级蒸汽压缩制冷循环.ppt

单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环制冷原理制冷原理山西财贸职业技术学院 精品课程单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环第一章第一章 单级蒸汽压缩式单级蒸汽压缩式制冷循环制冷循环单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环第一章第一章 单级蒸汽压缩式制冷循环单级蒸汽压缩式制冷循环•[教学目的与要求教学目的与要求] •[教学内容教学内容] •[教学重点和教学难点教学重点和教学难点] •[教学建议教学建议]•[作业作业]单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环[ [教学目的的要求教学目的的要求] ]•1. 了解理想制冷循环和理论制冷循环的区别•2. 了解单级蒸汽压缩式制冷理论循环的基本热力分析和计算方法•3.掌握单级蒸汽压缩式实际制冷循环•4.掌握输气量、输气系数、制冷剂循环量、制冷量、制冷压缩机的功率和效率、冷凝负荷、制冷系数等概念•5. 了解单级蒸汽压缩式制冷实际循环的基本热力分析与计算方法单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环[ [教学内容教学内容] ]第一节 单级蒸汽压缩式制冷循环的制冷方法、原理与循环第二节 单级蒸汽压缩式制冷理论循环及其热力计算第三节 单级蒸汽压缩式制冷实际循环第四节 单级蒸汽压缩式制冷循环的影响因素及工况第五节 单级离心、螺杆式制冷循环第六节 空气源热泵和地源热泵返回总目录单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环第一节 单级蒸汽压缩式制冷循环的制冷方法、原理与循环•（一）制冷方法、原理•（二）单级蒸汽压缩式制冷循环返回本章单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（一）制冷方法、原理•蒸汽压缩式制冷的热力学原理•利用制冷剂液体在气化时（蒸发时）产利用制冷剂液体在气化时（蒸发时）产生的吸热效应，达到制冷目的生的吸热效应，达到制冷目的。

单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环能量的传递和转化能量从一个物体传递到另一个物体有能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式两种方式Ø作功作功借作功来传递能量总和物体宏观位移有关借作功来传递能量总和物体宏观位移有关Ø传热传热借传热来传递能量无需物体的宏观移动借传热来传递能量无需物体的宏观移动•1.热力学第一定律 •自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态转变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量转变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量的总量保持不变的总量保持不变•能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环能量的传递和转化Ø2.热力学第二定律 Ø热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体. .制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析热力学循环热力学循环热源温度不变时的逆向可逆循环——逆卡诺循环 当高温热源和低温热源随着过程的进行温度不变时，具有两当高温热源和低温热源随着过程的进行温度不变时，具有两个可逆的等温过程和两个等熵过程组成的逆向循环个可逆的等温过程和两个等熵过程组成的逆向循环。

Ø在相同温度范围内，它是消耗功最小的循环，即热力学效在相同温度范围内，它是消耗功最小的循环，即热力学效率最高的制冷循环，因为它没有任何不可逆损失率最高的制冷循环，因为它没有任何不可逆损失正向循环正向循环 热能转化为机械功热能转化为机械功 逆向循环逆向循环 消耗功消耗功 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 制冷与低温温区的划分制冷制冷通过一定的方式将物体冷却到环通过一定的方式将物体冷却到环境温度以下境温度以下Ø““冷冷””相对于环境温度而言，相对于环境温度而言，一般是指环境温度至绝对零度一般是指环境温度至绝对零度通过通过123123Ｋ来分界温区Ｋ来分界温区制冷温区制冷温区 123K123K以上以上低温温区低温温区 123K123K以下以下低温温度范围低温温度范围单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环蒸汽压缩式制冷循环““冷源冷源””指需冷却的空间指需冷却的空间““热源热源””则指制冷机放热则指制冷机放热的对象的对象制冷循环就是通过一定的制冷循环就是通过一定的能量补偿，从低温热源能量补偿，从低温热源吸热，向高温热源排热吸热，向高温热源排热热源的温度决定制冷剂热源的温度决定制冷剂吸热与排热的温度与压吸热与排热的温度与压力，相应地决定了制冷力，相应地决定了制冷循环中的高低压侧的压循环中的高低压侧的压力比力比。

单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（二）单级蒸汽压缩式制冷循环l单级蒸汽压缩式制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成l制冷剂蒸汽压缩、冷凝成液体，放出热量l冷凝后的制冷剂流经节流元件进入蒸发器从入口端的高压pk降低到低压p0，从高温tk降低到t0，并出现少量液体汽化变为蒸汽l制冷剂液体在低压（低温）下蒸发吸热l制冷剂蒸汽回到压缩机中压缩单级循环原理图动画单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环制冷系统各部件的主要用途制冷系统各部件的主要用途压缩制冷剂蒸汽，提高压力和温度放热，使高压高温制冷剂蒸汽冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体 得到低温低压制冷剂制冷剂液体吸热、蒸发、制冷单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环单级蒸汽压缩式制冷循环单级蒸汽压缩式制冷循环容容积积式式压压缩缩机机的的单单级级压压比比受受压压缩缩机机容容积积效效率率和和压压缩缩终终了了温温度度的的制约制约 通常被限制在通常被限制在8～～10离心式压缩机的单级压缩比受工离心式压缩机的单级压缩比受工质分子量大小与叶轮的周边速质分子量大小与叶轮的周边速度制约度制约 通常被限制在通常被限制在 2～～4 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环蒸汽压缩式制冷系统的构成各种控制阀各种控制阀辅助部件辅助部件蒸汽蒸汽压缩压缩式制式制冷系冷系统的统的构成构成四个主四个主要部件要部件压缩机压缩机冷凝器冷凝器节流件节流件蒸发器蒸发器不可不可缺少缺少管道管道净化净化贮集贮集分离设备分离设备单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环压缩机压缩机按压缩原理有两大类：压缩机按压缩原理有两大类：容积型容积型速度型速度型容积型压缩机容积型压缩机 通过对运动机构作功，以减少压缩式容积，提高通过对运动机构作功，以减少压缩式容积，提高蒸汽压力来完成压缩功能蒸汽压力来完成压缩功能。

