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1、制制 冷冷 技技 术术2.1.1 2.1.1 蒸气压缩式制冷的理论循环蒸气压缩式制冷的理论循环及其热力计算及其热力计算复习复习v理论制冷循环假定条件理论制冷循环假定条件v压焓图压焓图v理论制冷循环在压焓图上的表示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理论制冷循环的热力计算一、理论制冷循环假定条件一、理论制冷循环假定条件v压压缩缩机机：制制冷冷系系统统的的心心脏脏，压压缩缩和和输输送送制制冷冷剂剂蒸蒸气气；等熵压缩；等熵压缩；v冷凝器冷凝器：输出热量；等压放热；：输出热量；等压放热；v节节流流阀阀：节节流流降降压压，并并调调节节进进入入蒸蒸发发器器的的制制冷冷剂剂流流量量；等焓节流
2、；等焓节流；v蒸发器蒸发器：吸收热量（输出冷量）从而制冷；等压吸热。：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一、理论制冷循环假定条件v离离开开蒸蒸发发器器的的制制冷冷剂剂蒸蒸气气为为蒸蒸发发压压力力下下的的饱饱和和蒸蒸气；离开冷凝器的液体为冷凝压力下的饱和液体。气；离开冷凝器的液体为冷凝压力下的饱和液体。v制制冷冷剂剂在在设设备备、管管道道内内的的流流动动没没有有阻阻力力损损失失，与与外界环境没有热交换。外界环境没有热交换。二、压焓图二、压焓图（一点两线三区）（一点两线三区）v等压线等压线水平线水平线v等焓线等焓线垂直线垂直线v等干度线等干度线湿蒸气区域内曲线湿蒸气区
3、域内曲线v等熵线等熵线向右上方大斜率曲线向右上方大斜率曲线v等容线等容线向右上方小斜率曲线向右上方小斜率曲线v等温线等温线垂直线（液相区）垂直线（液相区）水平线（两相区）水平线（两相区）向右下方弯曲（过热蒸气区）向右下方弯曲（过热蒸气区）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。三、理论制冷循环在压焓图上的表示三、理论制冷循环在压焓图上的表示压焓图的作用：压焓图的作用：v确定状态参数确定状态参数v表示热力过程表示热力过程v分析能量变化分析能量变化
4、四、状态点的确定四、状态点的确定v1点：点：Po等压线与等压线与x=1蒸气干饱和线交点蒸气干饱和线交点v3点：点：Pk等压线与等压线与x=0液态饱和线交点液态饱和线交点v2点点:Pk等压线与等压线与s1等熵线交点等熵线交点v4点：点：Po等压线与等压线与h3等焓线交点等焓线交点v理论制冷循环中，制冷剂的流动过程可认为理论制冷循环中，制冷剂的流动过程可认为是稳定流动过程。即：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五、理论制冷循环的热力计算
5、v在进行制冷循环的热力计算之前在进行制冷循环的热力计算之前,首首先需要了解系统中各设备内先需要了解系统中各设备内功功和和热量热量的变化情况的变化情况,然后再对循环的性能指然后再对循环的性能指标进行分析和计算。标进行分析和计算。v根据热力学第一定律，如果忽略位能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和动能的变化，稳定流动的能量方程可表示为可表示为（1）式中式中:Q和和P是是单单位位时时间间内内加加给给系系统统的的热量和功热量和功;qm是是流流进进或或流流出出该该系系统统的的稳稳定定质质量量流量；流量；h是是比比焓焓;下下标标1和和2分分别别表表示示流流体体流流进进 系系
6、 统统 和和 离离 开开 系系 统统 的的 状状 态态 点点。v(1)节流阀节流阀制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功对外不作功,P=0,故方程式故方程式(1)变为：变为：因此，可认为节流前后其值不变。因此，可认为节流前后其值不变。节流阀出口处（点节流阀出口处（点4）为两相混合）为两相混合物。物。（2）压缩机）压缩机如如果果忽忽略略压压缩缩机机与与外外界界环环境境所所交交换换的的热热量，则由式（量，则由式（1）得：）得：式式中中（h2-h1)表表示示压压缩缩机机每每压压缩缩并并输输送送1kg的的制制冷冷剂剂所所消消耗耗的的功功，称称为为理理论论比功。比
