單級蒸汽壓縮式制冷循環(huán)實(shí)際循環(huán)

1、 實(shí)際的單級蒸汽壓縮式制冷循環(huán)單級實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的區(qū)別壓縮機(jī)存在摩擦損失和內(nèi)泄漏等不可逆損失，實(shí)際壓縮過程非等熵。與高溫、低溫?zé)嵩磽Q熱時存在有傳熱溫差的外部不可逆因素. 制冷劑與熱源間有傳熱溫差 T0 TH吸氣過熱，節(jié)流前液態(tài)制冷劑過冷。實(shí)際節(jié)流過程焓增。制冷劑在換熱器和管道中存在流阻壓降，管道與外界存在換熱。制冷系統(tǒng)中存在不凝性氣體。 一、壓縮機(jī)的實(shí)際壓縮過程（p69）吸氣：p1 pK機(jī)械摩擦、高壓向低壓的泄漏、余隙容積的存在，都使壓縮機(jī)的Vs下降，w 增大輸氣量，輸氣系數(shù)，實(shí)際輸氣量輸氣系數(shù)（容積效率）：實(shí)際輸氣量與理論輸氣量之比。確定方法：經(jīng)驗(yàn)公式法，查圖法實(shí)際輸氣量小于理論輸氣量的

2、原因?qū)嶋H輸氣量小于理論輸氣量的原因損失因素:泄漏余隙容積摩擦壓力損失熱交換輸氣量與質(zhì)量流量的關(guān)系思考:已知 ，如何確定qm ？ 注意：一定要保持單位一致壓縮機(jī)的制冷量即制冷循環(huán)的制冷量，制冷循環(huán)單位時間內(nèi)制冷劑從低溫?zé)嵩粗形盏臒崃俊＃ü?-16）壓縮機(jī)的指示比功、指示效率、指示功率指示比功 ：1kg制冷劑由于偏離定熵過程而實(shí)際消耗的功。 指示效率 ：偏離定熵過程的程度。指示功率 ：壓縮機(jī)的實(shí)際比功、機(jī)械效率、實(shí)際功率實(shí)際比功 ：1kg制冷劑實(shí)際消耗的功。 機(jī)械效率 ：摩擦等對過程的影響程度。0.80.9實(shí)際功率 ：單位時間內(nèi)實(shí)耗功率壓縮機(jī)的軸效率和實(shí)際制冷系數(shù)軸效率 ：電動機(jī)通過軸用于壓縮

3、蒸氣做功的效率。實(shí)際制冷系數(shù) ：性能系數(shù)COP能效比EER：實(shí)際制冷量與電動機(jī)的輸入功之比。（P71） EER制冷系數(shù)（Ke）供熱系數(shù)一房間空調(diào)器，總制熱量為XW；壓縮機(jī)輸入功率為YW，控制器的輸入功率為ZW，室內(nèi)、外風(fēng)扇電機(jī)的總輸入功率MW，輔助電加熱裝置功率為NW。試問該空調(diào)器額定制熱工況的性能系數(shù)（COP）如何計(jì)算？ 某制冷機(jī)組，已知壓縮機(jī)的制冷量Q (kw) ，冷凝器的傳熱系數(shù)K(kw/(m2k)，冷凝溫度t()，冷凝器的傳熱溫差t() ，冷凝器的傳熱面積A (m2) 。試問壓縮機(jī)組與冷凝器運(yùn)行平衡時壓縮機(jī)的指示功率如何計(jì)算？一臺理論排氣量為0.1m3/s的半封閉式雙螺桿壓縮機(jī)，其壓縮

4、過程的指示效率為0.9，摩擦效率為0.95，容積效率為0.8，電機(jī)效率為0.85。當(dāng)吸氣比容為0.1m3/kg，單位質(zhì)量制冷量為150kJ/kg，理論耗功率為20kJ/kg時，該工況下壓縮機(jī)的制冷性能系數(shù)為下列何值？不算容積效率二、過冷、過熱及回?zé)釋?shí)際循環(huán)過程的影響1. 液體過冷的影響。 將節(jié)流前的制冷劑液體冷卻到低于冷凝溫度的狀態(tài)，即液體的溫度低于同一壓力下飽和液體的溫度，稱為過冷?！斑^冷度” tgl產(chǎn)生液體過冷的原因： 實(shí)際冷凝面積大于所需冷凝面積； 設(shè)計(jì)條件是最不利條件； 人為設(shè)計(jì)過冷度； 設(shè)置了過冷器或回?zé)崞鳌＿^冷循環(huán)在p-h圖上的表示。 下圖為具有液體過冷的循環(huán)和理論循環(huán)的對比圖，