速度型压缩机速度型压缩机 由旋转部件连续将角动量转换给蒸汽，再将该动由旋转部件连续将角动量转换给蒸汽，再将该动量转为压力量转为压力 压缩式制冷系统的心脏压缩式制冷系统的心脏主机主机有用能的输入、有用能的输入、制冷剂在系统中的循环流动制冷剂在系统中的循环流动压缩机压缩机称为称为单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环热交换设备制冷系统的热交换设备主要是冷凝器和蒸发器，制冷系统的热交换设备主要是冷凝器和蒸发器，它们是制冷剂与外部热源介质之间发生热交换它们是制冷剂与外部热源介质之间发生热交换的设备的设备⒈ 冷凝器 用冷凝器将制冷剂从低温热源吸收的热量用冷凝器将制冷剂从低温热源吸收的热量及压缩后增加的热焓排放到高温热源及压缩后增加的热焓排放到高温热源 ⒉ 蒸发器 蒸发器是制冷机中的冷量输出设备制蒸发器是制冷机中的冷量输出设备制冷剂在蒸发器中蒸发，吸收低温热源介质（水冷剂在蒸发器中蒸发，吸收低温热源介质（水或空气）的热量，达到制冷的目的或空气）的热量，达到制冷的目的 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环节流机构、管道节流机构 控制进入蒸发器的制冷剂质控制进入蒸发器的制冷剂质流率流率；对制冷剂的流动起扼制作用；；对制冷剂的流动起扼制作用；使来自冷凝器的高压液态制冷剂压使来自冷凝器的高压液态制冷剂压力降低力降低。

管道 用管道将制冷机各组成部件连接用管道将制冷机各组成部件连接成一个完整的制冷系统，使制冷剂成一个完整的制冷系统，使制冷剂在封闭的系统中循环在封闭的系统中循环节流动画单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环第二节 单级蒸汽压缩式制冷理论循环及其热力计算•（一）单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成•（二）单级蒸汽压缩式制冷理论循环的假设条件和热力图•（三）单级蒸汽压缩式制冷理论循环的热力性能及分析返回本章单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环•（一）单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成•制冷压缩机制冷压缩机 •冷凝器冷凝器 •节流器节流器 •蒸发器蒸发器•单级蒸汽压缩式制冷循环，是指制冷剂在一次单级蒸汽压缩式制冷循环，是指制冷剂在一次循环中只经过一次压缩，最低蒸发温度可达循环中只经过一次压缩，最低蒸发温度可达-40～～-30℃℃单级蒸汽压缩式制冷广泛用于制冷、单级蒸汽压缩式制冷广泛用于制冷、冷藏、工业生产过程的冷却，以及空气调节等冷藏、工业生产过程的冷却，以及空气调节等各种低温要求不太高的制冷工程各种低温要求不太高的制冷工程 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（一）单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环制冷剂的变化过程制冷剂的变化过程单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：： 制冷压缩机制冷压缩机 冷凝器冷凝器 节流器节流器 蒸发器蒸发器 压缩过程（压缩机中进行压缩过程（压缩机中进行））通过压缩使制冷剂由低温低压的蒸汽变为高温高压气体。

通过压缩使制冷剂由低温低压的蒸汽变为高温高压气体冷却冷凝过程（冷凝器中进行）冷却冷凝过程（冷凝器中进行）在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体节流过程（节流阀中进行）节流过程（节流阀中进行）压力、温度降低，焓值不变压力、温度降低，焓值不变蒸发过程（蒸发器中进行）蒸发过程（蒸发器中进行）吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（二）单级蒸汽压缩式制冷理论循环的假设条件和热力图•理论循环的假设条件–1、压缩过程为定熵过程、压缩过程为定熵过程–2、冷凝、蒸发过程为定压过程，没有传热温差、冷凝、蒸发过程为定压过程，没有传热温差–3、压缩机吸入的是饱和蒸汽，冷凝器出口为饱、压缩机吸入的是饱和蒸汽，冷凝器出口为饱和液体–4、制冷管道内无流动阻力损失、制冷管道内无流动阻力损失–5、节流过程为绝热过程、节流过程为绝热过程单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环理论循环的热力图1-2 压缩机: 压缩和输送制冷蒸汽2-2`-3 冷凝器: 将制冷剂的热量排放给冷却介质3-4 节流阀: 对制冷剂节流降压4-1 蒸发器: 制冷剂吸收被冷却对象的热量。

