第2章-4-单级蒸气压缩式制冷机的性能及工况课件

1Chapter单级蒸汽压缩式制冷循环2*2§4单级蒸气压缩式制冷机的性能及工况4.1单级蒸气压缩式制冷机的性能同一台制冷机，当转速n恒定，理论输气量qvh是一确定数值。当工作温度不同时，其q0、w0、qm都发生变化，因此F0与P0也相应地改变。表示压缩机压缩1m3吸气状态下的蒸气所消耗的理论功，称为比容积压缩功，单位是kJ/m3。可见：F0与Pi随着hv、qzv、w0v、ηi的变化而变化。假定hv=1、ηi=1，即：按理论循环分析温度变化的影响，结论同样用于实际循环。F0∝qzv、Pi∝w0v。*34.1.1蒸发温度对循环性能的影响假设：冷凝温度tk为定值，过冷度、过热度为0蒸发温度由t0降低到t0’

，分析其性能变化p1234tkt0h2’t0’4’1’q0’q0w0’w0

q0=h1-h3↓→

q0’<q0w0=h2-h1↑→

w0’>w0→COP0↓,COP0’<COP0qk’>qk单位制冷量下降，单位比功增大，性能系数减小，冷凝器单位负荷增大qk’qk*44.1.1蒸发温度对循环性能的影响单位容积制冷量qzv的变化结论：蒸发温度的降低导致单位容积制冷量qzv

快速下降，即制冷量F0

快速下降v1和h1-h3

哪个是主要影响因素？v1的增大是导致制冷量F0快速下降的主要影响因素变化不大快速减小NH3*54.1.1蒸发温度对循环性能的影响比容积功的变化无法直接判断耗功率的变化规律将工质看作理想气体单位理论压缩功：理论功率：IF：p0=pk，P0=0、w0v=0；IF：p0→0，P0=0、w0v=0；p0、w0v存在极值，当p0=0~pk、中间的某个压力时，P0、w0v达到最大值表示压缩机的耗功率*64.1.1蒸发温度对循环性能的影响将P0公式对p0求导，令其一阶导数=0：←对于不同的工质，即各种制冷剂其压比大约等于3时，功率最大*74.1.1蒸发温度对循环性能的影响结论：当tk不变而t0降低时，制冷机的制冷量减少耗功率存在有一最大值

性能系数减小NH3对于实际循环，因hv、ηi是随工作温度而变化的，则F0、Pe的变化与理论循环有所不同，但变化趋势是一致的。COP*84.1.2冷凝温度对循环性能的影响假设：蒸发温度t0为定值，过冷度、过热度为0冷凝温度由tk升高到tk’

，分析其性能变化p1234tkt0h2’tk’3’qkq0w0’w0

q0=h1-h3↓→

q0’<q0w0=h2-h1↑→

w0’>w0→COP0↓,COP0’<COP0

单位制冷量下降，单位比功增大，制冷系数减小qk可能增大或减小qk’4’q0’*94.1.2冷凝温度对循环性能的影响单位容积制冷量qzv的变化（图2-15）比容积功的变化（图2-16）结论：随着冷凝温度的升高，单位容积制冷量qzv下降，即制冷量F0快速下降，比容积功增大，即压缩机耗功率增大，循环的制冷系数减小。尽量提高蒸发温度，降低冷凝温度→COP↑*104.2制冷机工况制冷机的制冷量、耗功率、制冷系数等性能参数与冷凝温度、蒸发温度、过冷度、过热度等有关，因此必须在相同的工作条件下才能比较制冷机的性能—工况制冷压缩机工况制冷机工况4.2.1制冷压缩机工况国家标准对不同形式、用途、工质的制冷机规定了冷凝温度、蒸发温度、吸气温度、过冷度等一系列的工况条件，表2-5~表2-8名义工况：用来考核压缩机的性能高温工况：空调工况中温工况：最大轴功率工况低温工况：最大压差工况。用来选配电动机的技术指标*114.2.1压缩机工况类型吸入饱和（蒸发）温度排气饱和（冷凝）温度吸气温度液体温度环境温度高温7.254.418.346.135中温-6.748.94.448.935低温-31.740.64.440.635全封闭涡旋式压缩机名义工况对于不同形式（活塞式、螺杆式、涡旋式等）、不同制冷剂、不同用途的压缩机，规定的名义工况条件是不同的*12压缩机的变工况特性同一台压缩机，理论输气量qvh是一确定数值。

