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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2015-9-22,机械学院能动教研室,1,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2015-9-22,机械学院能动教研室,1,2015-9-22,机械学院能动教研室,第二章 单级蒸气压缩式制冷循环,2015-9-22机械学院能动教研室第二章 单级蒸气压缩式制,2015-9-22,机械学院能动教研室,压缩机（,Compressor,）,冷凝器（,Condenser,）,节流元件（,Expansion/Throttle,valve,）,蒸发器（,Evaporator,）,低温、低压蒸气高压、过热蒸气,高压、过热蒸气高压液体,高压液体低温、低压两相流体,低温、低压两相流体低温、低压蒸气,2.1.1,单级蒸气压缩式制冷理论循环组成及工作过程,2.1,单级蒸气压缩式制冷的理论循环,2015-9-22机械学院能动教研室低温、低压蒸气高压、过,2015-9-22,机械学院能动教研室,（,1,）压缩机：等熵压缩；,（,2,）冷凝器：等压放热，降温、有温差冷却，,定温、无温差冷凝；,（,5,）出蒸发器的为饱和蒸气，出冷凝器的为饱和液体；,（,6,）制冷剂在设备（除节流元件）、管道内流动过程中没有流动阻力损失，与外界没有热量交换。,（,4,）蒸发器：等压吸热，定温、无温差蒸发；,（,3,）节流元件：绝热节流，等焓；,2.1,单级蒸气压缩式制冷的理论循环,理论循环的几个要点,2015-9-22机械学院能动教研室（1）压缩机：等熵压缩；,2015-9-22,机械学院能动教研室,压,焓图,一种以绝对压力的对数值为纵坐标、焓值为横坐标的热工图表,2015-9-22机械学院能动教研室压焓图一种以绝对压力的,2015-9-22,机械学院能动教研室,饱和液体线,压力,焓,压,焓图,2015-9-22机械学院能动教研室饱和液体线压力焓压焓图,2015-9-22,机械学院能动教研室,压力,焓,干饱和蒸气线,临界点,压,焓图,2015-9-22机械学院能动教研室压力焓干饱和蒸气线临界点,2015-9-22,机械学院能动教研室,饱和液体线,压力,焓,干饱和蒸气线,湿蒸气区,临界点,过热蒸气区,过冷液体区,压,焓图,当气体温度超过临界温度后无法液化，物质的,临界状态是物质的一种共性。,在临界状态时，液体和饱和蒸气不仅有相同的压力和温度，还具有相同的比容和熵，它们之间的一切差别都消失了。,高于临界温度时，物质仅能以单相存在。,在临界点上，饱和液体转变为饱和蒸气时，没有容积变化,2015-9-22机械学院能动教研室饱和液体线压力焓干饱和蒸,2015-9-22,机械学院能动教研室,压力,焓,100% 液体,压,焓图,2015-9-22机械学院能动教研室压力焓100% 液体压,2015-9-22,机械学院能动教研室,压力,焓,100% 气体,压,焓图,2015-9-22机械学院能动教研室压力焓100% 气体压,2015-9-22,机械学院能动教研室,液体,气液混合,气体,蒸发,冷凝,加热,温度升高,温度和压力不变,温度和压力不变,冷却,温度降低,压力,焓,压,焓图,2015-9-22机械学院能动教研室液体气液混合气体蒸发冷凝,2015-9-22,机械学院能动教研室,等压线,：,水平线,等焓线,：,垂直线,等干度线,：,只存在于湿蒸汽区域内，走向与饱和液体线或干饱和蒸气线基本一致,压力,焓,干饱和蒸气线,饱和液体线,等压线,等焓线,等干度线,压,焓图,2015-9-22机械学院能动教研室等压线：水平线压力焓干饱,2015-9-22,机械学院能动教研室,压力,焓,等熵线,等容线,等温线,干饱和蒸气线,饱和液体线,等温线：,在液体区几乎为垂直线，在湿蒸气区为水平线，在过热蒸气区为稍许向右下方弯曲的,倾斜,曲线,等熵线：,从左到右稍向上弯曲,的曲线,等容线,：,在湿蒸气区和过热蒸气区中从左到右稍向上弯曲的曲线，但比等熵线平坦。