单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环各部件的作用•压缩机: 压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发器中低压、冷凝器中高压，是整个系统的心脏•冷凝器: 是输出热量的设备，将制冷剂在蒸发器中吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量排放给冷却介质•节流阀: 对制冷剂起节流降压作用，并调节进入蒸发器的制冷剂流量•蒸发器: 是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量，从而达到制冷的目的单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环X=0X=1lgPlgPh压焓图压焓图等比容线等熵线饱和液线等温线等压线湿蒸汽两相区湿蒸汽两相区干蒸汽线临界点Tc等焓线过冷液体区过冷液体区过热气体区过热气体区压焓图 压焓图的结构如图所示以绝对压力为纵坐标（为了缩小图的尺寸，提高低压区域的精度， 通常纵坐标取对数坐标），以焓值为横坐标单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环压焓图压焓图Ø一点：一点：Ø临界点临界点CØ三区：三区：Ø液相区、液相区、Ø两相区、两相区、Ø气相区Ø五态：五态：Ø过冷液状态、过冷液状态、Ø饱和液状态、饱和液状态、Ø湿蒸汽状态湿蒸汽状态、、Ø饱和蒸汽状态饱和蒸汽状态、、Ø过热蒸汽状态过热蒸汽状态。

Ø八线：八线：Ø等压线等压线p（水平线）（水平线）Ø等焓线等焓线h（垂直线）（垂直线）Ø饱和液线饱和液线x=0，，Ø饱和蒸汽线饱和蒸汽线x=1，，Ø无数条等干度线无数条等干度线xØ等熵线等熵线sØ等比体积线等比体积线vØ等温线等温线t单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环理论循环过程在压焓图上的表示理论循环过程在压焓图上的表示1）制冷压缩机压缩过程制冷压缩机压缩过程2）制冷压缩机冷凝过程制冷压缩机冷凝过程 3）制冷压缩机膨胀过程制冷压缩机膨胀过程 4）制冷压缩机蒸发过程制冷压缩机蒸发过程 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环理论循环理论循环T-s图和图和lgp-h图图理论循环理论循环T-T-s s图（图（a a）和）和l lg gp-hp-h图（图（b b））单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（三）单级蒸汽压缩式制冷理论循环的热力性能及分析•单位制冷量；•单位容积制冷量；•单位理论功；•单位冷凝；•单级理论循环制冷系数；•单级理论循环热力完善度单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环理论循环的性能指标及其计算理论循环的性能指标及其计算•1.单位质量制冷量 q0 •制冷压缩机每输送1kg制冷剂经循环从被冷却介质中制取的冷量称为单位质量制冷量，用q0表示。

•q0=h1-h4=r0（1-x4）•式中 ：– q0单位质量制冷量（kJ/kg）；–h1与吸气状态对应的比焓值（kJ/kg）；–h4节流后湿蒸汽的比焓值（kJ/kg）；–r0蒸发温度下制冷剂的汽化潜热（kJ/kg）；–x4节流后气液两相制冷剂的干度单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环理论循环的性能指标及其计算理论循环的性能指标及其计算•2.单位容积制冷量单位容积制冷量 qv –制冷压缩机每吸入制冷压缩机每吸入1m3制冷剂蒸汽（按吸气状态计）经循环从被冷却介制冷剂蒸汽（按吸气状态计）经循环从被冷却介质中制取的冷量，称为单位容积制冷量，用质中制取的冷量，称为单位容积制冷量，用qv表示 –qv= q0/v1–式中：–qv单位容积制冷量（kJ/m3）；–v1制冷剂在吸气状态时的比体积（m3/kg） •3.理论比功理论比功w0 –制冷压缩机按等熵压缩时每压缩输送1kg制冷剂蒸汽所消耗的功，称为理论比功，用w0表示 –w0=h2-h1 –式中： –w0理论比功（kJ/kg）；–h2压缩机排气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）；–h1压缩机吸气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环理论循环的性能指标及其计算理论循环的性能指标及其计算4.单位冷凝热负荷单位冷凝热负荷 qk• 制冷压缩机每输送1kg制冷剂在冷凝器中放出的热量，称为单位冷凝热负荷，用qk表示。