5、1-2-3-4-1為理論循環(huán)，1-2-3-4-1表示過冷循環(huán)。 兩個循環(huán)的比功相同，過冷循環(huán)中單位制冷量增加，從而導(dǎo)致過冷循環(huán)的制冷系數(shù)增加。液體過冷理論循環(huán)1-2-3-4-1過冷循環(huán)1-2-3-4-1q0=h1-h4q0 =h1-h4 =（h1-h4）+（h4- h4）= q0+q0w0=h2-h1w0 =h2-h1 從制冷系數(shù)變化的角度對比如下： 另外：過冷導(dǎo)致節(jié)流后制冷劑的干度減小，閃發(fā)性氣體減少。實(shí)現(xiàn)過冷的方法設(shè)計(jì)、選型時，適當(dāng)增大冷凝面積；系統(tǒng)中設(shè)置過冷器； 過冷器：深井水或冷卻水先流經(jīng)此設(shè)備，可獲得較大的過冷度。制冷系統(tǒng)中設(shè)置回?zé)崞鳌?實(shí)際過程中，采用第一種方法多，加裝過冷器、回?zé)?/p>

6、器會增加投入和運(yùn)行費(fèi)用，因此要綜合考慮。通常情況下，氟里昂制冷循環(huán)非常需要過冷。雙級壓縮利用中間冷卻器進(jìn)行過冷。 制冷壓縮機(jī)吸入前的制冷劑蒸氣溫度高于蒸發(fā)壓力下的飽和溫度時，稱為吸氣過熱，兩者溫度之差稱為過熱度。具有吸氣過熱的循環(huán)，稱為過熱循環(huán)。 2.吸氣過熱對循環(huán)的影響。lgph123p0pk2411.過熱度：tgr 過熱溫度： t 1 2.有效過熱：過熱吸收的熱量來自于被冷卻對象，產(chǎn)生了有用的制冷效果。 如：制冷劑在蒸發(fā)器中過熱。3.有害過熱：過熱吸收的熱量來自于被冷卻對象之外，沒有產(chǎn)生有用的制冷效果。 如：制冷劑在管道中吸收外界熱量過熱。產(chǎn)生吸氣過熱的原因：1.實(shí)際蒸發(fā)面積大于設(shè)計(jì)所需蒸

7、發(fā)面積（有效）；2.防止?jié)駢嚎s，設(shè)計(jì)時人為的加了過熱過程。3.連接管道吸取熱量而產(chǎn)生過熱（有效、有害）。4.系統(tǒng)中設(shè)置了回?zé)崞鳎ㄓ泻Γ?.半、全封閉式壓縮機(jī)中，制冷劑蒸氣冷卻電動機(jī)而產(chǎn)生過熱（有害） 。過熱循環(huán)在p-h圖上的表示。理論循環(huán)1-2-3-4-1 過熱循環(huán) 1-2-3-4-1 有效過熱 有害過熱 q0=h1-h4 q0=h1-h4=（h1-h4）+（h1- h1）=q0+q0 q0=h1-h4= q0 w0=h2-h1 w0=h2-h1=w0+w0 w0=h2-h1=w0+w0 從制冷量和制冷系數(shù)變化角度對比來說明 由制冷劑的p-h圖我們可以得到結(jié)論：有害過熱使制冷系數(shù)減?。挥行н^

8、熱對循環(huán)是否有利與制冷劑有關(guān)。 有害過熱使循環(huán)單位質(zhì)量制冷量沒有變化，比功增加，制冷系數(shù)減小，冷凝器的單位熱負(fù)荷增加，壓縮機(jī)吸氣比容增大（意味著每公斤制冷劑需要更大的壓縮機(jī)容積，對給定的壓縮機(jī)則制冷量下降），循環(huán)的單位容積制冷量減小。有效過熱對循環(huán)是否有利與制冷劑有關(guān)。 R134a,R290,R600a,R502：過熱有利于循環(huán)，使制冷系數(shù)增加； R22,R717：過熱不利于循環(huán)，使制冷系數(shù)降低。圖1-19有效過熱的過熱度對制冷系數(shù)的影響對于R134a,R290,R600a,R502，過熱有利于循環(huán)，使制冷系數(shù)增加；對于R22,R717，過熱不利于循環(huán)，使制冷系數(shù)降低。例題1-3及結(jié)論實(shí)現(xiàn)過熱

