單級(jí)蒸汽壓縮制冷循環(huán)

單級(jí)蒸汽壓縮制冷循環(huán)第1頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第2頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第一章單級(jí)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)[教學(xué)目的與要求]

[教學(xué)內(nèi)容]

[教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)]

[教學(xué)建議][作業(yè)]第3頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四[教學(xué)目的的要求]1.了解理想制冷循環(huán)和理論制冷循環(huán)的區(qū)別。2.了解單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)的基本熱力分析和計(jì)算方法。3.掌握單級(jí)蒸汽壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)。4.掌握輸氣量、輸氣系數(shù)、制冷劑循環(huán)量、制冷量、制冷壓縮機(jī)的功率和效率、冷凝負(fù)荷、制冷系數(shù)等概念。5.了解單級(jí)蒸汽壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)的基本熱力分析與計(jì)算方法。第4頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四[教學(xué)內(nèi)容]第一節(jié)單級(jí)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的制冷方法、原理與循環(huán)第二節(jié)單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)及其熱力計(jì)算第三節(jié)單級(jí)蒸汽壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)第四節(jié)單級(jí)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的影響因素及工況第五節(jié)單級(jí)離心、螺桿式制冷循環(huán)第六節(jié)空氣源熱泵和地源熱泵返回總目錄第5頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)單級(jí)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的制冷方法、原理與循環(huán)（一）制冷方法、原理（二）單級(jí)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)返回本章第6頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）制冷方法、原理蒸汽壓縮式制冷的熱力學(xué)原理利用制冷劑液體在氣化時(shí)（蒸發(fā)時(shí)）產(chǎn)生的吸熱效應(yīng)，達(dá)到制冷目的。第7頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四能量的傳遞和轉(zhuǎn)化能量從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體有兩種方式作功借作功來(lái)傳遞能量總和物體宏觀位移有關(guān)。傳熱借傳熱來(lái)傳遞能量無(wú)需物體的宏觀移動(dòng)。1.熱力學(xué)第一定律

自然界中的一切物質(zhì)都具有能量，能量不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅；但能量可以從一種形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形態(tài)，且在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量的總量保持不變。能量守恒與轉(zhuǎn)換定律是自然界基本規(guī)律之一。第8頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四能量的傳遞和轉(zhuǎn)化2.熱力學(xué)第二定律

熱不能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳到高溫物體.制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析熱力學(xué)循環(huán)熱源溫度不變時(shí)的逆向可逆循環(huán)——逆卡諾循環(huán)

當(dāng)高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩措S著過(guò)程的進(jìn)行溫度不變時(shí)，具有兩個(gè)可逆的等溫過(guò)程和兩個(gè)等熵過(guò)程組成的逆向循環(huán)。在相同溫度范圍內(nèi)，它是消耗功最小的循環(huán)，即熱力學(xué)效率最高的制冷循環(huán)，因?yàn)樗鼪](méi)有任何不可逆損失。正向循環(huán)

熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功逆向循環(huán)消耗功第9頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

制冷與低溫溫區(qū)的劃分制冷通過(guò)一定的方式將物體冷卻到環(huán)境溫度以下?！袄洹毕鄬?duì)于環(huán)境溫度而言，一般是指環(huán)境溫度至絕對(duì)零度。通過(guò)123Ｋ來(lái)分界溫區(qū)制冷溫區(qū)

123K以上低溫溫區(qū)

123K以下低溫溫度范圍第10頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四蒸汽壓縮式制冷循環(huán)“冷源”指需冷卻的空間“熱源”則指制冷機(jī)放熱的對(duì)象制冷循環(huán)就是通過(guò)一定的能量補(bǔ)償，從低溫?zé)嵩次鼰幔蚋邷責(zé)嵩磁艧?。熱源的溫度決定制冷劑吸熱與排熱的溫度與壓力，相應(yīng)地決定了制冷循環(huán)中的高低壓側(cè)的壓力比。第11頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）單級(jí)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)單級(jí)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)，冷凝器，膨脹閥和蒸發(fā)器組成。制冷劑蒸汽壓縮、冷凝成液體，放出熱量冷凝后的制冷劑流經(jīng)節(jié)流元件進(jìn)入蒸發(fā)器。從入口端的高壓pk降低到低壓p0，從高溫tk降低到t0，并出現(xiàn)少量液體汽化變?yōu)檎羝Ｖ评鋭┮后w在低壓（低溫）下蒸發(fā)吸熱制冷劑蒸汽回到壓縮機(jī)中壓縮單級(jí)循環(huán)原理圖動(dòng)畫(huà)第12頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四制冷系統(tǒng)各部件的主要用途壓縮制冷劑蒸汽，提高壓力和溫度放熱，使高壓高溫制冷劑蒸汽冷卻、冷凝成高壓常溫的制冷劑液體得到低溫低壓制冷劑制冷劑液體吸熱、蒸發(fā)、制冷第13頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四單級(jí)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)容積式壓縮機(jī)的單級(jí)壓比受壓縮機(jī)容積效率和壓縮終了溫度的制約通常被限制在8～10離心式壓縮機(jī)的單級(jí)壓縮比受工質(zhì)分子量大小與葉輪的周邊速度制約

