蒸氣壓縮式制冷熱力學(xué)原理

制冷技術(shù)第二章蒸氣壓縮式制冷的熱力學(xué)原理蒸氣壓縮式制冷的熱力學(xué)原理1.理想制冷循環(huán)2.理論制冷循環(huán)3.制冷循環(huán)熱力計(jì)算1.理想制冷循環(huán)1.0常用術(shù)語1.1熱力學(xué)基本定律1.2制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析1.3理想制冷循環(huán)無溫差傳熱的逆向可逆循環(huán)——逆卡諾循環(huán)1.4具有傳熱溫差的逆向可逆循環(huán)1.5具有變溫?zé)嵩吹睦硐胫评溲h(huán)-洛倫茲循環(huán)1.6熱泵的作用1.0常用術(shù)語一.物質(zhì)具有一定質(zhì)量并占據(jù)空間的任何物體稱為物質(zhì)。物質(zhì)通常以固、液、氣三態(tài)存在。蒸氣壓縮式制冷機(jī)都依靠內(nèi)部循環(huán)流動的工作物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)制冷過程。制冷機(jī)中的工作物質(zhì)稱為制冷劑。制冷裝置中用來傳遞冷量的工作物質(zhì)稱為載冷劑。

溫度是物體冷熱程度的量度。它是物質(zhì)分子熱運(yùn)動劇烈程度的標(biāo)志尺度。

常用的溫度度量單位有攝氏溫標(biāo)t和開氏溫標(biāo)T(絕對溫標(biāo))。

T(k)=t(℃)+273.15圖2-1兩種常用溫標(biāo)的比較

二.溫度物體在熱過程中所放出或吸收的能量稱為熱量。

生產(chǎn)中常用制冷能力來衡量設(shè)備產(chǎn)冷量大小。

制冷能力：制冷設(shè)備單位時間內(nèi)從冷庫取走的熱量。商業(yè)上常用冷噸來表示。

1冷噸：1噸0℃飽和水在24小時內(nèi)被冷凍到0℃的冰所需冷量。

三.熱量熱量單位換算：1大卡（kcal）=1000卡（cal）1焦(J)=0.2389卡（cal）≈0.24卡（cal）1英熱單位(Btu)=0.25大卡（kcal）（Britishthermalunit

）1英熱單位(Btu)=1.05千焦(kJ)1美國冷噸=3024kcal/h1日本冷噸=3320kcal/h比熱是一個物性參數(shù)，意為單位度量的物質(zhì)溫度變化1k時所吸進(jìn)或放出的熱量。

體積比熱Cv(J/m3.k)

摩爾比熱Cp(J/mol.k)

四.比熱（specificheat）

不改變物質(zhì)的形態(tài)而引起其溫度變化的熱量稱為顯熱。

不改變物質(zhì)的溫度而引起其形態(tài)變化的熱量稱為潛熱。

制冷劑的汽化潛熱有何要求？五.顯熱和潛熱表1-1幾種制冷物質(zhì)的汽化潛熱(kJ/kg)物質(zhì)水氨R12R22氯甲烷二氧化硫R114R502汽化熱2256.81369167.5234.5427.1397.8137.96150.02圖2-2絕對壓力、表壓力和真空度的關(guān)系

六.壓力垂直作用在單位面積上的力稱為壓力p(壓強(qiáng))。p是確定物質(zhì)狀態(tài)的基本參數(shù)之一。1bar=105pa

飽和壓力ps與飽和溫度ts的對應(yīng)關(guān)系。

比容：每千克物質(zhì)所占有的容積。v是基本狀態(tài)參數(shù)。.v=1

七.比容v和密度

表示材料傳導(dǎo)熱量的能力，是一個物性參數(shù)。數(shù)值上等于：1m厚的材料兩邊溫差1k時在1小時內(nèi)通過1m2表面積所傳導(dǎo)的熱量。單位：w/m.k