9、的方法設(shè)計(jì)、選型時，適當(dāng)增大蒸發(fā)面積；制冷系統(tǒng)中設(shè)置回?zé)崞鳎色@得較大的過熱度，同時也可獲得過冷度。（只在氟里昂系統(tǒng)中采用）吸氣管道通過環(huán)境狀態(tài)。 3.回?zé)嵫h(huán)及其影響 利用回?zé)崞魇构?jié)流前的制冷劑液體與壓縮機(jī)吸入前的制冷劑蒸氣進(jìn)行熱交換，使液體過冷、蒸氣過熱，稱之為回?zé)帷Ｈ舨挥?jì)回?zé)崞髋c環(huán)境空氣之間的熱交換，則液體過冷的熱量等于使蒸氣過熱的熱量，其熱平衡關(guān)系為lgph1233p0pk2414c：制冷劑液體的比熱容cP：制冷劑過熱蒸氣的比定壓熱容因c cP由式 可以得出：即：經(jīng)過回?zé)釤峤粨Q，蒸汽的過熱度大于液體的過冷度 。蒸氣溫度的升高大于液體溫度的降低，且為有害過熱，故對過熱度敏感的制冷劑不適用

10、回?zé)嵫h(huán)，如氨制冷劑。氟里昂制冷系統(tǒng)適用回?zé)崞鳌５蜏刂评溲b置中也使用回?zé)崞鳠崃π再|(zhì)圖特殊的制冷劑要使用回?zé)嵫h(huán)。 （象 R113、R114 等制冷劑，其飽和蒸汽線向左下方傾斜，為防止壓縮機(jī)液擊事故，應(yīng)采用回?zé)嵫h(huán)提高吸汽溫度。 ）壓縮機(jī)吸氣管與節(jié)流閥供液管捆綁進(jìn)行回?zé)??；責(zé)崞骰責(zé)崞魇欠锇合到y(tǒng)中的汽液熱交換設(shè)備作用：蒸發(fā)器出口的制冷劑和節(jié)流前的液體發(fā)生熱交換蒸汽過熱防壓縮機(jī)濕沖程（液擊）液體過冷使 q0 增大回?zé)崞鞯姆N類：盤管式回?zé)崞?并聯(lián)管式回?zé)崞?穿管式回?zé)崞?套管式回?zé)崞?種類、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理盤管式 大、中型系統(tǒng)，一般液體走管程并聯(lián)管式 小型系統(tǒng)穿管式 電冰箱等小型裝置及制冷系統(tǒng)供液

11、、回汽管路較長處套管式 少用回?zé)嵫h(huán)的性能指標(biāo)如下：單位制冷量 單位容積制冷量lgph1233p0pk2414單位功 制冷系數(shù)理論循環(huán)1-2-3-4-1 回?zé)嵫h(huán)1-2-3-4-1 q0=h1-h4 q0 =h1-h4 =q0+q0 w0=h2-h1 w0=h2-h1=w0+w0 回?zé)嵫h(huán)與理論循環(huán)相比較如下 回?zé)嵫h(huán)對制冷循環(huán)是否有益，取決于過熱和過冷過程對制冷循環(huán)影響的程度。 三、傳熱有溫差對循環(huán)的影響 先來分析TK 、T0的變化對理論制冷循環(huán)的影響，再來分析蒸發(fā)、冷凝時有傳熱溫差的影響。1. TK 升高對循環(huán)的影響lgph1234p0pk432pkq0w0w0q02. T0 降低對循環(huán)的

12、影響lgph1234p0pk42p0q0w0w0q01結(jié)論：蒸發(fā)溫度降低，會使單位制冷量減小，理論比功增加，制冷系數(shù)下降。冷凝溫度升高，會使單位制冷量減小，理論比功增加，制冷系數(shù)下降。3. 蒸發(fā)、冷凝時有傳熱溫差對循環(huán)的影響結(jié)論： 傳熱溫差增大，q0減小，w0增加， ，qv減小，制冷系數(shù)下降；傳熱溫差應(yīng)取一個適當(dāng)?shù)闹怠＃夭钐?，效率會降低；溫差太小，傳熱面積會增加。）（二）理想的制冷循環(huán)制冷系數(shù) ：只適用于工作在相同熱源溫度TC、TH，且制冷壓縮設(shè)備是同一類型的制冷循環(huán)之間的經(jīng)濟(jì)性的比較。熱力完善度：制冷系數(shù)與理想制冷系數(shù)的比值。對制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性的比較沒有上述限制。理想制冷循環(huán)即逆卡諾循環(huán)