通常被限制在2～4

第14頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)的構(gòu)成各種控制閥輔助部件蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)的構(gòu)成四個(gè)主要部件壓縮機(jī)冷凝器節(jié)流件蒸發(fā)器不可缺少管道凈化貯集分離設(shè)備第15頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四壓縮機(jī)壓縮機(jī)按壓縮原理有兩大類：容積型速度型容積型壓縮機(jī)通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作功，以減少壓縮式容積，提高蒸汽壓力來(lái)完成壓縮功能。速度型壓縮機(jī)由旋轉(zhuǎn)部件連續(xù)將角動(dòng)量轉(zhuǎn)換給蒸汽，再將該動(dòng)量轉(zhuǎn)為壓力。

壓縮式制冷系統(tǒng)的心臟主機(jī)有用能的輸入、制冷劑在系統(tǒng)中的循環(huán)流動(dòng)壓縮機(jī)稱為第16頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四熱交換設(shè)備制冷系統(tǒng)的熱交換設(shè)備主要是冷凝器和蒸發(fā)器，它們是制冷劑與外部熱源介質(zhì)之間發(fā)生熱交換的設(shè)備。⒈冷凝器用冷凝器將制冷劑從低溫?zé)嵩次盏臒崃考皦嚎s后增加的熱焓排放到高溫?zé)嵩础?/p>

⒉蒸發(fā)器

蒸發(fā)器是制冷機(jī)中的冷量輸出設(shè)備。制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，吸收低溫?zé)嵩唇橘|(zhì)（水或空氣）的熱量，達(dá)到制冷的目的。

第17頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四節(jié)流機(jī)構(gòu)、管道節(jié)流機(jī)構(gòu)

控制進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑質(zhì)流率；對(duì)制冷劑的流動(dòng)起扼制作用；使來(lái)自冷凝器的高壓液態(tài)制冷劑壓力降低。管道用管道將制冷機(jī)各組成部件連接成一個(gè)完整的制冷系統(tǒng)，使制冷劑在封閉的系統(tǒng)中循環(huán)。節(jié)流動(dòng)畫(huà)第18頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)及其熱力計(jì)算（一）單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)組成（二）單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)的假設(shè)條件和熱力圖（三）單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力性能及分析返回本章第19頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)組成制冷壓縮機(jī)冷凝器節(jié)流器蒸發(fā)器單級(jí)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)，是指制冷劑在一次循環(huán)中只經(jīng)過(guò)一次壓縮，最低蒸發(fā)溫度可達(dá)-40～-30℃。單級(jí)蒸汽壓縮式制冷廣泛用于制冷、冷藏、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的冷卻，以及空氣調(diào)節(jié)等各種低溫要求不太高的制冷工程。第20頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)組成