常用保溫材料的值？八.導(dǎo)熱系數(shù)

物質(zhì)的熱力狀態(tài)性質(zhì)可以繪制成曲線圖的形式。制冷劑性質(zhì)曲線圖有多種形式。行業(yè)中最常用的是lgp-h圖。

lgp-h圖的構(gòu)成可以總結(jié)為一個臨界點(diǎn)、二條飽和線、三個狀態(tài)區(qū)、六組等值線。九.壓-焓圖(lgp-h)(a)壓-焓圖

(b)壓-焓圖上的主要曲線

圖2-3壓焓圖上的主要曲線

等壓線—水平線等焓線—垂直線等干度線x—濕蒸汽區(qū)域內(nèi)等熵線—向右上方傾斜等容線—向右上方傾斜等溫線

—垂直線（未）→水平線（濕）→向右下方彎曲（過）

莫里爾圖由于制冷裝置中，制冷劑的實(shí)際壓力并不太高，lgp-h圖靠近臨界點(diǎn)的高壓部分和濕蒸汽區(qū)域的中間部分在熱力計(jì)算中很少用到，為了使圖面清晰簡捷，往往將這兩部分截去。

課后練習(xí)：lgp-h圖中狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)的查取。圖2-4R22的lgp-h圖1.1熱力學(xué)基本定律熱力學(xué)第零定律:如果兩個熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個都與第三個熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡(溫度相同)，則它們彼此也必定處于熱平衡。熱力學(xué)第一定律：在任何發(fā)生能量傳遞和轉(zhuǎn)換的熱力過程中，傳遞和轉(zhuǎn)換前后的能量總量維持恒定。

1.1熱力學(xué)基本定律熱力學(xué)第二定律：能量貶值原理。熱不能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體。熱力學(xué)第三定律：絕對溫度的零度是不可能達(dá)到。

1.2制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析

熱力學(xué)循環(huán)

正向循環(huán)

熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功逆向循環(huán)消耗功1.2制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析正向循環(huán)是使高溫?zé)嵩吹墓べ|(zhì)通過動力裝置對外做功，然后再流向低溫?zé)嵩?，稱為動力循環(huán)，即把熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的循環(huán)。所有的熱力發(fā)動機(jī)都是按正向循環(huán)工作的，在溫-熵或壓-焓圖上，循環(huán)的各個過程都是依次按順時針方向變化的；1.2制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析逆向循環(huán)，它是使工質(zhì)(制冷劑)在吸收低溫?zé)嵩吹臒崃亢笸ㄟ^制冷裝置，并以外功作補(bǔ)償，然后流向高溫?zé)嵩?。逆向循環(huán)是一種消耗功的循環(huán)，制冷循環(huán)就是按逆向循環(huán)進(jìn)行的，在溫-熵或壓-焓圖上，循環(huán)的各個過程都是依次按逆時針方向變化的。1.2制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析逆向循環(huán)又可分為可逆和不可逆兩種?？赡嫜h(huán)是一種理想循環(huán)，它不考慮工質(zhì)在流動和狀態(tài)變化過程中的各種損失。如果在工質(zhì)循環(huán)過程中考慮了上述各種損失，即為不可逆循環(huán)。在制冷循環(huán)中，不可逆主要來自兩個方面：即制冷劑在流動和狀態(tài)變化時因內(nèi)部摩擦、不平衡等引起的內(nèi)部不可逆損失，以及冷凝器、蒸發(fā)器等換熱器存在傳熱溫差的外部不可逆損失。1.2制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析1.3理想制冷循環(huán)——逆卡諾循環(huán)

1.3.1逆卡諾循環(huán)循環(huán)過程1-2等熵壓縮→

耗功w12-3等溫冷凝放熱qk=(sa-sb)3-4等熵膨脹→做功w24-1等溫蒸發(fā)吸熱q0=T0(sa-sb)兩個恒溫?zé)嵩磧蓚€等溫過程兩個等熵過程1.3.2循環(huán)結(jié)果