液区无等容线，因为不同压力的液体容积变化不大,压,焓图,2015-9-22机械学院能动教研室压力焓等熵线等容线等温线,2015-9-22,机械学院能动教研室,压-焓图上每一点都代表制冷剂的某一状态,在温度、压力、比容、焓、熵、干度六个状态参数中，只要知道其中任意两个（对于饱和液体及干饱和蒸气只要知道一个）状态参数，就可以在图上确定其状态，从而查出其它几个状态参数,压,焓图,2015-9-22机械学院能动教研室压-焓图上每一点都代表制,2015-9-22,机械学院能动教研室,等温线,等比熵线,等压线,等比体积线,等比焓线,等干度线,温,熵图,2015-9-22机械学院能动教研室等温线温熵图,2015-9-22,机械学院能动教研室,理论制冷循环过程在压焓图上的表示,1,）制冷压缩机压缩过程,（等熵压缩）,2,）制冷剂冷却、冷凝过程,（等压放热）,3,）制冷剂膨胀过程,（节流过程）,4,）制冷剂蒸发过程,（等压吸热）,1,s,2,2,3,4,2015-9-22机械学院能动教研室理论制冷循环过程在压焓图,2015-9-22,机械学院能动教研室,图,4-2,理论循环在,T-s,图和,lgp-h,图上的表示,2015-9-22机械学院能动教研室 图4-2 理论循环,2015-9-22,机械学院能动教研室,复习巩固,1,2,3,4,2015-9-22机械学院能动教研室复习巩固1234,2015-9-22,机械学院能动教研室,2.1.4,单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算,热力计算主要目的获得一些参数如性能系数等。,根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，稳定流动能量方程可表示为,和,P,是单位时间内加给系统的热量和功；,q,m,是流进或流出该系统的质量流量；,h,是比焓；下标,1,和,2,分别表示流进系统和流出系统的。,当热量和功施加于系统时，热量和功取正值，上式适用于制冷系统的每一台设备。,（,2-1,）,2015-9-22机械学院能动教研室2.1.4 单级蒸气压,2015-9-22,机械学院能动教研室,1.,膨胀阀,绝热节流，交换热量和功均为零，式（,2-1,）转变为,h,3,=,h,4,2.,压缩机,忽略压缩机与环境的换热，由式（,2-1,）得,P,0,=q,m,(,h,2,-,h,1,),3.,蒸发器,（不做功，制冷剂吸收被冷却却物体热量）,由式（,2-1,）得,4.,冷凝器,(,制冷剂向外界放出热量）,2.1.4,单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算,（,2-1,）,2015-9-22机械学院能动教研室1.膨胀阀2.1.4,2015-9-22,机械学院能动教研室,1,单位质量制冷量,q,0,=,h,1,h,4,2,单位容积制冷量,q,v,=,q,0,/v,1,3,制冷剂质量流量,q,m,=,Q,0,/,q,0,4,单位理论比功,w,0,=,h,2,h,1,5,压缩机消耗的理论功率,P,0,=,q,m,w,0,6,压缩机吸入的容积,V=,q,m,v,1,7,制冷系数,COP,0,=,q,0,/,w,0,8,冷凝器单位热负荷,q,k,=,h,2,h,3,9,冷凝器热负荷,Q,k,= q,m,q,k,10,热力完善度,COP,0,/,COP,c,COP,c,=,T,0,/,（,T,K,-,T,0,）,2.1.4,单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算,用单位质量制冷量来计算相关量，只需,除以质量流量,q,m,2015-9-22机械学院能动教研室1单位质量制冷量,2015-9-22,机械学院能动教研室,例,2-1,单级蒸气压缩制冷理论循环的蒸发温度,t,0,=-10,，冷凝温度,t,k,=35,，工质为,R22,，循环的制冷量,Q,0,=55kW,。试对该循环进行热力计算。