有关状态参数值： vh1=401.555 kJ/kg vv1=0.0653 m3/kg vh3=h4=243.114 kJ/kg vp0=0.3543 MPa pk=1.3548 MPa 22 v查图可知：h2=435.2 kJ/kg t2=57 v1 单位质量制冷量q0=h1h4=158.441 kJ/kg v2 单位容积制冷量 v3 制冷剂质量流量 v4 理论比功 w0=h2h1=33.645 kJ/kg v5 压缩机消耗的理论功率P0=qmw0=11.68 kw 23 v6 压缩机吸入的容积 V=qmv1=0.0227 m3/s v7 制冷系数 v8 冷凝器单位热负荷 qk=h2h3=192.086 kJ/kg v9 冷凝器热负荷 Qk=qmqk=66.67 kw 24