第21頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四制冷劑的變化過(guò)程單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)組成：制冷壓縮機(jī)冷凝器節(jié)流器蒸發(fā)器壓縮過(guò)程（壓縮機(jī)中進(jìn)行）通過(guò)壓縮使制冷劑由低溫低壓的蒸汽變?yōu)楦邷馗邏簹怏w。冷卻冷凝過(guò)程（冷凝器中進(jìn)行）在冷凝器中冷卻冷凝成制冷劑液體。節(jié)流過(guò)程（節(jié)流閥中進(jìn)行）壓力、溫度降低，焓值不變蒸發(fā)過(guò)程（蒸發(fā)器中進(jìn)行）吸熱蒸發(fā)，變成低溫低壓制冷劑氣第22頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)的假設(shè)條件和熱力圖理論循環(huán)的假設(shè)條件1、壓縮過(guò)程為定熵過(guò)程2、冷凝、蒸發(fā)過(guò)程為定壓過(guò)程，沒(méi)有傳熱溫差3、壓縮機(jī)吸入的是飽和蒸汽，冷凝器出口為飽和液體。4、制冷管道內(nèi)無(wú)流動(dòng)阻力損失5、節(jié)流過(guò)程為絕熱過(guò)程第23頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四理論循環(huán)的熱力圖1-2壓縮機(jī):壓縮和輸送制冷蒸汽。2-2`-3冷凝器:將制冷劑的熱量排放給冷卻介質(zhì)。3-4節(jié)流閥:對(duì)制冷劑節(jié)流降壓。4-1蒸發(fā)器:制冷劑吸收被冷卻對(duì)象的熱量。第24頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四各部件的作用壓縮機(jī):壓縮和輸送制冷蒸汽，并造成蒸發(fā)器中低壓、冷凝器中高壓，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟。冷凝器:是輸出熱量的設(shè)備，將制冷劑在蒸發(fā)器中吸收的熱量和壓縮機(jī)消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量排放給冷卻介質(zhì)。節(jié)流閥:對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用，并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。蒸發(fā)器:是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻對(duì)象的熱量，從而達(dá)到制冷的目的。第25頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四X=0X=1lgPh壓焓圖等比容線等熵線飽和液線等溫線等壓線濕蒸汽兩相區(qū)干蒸汽線臨界點(diǎn)Tc等焓線過(guò)冷液體區(qū)過(guò)熱氣體區(qū)壓焓圖壓焓圖的結(jié)構(gòu)如圖所示。以絕對(duì)壓力為縱坐標(biāo)（為了縮小圖的尺寸，提高低壓區(qū)域的精度，通常縱坐標(biāo)取對(duì)數(shù)坐標(biāo)），以焓值為橫坐標(biāo)。第26頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四壓焓圖一點(diǎn)：臨界點(diǎn)C三區(qū)：液相區(qū)、兩相區(qū)、氣相區(qū)。五態(tài)：過(guò)冷液狀態(tài)、飽和液狀態(tài)、濕蒸汽狀態(tài)、飽和蒸汽狀態(tài)、過(guò)熱蒸汽狀態(tài)。八線：等壓線p（水平線）等焓線h（垂直線）飽和液線x=0，飽和蒸汽線x=1，無(wú)數(shù)條等干度線x等熵線s等比體積線v等溫線t第27頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四理論循環(huán)過(guò)程在壓焓圖上的表示1）制冷壓縮機(jī)壓縮過(guò)程2）制冷壓縮機(jī)冷凝過(guò)程

3）制冷壓縮機(jī)膨脹過(guò)程

4）制冷壓縮機(jī)蒸發(fā)過(guò)程

第28頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四理論循環(huán)T-s圖和lgp-h圖理論循環(huán)T-s圖（a）和lgp-h圖（b）第29頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力性能及分析單位制冷量；單位容積制冷量；單位理論功；單位冷凝；單級(jí)理論循環(huán)制冷系數(shù)；單級(jí)理論循環(huán)熱力完善度。第30頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四理論循環(huán)的性能指標(biāo)及其計(jì)算1.單位質(zhì)量制冷量q0制冷壓縮機(jī)每輸送1kg制冷劑經(jīng)循環(huán)從被冷卻介質(zhì)中制取的冷量稱為單位質(zhì)量制冷量，用q0表示。q0=h1-h4=r0（1-x4）式中：

q0單位質(zhì)量制冷量（kJ/kg）；h1與吸氣狀態(tài)對(duì)應(yīng)的比焓值（kJ/kg）；h4節(jié)流后濕蒸汽的比焓值（kJ/kg）；r0蒸發(fā)溫度下制冷劑的汽化潛熱（kJ/kg）；x4節(jié)流后氣液兩相制冷劑的干度。第31頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四理論循環(huán)的性能指標(biāo)及其計(jì)算2.單位容積制冷量qv

制冷壓縮機(jī)每吸入1m3制冷劑蒸汽（按吸氣狀態(tài)計(jì)）經(jīng)循環(huán)從被冷卻介質(zhì)中制取的冷量，稱為單位容積制冷量，用qv表示。

qv=q0/v1式中：qv單位容積制冷量（kJ/m3）；v1制冷劑在吸氣狀態(tài)時(shí)的比體積（m3/kg）3.理論比功w0

制冷壓縮機(jī)按等熵壓縮時(shí)每壓縮輸送1kg制冷劑蒸汽所消耗的功，稱為理論比功，用w0表示。w0=h2-h1

式中：w0理論比功（kJ/kg）；h2壓縮機(jī)排氣狀態(tài)制冷劑的比焓值（kJ/kg）；h1壓縮機(jī)吸氣狀態(tài)制冷劑的比焓值（kJ/kg）第32頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四理論循環(huán)的性能指標(biāo)及其計(jì)算4.單位冷凝熱負(fù)荷qk制冷壓縮機(jī)每輸送1kg制冷劑在冷凝器中放出的熱量，稱為單位冷凝熱負(fù)荷，用qk表示。qk=（h2-h2）+（h2-h3）=h2-h3式中：qk單位冷凝熱負(fù)荷（kJ/kg）；h2與冷凝壓力對(duì)應(yīng)的干飽和蒸汽狀態(tài)所具有的比焓值（kJ/kg）；h3與冷凝壓力對(duì)應(yīng)的飽和液狀態(tài)所具有的比焓值（kJ/kg）；對(duì)于單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)，存在著下列關(guān)系qk=q0+w05.制冷系數(shù)0

