制冷与低温原理 第2版 教学课件 作者 陈光明 陈国邦 主编 第三章 第一节 单级蒸气压缩制冷循环.doc

第三章 蒸气制冷循环第一节 单级蒸气压缩制冷循环一、 理想循环（一） 简单理想循环图3-1简单理想循环a）T-s图 b） p-h图： （3-1） （3-2）按：1） 压缩过程w=h2-h1 （3-3）2） 冷凝过程qk=h2-h4 （3-4）3） 节流过程h4=h5 （3-5）4） 蒸发过程q0=h1-h5=h1-h4 （3-6）1. 单位制冷量q0 (3-7) (3-8)2. 理论比功w0 3. (3-9) (3-10)比较式（3-6）、（3-9）和（3-10），可以看出 (3-11)。

4. 制冷系数 (3-12)在5. 热力完善度 (3-13)例3-1 一台单级蒸气压缩制冷机工作在高温热源温度为40℃，低温热源温度为-20℃下，试求分别用R-134a、R-22和R-717工作时简单理想循环的性能指标解 循环的T- s图和 p-h图见图3-1，各点参数根据附录B查图表或用计算机计算得到，下表为用商用软件REFPROP计算得到的结果状态点参数单位R-134aR-22R-7171p1kPa132.7244.9189.6t1℃-20-20-20v1m3/kg0.14720.092130.6232h1kJ/kg384.70396.46475.02t2℃48.467.6135.2p2kPa1016.41533.61555.5h2kJ/kg427.31443.06794.04t4℃404040p4kPa1016.41533.61555.5h4kJ/kg256.2249.44-571.75h5kJ/kg256.2249.44-571.7按式（3-6）（3-8）（3-9）（3-10）（3-12）计算循环性能指标见下表。

项目计算公式单位R-134aR-22R-717单位制冷量kJ/kg128.5147.01043.1单位容积制冷量kJ/m3872.91595.91673.9单位理论功kJ/kg42.6046.59319.90单位冷凝热kJ/kg171.10193.621363.03制冷系数－3.0163.1553.261卡诺循环制冷系数－4.2194.2194.219热力完善度－0.7150.7480.773二） 液体过冷、吸气过热及回热循环液体过冷 图3-2 过冷循环a）T-s图 b） p-h图与所对应的简单理想循环1-2-3-4-5-1相比，过冷循环的单位制冷量的增加量为 (3-14)在图3-2a中，Dq0以面积5'-5-b-c-5'表示，在图3-2b中，Dq0以线段5'-5表示因两个循环的理论比功w 0相同，过冷循环的制冷系数比无过冷循环的制冷系数要大 (3-15)1. 吸气过热 图3-3过热循环a）T-s图 b） p-h (3-16)而循环的理论比功也增大了 (3-17)因而有效过热循环的制冷系数可表示为 (3-18) （3-19）原图中删去R502的那根线，图中字母R改为R-，即在字母后加短横。

图3-4有效过热的过热度对制冷系数的影响表3-1过热度对排气温度的影响过热度/℃R-600aR-290R-134aR-22NH3037.444.444.155.993.03065.772.172.986.3131.52. 回热 (3-20)图3-5单级蒸气压缩制冷回热循环流程图图3-6回热循环a）T-s图 b） p-h图或写成 （3-21）式中是液体的平均比定压热容，是低压蒸气的平均比定压热容由式（3-21）可以求出 （3-22） （3-23）单位容积制冷量 （3-24）单位功 （3-25）制冷系数 （3-26）由图（3-6）可知，与无回热循环1-2-3-4-5-1相比较，回热循环的单位制冷量增大了 （3-27）但单位功也增大了 （3-28）（三） 非共沸混合制冷剂循环1. 单级压缩基本循环 图3-7回热式非共沸混合制冷剂基本循环图3-8非共沸混合制冷剂循环在T-s图上的表示图3-9冷凝过程在T-w 图上的表示图3-10蒸发过程在T-w 图上的表示 （3-29） （3-30） （3-31） （3-32）。