,2015-9-22机械学院能动教研室例2-1单级蒸气压缩,2015-9-22,机械学院能动教研室,根据,R22,的热力性质表,(,P310,附表,4,），查出有关状态参数值：,h,1,=401.180 kJ/kg v,1,=0.0654 m,3,/kgh,3,=h,4,=242.930 kJ/kg p,0,=p,1,=0.355 MPap,k,=1.3496 MPa,由图（,P343,附图,2,）可知：,h,2,=435.20 kJ/kg t,2,=57,2015-9-22机械学院能动教研室根据R22的热力性质表(,2015-9-22,机械学院能动教研室,1,单位质量制冷量,q,0,=h,1,h,4,=158.25 kJ/kg,2,单位容积制冷量,q,v,=q,0,/v,1,=2419.7 kJ/ m,3,3,制冷剂质量流量,q,m,=Q,0,/q,0,=0.3475 kg/s,4,单位理论比功,w,0,=h,2,h,1,= 34.02 kJ/kg,5,压缩机消耗的理论功率,P,0,= q,m,w,0,=11.82 kW,6,压缩机吸入的容积,V=q,m,v,1,= 0.0227 m,3,/s,7,制冷系数,0,=q,0,/w,0,=4.65,8,冷凝器单位热负荷,q,k,=h,2,h,3,=192.27 kJ/kg,9,冷凝器热负荷,Q,k,= q,m,q,k,= 66.81 kW,10,热力完善度,c,= T,0,/,（,T,K,- T,0,）,= 5.84,0,/,c,= 0.796,2015-9-22机械学院能动教研室1单位质量制冷量,2015-9-22,机械学院能动教研室,例,2-2,一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,R134a,、,R22,和,R717,工作时理论循环性能指标。,2015-9-22机械学院能动教研室例2-2一台单级蒸气,2015-9-22,机械学院能动教研室,2.2,单级蒸气压缩式制冷实际循环,实际循环和理论循环的差异主要表现在：,1,）热交换过程中，有,制冷剂液体过冷、蒸气过热,现象存在。通常制冷压缩机的吸气是过热蒸气，节流前的液体是过冷液体。,2,）制冷剂在设备及管道内流动时，,存在流动阻力损失,，且与外界,有热量交换,。,3,）压缩过程是,非等熵过程,，且有摩擦损失。,4,）制冷系统中存在着,不凝性气体,。,5,）热交换过程中，,存在传热温差,，被冷却对象温度高于制冷剂的蒸发温度，环境介质温度低于制冷剂冷凝温度，即,T,L,T,0,、,T,H,无效,2.2.4,热交换及压力损失对循环性能的影响,2015-9-22机械学院能动教研室1）吸气管道 1容积效,2015-9-22,机械学院能动教研室,2,）排气管道,对系统性能的影响比吸气管道小！,排气管道的换热,排气管道的压力降,无影响,2,容积效率,2.2.4,热交换及压力损失对循环性能的影响,2015-9-22机械学院能动教研室2）排气管道 对系统性能,2015-9-22,机械学院能动教研室,3,）液体管道,液体管道的换热,液体管道的压力降,过冷,流速相对小,阻力相对较小,节流装置,位置,要高于冷凝器，防止液体制冷剂气化！,2.2.4,热交换及压力损失对循环性能的影响,2015-9-22机械学院能动教研室3）液体管道 液体管道的,2015-9-22,机械学院能动教研室,4,）膨胀阀到蒸发器之间的两相管道,两相管道的换热,两相管道的压力降,被冷却空间内,有效,被冷却空间外,压力降对系统性能无影响，,但是若多蒸发器用一节流元件，要,保证分液均匀。,2.2.4,热交换及压力损失对循环性能的影响,2015-9-22机械学院能动教研室4）膨胀阀到蒸发器之间的,2015-9-22,机械学院能动教研室,5,）蒸发器,4,不改变制冷剂流出蒸发器时的状态,对系统性能系数无影响,传热温差,传热面积,2.2.4,热交换及压力损失对循环性能的影响,2015-9-22机械学院能动教研室5）蒸发器 4不改变制,2015-9-22,机械学院能动教研室,6,）冷凝器,假定流出冷凝器时制冷剂压力不变,进冷凝器时制冷剂的压力提高,2.2.4,热交换及压力损失对循环性能的影响,2015-9-22机械学院能动教研室6）冷凝器 假定流出冷凝,2015-9-22,机械学院能动教研室,7,）压缩机,1,）压缩机进气压力低于制冷剂蒸气压力、实际吸气量减小。,吸气管道、吸气阀件时有摩阻压降。低温蒸气进入压缩气缸时将吸收气缸壁热量而比体积增大。,2,）实际压缩过程是,绝热非等熵过程,。,存在与外界环境的换热，压缩过程是一个多变指数不断变化着的不可逆多变过程，其表现出来的总效应使得压缩后的,熵增加,。,2015-9-22机械学院能动教研室7）压缩机1）压缩机进气,2015-9-22,机械学院能动教研室,3,）存在排气损失和排气节流损失，造成系统附加能耗。