第一节单级蒸汽压缩循环

1、12第一节 单级蒸汽压缩式制冷循环一、单级蒸汽压缩式制冷系统的组成3制冷剂的变化过程制冷剂的变化过程4压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、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、制冷制冷系统各部件的主要用途制冷系统各部件的主要用途5压缩机：压缩机： 制冷系统的制冷系统的“心脏心脏”，压缩和输送制冷剂蒸，压缩和输送制冷剂蒸气气冷凝器：冷凝器： 输出热量输出热量节流阀：节流阀： 节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量蒸发器：蒸发器： 吸收热量（输出冷量）从而制冷吸收热量（输出冷量）从而制冷四大部件的作用：四

2、大部件的作用：膨 胀 阀3冷 凝 器水2压 缩 机等熵等 压 、 等 温等焓4蒸 发 器冷媒16膨胀阀3冷凝器水2压缩机等熵等压、等温等焓4蒸发器冷媒123：冷凝器内的等压冷却、冷凝、过冷过程34：节流阀内的等焓节流过程41：蒸发器内的吸热等压气化过程12：压缩机中的等熵（绝热）压缩过程图上各线段代表循环的不同过程图上各线段代表循环的不同过程1:出蒸发器进压缩机3:出冷凝器进膨胀阀4:出节流阀进蒸发器2:出压缩机进冷凝器二、单级蒸汽压缩式制冷理论循环热力计算72.2.冷凝器冷凝器4.4.节流阀节流阀1.1.制冷压缩机制冷压缩机W Wc c= h= h2 2 hh1 1 q=hq=h2 2 hh

3、3 3 h h3 3 =h=h4 4 膨 胀 阀3冷 凝 器水2压 缩 机等熵等 压 、 等 温等焓4蒸 发 器冷媒1 q=hq=h1 1 hh4 4wh1h23.3.蒸发器蒸发器h3h4h1h4q qh2h3q q等压8q qwh2q qh4h3h191.状态点的确定X=0X=13 34 41 12 222h hh h4 4o oq qo ok kw wlglgp pX=0X=13 34 41 12 222h h1 1h hh h2 2h h4 4o oq qo ok kw wlglgp pqk k1 1点：点：PoPo等压线与等压线与x=1x=1蒸气干饱和线交点蒸气干饱和线交点2 2点点:

4、Pk:Pk等压线与等压线与s1s1等熵线交点等熵线交点3 3点点:Pk:Pk等压线与等压线与x=0 x=0液态饱和线交点液态饱和线交点4 4点：点：PoPo等压线与等压线与h3h3等焓线交点等焓线交点膨胀阀3冷凝器水2压缩机等熵等压、等温等焓4蒸发器冷媒110(1)单位质量制冷量q0 kJ/kg q0=h1- h4(2)单位容积制冷量qv kJ/m3 qv= q0/v1=(h1-h4)/v1(3)单位质量耗功率w kJ/kgw=h2-h1(4)单位冷器热负荷qk kJ/kg qk= h2-h3（5）理论制冷系数 =q0/w=(h1-h4)/ (h2-h1)2.单级蒸汽压缩式制冷理论循环热力计算

5、X=0X=13 34 41 12 222h h1 1h hh h2 2h h4 4o oq qo ok kw wlglgp pqk k膨胀阀3冷凝器水2压缩机等熵等压、等温等焓4蒸发器冷媒111（8 8）冷凝器总负荷Qk kW Qk = qm qk= qm(h2-h3)(6)(6)制冷剂质量流量qm kg/s qm =Q0/q0（7 7）压缩机的理论耗功率N= qm w= qm(h2-h1) kW12例题：某单级蒸汽压缩式制冷循环系统，设定总制冷量Q0=100Kw,在空调工况下工作。当分别采用R12和R22作制冷剂时，试做理论循环的热力计算。解：在空调工况下工作，蒸发温度t0=5,冷凝温度tk

6、=40 查R12和R22的压焓图得：项目 制冷剂R12R22蒸发压力po/MPa冷凝压力pk/MPa吸气比体积v1/(m3/kg)吸气比焓h1/(kJ/kg)排气比焓h2 /(kJ/kg)节流前后的比焓h3、h4/(kJ/kg)0.360.960.056556735380.581.530.042570573255013计算结果项目计算公式 R12R22单位制冷量/kJ/kgq0=h1- h4117155单位容积制冷量/kJ/m3qv= q0/v125403647制冷剂质量流量/kg/sqm =Q0/q00.8550.645压缩机单位耗功/kJ/kgw=h2-h11827压缩机理论耗功功率/ k

7、wN= qm w15.3917.42冷凝器单位散热量/kwqk= h2-h3135182冷凝器总散热量/kwQk = qm qk115.4117.4理论制冷系数=q0/w6.55.741415161718 kooqwqkoQNQ讨论：制冷理论循环中讨论：制冷理论循环中符合符合能量守恒能量守恒的基本原则的基本原则作业：作业：某空气调节系统需制冷量某空气调节系统需制冷量20kW20kW，假定循环为单级蒸气，假定循环为单级蒸气压缩式压缩式 制冷理论基本循环，且选用氨作为制冷剂，工作条件制冷理论基本循环，且选用氨作为制冷剂，工作条件为：蒸发温度为：蒸发温度to=5to=5，冷凝温度，冷凝温度tktk=