•qk=（h2-h2）+（h2-h3）=h2-h3•式中：•qk单位冷凝热负荷（kJ/kg）；•h2与冷凝压力对应的干饱和蒸汽状态所具有的比焓值（kJ/kg）；•h3与冷凝压力对应的饱和液状态所具有的比焓值（kJ/kg）；•对于单级蒸汽压缩式制冷理论循环，存在着下列关系•qk = q0 +w05.制冷系数制冷系数 0 单位质量制冷量与理论比功之比，即理论循环的收益和代价之比，称为理论循环制冷系数，用0表示，•ε0=q0 / w0 =（h1-h4）/（h2-h1）单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环理论循环的性能指标及其计算理论循环的性能指标及其计算•例例1-1　假定循环为单级蒸汽压缩式制冷的理论循环，蒸发温度　假定循环为单级蒸汽压缩式制冷的理论循环，蒸发温度t0=-10℃℃，冷凝温度，冷凝温度tk=35℃℃，工质为，工质为R22，循环的制冷量，循环的制冷量Q0=55kW，试，试对该循环进行热力计算对该循环进行热力计算解　解　点点1：：t1=t0=  10℃℃，，p1=p0=0.3543MPa，，h1=401.555kJ/kg，，v1=0.0653m3/kg点点3：：t3=tk=35℃℃，，p3=pk=1.3548MPa，，h3=243.114 kJ/kg，， 由图可知，由图可知，h2=435.2 kJ/kg，，t2=57℃℃ 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环1）单位质量制冷量q0=h1-h4= h1-h3=401.555-243.114=158.441kJ/kg4）理论比功w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg 5）压缩机消耗的理论功率P0=qmw0=0.347133.645=11.68kW3）制冷剂质量流量qm= Q0/q0=55/158.443=0.3741kg/s2）单位容积制冷量qv= q0/v1=158.411/0.0653=2426kJ/m3单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环7）冷凝器单位热负荷qk=h2-h3 =435.2-243.114=192.086kJ/kg8）冷凝器热负荷Qk=qmqk=0.3471192.086=66.67kW6）制冷系数ε0=q0 / w0=158.411/33.645=4.71单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环第三节 单级蒸汽压缩式制冷实际循环•（一）单级实际制冷循环与理论制冷循环的区别•（二）单级蒸汽压缩式制冷实际循环的过程及其热力状态图•（三）单级蒸汽压缩式制冷实际循环的热力性能及分析•（四）实际工况及制冷剂的变化对循环的影响•（五）其他变化对实际制冷循环的影响•（六）实际制冷循环的热力计算返回本章单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（一）单级实际制冷循环与理论制冷循环的区别•理论理论•1、压缩过程为定熵过程、压缩过程为定熵过程。

•2、冷凝、蒸发过程为定压、冷凝、蒸发过程为定压过程，没有传热温差过程，没有传热温差•3、压缩机吸入的是饱和蒸、压缩机吸入的是饱和蒸汽，冷凝器出口为饱和液汽，冷凝器出口为饱和液体•4、制冷管道内无流动阻力、制冷管道内无流动阻力损失损失•5、节流过程为绝热过程、节流过程为绝热过程实际实际1、压缩过程不是定熵过程、压缩过程不是定熵过程2、热交换过程中，存在气体、热交换过程中，存在气体过热、液体过冷现象过热、液体过冷现象3、热交换过程存在传热温差热交换过程存在传热温差4、节流过程不完全是绝热过、节流过程不完全是绝热过程5、管道内有流动阻力损失管道内有流动阻力损失6、系统存在不凝性气体系统存在不凝性气体单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（二）单级蒸汽压缩式制冷实际循环的过程l1 1）制冷压缩机的压缩过程不是等熵过程，且有摩擦损失制冷压缩机的压缩过程不是等熵过程，且有摩擦损失l2 2）实际制冷循环中压缩机吸入的制冷剂往往是过热蒸汽，节流前往）实际制冷循环中压缩机吸入的制冷剂往往是过热蒸汽，节流前往往是过冷液体，即存在气体过热、液体过冷现象往是过冷液体，即存在气体过热、液体过冷现象l3 3）热交换过程中，存在着传热温差，被冷却介质温度高于制冷剂的）热交换过程中，存在着传热温差，被冷却介质温度高于制冷剂的蒸发温度，环境冷却介质温度低于制冷剂冷凝温度。

蒸发温度，环境冷却介质温度低于制冷剂冷凝温度l4 4）制冷剂在设备及管道内流动时，存在着流动阻力损失，且与外界）制冷剂在设备及管道内流动时，存在着流动阻力损失，且与外界有热量交换有热量交换l5 5）实际节流过程不完全是绝热的等焓过程，节流后的焓值有所增加实际节流过程不完全是绝热的等焓过程，节流后的焓值有所增加l6 6）制冷系统中存在着不凝性气体制冷系统中存在着不凝性气体单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环单级实际循环的热力状态图4-1表示制冷剂在蒸发器汽化和压降过程；1-1表示制冷剂蒸汽的过热（有益或有害）和压降过程；1-2s表示制冷剂蒸汽在制冷压缩机内实际的非等熵压缩过程；2s-2s表示制冷压缩机压缩后的制冷剂蒸汽经过排气阀的压降过程；2s-3表示制冷剂蒸汽经排气管进入冷凝器的冷却、冷凝和压降过程；3-3表示制冷剂液体的过冷和压降过程；3-4表示制冷剂液体的非绝热节流过程 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环简化的单级实际循环热力状态图112(2)3456,,ppk0Lg ph1-1表示蒸汽的过热过程 1-2表示实际增熵压缩过程 2-3-4表示制冷剂在冷凝压力pk下的等压冷却、冷凝过程 4-5表示制冷剂在冷凝压力下的过冷过程 5-6表示制冷剂在等焓下的节流过程 6-1表示制冷剂在蒸发压力p0下的等压汽化过程 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（三）单级蒸汽压缩式制冷实际循环的热力性能及分析•1.制冷量；•2.制冷压缩机的功率和效率；•3.冷凝器负荷、过冷器负荷、回热器负荷；•4.理论输汽量、实际输汽量、输汽系数、循环量；•5.制冷系数、能效比及热力完善度。

