蒸气压缩式制冷的理论循环及热力计算

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。
（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。
❖ 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 的有关状态参数值：
❖ h1=401.555 kJ/kg ❖ v1=0.0653 m3/kg ❖ h3=h4=243.114 kJ/kg ❖ p0=0.3543 MPa
pk=1.3548 MPa
❖ 查图可知：h2=435.2 kJ/kg t2=57℃ ❖ 1 单位质量制冷量q0=h1－h4=158.441 kJ/kg ❖ 2 单位容积制冷量
o ＝ o c
❖ 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 = T环O（，蒸工发作温条度件）是、：T没H有=T传K热（温冷差凝，温即度T）C； 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εc最大。
❖ 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 。
q0＝h1－h4 ❖ 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。
qv＝q0 / v1＝（h1－h4）/v1 ❖ 制冷剂质量流量qm： qm=Qo / q0
❖ 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 。
等焓节流；
❖ 蒸发器：吸收热量（输出冷量）从而制冷；等压吸热。
一、理论制冷循环假定条件
❖ 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。
❖ 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换。
二、压焓图（一点两线三区）
❖ 等压线 — 水平线 ❖ 等焓线 — 垂直线 ❖ 等干度线 — 湿蒸气区域内曲线 ❖ 等熵线 — 向右上方大斜率曲线 ❖ 等容线 — 向右上方小斜率曲线 ❖ 等温线 — 垂直线（液相区）→水平线（两相区）
❖ 3 制冷剂质量流量
❖ 4 理论比功 w0=h2－h1=33.645 kJ/kg ❖ 5 压缩机消耗的理论功率P0=qmw0=11.68 kw
❖ 6 压缩机吸入的容积 V=qmv1=0.0227 m3/s ❖ 7 制冷系数
❖ 8 冷凝器单位热负荷 qk=h2－h3=192.086 kJ/kg
❖ 9 冷凝器热负荷 Qk=qmqk=66.67 kw
3
2
❖ 表示热力过程 p0
4
1
❖ 分析能量变化
0
h3=h4
h1 h2 h
蒸气压缩制冷理论循环p h图
四、状态点的确定
❖ 1点：Po等压线与x=1蒸气干饱和线交点 ❖ 3点：Pk等压线与x=0液态饱和线交点 ❖ 2点: Pk等压线与s1等熵线交点 ❖ 4点：Po等压线与h3等焓线交点
五、理论制冷循环的热力计算
qk＝h2－h3 ❖ 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 。 w0＝h2－h1
❖ 制冷系数ε0：
0

q0源自文库w0

h1 h4 h2 h1
❖
理论循环的热力完善度βo 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βo，即理论 循环的制冷系数εo与理想循环制冷系数εc 的比值。
❖ 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
（1）
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。
❖ (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：
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
复习
❖ 理论制冷循环假定条件 ❖ 压焓图 ❖ 理论制冷循环在压焓图上的表示 ❖ 理论制冷循环的热力计算
一、理论制冷循环假定条件
❖ 压缩机： 制冷系统的心脏，压缩和输送制冷剂蒸气；
等熵压缩；
❖ 冷凝器：输出热量；等压放热； ❖ 节流阀：节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量；
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。
（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。
（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，故方程式（1）变为：
❖ 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。
❖ 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。
→向右下方弯曲（过热蒸气区）
❖ 应用lgp-h图以时需注意：
①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；
⑦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；
②掌握各定参数在lgp-h图上的变化趋势。
三、理论制冷循环在压焓图上的表示
压焓图的作用：p
❖ 确定状态参数 pk
c =
TC TH TC
❖ 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。
❖ 先画出压焓图 ❖ 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 ❖ 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 冷凝器单位热负荷 9 冷凝器热负荷