13、。理想制冷循環(huán)的制冷系數(shù)高溫?zé)嵩碩H低溫?zé)嵩碩C制冷機(jī)P（Q）QHQC熱力學(xué)第一定律：QH=QC+P熱力學(xué)第二定律：結(jié)論：1、理想制冷循環(huán)的制冷系數(shù)只與高、低溫?zé)嵩吹臏囟扔嘘P(guān)；2、理想制冷系數(shù)與兩熱源溫度的接近程度有關(guān)；3、低溫?zé)嵩礈囟壬吲c高溫?zé)嵩礈囟冉档途苤评湎禂?shù)增大；所以在實(shí)際循環(huán)中，在滿足生產(chǎn)條件和工藝要求的前提下，沒有必要使低溫?zé)嵩礈囟冗^低，即盡可能提高 T0 。4.熱力完善度定義：制冷循環(huán)接近它理想情況的程度。(2-13) 熱力完善度愈大，說明該循環(huán)接近可逆循環(huán)的程度愈大（不可逆損失越?。?，經(jīng)濟(jì)性就越好。 練習(xí)1：一循環(huán)的1 = 2.4 ，工作溫度條件 tH1 = 25oC，tC

14、1 = -18oC；另一循環(huán)2 = 3.1， tH2 = 38oC，tC2 = 5oC。比較兩個循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。某制冷機(jī)的實(shí)際工作循環(huán)如下圖， 點(diǎn)1 為壓縮機(jī)的吸氣狀態(tài)點(diǎn)，01為蒸發(fā)器內(nèi)的過熱過程，11 為制冷劑從蒸發(fā)器出來后通過管道的過熱過程，試問該制冷機(jī)的單位制冷量,單位容積制冷量為下列何值？注： h1=408kJ/kg, h1=418kJ/kg, h2=460kJ/kg, h3=250kJ/kg，比容v1=0.055 m3/kg, v1=0.06 m3/kg。168 kJ/kg，2800 kJ/m3158 kJ/kg，2633 kJ/m3168 kJ/kg，3054 kJ/m3 158 k

15、J/kg，2873 kJ/m34-1表示制冷劑在蒸發(fā)器汽化和壓降過程；1-1表示制冷劑蒸氣的過熱（有益或有害）和壓降過程；1-2s表示制冷劑蒸氣在制冷壓縮機(jī)內(nèi)實(shí)際的非等熵壓縮過程；2s-2s表示制冷壓縮機(jī)壓縮后的制冷劑蒸氣經(jīng)過排氣閥的壓降過程；2s-3表示制冷劑蒸氣經(jīng)排氣管進(jìn)入冷凝器的冷卻、冷凝和壓降過程；3-3表示制冷劑液體的過冷和壓降過程；3-4表示制冷劑液體的非絕熱節(jié)流過程 實(shí)際循環(huán)過程在壓焓圖上的表示單級蒸汽壓縮式制冷循環(huán)，壓縮機(jī)吸入管道存在的壓力降，對制冷循環(huán)性能有下列哪幾項(xiàng)影響？答：致使吸氣比容增加；壓縮機(jī)的壓縮比增加在制冷原理范圍內(nèi)，往往采取簡化辦法來修正復(fù)雜的實(shí)際循環(huán)：不考慮、

16、管道和換熱設(shè)備的壓降及管道向外界的傳熱，在工藝設(shè)計(jì)中相應(yīng)在液泵功率和制冷系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算時加上裕量。節(jié)流等焓有溫差傳熱，但 TK、T0 為定值。吸氣過熱，節(jié)流前液體過冷。通過、i、m 將壓縮過程中 Vs 的減少、非等熵變化及摩擦等簡化成 p1 = p0、p2 = pK 的簡單熵增過程。112(2)3456,ppk0Lg ph實(shí)際循環(huán)可表示為圖中的1-1-2-3-4-5-6-1 1-1表示蒸氣的過熱過程 1-2表示實(shí)際增熵壓縮過程 2-3-4表示制冷劑在冷凝壓力pk下的等壓冷卻、冷凝過程 4-5表示制冷劑在冷凝壓力下的過冷過程 5-6表示制冷劑在等焓下的節(jié)流過程 6-1表示制冷劑在蒸發(fā)壓力p0下的等