单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环1.制冷量制冷量单位质量制冷量单位质量制冷量q0q0=h1’-h6单位容积制冷量单位容积制冷量qvqv=q0/v1’单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环2.制冷压缩机的功率和效率按等熵压缩时每压缩输送1kg制冷剂蒸汽所消耗的功，称为理论比功 w0=h2-h1压缩输送1kg制冷剂蒸汽实际消耗的功，称为指示比功 wi=h2-h1 理论比功w0与指示比功wi之比，称为制冷压缩机的指示效率ηi ηi=w0/wi压缩机的理论功率P0P0=qmw0 指示功率PiPi=P0/ηi单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环3.冷凝器负荷、过冷器负荷、回热器负荷；单位冷凝热负荷qkqk=h2-h4 冷凝器的热负荷QkQk=qmqk单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环4.理论输汽量、实际输汽量、输汽系数、循环量；•1）、Vh=(π/4)×D2 × S×n×Z×3600=900πD2snz•2）、压缩机的实际输气量 Vs

• Wi=h2s-h1•7）、制冷剂质量流量qm•qm =Q0/q0单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环5.制冷系数、能效比及热力完善度实际制冷系数εsεs=Q0/Ps=ε0ηs热力完善度 β β=εs/εｃβ 制冷循环接近它理想情况的程度，接近完善的程度 实际制冷循环的制冷系数εs与工作在相同热源温度条件下，它的理想制冷循环（逆卡诺循环）的制冷系数εc的比值 β 越大，说明制冷循环经济性越好，热力学的不可逆损失越小；反之，则制冷循环效果差，效率低 β 永远小于1 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（四）实际工况及制冷剂的变化对循环的影响上述循环是单级基本循环，在实用上，根据实际条件对循环作一上述循环是单级基本循环，在实用上，根据实际条件对循环作一些改进些改进，，以便提高循环的热力完善度，这一改进有液体过冷、吸以便提高循环的热力完善度，这一改进有液体过冷、吸气过热及由此而产生的回热循环气过热及由此而产生的回热循环•液体过冷对循环的影响；•吸汽过热对循环的影响；•回热对循环的影响单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环液体过冷与液体过冷循环•液体过冷液体过冷：制冷剂液体的温度低于统一压力下的饱和液体的温度称为过冷。

•过冷循环：过冷循环：将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝温度的状态，称为过冷带有过冷的循环，叫做过冷循环采用液体过冷对提高制冷量和制冷系数都是有利的采用液体过冷对提高制冷量和制冷系数都是有利的单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环液体过冷对循环的影响下图为具有液体过冷的循环和理论循环的对比图，1-2-3-4-1为理论循环，1-2-3'-4'-1表示过冷循环 两个循环的比功相同，过冷循环中单位制冷量增加，从而导致过冷循环的制冷系数增加单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环液体过冷的产生•过冷的产生：过冷的产生：•1、冷凝器中冷凝面积的选择往往大于设计所需的冷凝面积；•2、冷凝器选择条件是根据最热天气，最高的环境介质温度而在使用中的绝大多数时间内的冷凝器是在低于上述条件的情况下工作，从而使冷凝面积过剩，为制冷剂过冷创造了条件；•3、设计过程中，人为设计一些过冷度•4、在制冷系统中设置了过冷器•5、在制冷系统中设置了回热器单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环液体过冷的lgP-h图单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环 过冷循环在过冷循环在T-sT-s图（图（a a）和）和lglgp-hp-h图（图（b b）上的表示）上的表示过冷循环在图上的表示过冷循环在图上的表示单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环制冷系数变化对比制冷系数变化对比w0  =h2-h1 w0=h2-h1q0  =h1-h4  =（（h1-h4））+（（h4- h4 ））= q0+ q0q0=h1-h4过冷循环过冷循环1-2-3 -4 -1理论循环理论循环1-2-3-4-1单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环吸汽过热与吸汽过热循环•过热：过热：制冷剂蒸汽的温度高于统一压力下饱和蒸汽的温度。