從被冷卻介質(zhì)吸熱q0（單位制冷量）；向冷卻介質(zhì)放熱qk；循環(huán)凈耗功wc＝w－we＝qk－q0

1.3.3制冷系數(shù)制冷系數(shù)ε（COPcoefficientofperformence）表示它的循環(huán)經(jīng)濟(jì)性能，制冷系數(shù)等于單位耗功量制得的冷量g與所消耗功的比值。逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)，僅與高、低溫?zé)嵩礈囟扔嘘P(guān)，而與制冷劑的熱物理性質(zhì)無關(guān)。

T0↗或Tk↘ε↗

1.3.4逆卡諾循環(huán)特點(diǎn)T0與Tk對制冷系數(shù)的影響是不等價的，To的影響大于Tk。同時，也意味著要實(shí)現(xiàn)溫度降低的制冷具有更高的難度。由于逆卡諾循環(huán)不考慮各種損失，而且壓縮機(jī)利用了膨脹機(jī)對外輸出的功。因此，在恒定的高、低溫?zé)嵩磪^(qū)間，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)最大，在該溫度區(qū)間進(jìn)行的其它各種制冷循環(huán)的制冷系數(shù)均小于ε，逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)可用來評價其它制冷循環(huán)的熱力完善度。1.3.4逆卡諾循環(huán)特點(diǎn)濕蒸汽區(qū)域內(nèi)進(jìn)行濕壓縮設(shè)備：蒸發(fā)器無傳熱溫差

冷凝器無傳熱溫差

壓縮機(jī)無摩擦運(yùn)動

膨脹機(jī)不經(jīng)濟(jì)，且難以加工1.4具有傳熱溫差的逆向可逆循環(huán)1.4具有傳熱溫差的逆向可逆循環(huán)Tk’—冷卻介質(zhì)的溫度T0’—被冷卻介質(zhì)的溫度逆卡諾循環(huán)：1’-2’-3’-4’-1’Tk—冷凝器中制冷劑的溫度T0—蒸發(fā)器中制冷劑的溫度有傳熱溫差的循環(huán)：1-2-3-4-1耗功量增加：陰影面積制冷量減少：1-1’-4’-4-11.4具有傳熱溫差的逆向可逆循環(huán)有傳熱溫差的制冷循環(huán)的制冷系數(shù)εc’小于逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)εc

。蒸發(fā)器傳熱溫差對制冷系數(shù)的影響將大于冷凝器傳熱溫差1.4具有傳熱溫差的逆向可逆循環(huán)熱力完善度：工作于相同溫度間的實(shí)際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)與逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)的比值。

η＝

εc’/εc

≤1η的大小反映了實(shí)際制冷循環(huán)接近逆卡諾循環(huán)的程度。

在制冷裝置的實(shí)際運(yùn)行中，高溫?zé)嵩矗ɡ鋮s介質(zhì)）和低溫?zé)嵩?被冷卻介質(zhì)）的溫度通常是不斷變化的。冷凝器中的冷卻水的溫度是逐步升高，而被冷卻介質(zhì)的溫度是不斷降低的。由于制冷劑在冷凝器和蒸發(fā)器中保持等溫冷凝和蒸發(fā)，這樣就增大了制冷劑和介質(zhì)之間的傳熱溫差，使循環(huán)不可逆損失增加，制冷系數(shù)和熱力完善度下降。為了減少不可逆?zhèn)鳠嵋鸬哪芰繐p失，制冷劑與冷卻和被冷卻介質(zhì)之間必需保持最小的傳熱溫差，并且所有各點(diǎn)應(yīng)保持定值。1.5具有變溫?zé)嵩吹睦硐胫评溲h(huán)-洛倫茲循環(huán)1.5具有變溫?zé)嵩吹睦硐胫评溲h(huán)-洛倫茲循環(huán)由兩個和熱源之間無溫差的熱交換過程以及兩個等熵過程所組成的逆向可逆循環(huán)，為洛倫茲循環(huán)，是消耗功最小的循環(huán)，即制冷系數(shù)最高的循環(huán)。前提：熱源溫度變化的條件下1.5具有變溫?zé)嵩吹睦硐胫评溲h(huán)-洛倫茲循環(huán)1.6熱泵的作用