,活塞式制冷机的实际排气压力高于冷凝压力时，才能开启排气阀件，制冷剂通过排气阀件时有节流压降。螺杆式制冷机排气压力高于背压间才能顺利排气。,4,）实际输气量的减少，无效耗功增大。,制冷剂会通过制冷机内部部件的间隙由高压部位向低压部位泄漏，且制冷压缩机存在余隙容积。存在机械摩擦。,2015-9-22机械学院能动教研室3）存在排气损失和排气节,2015-9-22,机械学院能动教研室,定义：,冷凝压力下不能冷凝为液体的气体,来源：,系统检修时带入的空气。部分润滑油、制冷剂发生的,分解。制冷压缩机负压时低压部分渗透进来的空气。,影响：,冷凝面积减少,冷凝器内的压力增加,压缩机排气压力、温度提高,比功增加,制冷系数下降,制冷量减少,压缩机容积效率降低,2.2.5,不凝性气体对循环性能的影响,为有害气体，应及时排除,2015-9-22机械学院能动教研室定义：冷凝压力下不能冷凝,2015-9-22,机械学院能动教研室,4,-1,表示制冷剂在蒸发器汽化和压降过程；,1-1,表示制冷剂蒸气的过热（有益或有害）和压降过程；,1,-2,s,表示制冷剂蒸气在制冷压缩机内实际的非等熵压缩过程；,2s,-2,s,表示制冷压缩机压缩后的制冷剂蒸气经过排气阀的压降过程；,2s-3,表示制冷剂蒸气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,2.2.6,单级压缩实际制冷循环,2015-9-22机械学院能动教研室4-1表示制冷剂在蒸发,2015-9-22,机械学院能动教研室,实际循环的简化,1,）,不考虑压力降,，以及管道的传热和管道内制冷剂的状态变化，将这些问题归属于制冷工艺设计中解决。,2,）忽略节流时制冷剂与环境的换热，仍,近似认为是等焓过程,。,3,）考虑制冷剂与热源、冷源间的有温差传热。,4,）考虑制冷循环中的蒸气过热和液体过冷现象的影响。,5,）通过,输气系数,（容积效率）,、制冷压缩机的,指示效率,i,将压缩过程中的实际输气量的减少、压缩的非等熵变化等复杂的不可逆过程，,简化成一个从吸气压力,p1,（,p1=p0,）到排气压力,p2,（,p2=pk,）的简单增熵压缩过程,。,2015-9-22机械学院能动教研室实际循环的简化,2015-9-22,机械学院能动教研室,简化分析的单级制冷实际循环的热力状态图,1,1,为蒸气过热过程，,1,是制冷压缩机吸气状态点。,1,一,2,为实际增熵压缩过程。,2,是实际压缩过程排气状态点，也是进入冷凝器的蒸气状态点。,1,(2),为理论压缩过程。,2,3,4,为制冷剂在冷凝压力,pK,下的等压冷却冷凝过程。,4,5,为制冷剂在冷凝压力,pk,下的再冷却过程。,5,6,为制冷剂的等焓节流过程。,6,1,为制冷剂在蒸发压力,p0,下的等压汽化吸热过程。,2015-9-22机械学院能动教研室,2015-9-22,机械学院能动教研室,单级蒸气压缩式制冷实际循环的热力性能及分析,1,、单位质量制冷量和单位容积制冷量,1,1,2,(2),3,4,5,6,p,p,k,0,Lg p,h,简化后的实际循环在压焓图上的表示,2015-9-22机械学院能动教研室单级蒸气压缩式制冷实际循,2015-9-22,机械学院能动教研室,2,、理论比功、指示比功和指示效率,1,1,2,(2),3,4,5,6,p,p,k,0,Lg p,简化后的实际循环在压焓图上的表示,h,2015-9-22机械学院能动教研室2、理论比功、指示比功和,2015-9-22,机械学院能动教研室,3,、单位冷凝热负荷,1,1,2,(2),3,4,5,6,p,p,k,0,Lg p,h,简化后的实际循环在压焓图上的表示,2015-9-22机械学院能动教研室3、单位冷凝热负荷112,2015-9-22,机械学院能动教研室,4,、制冷剂质量流量,5,、压缩机的理论功率和指示功率,6,、冷凝器的热负荷,2015-9-22机械学院能动教研室4、制冷剂质量流量5、压,2015-9-22,机械学院能动教研室,8,、热力完善度,（实际制冷循环与逆卡诺循环制冷系数的比值）,7,、实际制冷系数,9,、能效比（有效制冷量与总输入功率的比值）,2015-9-22机械学院能动教研室8、热力完善度（实际制冷,
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