單位質(zhì)量制冷量與理論比功之比，即理論循環(huán)的收益和代價(jià)之比，稱為理論循環(huán)制冷系數(shù)，用0表示，ε0=q0/w0=（h1-h4）/（h2-h1）第33頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四理論循環(huán)的性能指標(biāo)及其計(jì)算例1-1假定循環(huán)為單級(jí)蒸汽壓縮式制冷的理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度t0=-10℃，冷凝溫度tk=35℃，工質(zhì)為R22，循環(huán)的制冷量Q0=55kW，試對(duì)該循環(huán)進(jìn)行熱力計(jì)算。解點(diǎn)1：t1=t0=10℃，p1=p0=0.3543MPa，h1=401.555kJ/kg，v1=0.0653m3/kg點(diǎn)3：t3=tk=35℃，p3=pk=1.3548MPa，h3=243.114kJ/kg，

由圖可知，h2=435.2kJ/kg，t2=57℃

第34頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1）單位質(zhì)量制冷量q0=h1-h4=h1-h3=401.555-243.114=158.441kJ/kg4）理論比功w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg5）壓縮機(jī)消耗的理論功率P0=qmw0=0.347133.645=11.68kW3）制冷劑質(zhì)量流量qm=Q0/q0=55/158.443=0.3741kg/s2）單位容積制冷量qv=q0/v1=158.411/0.0653=2426kJ/m3第35頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7）冷凝器單位熱負(fù)荷qk=h2-h3=435.2-243.114=192.086kJ/kg8）冷凝器熱負(fù)荷Qk=qmqk=0.3471192.086=66.67kW6）制冷系數(shù)ε0=q0/w0=158.411/33.645=4.71第36頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)單級(jí)蒸汽壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)（一）單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)與理論制冷循環(huán)的區(qū)別（二）單級(jí)蒸汽壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)的過(guò)程及其熱力狀態(tài)圖（三）單級(jí)蒸汽壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)的熱力性能及分析（四）實(shí)際工況及制冷劑的變化對(duì)循環(huán)的影響（五）其他變化對(duì)實(shí)際制冷循環(huán)的影響（六）實(shí)際制冷循環(huán)的熱力計(jì)算返回本章第37頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)與理論制冷循環(huán)的區(qū)別理論1、壓縮過(guò)程為定熵過(guò)程。2、冷凝、蒸發(fā)過(guò)程為定壓過(guò)程，沒(méi)有傳熱溫差。3、壓縮機(jī)吸入的是飽和蒸汽，冷凝器出口為飽和液體。4、制冷管道內(nèi)無(wú)流動(dòng)阻力損失。5、節(jié)流過(guò)程為絕熱過(guò)程。實(shí)際1、壓縮過(guò)程不是定熵過(guò)程。2、熱交換過(guò)程中，存在氣體過(guò)熱、液體過(guò)冷現(xiàn)象。3、熱交換過(guò)程存在傳熱溫差。4、節(jié)流過(guò)程不完全是絕熱過(guò)程。5、管道內(nèi)有流動(dòng)阻力損失。6、系統(tǒng)存在不凝性氣體。第38頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）單級(jí)蒸汽壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)的過(guò)程1）制冷壓縮機(jī)的壓縮過(guò)程不是等熵過(guò)程，且有摩擦損失。2）實(shí)際制冷循環(huán)中壓縮機(jī)吸入的制冷劑往往是過(guò)熱蒸汽，節(jié)流前往往是過(guò)冷液體，即存在氣體過(guò)熱、液體過(guò)冷現(xiàn)象。3）熱交換過(guò)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(dòng)時(shí)，存在著流動(dòng)阻力損失，且與外界有熱量交換。5）實(shí)際節(jié)流過(guò)程不完全是絕熱的等焓過(guò)程，節(jié)流后的焓值有所增加。6）制冷系統(tǒng)中存在著不凝性氣體。第39頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四單級(jí)實(shí)際循環(huán)的熱力狀態(tài)圖4-1表示制冷劑在蒸發(fā)器汽化和壓降過(guò)程；1-1表示制冷劑蒸汽的過(guò)熱（有益或有害）和壓降過(guò)程；1-2s表示制冷劑蒸汽在制冷壓縮機(jī)內(nèi)實(shí)際的非等熵壓縮過(guò)程；2s-2s表示制冷壓縮機(jī)壓縮后的制冷劑蒸汽經(jīng)過(guò)排氣閥的壓降過(guò)程；2s-3表示制冷劑蒸汽經(jīng)排氣管進(jìn)入冷凝器的冷卻、冷凝和壓降過(guò)程；3-3表示制冷劑液體的過(guò)冷和壓降過(guò)程；3-4表示制冷劑液體的非絕熱節(jié)流過(guò)程。