逆向循環(huán)以耗功為補(bǔ)償，通過制冷劑的循環(huán)把從低溫?zé)嵩粗形盏臒崃浚ㄖ评淞浚┖秃墓α恳黄鹪诟邷責(zé)嵩捶懦?。因此，逆向循環(huán)可以用來制冷，也可用來供熱，或者冷、熱同時使用。用來制冷的逆向循環(huán)裝置，稱為制冷裝置，而用來供熱時則稱為熱泵裝置。在逆卡諾循環(huán)中，制冷劑在每次循環(huán)中向高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃繛閝k’=qo’+wc則進(jìn)行逆卡諾循環(huán)的熱泵供熱系數(shù)為：μc=（qo’+wc）/wc=1+εc=Tk’/（Tk’-To’）表示熱泵系數(shù)恒大于1，這說明熱泵裝置在高溫?zé)嵩吹姆艧崃渴冀K大于耗功量。1.6熱泵的作用1.6熱泵的作用熱泵供熱比直接用電供熱耗能省，它是一種節(jié)能的供熱方式。但熱泵是否比其它供熱方法（如燃料的直接燃燒、蒸氣供熱等）節(jié)能和經(jīng)濟(jì)，還應(yīng)根據(jù)提供熱泵的具體條件進(jìn)行分析和比較。2.理論制冷循環(huán)2.1工作原理2.2理論循環(huán)在lgp-h圖上的表示2.3性能指標(biāo)2.4液體過冷和吸氣過熱對制冷循環(huán)的影響2.1理論制冷循環(huán)的工作原理單級理論循環(huán)的假設(shè)基礎(chǔ)：(1)壓縮過程為等熵過程，即在壓縮過程中不存在任何不可逆損失；(2)在冷凝器和蒸發(fā)器中，制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)的溫度，蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質(zhì)的溫度，且冷凝溫度和蒸發(fā)溫度都是定值(3)離開蒸發(fā)器和進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑蒸氣為蒸發(fā)壓力下的飽和蒸氣，離開冷凝器和進(jìn)入膨脹閥的液體為冷凝壓力下的飽和液體；(4)制冷劑在管道內(nèi)流動時，沒有流動阻力損失，忽略動能變化，除了蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)的管子外，制冷劑與管外介質(zhì)之間沒有熱交換；（5）制冷劑在流過節(jié)流裝置時，流速變化很小，可以忽略不計(jì)，且與外界環(huán)境沒有熱交換。循環(huán)組成循環(huán)組成壓縮機(jī)：等熵壓縮；冷凝器：等壓放熱；節(jié)流閥：絕熱節(jié)流，等焓；蒸發(fā)器：等壓吸熱而制冷。

“四大件”作用壓縮機(jī)：“心臟”，壓縮和輸送制冷劑蒸汽；節(jié)流閥：節(jié)流降壓，并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量；蒸發(fā)器：吸收熱量（輸出冷量）從而制冷；冷凝器：輸出熱量。