7、功。（3）蒸发器）蒸发器被被冷冷却却物物质质通通过过蒸蒸发发器器向向制制冷冷剂剂传传送送Q0,因为蒸发器不作功，故方程式（因为蒸发器不作功，故方程式（1）变为：）变为：由由上上式式可可以以看看出出制制冷冷量量与与两两个个因因数数有有关关：制制冷冷剂剂的的质质量流量量流量qm和和制冷剂进出口蒸发器的焓差制冷剂进出口蒸发器的焓差(h1-h4)。(h1-h4)称称为为单单位位质质量量制制冷冷量量，它它表表示示1kg制制冷冷剂剂在在蒸蒸发器内从被冷却物质中吸取的热量，用发器内从被冷却物质中吸取的热量，用q0表示。表示。（4）冷凝器）冷凝器假假设设制制冷冷剂剂在在冷冷凝凝器器中中向向外外界界放放出出热热
8、量为量为Qk,那么：那么：式式中中(h2-h3)称称为为冷冷凝凝器器单单位位热热负负荷荷，用用qk表表示示。它它表表示示1kg制制冷冷剂剂蒸蒸汽汽在在冷凝器中放出的热量。冷凝器中放出的热量。v单单位位质质量量制制冷冷量量q0：1kg制制冷冷剂剂在在蒸蒸发发器器内内从从被被冷却物体吸收的热量冷却物体吸收的热量。q0h1h4v单单位位体体积积制制冷冷量量qv：压压缩缩机机每每吸吸入入1m3制制冷冷剂剂蒸蒸气气（按按吸吸气气状状态态计计），在在蒸蒸发发器器中中所所产产生生的的制制冷冷量量。qvq0/v1（h1h4）/v1v制冷剂质量流量制冷剂质量流量qm：qm=Qo/q0v单单位位冷冷凝凝负负荷荷q
9、k：1kg制制冷冷剂剂在在冷冷却却和和冷冷凝过程中放出的热量凝过程中放出的热量。qkh2h3v单单位位理理论论压压缩缩功功w0：压压缩缩机机每每压压缩缩输输送送1kg制冷剂所消耗的压缩功制冷剂所消耗的压缩功。w0h2h1v制冷系数制冷系数0：v理论循环的热力完善度理论循环的热力完善度o所谓热力完善所谓热力完善度，就是制冷循环接近它理想情况的程度。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理论循环的热力完善度o，即理论循环的，即理论循环的制冷系数制冷系数o与理想循环制冷系数与理想循环制冷系数c的比值。的比值。v所谓所谓理想的制冷循环理想的制冷循环，就是制冷循环能够，就是制冷循环能
10、够达到的最高境界，即制冷循环能够达到最达到的最高境界，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，即循环，工作条件是：没有传热温差，即TC=TO（蒸发温度）、（蒸发温度）、TH=TK（冷凝温度）；（冷凝温度）；热源恒温；没有不可逆损失。理想制冷循热源恒温；没有不可逆损失。理想制冷循环的特征是：在给定的热源温度环的特征是：在给定的热源温度TC、TH条条件下，逆卡诺循环所消耗的功率最小，制件下，逆卡诺循环所消耗的功率最小，制冷系数冷系数c最大。最大。=v例题：假定循环为单级压缩蒸气制冷的理论例题：假定循环为单级压缩蒸气
11、制冷的理论循环，蒸发温度循环，蒸发温度t0=10,冷凝温度为冷凝温度为35，工质为，工质为R22，循环的制冷量，循环的制冷量Q0=55kw,试对试对该循环进行热力计算。该循环进行热力计算。v先画出压焓图先画出压焓图v再再根根据据R22的的热热力力性性质质表表，查查出出处处于于饱饱和和线线上上的的有有关状态参数值关状态参数值v计算计算1单位质量制冷量单位质量制冷量2单位容积制冷量单位容积制冷量3制冷剂质量流量制冷剂质量流量4理论比功理论比功5压缩机消耗的理论功率压缩机消耗的理论功率6压缩机吸入的容积压缩机吸入的容积7制冷系数制冷系数8冷凝器单位热负荷冷凝器单位热负荷9冷凝器热负荷冷凝器热负荷v解
12、：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=401.555kJ/kgvv1=0.0653m3/kgvh3=h4=243.114kJ/kgvp0=0.3543MPapk=1.3548MPav查图可知：h2=435.2kJ/kgt2=57v1单位质量制冷量q0=h1h4=158.441kJ/kgv2单位容积制冷量v3制冷剂质量流量v4理论比功w0=h2h1=33.645kJ/kgv5压缩机消耗的理论功率P0=qmw0=11.68kwv6压缩机吸入的容积V=qmv1=0.0227m3/sv7制冷系数v8冷凝器单位热负荷qk=h2h3=192.086kJ/kgv9冷凝器热负荷Qk=qmqk=66.67kw