第40頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四簡(jiǎn)化的單級(jí)實(shí)際循環(huán)熱力狀態(tài)圖112(2)3456,,ppk0Lgph1-1表示蒸汽的過(guò)熱過(guò)程1-2表示實(shí)際增熵壓縮過(guò)程2-3-4表示制冷劑在冷凝壓力pk下的等壓冷卻、冷凝過(guò)程

4-5表示制冷劑在冷凝壓力下的過(guò)冷過(guò)程

5-6表示制冷劑在等焓下的節(jié)流過(guò)程6-1表示制冷劑在蒸發(fā)壓力p0下的等壓汽化過(guò)程

第41頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）單級(jí)蒸汽壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)的熱力性能及分析1.制冷量；2.制冷壓縮機(jī)的功率和效率；3.冷凝器負(fù)荷、過(guò)冷器負(fù)荷、回?zé)崞髫?fù)荷；4.理論輸汽量、實(shí)際輸汽量、輸汽系數(shù)、循環(huán)量；5.制冷系數(shù)、能效比及熱力完善度。第42頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.制冷量單位質(zhì)量制冷量q0q0=h1’-h6單位容積制冷量qvqv=q0/v1’第43頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.制冷壓縮機(jī)的功率和效率按等熵壓縮時(shí)每壓縮輸送1kg制冷劑蒸汽所消耗的功，稱為理論比功w0=h2-h1壓縮輸送1kg制冷劑蒸汽實(shí)際消耗的功，稱為指示比功

wi=h2-h1

理論比功w0與指示比功wi之比，稱為制冷壓縮機(jī)的指示效率ηiηi=w0/wi壓縮機(jī)的理論功率P0P0=qmw0指示功率PiPi=P0/ηi第44頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.冷凝器負(fù)荷、過(guò)冷器負(fù)荷、回?zé)崞髫?fù)荷；單位冷凝熱負(fù)荷qkqk=h2-h4

冷凝器的熱負(fù)荷QkQk=qmqk第45頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4.理論輸汽量、實(shí)際輸汽量、輸汽系數(shù)、循環(huán)量；1）、Vh=(π/4)×D2×S×n×Z×3600=900πD2snz2）、壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量Vs<Vh3）、輸氣系數(shù)λ=Vs/Vh4）、輸氣量：Vs=qm*v吸5）、制冷量：Q0=qmq06）、指示比功：由于偏離定熵過(guò)程，壓縮1kg制冷劑蒸汽實(shí)際消耗的功。Wi=h2s-h17）、制冷劑質(zhì)量流量qmqm=Q0/q0第46頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5.制冷系數(shù)、能效比及熱力完善度實(shí)際制冷系數(shù)εsεs=Q0/Ps=ε0ηs熱力完善度β

β=εs/εｃβ

制冷循環(huán)接近它理想情況的程度，接近完善的程度實(shí)際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)εs與工作在相同熱源溫度條件下，它的理想制冷循環(huán)（逆卡諾循環(huán)）的制冷系數(shù)εc的比值

。β越大，說(shuō)明制冷循環(huán)經(jīng)濟(jì)性越好，熱力學(xué)的不可逆損失越??；反之，則制冷循環(huán)效果差，效率低。β永遠(yuǎn)小于1

。第47頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（四）實(shí)際工況及制冷劑的變化對(duì)循環(huán)的影響上述循環(huán)是單級(jí)基本循環(huán)，在實(shí)用上，根據(jù)實(shí)際條件對(duì)循環(huán)作一些改進(jìn)，以便提高循環(huán)的熱力完善度，這一改進(jìn)有液體過(guò)冷、吸氣過(guò)熱及由此而產(chǎn)生的回?zé)嵫h(huán)。液體過(guò)冷對(duì)循環(huán)的影響；吸汽過(guò)熱對(duì)循環(huán)的影響；回?zé)釋?duì)循環(huán)的影響。第48頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四液體過(guò)冷與液體過(guò)冷循環(huán)液體過(guò)冷：制冷劑液體的溫度低于統(tǒng)一壓力下的飽和液體的溫度稱為過(guò)冷。過(guò)冷循環(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(guò)冷。帶有過(guò)冷的循環(huán)，叫做過(guò)冷循環(huán)。采用液體過(guò)冷對(duì)提高制冷量和制冷系數(shù)都是有利的第49頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四液體過(guò)冷對(duì)循環(huán)的影響下圖為具有液體過(guò)冷的循環(huán)和理論循環(huán)的對(duì)比圖，1-2-3-4-1為理論循環(huán)，1-2-3'-4'-1表示過(guò)冷循環(huán)。兩個(gè)循環(huán)的比功相同，過(guò)冷循環(huán)中單位制冷量增加，從而導(dǎo)致過(guò)冷循環(huán)的制冷系數(shù)增加。第50頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四液體過(guò)冷的產(chǎn)生過(guò)冷的產(chǎn)生：1、冷凝器中冷凝面積的選擇往往大于設(shè)計(jì)所需的冷凝面積；2、冷凝器選擇條件是根據(jù)最熱天氣，最高的環(huán)境介質(zhì)溫度。而在使用中的絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)的冷凝器是在低于上述條件的情況下工作，從而使冷凝面積過(guò)剩，為制冷劑過(guò)冷創(chuàng)造了條件；3、設(shè)計(jì)過(guò)程中，人為設(shè)計(jì)一些過(guò)冷度。4、在制冷系統(tǒng)中設(shè)置了過(guò)冷器。5、在制冷系統(tǒng)中設(shè)置了回?zé)崞?。?1頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四液體過(guò)冷的lgP-h圖第52頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四過(guò)冷循環(huán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示過(guò)冷循環(huán)在圖上的表示第53頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四制冷系數(shù)變化對(duì)比w0