8、40=40。试对该理论制冷循。试对该理论制冷循环进行热力计算。环进行热力计算。 19三、工况变化对运行特性的影响压缩机的工况：决定循环的蒸发、冷凝温度、过冷度等蒸发温度冷凝温度蒸发压力蒸发器单位时间产气量压缩机单位时间吸气量？冷凝压力压缩机单位时间排气量冷凝器单位时间冷凝量？库温降低蒸发器传热不良蒸发器供液不足吸气压力高质量流量大冷凝器换热能力差蒸发量蒸发压力冷凝压力工况参数对制冷工作的影响：制冷压缩机的制冷量，制冷压缩机的轴功率。20(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp冷凝温度tk时：1-2-3-4-5-1冷凝温度升高为tk时： 1-2-3-4-5-11245tkt03tk

9、432521(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp1245tkt03tk4325q0q0不变单位制冷量q0吸气比容v1 qvQ0qv= q0/v122(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响hp1245tkt03tk4325ww0不变单位压缩功w吸气比容v1 wN制冷系数wq0制冷系数wq023问题：下列( )会使冷凝温度tk增高。A. 冷却水流量减少B. 空气进入系统C. 制冷装置工作时间长D. 冷凝器换热面脏污E. 冷却水温度降低F. 冷剂量过多换热管浸于液体中切记：使冷凝效果下降或压缩机排气量升高的因素，都会使冷凝温度(压力)升高。反之降低。24(2)其他条件不

10、变，蒸发温度t0变化(降低)的影响hp蒸发温度t0时：1-2-3-4-5-1蒸发温度降低为t0时：1-2-2-3-4-5-11245tkt0325t0125(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响ph1245tkt0325t01单位制冷量q0 吸气比容v1 Q0q0q026(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响ph1245tkt0325t01wwN单位压缩功w时，N最大3/0ppk制冷系数wq027问题：下列( )会使蒸发温度t0降低。A. 冷库加入新食品B. 蒸发器化霜C. 膨胀阀开度调大D. 压缩机工作缸数增加E. 蒸发器风机转速降低F. 蒸发器结霜加厚G. 冷库库温

11、降低H. 压缩机皮带打滑切记：使蒸发器蒸发量下降或压缩机抽气量升高的因素，都会使蒸发压力下降。反之升高。(假设每一行程压缩机抽气量不变）28其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响冷凝器21回热器44膨胀阀5蒸发器1Sub-cooling degreeSuper-heating degree29(3)其他条件不变，液过冷度、的影响ph125pkp03445无过冷过热时： 1-2-3-4- 5-1有过冷过热时： 1-2-3-4-4-5-5-130(3)其他条件不变，液过冷度的影响ph125pkp03445q0q0Q0过冷度q0w不变N不变31(4)其他条件不变，吸气过热度的影响ph125pkp

12、03421q0q0ww过热度q0w?R12R22R717不变(略降)wq032(4)其他条件不变，吸气过热度的影响ph125pkp03421q0q0w0w0过热度q0Nv1GQ0R12R22R717不变(w G )33有害过热：发生在蒸发器后的吸气管中的过热过程，装置的q0未增加，Q0和下降。过热度大小的确定：氨蒸发器出口：干饱和蒸气压缩机吸气过热度：58oC氟利昂：蒸发器出口过热度36oC对制冷系数的影响防止液击Liquid strike，减少有害过热34(5)回热循环Regeneration Cycle ：利用气液换热器(回热器)使膨胀阀节流Throttle前的冷剂液体与压缩机吸入前的冷剂

13、蒸气进行热量交换，使液体过冷、气体过热的工作循环。冷凝器21回热器44膨胀阀5蒸发器135ph125pkp0344251无过冷过热时： 1-2-3-4-5-1有过冷过热时： 1-2-2-3-4-4-5-5-1-136h125pkp0344251p1144hhhh)()(11 44ttCttC CC 过热度过冷度4411tttt37装置是否可采用回热循环?YesYes (防止闪气)NoR12R22R717从冷凝器出来的冷剂由于过冷度低，在膨胀阀前降低到气化对应的压力而产生气泡，使进入膨胀阀的冷剂量减少的现象。38四、实际制冷循环的特点四、实际制冷循环的特点 v 压缩过程非等熵，并伴有吸热和放热；压缩过程非等熵，并伴有吸热和放热；v系统存在节流损失系统存在节流损失 ：吸、排气阀、节流阀等吸、排气阀、节流阀等v存在传热温差，过程不可逆；存在传热温差，过程不可逆；v 改善循环：吸气过热和过冷节流、回热循环；改善循环：吸气过热和过冷节流、回热循环；v系统存在流动损失；系统存在流动损失；v系统存在不凝性气体。系统存在不凝性气体。