17、壓汽化過程 八 熱力計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)工藝要求選制冷壓縮機(jī)、制冷設(shè)備。校核計(jì)算：校核已有設(shè)備的性能單級實(shí)際循環(huán)熱力計(jì)算一般步驟確定制冷劑和制冷循環(huán)形式確定循環(huán)工作參數(shù)根據(jù)制冷劑、循環(huán)形式、工作參數(shù)，畫出循環(huán)曲線，標(biāo)定各點(diǎn)，再由熱力圖表查出各有關(guān)點(diǎn)熱力參數(shù)熱力性能計(jì)算確定制冷劑和制冷循環(huán)形式制冷劑的確定詳見第二章循環(huán)形式：NH3、R11 系統(tǒng)采用無回?zé)嵫h(huán)形式R12、R502、R22、R134a 等采用有回?zé)岬难h(huán)形式確定循環(huán)工作參數(shù)蒸發(fā)溫度 t0過熱溫度 tgr冷凝溫度 tK過冷溫度 tgl蒸發(fā)溫度 t0蒸發(fā)溫度取決于被冷卻系統(tǒng)的低溫要求和制冷劑與被冷卻系統(tǒng)的傳熱溫差、冷卻方式。直接冷卻： t

18、0 = tn - ttn：被冷卻對象的溫度 t：傳熱溫差，一般取10 oC間接冷卻： t0 = t - tt：載冷劑進(jìn)出口的平均溫度 t：制冷劑與載冷劑之間的傳熱溫差。一般取48 oC過熱溫度 tgr取決于回?zé)嵝问健⒄舭l(fā)溫度 t0 和制冷劑種類NH3 ，過熱度見表1-1(P26)。單級氟里昂循環(huán)tgr 15 oC，不能太低采用回?zé)崞鞯姆锇貉h(huán)， tgr = 3040 oC，即： tgr=t0+(3040) oC冷凝溫度 tK冷凝溫度取決于冷卻條件和冷凝器形式。1.水冷式冷凝器 tk = t+ tt：載冷劑進(jìn)出口的平均溫度 t：冷凝溫度與冷卻水平均溫度之差。一般取57 oC2.風(fēng)冷式冷凝器tk

19、 = ta+ tta：進(jìn)口空氣的干球溫度 t：冷凝溫度與室外計(jì)算干球溫度之差。一般取15 oC3.蒸發(fā)式冷凝器tk = ts+ tts：進(jìn)口空氣的濕球溫度 t：冷凝溫度與室外計(jì)算濕球溫度之差。一般取815 oC過冷溫度 tgl一般取 tgl = 35 oC 即tgl= tK (35 ) oC單級蒸汽壓縮制冷實(shí)際循環(huán)計(jì)算實(shí)例例1 、 某單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)用于食品冷藏，制冷量Q0=116kW，環(huán)境介質(zhì)溫度tH=30oC，被冷卻對象溫度tC=-10oC。如果分別用R134a和R717做制冷劑，試進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力計(jì)算。計(jì)算中可取tk=5oC，t0=10oC，tgl=5oC， tgr=10oC，屬

20、于有害過熱。壓縮機(jī)=0.6， i =0.86，m =0.90解：1.據(jù)已知條件確定制冷循環(huán)的工作溫度： t0 = tc-t0=-20oC tgl = tk-tgl=30oC tk= tH+tk=35oC tgr = t0+tgr=-10oC2.根據(jù)工作溫度在P-h圖上畫出制冷循環(huán)圖。lgph12p0pk3（2）143.由熱力性質(zhì)表或圖分別查出R134a和R717各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)：h1kJ/kgh1 kJ/kgh2 kJ/kgh4 kJ/kgh4 kJ/kgv1 m3/kgt2oCR134aR717385.891435.103961465439.61772249.07366.691241.2343

21、0.1510.67561404.熱力計(jì)算結(jié)果：序號項(xiàng)目公式單位R134aR7171q0h1-h4kJ/kg144.691092.12w0h2-h1kJ/kg43.63073qvq0/v1kJ/m3958.21216304qkh2-h4kW198.414295wskJ/kg56.333976qmQ0/q0kg/s0.800.1067Vsqmv1m3/s0.120.0718VhVs/m3/s0.20.118序號項(xiàng)目公式單位R134aR71793.323.56102.572.7511Tc/(Th-Tc)6.5756.57512 /0.3910.4213 P0qmw0 kW34.8832.514 Pi kW40.5637.815 Ps kW45.064216Ke( )Q0/Ps2.572.7617 QkQ0+P0 kW156.56153.85.分析：1） qm影響制冷系統(tǒng)的規(guī)模(Q0=qmq