=h2-h1

w0=h2-h1q0

=h1-h4=（h1-h4）+（h4-h4）=q0+q0q0=h1-h4過(guò)冷循環(huán)1-2-3-4-1理論循環(huán)1-2-3-4-1第54頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四吸汽過(guò)熱與吸汽過(guò)熱循環(huán)過(guò)熱：制冷劑蒸汽的溫度高于統(tǒng)一壓力下飽和蒸汽的溫度。過(guò)熱循環(huán)：壓縮機(jī)吸入前的制冷劑蒸汽的溫度高于吸氣壓力下制冷劑的飽和溫度時(shí)，稱為吸氣過(guò)熱，兩者溫度之差稱為過(guò)熱度。具有吸氣過(guò)熱的循環(huán)，稱為過(guò)熱循環(huán)。過(guò)熱的分類有效過(guò)熱：過(guò)熱吸收的熱量來(lái)自被冷卻對(duì)象，產(chǎn)生有用的制冷效果。有害過(guò)熱：過(guò)熱吸收的熱量來(lái)自被冷卻對(duì)象之外，沒(méi)有產(chǎn)生有用的制冷效果。第55頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四吸汽過(guò)熱對(duì)循環(huán)的影響下圖為具有吸汽過(guò)熱的循環(huán)和理論循環(huán)的對(duì)比圖，1-2-3-4-1為理論循環(huán)，1-1'-2'-3-4-1表示吸汽過(guò)熱循環(huán)。第56頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四吸氣過(guò)熱的產(chǎn)生1、蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積大于設(shè)計(jì)所需的蒸發(fā)面積——有效過(guò)熱。2、為避免“濕沖程”，人為設(shè)計(jì)過(guò)熱過(guò)程。3、蒸發(fā)器與壓縮機(jī)之間的連接管道吸收外界熱量——有害過(guò)熱。4、蒸發(fā)器與壓縮機(jī)之間的連接管道吸收被冷卻對(duì)象的熱量，——有效過(guò)熱。5、制冷系統(tǒng)中設(shè)置了回?zé)崞鳎泻^(guò)熱，伴隨過(guò)冷過(guò)程。6、封閉式壓縮機(jī)中，吸氣冷卻電動(dòng)機(jī)而過(guò)熱，——有害過(guò)熱，但是必須。第57頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四吸氣過(guò)熱的lgP-h圖第58頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四過(guò)熱循環(huán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示過(guò)熱循環(huán)在圖上的表示第59頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四過(guò)熱度對(duì)排氣溫度的影響131.586.372.972.165.773.93093.055.944.144.437.445.30NH3R22R134aR290R600aR502過(guò)熱度℃第60頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四有效過(guò)熱對(duì)制冷系數(shù)的影響有效過(guò)熱對(duì)循環(huán)是否有益與制冷劑本身的特性有關(guān)。如圖所示，該圖是在蒸發(fā)溫度為0℃、冷凝溫度為40℃的條件下計(jì)算所得的結(jié)果。第61頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四過(guò)熱區(qū)單位容積制冷量的變化第62頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四制冷量和制冷系數(shù)變化對(duì)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