2. 单级压缩自行复叠(Auto-cascade)循环 原图3-11改为单级分凝式图3-11 单级压缩自行复叠循环流程A－压缩机 B－冷凝器 C－气液分离器 D－冷凝蒸发器E－储液器 F－回热器 G－蒸发器 J－节流阀（四） 跨临界循环图3-12 跨临界蒸气压缩制冷循环a）温熵图 b） 压焓图（1） 放热过程的温度是连续不断变化的，具有较大的温度滑移2） 循环性能不仅取决于冷却器出口制冷剂的温度，而且还取决于高压压力3） 对于通常的制冷剂，临界压力都较高，而蒸发温度所对应的压力通常都较低，因此，跨临界循环的高低压差较大，从而导致节流损失较大二、 实际循环（一） 实际循环的特点1. 流动过程存在阻力（1） 吸入管道 2） 排出管道 3） 液体管道 4） 两相管道5） 蒸发器6） 冷凝器 2. 系统与环境间存在漏热原图3-12图3-13 实际循环a）T-s图 b） p-h图 （二） 实际循环的性能指标及热力计算原图3-13作为b，增加a：T-s图图3-14 简化后实际循环a）T-s图 b） p-h图1. 单位制冷量、单位容积制冷量及单位理论功 （3-33）2. 单位冷凝热 （3-34）上式中点2状态的比焓值用下式计算 （3-35）式中为压缩机的指示效率，它被定义为等熵压缩过程耗功量与实际压缩过程耗功量之比。

3. 制冷剂的循环流量 （3-36）式中为制冷量，通常由设计任务给出4. 压缩机的理论功率和指示功率理论功率 （3-37）指示功率 （3-38）5. 实际制冷系数 （3-39）式中为压缩机的机械效率6. 冷凝器的热负荷 （3-40）三、 循环性能计算机计算１． 计算蒸发温度和冷凝温度２． 由饱和蒸气压计算公式（如式2-42）计算蒸发压力和冷凝压力，也可由商用软件计算，通常，商用软件都具有与常用计算机语言的对接功能３． 由（，）和（，）通过状态方程的比焓计算公式(2-11)计算饱和蒸汽（0）和（2v）的比焓、；通过汽化热的计算公式（2-46）以及饱和蒸汽点（2v）的比焓计算饱和液体点（3）的比焓；通过过冷液体比焓计算公式（2-51）计算过冷液体点（4）的比焓值。

当然，这些比焓也可由商用软件计算４． 由（，）通过状态方程及其比焓、比熵计算公式(2-11)计算状态点（1）的比体积、比焓和５． 状态点（2s）的状态参数必须根据该点压力及等熵条件迭代求得例如，给定点（2s）的温度初值为式中k可取1.1左右６． 由（，）通过比熵计算公式（2-11）计算点（2s）的比熵，判断是否足够小若否，调整值，重新执行该步，直到满意为止调整方法可采用数值计算的有关方法７． 由第6步求得的以及计算点（2s）的比焓８． 由压缩机的指示效率通过式（3-35）计算点（2）的比焓９． 由式（3-33）至式（3-40）计算循环的各性能指标例3-2 一台制冷量为50 kW的活塞式制冷机，工作在高温热源温度th为32℃，低温热源温度为-18℃，制冷剂为R-134a，采用回热循环，压缩机的吸气温度为0℃，试进行循环的热力计算解 循环的 p-h图如图3-14，取冷凝温度比高温热源高8℃，蒸发温度比低温热源低5℃，压缩机的指示效率为0.75，压缩机的机械效率为0.92，可确定循环各点的状态参数如下表状态点参数单位数值注p0MPa0.1160t0℃-23t0=tl-5= -18-5= -23h0kJ/kg382.9p1MPa0.1161t1℃0v1m3/kg0.185h1kJ/kg401.6。