循環(huán)特點(diǎn)（對比逆卡諾循環(huán)）膨脹機(jī)膨脹閥低壓高干度濕蒸氣逆卡諾循環(huán)理論制冷循環(huán)高壓飽和蒸氣高壓飽和液體低壓低干度濕蒸氣高壓飽和液體過熱蒸氣低壓低干度濕蒸氣低壓干飽和蒸氣定溫放熱定溫吸熱定壓放熱定壓吸熱濕壓縮干壓縮循環(huán)特點(diǎn)（對比逆卡諾循環(huán)）制冷劑在冷凝器和蒸發(fā)器中按等壓過程循環(huán)，而且具有傳熱溫差；制冷劑用膨脹閥絕熱節(jié)流，而不是用膨脹機(jī)絕熱膨脹；壓縮機(jī)吸入飽和蒸氣（干壓縮）而不是濕蒸氣（濕壓縮）三種制冷循環(huán)在T-S圖上的表示理論循環(huán)制冷系數(shù)及其它參數(shù)的變化影響逆卡諾循環(huán)和具有傳熱溫差的逆向可逆循環(huán)制冷量、耗功量以及制冷系數(shù)的因素對理論制冷循環(huán)仍然有效，而且制冷劑在進(jìn)行理論循環(huán)過程中又產(chǎn)生了一些影響上述參數(shù)的其它因素。1、膨脹閥代替膨脹機(jī)后的節(jié)流損失2、用干壓縮代替濕壓縮后的飽和損失2.2理論循環(huán)在lgp-h圖上的表示理論循環(huán)在T-s圖（a）和lnp-h圖（b）上的表示補(bǔ)充：熱力學(xué)第一定律的基本能量方程式1).閉口系統(tǒng)的能量平衡工質(zhì)從外界吸熱Q后從狀態(tài)1變化到2，對外作功W。若工質(zhì)宏觀動能和位能的變化忽略不計(jì)，則工質(zhì)儲存能的增加即為熱力學(xué)能的增加ΔU熱力學(xué)第一定律的解析式加給工質(zhì)的熱量一部分用于增加工質(zhì)的熱力學(xué)能儲存于工質(zhì)內(nèi)部，余下一部分以作功的方式傳遞至外界

對微元過程，第一定律解析式的微分形式(A)

對于1kg工質(zhì)A式對閉口系普遍適用?？赡孢^程

完成一循環(huán)后，工質(zhì)恢復(fù)原來狀態(tài)閉口系完成一循環(huán)后，循環(huán)中與外界交換的熱量等于與外界交換的凈功量。2).開口系統(tǒng)的能量平衡圖示開口系統(tǒng)，dτ時間內(nèi)，質(zhì)量的微元工質(zhì)流入截面1-1，質(zhì)量微元工質(zhì)流出2-2，系統(tǒng)從外界得到熱量，對機(jī)器設(shè)備作功。圖2-5開口系統(tǒng)流動過程中的能量平衡過程完成后系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量增加dm,系統(tǒng)總能增加dECV，由系統(tǒng)能量平衡的基本表達(dá)式有：由E=me,V=mv,h=u+pv,得穩(wěn)定流動

系統(tǒng)只有單股流體進(jìn)出微量形式：當(dāng)流入質(zhì)量為m的流體時，穩(wěn)定流動能量方程：能量方程式的應(yīng)用工質(zhì)流經(jīng)壓縮機(jī)時，機(jī)器對工質(zhì)做功wc,使工質(zhì)升壓，工質(zhì)對外放熱q每kg工質(zhì)需作功：

壓縮機(jī)圖2-6壓縮機(jī)能量平衡膨脹機(jī)膨脹過程均采用絕熱過程。穩(wěn)定流動能量平衡方程：圖2-7膨脹機(jī)能量平衡工質(zhì)流經(jīng)換熱器時和外界有熱量交換而無功的交換，動能差和位能差也可忽略不計(jì)。換熱器圖2-8換熱器能量平衡1kg的工質(zhì)吸熱量：

工質(zhì)流經(jīng)噴管和擴(kuò)壓管時不對設(shè)備作功，熱量交換可忽略不計(jì)。1kg工質(zhì)動能的增加：

噴管圖2-9噴管能量轉(zhuǎn)換工質(zhì)流過閥門時流動截面突然收縮，壓力下降，這種流動稱為節(jié)流。節(jié)流設(shè)流動絕熱，前后兩截面間的動能差和位能差忽略，因過程無對外做功，故節(jié)流前后的焓相等該式只對節(jié)流前后穩(wěn)定段成立，而不適合節(jié)流過程段。