有害過(guò)熱有效過(guò)熱過(guò)熱循環(huán)1-2-3-4-1

理論循環(huán)1-2-3-4-1第63頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四回?zé)釋?duì)循環(huán)的影響回?zé)幔豪没匕褵崾构?jié)流前的制冷劑液體與壓縮機(jī)吸入前的制冷劑蒸汽進(jìn)行熱交換，使液體過(guò)冷、蒸汽過(guò)熱，稱之為回?zé)?。回?zé)嵫h(huán)：具有回?zé)岬难h(huán)，稱為回?zé)嵫h(huán)。第64頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四回?zé)嵫h(huán)的P-H圖第65頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四回?zé)嵫h(huán)原理圖動(dòng)畫(huà)第66頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四回?zé)嵫h(huán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示回?zé)嵫h(huán)在圖上的表示第67頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四制冷量和制冷系數(shù)變化對(duì)比w0=h2-h1=w0+w0

w0=h2-h1

q0

=h1-h4=q0+q0

q0=h1-h4

回?zé)嵫h(huán)1-2-3-4-1

理論循環(huán)1-2-3-4-1回?zé)嵫h(huán)與理論循環(huán)相比較，制冷系數(shù)的變化情況如下

第68頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（五）其他變化對(duì)實(shí)際制冷循環(huán)的影響制冷劑與被冷卻對(duì)象、環(huán)境介質(zhì)之間傳熱溫差的影響；節(jié)流過(guò)程不絕熱的影響；壓力損失和熱量損失的影響；不凝性氣體的影響。第69頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四熱交換及壓力損失對(duì)制冷循環(huán)的影響1.吸氣管道從蒸發(fā)器出口到壓縮機(jī)吸氣入口之間的管道稱為吸氣管道吸入管道對(duì)循環(huán)性能的影響最大。吸入管道中的壓力降始終是有害的，它使得吸氣比容增大，壓縮機(jī)的壓力比增大，單位容積制冷量減少，壓縮機(jī)容積效率降低，比壓力增大，制冷系數(shù)下降。2.排氣管道在壓縮機(jī)的排出管道中，熱量由高溫制冷劑蒸汽傳給周圍空氣，它不會(huì)引起性能的改變，僅僅是減少了冷凝器中的熱負(fù)荷。第70頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四熱交換及壓力損失對(duì)制冷循環(huán)的影響3.液體管道在冷凝器到膨脹閥這段管路中，熱量通常由液體制冷劑傳給周圍空氣，使液體制冷劑過(guò)冷，制冷量增大。然而，也可能水冷冷凝器中的冷卻水溫度很低，冷凝溫度低于環(huán)境溫度，熱量由空氣傳給液體制冷劑，可能導(dǎo)致部分液體氣化，這不僅使單位制冷量下降，而且使得膨脹閥不能正常工作。4.兩相管道通常膨脹閥是緊靠蒸發(fā)器安裝的。倘若將它安裝在被冷卻空間內(nèi)，傳給管道的熱量將產(chǎn)生有效制冷量；若安裝在室外，熱量的傳遞使制冷量減少，因而此段管道必須保溫。5.蒸發(fā)器如果假定不改變制冷劑出蒸發(fā)器時(shí)的狀態(tài)，它僅使蒸發(fā)器中的傳熱溫差減小，要求傳熱面積增大而已。如果假定不改變蒸發(fā)過(guò)程中的平均傳熱溫差，其結(jié)果與吸氣管道阻力引起的結(jié)果一樣。第71頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四熱交換及壓力損失對(duì)制冷循環(huán)的影響6.冷凝器假定出冷凝器的壓力不變，為克服冷凝器中制冷劑的流動(dòng)阻力，必須提高進(jìn)冷凝器時(shí)制冷劑的壓力，這必須導(dǎo)致壓縮機(jī)的排氣壓力升高，壓力比增大，壓縮機(jī)耗功增加，制冷系數(shù)下降。7.壓縮機(jī)在理論循環(huán)中，假設(shè)壓縮過(guò)程為等熵過(guò)程。而實(shí)際上，整個(gè)過(guò)程是一個(gè)壓縮指數(shù)在不斷變化的多方過(guò)程。另外，由于壓縮機(jī)氣缸中有余隙容積的存在，氣體經(jīng)過(guò)吸、排氣閥及通道出有熱量交換及流動(dòng)阻力，這些因素都會(huì)使壓縮機(jī)的輸氣量減少，制冷量下降，消耗的功率增大。第72頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四冷凝、蒸發(fā)過(guò)程傳熱溫差對(duì)循環(huán)性能的影響由于冷凝器與蒸發(fā)器中傳熱溫差的存在，會(huì)使實(shí)際的冷凝溫度比理論循環(huán)的冷凝溫度高，蒸發(fā)溫度則比理論循環(huán)的蒸發(fā)溫度低，從而使循環(huán)的制冷系數(shù)下降。制冷循環(huán)中制冷劑與熱源之間的傳熱溫差越大，制冷循環(huán)的效率越低。但傳熱溫差的存在并不影響理論制冷循環(huán)的熱力計(jì)算用于實(shí)際制冷循環(huán)。第73頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四不凝性氣體對(duì)制冷循環(huán)的影響系統(tǒng)中的不凝性氣體往往積存在冷凝器上部，因?yàn)樗荒芡ㄟ^(guò)冷凝器的液封。不凝性氣體的存在將使冷凝器內(nèi)的壓力增加，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣壓力提高，比功增加制冷系數(shù)下降，壓縮機(jī)容積效率降低。應(yīng)及時(shí)加以排除。第74頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（六）實(shí)際制冷循環(huán)的熱力計(jì)算確定工作參數(shù)；進(jìn)行熱力計(jì)算。動(dòng)畫(huà)第75頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)單級(jí)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的影響因素及工況（一）蒸發(fā)溫度To不變，冷凝溫度Tk變化時(shí)對(duì)循環(huán)的影響（二）冷凝溫度Tk不變，蒸發(fā)溫度To變化時(shí)對(duì)循環(huán)的影響（三）單級(jí)制冷壓縮機(jī)的工況；返回本章第76頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）其他條件不變，冷凝溫度tk升高的影響hp冷凝溫度tk時(shí)：1-2-3-4-1冷凝溫度升高為t′k時(shí)：1-2′-3′-4′