•过热循环：过热循环：压缩机吸入前的制冷剂蒸汽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，两者温度之差称为过热度具有吸气过热的循环，称为过热循环•过热的分类过热的分类•有效过热：过热吸收的热量来自被冷却对象，产生有用的制冷效果 •有害过热：过热吸收的热量来自被冷却对象之外，没有产生有用的制冷效果单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环吸汽过热对循环的影响•下图为具有吸汽过热的循环和理论循环的对比图，1-2-3-4-1为理论循环，1-1'-2'-3-4-1表示吸汽过热循环单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环吸气过热的产生吸气过热的产生•1、蒸发器的蒸发面积大于设计所需的蒸发面积——有效过热•2、为避免“湿冲程”，人为设计过热过程•3、蒸发器与压缩机之间的连接管道吸收外界热量——有害过热•4、蒸发器与压缩机之间的连接管道吸收被冷却对象的热量，——有效过热•5、制冷系统中设置了回热器，——有害过热，伴随过冷过程•6、封闭式压缩机中，吸气冷却电动机而过热，——有害过热，但是必须单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环吸气过热的lgP-h图单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环过热循环在过热循环在T-sT-s图（图（a a）和）和lglgp-hp-h图（图（b b）上的表示）上的表示过热循环在图上的表示过热循环在图上的表示单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环过热度对排气温度的影响过热度对排气温度的影响131.5131.586.386.372.972.972.172.165.765.773.973.9303093.093.055.955.944.144.144.444.437.437.445.345.30 0NHNH3 3R22R22R134aR134aR290R290R600aR600aR502R502过热过热度度℃℃单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环有效过热对制冷系数的影响有效过热对制冷系数的影响•有效过热对循环是否有益与制冷剂本身的特性有关。

如图所示，该图是在蒸发温度为0℃、冷凝温度为40℃的条件下计算所得的结果单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环过热区单位容积制冷量的变化过热区单位容积制冷量的变化单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环制冷量和制冷系数变化对比 w0 =h2 -h1 =w0+ w0 w0 =h2 -h1 =w0+ w0 w0=h2-h1 q0 =h1-h4= q0 q0 =h1 -h4=（（h1-h4））+（（h1 - h1））=q0+ q0 q0=h1-h4 有害过热有害过热 有效过热有效过热 过热循环过热循环 1 -2 -3-4-1  理论循环理论循环1-2-3-4-1 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环回热对循环的影响回热：回热：利用回把热使节流前的制冷剂液利用回把热使节流前的制冷剂液体与压缩机吸入前的制冷剂蒸汽进行体与压缩机吸入前的制冷剂蒸汽进行热交换，使液体过冷、蒸汽过热，称热交换，使液体过冷、蒸汽过热，称之为回热之为回热回热循环：回热循环：具有回热的循环，称为回热具有回热的循环，称为回热循环单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环回热循环的回热循环的P-H图图单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环回热循环原理图回热循环原理图动画单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环回热循环在回热循环在T-s图（图（a）和）和lgp-h图（图（b）上的表示）上的表示回热循环在图上的表示回热循环在图上的表示单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环制冷量和制冷系数变化对比w0 =h2 -h1 =w0+ w0 w0=h2-h1 q0  =h1-h4  =q0+ q0 q0=h1-h4 回热循环回热循环1 -2 -3 -4 -1  理论循环理论循环1-2-3-4-1 回热循环与理论循环相比较，制冷系数的变化情况如下回热循环与理论循环相比较，制冷系数的变化情况如下 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（五）其他变化对实际制冷循环的影响•制冷剂与被冷却对象、环境介质之间传热温差的影响；•节流过程不绝热的影响；•压力损失和热量损失的影响；•不凝性气体的影响。

单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环热交换及压力损失对制冷循环的影响热交换及压力损失对制冷循环的影响•1.吸气管道吸气管道 •从蒸发器出口到压缩机吸气入口之间的管道称为吸气从蒸发器出口到压缩机吸气入口之间的管道称为吸气管道管道•吸入管道对循环性能的影响最大吸入管道对循环性能的影响最大•吸入管道中的压力降始终是有害的，它使得吸吸入管道中的压力降始终是有害的，它使得吸 气比容气比容增大，压缩机的压力比增大，单位容积制冷量减少，增大，压缩机的压力比增大，单位容积制冷量减少，压缩机容积效率降低，比压力增大，制冷系数下降压缩机容积效率降低，比压力增大，制冷系数下降• 2.排气管道排气管道 •在压缩机的排出管道中，热量由高温制冷剂蒸汽传给在压缩机的排出管道中，热量由高温制冷剂蒸汽传给周围空气，它不会引起性能周围空气，它不会引起性能 的改变，仅仅是减少了冷的改变，仅仅是减少了冷凝器中的热负荷凝器中的热负荷单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环热交换及压力损失对制冷循环的影响热交换及压力损失对制冷循环的影响•3.液体管道液体管道 •在冷凝器到膨胀阀这段管路中，热量通常由液体制冷剂传给周围空气，在冷凝器到膨胀阀这段管路中，热量通常由液体制冷剂传给周围空气，使液体制使液体制 冷剂过冷，制冷量增大。

然而，也可能水冷冷凝器中的冷却水冷剂过冷，制冷量增大然而，也可能水冷冷凝器中的冷却水温度很低，冷凝温度低于环境温度，热量由空气传给液体制冷剂，可能温度很低，冷凝温度低于环境温度，热量由空气传给液体制冷剂，可能导致部分液体气化，这不仅使单位制冷量下降，而且使得膨胀阀不能正导致部分液体气化，这不仅使单位制冷量下降，而且使得膨胀阀不能正常工作常工作 •4.两相管道两相管道 •通常膨胀阀是紧靠蒸发器安装的倘若将它安装在被冷却空间内，传给通常膨胀阀是紧靠蒸发器安装的倘若将它安装在被冷却空间内，传给管道的热管道的热 量将产生有效制冷量；若安装在室外，热量的传递使制冷量减量将产生有效制冷量；若安装在室外，热量的传递使制冷量减少，因而此段管道必须保温少，因而此段管道必须保温 •5.蒸发器蒸发器 •如果假定不改变制冷剂出蒸发器时的状态，它仅使蒸发器中的传热温差如果假定不改变制冷剂出蒸发器时的状态，它仅使蒸发器中的传热温差减小，要求传热面积增大而已减小，要求传热面积增大而已•如果假定不改变蒸发过程中的平均传热温差，其结果与吸气管道阻力引如果假定不改变蒸发过程中的平均传热温差，其结果与吸气管道阻力引起的结果一样起的结果一样。