按照熱力學(xué)第一定律，對于在控制容積中進(jìn)行的狀態(tài)變化存在如下關(guān)系：（2-1）

這里，把自外界傳入的功作為負(fù)值。對上式積分可以得到整個過程的表達(dá)式：（2-2）

按照式（2-1）和式（2-2），單級壓縮蒸氣制冷機(jī)循環(huán)的各個過程有如下關(guān)系：q0稱為單位制冷量，習(xí)慣上取為正值，在T-s圖上用面積1-4-b-a-1代表，而在lgp-h圖上則用線段4-1表示。（1）壓縮過程:δq=0,因而

δw=dhw=h2-h1

（2-3）(2)冷凝過程：

dw=0δq=dhqk=h2-h3

（2-4）

（4）蒸發(fā)過程：dw=0因而

δq=dhq0=h1-h4=h1-h3

（2-6）

(3)節(jié)流過程：

w=0q=0Δh=0h3=h4（2-5）

2.3性能指標(biāo)單位制冷量q0(1)單位制冷量壓縮蒸氣制冷循環(huán)單位制冷量可按式（2-6）計(jì)算。單位制冷量也可以表示成汽化潛熱r0和節(jié)流后的干度x4的關(guān)系：

(2-7)

由式（2-7）可知，制冷劑的汽化潛熱越大，或節(jié)流所形成的蒸氣越少（x4越?。﹦t循環(huán)的單位制冷量就越大。（2-7）

2.3性能指標(biāo)(2)單位容積制冷量qv(2-8)(3)理論比功w0(2-9)（2-8）對于單級蒸氣壓縮制冷機(jī)的理論循環(huán)來說，制冷劑在節(jié)流過程中不作外功，理論比功等于循環(huán)的理論比功，可表示為：單級壓縮蒸氣制冷機(jī)的理論比功也是隨制冷劑的種類和制冷機(jī)循環(huán)的工作溫度而變的。（3）理論比功（2-9）

(4)單位冷凝熱qk單位（1kg）制冷劑蒸氣在冷凝器中放出的熱量，稱為單位冷凝熱。單位冷凝熱包括顯熱和潛熱兩部分。(2-10)

比較式（2-6）、（2-9）和（2-10）可以看出，對于單級壓縮式蒸氣制冷機(jī)理論循環(huán)，存在著下列關(guān)系：(2-11)

對于單級壓縮蒸氣制冷機(jī)理論循環(huán)，制冷系數(shù)為：制冷系數(shù)愈大經(jīng)濟(jì)性愈好（5）制冷系數(shù)(6)熱力完善度單級壓縮蒸氣制冷機(jī)理論循環(huán)的熱力完善度按定義可表示為(2-13)這里εc為在蒸發(fā)溫度（T0）和壓縮機(jī)排氣溫度（T3）之間工作的逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)。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。