-11234tkt0t′k3′2′4′第77頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）其他條件不變，蒸發(fā)溫度t0降低的影響hlgp蒸發(fā)溫度t0時(shí)：1-2-3-4-1蒸發(fā)溫度降低為t′0時(shí)：1′-2′-2-3-4-1′1234tkt02′4′t′01′第78頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）單級(jí)制冷壓縮機(jī)的工況壓縮機(jī)的制冷量和軸功率等參數(shù)隨工況條件變化，為了衡量、比較壓縮機(jī)性能，制定公認(rèn)的溫度條件(名義工況：標(biāo)準(zhǔn)工況、空調(diào)工況)，作為壓縮機(jī)制冷量選用和比較的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)工況、空調(diào)工況、最大壓差工況、最大軸功率工況；名義工況、考核工況；不同工況制冷量、軸功率換算。第79頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四名義工況(舊)高溫工況中溫工況低溫工況最大壓差工況：用來(lái)考核壓縮機(jī)零件強(qiáng)度、排氣溫度、油溫、電機(jī)繞組溫度。最大軸功率工況：用來(lái)考核壓縮機(jī)噪聲、振動(dòng)，并依此選配電動(dòng)機(jī)。(新)空調(diào)工況標(biāo)準(zhǔn)工況工況第80頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四我國(guó)常用制冷機(jī)工況（通常適用于開(kāi)啟式）151510（5）吸氣溫度tsh151510吸氣溫度tsh405040過(guò)冷溫度tsc353535過(guò)冷溫度tsc5105（0）蒸發(fā)溫度t0555蒸發(fā)溫度t0405040冷凝溫度tk最大功率工況404040冷凝溫度tk空調(diào)工況150（15）15吸氣溫度tsh151510吸氣溫度tsh405040過(guò)冷溫度tsc252525過(guò)冷溫度tsc3030（8）20蒸發(fā)溫度t0151515蒸發(fā)溫度t0405040冷凝溫度tk最大壓差工況303030冷凝溫度tk標(biāo)準(zhǔn)工況R22R12R717R22R12R717制冷劑工作溫度/℃工況種類制冷劑工作溫度/℃工況種類注：括號(hào)內(nèi)的數(shù)字相當(dāng)于最大壓差≤980kPa或最高蒸發(fā)溫度為0℃的壓縮機(jī)工況。第81頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四容積式制冷壓縮機(jī)及機(jī)組的名義工況（半封閉）（開(kāi)啟式）（18.3）（8B）（全封閉）所有型式30（40.6）（4.4）1035（40.6）40（8A）8低溫Ⅱ38543237所有型式44（48.9）5（4.4）49（48.9）6（6A）全封閉32（32.2）32（32.2）55（54.4）23（23.3）5（5A）低溫Ⅰ所有型式38184374（半封閉）（開(kāi)啟式）（18.3）（3B）（全封閉）所有型式44（48.9）（4.4）1849（48.9）7（6.7）（3A）3中溫38184372所有型式50（46.1）18（18.3）55（54.4）7（7.2）1（1A）高溫機(jī)組型式液體溫度/℃吸氣溫度/℃冷凝溫度/℃蒸發(fā)溫度/℃工況序號(hào)類別第82頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四氨制冷壓縮機(jī)及機(jī)組的名義工況3020（34.4）403（3A）低溫Ⅱ15（17.8）23（23.3）2（2A）低溫Ⅰ9（9.4）（15）（1B）32（32.2）30（35）1（1.1）35（6.7）7（1A）1中溫環(huán)境溫度/℃液體溫度/℃吸氣溫度/℃冷凝溫度/℃蒸發(fā)溫度/℃工況序號(hào)類別第83頁(yè)，共93頁(yè)，2023年，2月20日，星期四容積式和離心式冷水機(jī)組的名義工況6771245402熱泵24（23.9