单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环热交换及压力损失对制冷循环的影热交换及压力损失对制冷循环的影响响•6.冷凝器冷凝器 •假定出冷凝器的压力不变，为克服冷凝器中制冷剂的假定出冷凝器的压力不变，为克服冷凝器中制冷剂的流动阻力，必须提高进冷凝流动阻力，必须提高进冷凝 器时制冷剂的压力，这必器时制冷剂的压力，这必须导致压缩机的排气压力升高，压力比增大，压缩机须导致压缩机的排气压力升高，压力比增大，压缩机耗功增加，制冷系数下降耗功增加，制冷系数下降 •7.压缩机压缩机 •在理论循环中，假设压缩过程为等熵过程而实际上，在理论循环中，假设压缩过程为等熵过程而实际上，整个过程是一个压缩指数整个过程是一个压缩指数 在不断变化的多方过程另在不断变化的多方过程另外，由于压缩机气缸中有余隙容积的存在，气体经过外，由于压缩机气缸中有余隙容积的存在，气体经过吸、排气阀及通道出有热量交换及流动阻力，这些因吸、排气阀及通道出有热量交换及流动阻力，这些因素都会使压缩机的输气量减少，制冷量下降，消耗的素都会使压缩机的输气量减少，制冷量下降，消耗的功率增大功率增大单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环冷凝、蒸发过程传热温差对循环性冷凝、蒸发过程传热温差对循环性能的影响能的影响•由于冷凝器与蒸发器中传热温差的存在，由于冷凝器与蒸发器中传热温差的存在，会使实际的冷凝温度比理论循环的冷凝温会使实际的冷凝温度比理论循环的冷凝温度高，蒸发温度则比理论循环的蒸发温度度高，蒸发温度则比理论循环的蒸发温度低，从而使循环的制冷系数下降。

制冷循低，从而使循环的制冷系数下降制冷循环中制冷剂与热源之间的传热温差越大，环中制冷剂与热源之间的传热温差越大，制冷循环的效率越低制冷循环的效率越低•但传热温差的存在并不影响理论制冷循环但传热温差的存在并不影响理论制冷循环的热力计算用于实际制冷循环的热力计算用于实际制冷循环单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环不凝性气体对制冷循环的影响不凝性气体对制冷循环的影响•系统中的不凝性气体往往积存在冷凝器上系统中的不凝性气体往往积存在冷凝器上部，因为它不能通过冷凝器的液封不部，因为它不能通过冷凝器的液封不 凝凝性气体的存在将使冷凝器内的压力增加，性气体的存在将使冷凝器内的压力增加，从而导致压缩机排气压力提高，比功增加从而导致压缩机排气压力提高，比功增加制冷系数下降，压缩机容积效率降低应制冷系数下降，压缩机容积效率降低应及时加以排除及时加以排除单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（六）实际制冷循环的热力计算•确定工作参数；•进行热力计算动画单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环第四节 单级蒸汽压缩式制冷循环的影响因素及工况•（一）蒸发温度To不变，冷凝温度Tk变化时对循环的影响•（二）冷凝温度Tk不变，蒸发温度To变化时对循环的影响•（三）单级制冷压缩机的工况；返回本章单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（一） 其他条件不变，冷凝温度tk升高的影响hp冷凝温度tk时：1-2-3-4-1冷凝温度升高为t´k时：1-2´-3´- 4´ -11234tkt0t´k3´2´4´单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（二） 其他条件不变，蒸发温度t0降低的影响hlgp蒸发温度t0时：1-2-3-4-1蒸发温度降低为t´0时：1´-2´-2-3-4-1´1234tkt02´4´t´01´单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（三）单级制冷压缩机的工况•压缩机的制冷量和轴功率等参数随工况条件变化，为了衡量、比较压缩机性能，制定公认的温度条件(名义工况：标准工况、空调工况)，作为压缩机制冷量选用和比较的标准。

•标准工况、空调工况、最大压差工况、最大轴功率工况；•名义工况、考核工况；•不同工况制冷量、轴功率换算单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环名义工况(旧)高温工况中温工况低温工况最大压差工况：用来考核压缩机零件强度、 排气温度、油温、电机绕组温度最大轴功率工况：用来考核压缩机噪声、振动，并依此选配电动机新)空调工况标准工况工况单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环我国常用制冷机工况（通常适用于开启式）151510（5）吸气温度tsh151510吸气温度tsh405040过冷温度tsc353535过冷温度tsc5105（0）蒸发温度t0555蒸发温度t0405040冷凝温度tk最大功率工况404040冷凝温度tk空调工况150（15）15吸气温度tsh151510吸气温度tsh405040过冷温度tsc252525过冷温度tsc3030（8）20蒸发温度t0151515蒸发温度t0405040冷凝温度tk最大压差工况303030冷凝温度tk标准工况R22R12R717R22R12R717制 冷 剂工作温度/℃工况种类制 冷 剂工作温度/℃工况种类注：括号内的数字相当于最大压差≤980kPa或最高蒸发温度为0℃的压缩机工况。