制冷系數(shù)與熱力完善度的不同意義制冷系數(shù)與熱力完善度都是用來評價循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)，但意義不同。1、制冷系數(shù)隨循環(huán)的工作溫度而變，因此只能評價相同熱源溫度下的循環(huán)經(jīng)濟(jì)性。2、不同溫度下工作的制冷循環(huán)需要通過熱力完善度來判斷其循環(huán)經(jīng)濟(jì)性。2.4液體過冷和吸氣過熱對制冷循環(huán)的影響上面所述的循環(huán)，是單級壓縮蒸氣制冷機(jī)的基本循環(huán)，也是最簡單的循環(huán)。在實(shí)用上，根據(jù)實(shí)際條件對循環(huán)往往要作一些改進(jìn)，以便提高循環(huán)的熱力完善度。在單級制冷機(jī)循環(huán)中，這一改進(jìn)主要有液體過冷、吸氣過熱及由此而產(chǎn)生的回?zé)嵫h(huán)將節(jié)流前的制冷劑液體冷卻到低于冷凝溫度的狀態(tài)，稱為過冷。帶有過冷的循環(huán)，叫做過冷循環(huán)。采用液體過冷對提高制冷量和制冷系數(shù)都是有利的2.4.1液體過冷2.4.2過冷循環(huán)的溫熵圖和壓焓圖過冷循環(huán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示在圖（a）中，q0以面積5‘-5-b-c表示，在圖（b）中，q0以線段5’-5表示。因兩個循環(huán)的理論比功w0相同，過冷循環(huán)的制冷系數(shù)比無過冷循環(huán)的制冷系數(shù)要大。與無過冷的循環(huán)1-2-3-4-5-1相比，過冷循環(huán)的單位制冷量的增加量為：2.5吸入過熱蒸氣對制冷循環(huán)的影響

壓縮機(jī)吸入前的制冷劑蒸氣的溫度高于吸氣壓力下制冷劑的飽和溫度時，稱為過熱。具有吸氣過熱的循環(huán)，稱為過熱循環(huán)。2.5.2過熱循環(huán)的溫熵圖和壓焓圖過熱循環(huán)1-1‘-2’-3-4-5-1的T-s圖和lgp-h圖。圖中1-1‘是吸氣的過熱過程，其余與基本循環(huán)相同。

(2-16)

(2-17)(2-18)(2-19)僅與制冷劑性質(zhì)有關(guān)有害過熱無此增加制冷量有效過熱與有害過熱有效過熱的過熱度對制冷系數(shù)的影響過熱度℃R502R600aR290R134aR22NH3045.337.444.444.155.993.03073.965.772.172.986.3131.5過熱度對排氣溫度的影響2.6回?zé)嵫h(huán)利用回?zé)崾构?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)?。回?zé)嵫h(huán)T-S及l(fā)gP-h圖圖2-21回?zé)嵫h(huán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示若不計(jì)回?zé)崞髋c環(huán)境空氣之間的熱交換，則液體過冷的放熱量等于使蒸氣過熱的吸熱量，其熱平衡關(guān)系為：

（2-22）回?zé)嵫h(huán)的性能指標(biāo)如下：單位制冷量（2-23）單位容積制冷量（2-24）單位功

（2-25）制冷系數(shù)（2-26）由回?zé)嵫h(huán)lgp-h圖可知，與無回?zé)嵫h(huán)1-2-3-4-5-1相比較，回?zé)嵫h(huán)的單位制冷量增大了但單位功也增大了（2-28）