a工况F0a、hva、qzva,b工况F0b、hvb、qzvb，则：如果a工况为已知，则b工况的制冷量：

ki称为压缩机制冷量的换算系数。压缩机性能曲线*134.2.2制冷机工况制冷机是一个整体，因此其工况不是规定冷凝温度、蒸发温度等条件，而是规定用冷条件和冷却条件蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组名义工况项目使用侧热源侧（或放热侧）冷、热水水冷式风冷式蒸发冷却式水流量出口水温出口水温水流量干球温度湿球温度干球温度湿球温度制冷0.1727300.21535--24制热45150.13476-*144.2.2制冷机工况房间空调器实验工况工况条件室内侧室外侧干球温度湿球温度干球温度湿球温度额定制冷T1T2T3272129191519352746241924额定制热高温低温超低温201572-761-8T1：温带气候，43℃；T2：低温气候，35℃；T3：高温气候，52℃。*15例：实际循环的热力计算某单位欲建一冷库，室内温度要求ta=-5℃，现利用已有的一台4AV12.5制冷压缩机进行配套，压缩机活塞行程100mm,转速960rpm，冷却水出水温度为tw=30℃，冷凝器端部传热温差Dtk=5℃，过冷器用深井水，过冷度为Dtg=5℃；蒸发器端部传热温差Dt0=10℃，管路有害过热Dtr=5℃。hv=0.68，ηi=0.83，ηm=0.90。试进行该制冷机的热力计算。4AV12.5制冷压缩机：4缸、氨、活塞直径125mm*16解：1.将循环表示在p-h图上，并确定各状态点参数。p023tkt02sh145*17R717（NH3）过热蒸汽表*18状态点参数数值状态点参数数值p0kPa236.172t2℃115pkkPa1352.52sh2skJ/kg1762.840h0kJ/kg1440.163h3kJ/kg366.6911h1kJ/kg1451.873C’kJ/(kg.K)4.8491v1m3/kg0.434h4kJ/kg343.0262h2kJ/kg17105h5kJ/kg343.026*192.热力计算（1）单位制冷量（2）单位容积制冷量（3）理论比功（4）理论循环性能系数*20（5）冷凝器单位热负荷（6）理论输气量（7）实际输气量（8）制冷机的工质流量*21（9）制冷机总制冷量

（10）压缩机理论功率（11）压缩机指示功率（12）压缩机轴功率

*22（13）实际循环性能系数（14）压缩机实际排气温度（15）冷凝器热负荷（16）再冷却器热负荷*23作业1利用一台4FV10半封闭制冷压缩机建一小型冷库，库内温度要求ta=0℃。压缩机活塞行程70mm,转速1440rpm，冷却水出水温度为tw=32℃，冷凝器端部传热温差Dtk=8℃，过冷度为Dtg=5℃；蒸发器端部传热温差Dt0=10℃，管路有效过热Dtr=5℃。hv=0.7，ηi=0.80，ηeL=0.7。试进行该制冷机的热力计算。4FV10制冷压缩机：4缸、R22、活塞直径100mm*24§5单级蒸气混合工质制冷循环5.1劳仑兹循环特点：高、低温热源温度变化的可逆制冷循环高温热源温度由低→高，⇒冷凝温度由高→低低温热源温度由高→低，⇒蒸发温度由低→高压缩、膨胀过程为可逆过程由两个等熵过程和两个可逆变温吸热、放热过程组成TS1234TkmDTkDTo5qoSw=wc-we6qkTom传热温差→0相当于工作在T0m与Tkm之间的逆卡诺循环*255.2单级蒸汽压缩混合工质制冷循环非共沸制冷剂的特点：两相区内等压线和等温线不重合等压冷凝过程=冷凝温度降低等压蒸发=蒸发温度升高R407c压焓图*265.2单级蒸汽压缩混合工质制冷循环非共沸混合工质制冷循环lgph4'1234tk'to2'pkpot2't3t1t4to'tkTs142’23T0TkTk’T0’*27§6CO2跨临界循环项目

R22R134aR717R744ODP0.055000临界温度/℃

96.2101.7133.031.1临界压力/Mpa

4.974

4.05511.427.372标准大气压下沸点/℃

-40.8-26.2-33.3-78.40℃的压力/Mpa0.4980.2930.4293.485容积制冷量kJ/m3

（0℃）43442860436022600可燃性／毒性否/否否/否是/是否/否临界温度太低运行压力高，压比低与环境最为友善的自然工质制冷工质之一良好的安全性和化学稳定性单位容积制冷量高*28CO2制冷循环典型的基本循环与蒸汽压缩式制冷循环型式相同压缩机、冷凝器（气体冷却器）、膨胀阀、蒸发器根据循环的外部条件，可以实现三种循环

亚临界循环（SubcriticalCycle）跨临界循环

(TranscriticalCycle)超临界循环（HypercriticalCycle）GCEComEV2341*29跨临界CO2制冷循环(TranscriticalCycle)Pk>PrTk>Tr，显热交换，变温过程P0<PrT0<Tr，潜热交换，等温过程CO2制冷循环研究中最为活跃的循环方式

*30带回热器的跨临界CO2制冷循环有效吸气过热（回热）的影响：q0↑、COP↑*31冷却压力对系统性能的影响23t3=Const2aph1452b5a5b4a4bDwaDwbDqaDqbpk↑→q0↑，w↑随排气压力升高COP可能升高，也可能降低与亚临界循环不同存在一个最佳排气压力popt*32CO2热泵热水器

气体冷却器温度滑移↑，→与水的温升过程相匹配→出水温度↑用于热泵热水器具有独特的优势，出水温度>60℃作业2编写制冷剂热力性质及物性参数计算程序，将计算结果与标准数据比较，写出计算报告。要求：计算对象为各种常用制冷剂；给出任意两个状态参数可计