单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环容积式制冷压缩机及机组的名义工况（半封闭）（开启式）（18.3）（8B）（全封闭）所有型式30（40.6）（4.4）1035（40.6）40（8A）8低温Ⅱ38543237所有型式44（48.9）5（4.4）49（48.9）6（6A）全封闭32（32.2）32（32.2）55（54.4）23（23.3）5（5A）低温Ⅰ所有型式38184374（半封闭）（开启式）（18.3）（3B）（全封闭）所有型式44（48.9）（4.4）1849（48.9）7（6.7）（3A）3中温38184372所有型式50（46.1）18（18.3）55（54.4）7（7.2）1（1A）高温机组型式液体温度/℃吸气温度/℃冷凝温度/℃蒸发温度/℃工况序号类别单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环氨制冷压缩机及机组的名义工况3020（34.4）403（3A）低温Ⅱ15（17.8）23（23.3）2（2A）低温Ⅰ9（9.4）（15）（1B）32（32.2）30（35）1（1.1）35（6.7）7（1A）1中温环境温度/℃液体温度/℃吸气温度/℃冷凝温度/℃蒸发温度/℃工况序号类别单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环容积式和离心式冷水机组的名义工况6771245402热泵24（23.9）24（23.9）3537（35）32（29.4）7（6.7）12（12.4）1（1A）制冷进风湿球湿球干球出口进口出口进口蒸发冷凝风冷水冷冷温水热源侧或放热侧/℃使用侧/℃工况序号类别注：工况1和（1A）风冷冷凝器不采用蒸发凝结水冷却时，湿球温度不作规定 单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环第五节 单级离心、螺杆式制冷循环•（一）螺杆式制冷压缩机、离心式制冷压缩机的工作原理•（二）离心、螺杆式制冷循环与活塞式制冷循环的比较•（三）离心、螺杆式制冷循环的特点和使用范围返回本章单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环第六节 空气源热泵和地源热泵•（一）热泵•（二）空气源热泵•（三）地源热泵返回本章单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（一）热泵•概念•循环形式•循环经济性能参数： 热泵系数单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（二）空气源热泵•热泵的工作原理；•空气源热泵的特点。

单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环（三）地源热泵•地源热泵的概念和工作原理；•地源热泵的分类；•地源热泵的特点单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环[ [教学重点和教学难点教学重点和教学难点] ]•理想制冷循环与理论制冷循环的比较及实际指导意义；•单级实际制冷循环的工作原理及热力分析；•实际工况与制冷剂的变化对循环的影响单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环[ [教学建议教学建议] ]•讲叙本章时，注意与《热工与流体力学基础》中的内容的联系，注意用工程实例讲清工况影响，通过例题和练习加深理解；有可能时组织专业参观单级蒸汽压缩式制冷系统和离心式制冷系统单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环作业作业• 1、蒸汽压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成，各有何作用？• 2、蒸发器内制冷剂的汽化过程是蒸发吗？• 3、 制冷剂在蒸汽压缩制冷循环中，热力状态是如何变化的？• 4、制冷剂在通过节流元件时压力降低，温度也大幅下降，可以认为节流过程近似为绝热过程，那么制冷剂降温时的热量传给了谁？• 5、单级蒸汽压缩式制冷理论循环有哪些假设条件？• 6、试画出单级蒸汽压缩式制冷理论循环的lgp-h图，并说明图中各过程线的含义。

• 7、 已知R22的压力为0.1MPa，温度为10℃求该状态下R22的比焓、比熵和比体积单级蒸气压缩制冷循环单级蒸气压缩制冷循环作业• 8、已知工质R134a和下表填入的参数值，请查找lgp-h图填入未知项• 9、 有一个单级蒸汽压缩式制冷系统，高温热源温度为30℃，低温热源温度为-15℃，分别采用R22和R717为制冷剂，试求其工作时理论循环的性能指标• 10、 一台单级蒸汽压缩式制冷机，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R134a和R22工作时，理论循环的性能指标• 11、 有一单级蒸汽压缩式制冷循环用于空调，假定为理论制冷循环，工作条件如下：蒸发温度t0=5℃，冷凝温度tk=40℃，制冷剂为R134a空调房间需要的制冷量是3kW，试求：该理论制冷循环的单位质量制冷量q0、制冷剂质量流量qm、理论比功w0、压缩机消耗的理论功率P0、制冷系数0和冷凝器热负荷Qk• 12、液体过冷、气体过热对制冷循环有什么影响？• 13、不凝性气体的存在对循环有何影响?p/MPat/℃h/kJ/kgv/m3/kgs/kJ/(kgK)x0.30.1250.3701.85。