循環(huán)的單位功可近似地表示成（2-29）單位容積制冷量和制冷系數(shù)可表示成（2-30）(2-31)如果要使回?zé)嵫h(huán)的單位容積制冷量及制冷系數(shù)比無回?zé)嵫h(huán)高，其條件應(yīng)是：即（2-32）制冷循環(huán)熱力計(jì)算是利用制冷循環(huán)的各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)計(jì)算出循環(huán)的性能指標(biāo)。循環(huán)的熱力計(jì)算，由于實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)有許多不同之處，為了更好的理解實(shí)際與理論循環(huán)的區(qū)別，以及分析對實(shí)際循環(huán)進(jìn)行的簡化是否合理，有必要對實(shí)際及理論制冷循環(huán)進(jìn)行一下對比分析。3、制冷循環(huán)熱力計(jì)算實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的比較區(qū)別1）制冷壓縮機(jī)的壓縮過程不是等熵過程，且有摩擦損失和散熱損失。2）實(shí)際制冷循環(huán)中壓縮機(jī)吸入的制冷劑往往是過熱蒸氣，節(jié)流前往往是過冷液體，即存在氣體過熱、液體過冷情況。3）熱交換過程中，存在著傳熱溫差，被冷卻介質(zhì)溫度高于制冷劑的蒸發(fā)溫度，環(huán)境冷卻介質(zhì)溫度低于制冷劑冷凝溫度。4）制冷劑在設(shè)備及管道內(nèi)流動時，存在著流動阻力損失，且與外界有熱量交換。5）實(shí)際節(jié)流過程不完全是絕熱的等焓過程，節(jié)流后的焓值有所增加。實(shí)際循環(huán)的簡化為工程設(shè)計(jì)方便，做如下簡化忽略冷凝器蒸發(fā)器中壓降，以壓縮機(jī)排氣壓力作冷凝壓力（或排氣壓力減去壓降后），以壓縮機(jī)吸氣壓力作蒸發(fā)壓力（或吸氣壓力加上吸氣壓降），認(rèn)為T0，TK為定植。壓縮過程簡化為有損失的簡單壓縮過程。節(jié)流為等焓過程單級蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)(簡化后）簡化后的實(shí)際循環(huán)P—h圖：簡化后的循環(huán)的性能指標(biāo)的表達(dá)式，各下標(biāo)對應(yīng)于上圖所示的狀態(tài)點(diǎn)。1．單位制冷量、單位容積制冷量及單位理論功

這些同理論循環(huán)的計(jì)算完全一致。2．單位冷凝熱上式中點(diǎn)2狀態(tài)的焓值用下式計(jì)算式中為壓縮機(jī)的指示效率，它被定義為等熵壓縮過程耗功量與實(shí)際壓縮過程耗功量之比。3．制冷劑的循環(huán)流量

式中為制冷量，通常由設(shè)計(jì)任務(wù)給出。

（2-36）（2-37）（2-38）4．壓縮機(jī)的實(shí)際功率5．實(shí)際制冷系數(shù)例題1.試計(jì)算氟利昂22(R22)制冷劑在下列工況下的理論制冷系數(shù)ε，并進(jìn)行比較和討論。A工況：tk=35℃，to=0℃；B工況：tk=40℃，to=0℃；C工況：tk=40℃，to=-5℃；各狀態(tài)點(diǎn)焓值工況冷凝蒸發(fā)h1h2h3=h4溫度tk壓力pk溫度to壓力poA工況3513.504.98405.4430243.16.60B工況4015.304.98405.4433249.75.64C工況4015.3-54.21403.5437249.74.59B工況較A工況，tk升高5℃，制冷系數(shù)下降，下降14.5%；C工況較B工況，to降低5℃，制冷系數(shù)下降，下降18.6%。2.試計(jì)算氟利昂22（R22）制冷劑在下列工況下循環(huán)時的理論制冷系數(shù)ε，并進(jìn)行比較和討論。A工況：tk=40℃，to=0℃；B工況：tk=40℃，to=0℃，t3‘=35℃各狀態(tài)點(diǎn)焓值工況冷凝蒸發(fā)h1h2節(jié)流前焓值h3制冷系數(shù)ε溫度tk壓力pk溫度to壓力poA工況4015.304.98405.4433249.75.64B工況4015.304.98405.4433243.15.88在相同冷凝溫度和蒸發(fā)溫度條件下，采用過冷能提高循環(huán)的制冷系數(shù)。本例中的過冷度tk-t3’=5℃3.一臺單級壓縮蒸氣制冷機(jī)工作在高溫?zé)嵩礈囟葹?0℃，低溫?zé)嵩礈囟葹?0℃，試求分別用R134a、R22和R717工作時的理論循環(huán)的性能指標(biāo)。狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)（單位）R134aR22R7171p1(kpa)132.7244.9190.1t1(℃)-20-20-20v1(m3/kg)0.14720.092130.6232h1(kJ/kg)384.7396.461437.122t2(℃)48.467.6135.2p2(kpa)1016.41533.61