蒸气压缩式制冷装置的工作原理课件

第十一章船舶制冷装置压焓图1点：临界点K2线：饱和液体线、饱和蒸气线3区域：过冷液体区、湿蒸气区、过热蒸气区第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

压焓图上的等参数曲线等压线——水平线；等焓线——垂直线；等温线——液体区几乎为垂直线。两相区内,因制冷剂状态的变化是在

等压、等温下进行,故等温线与等压线重合,是水平线。过热蒸气区为向右下方弯曲的倾斜线；等熵线——向右上方倾斜的实线;等容线——向右上方倾斜的虚线,比等墒线平坦;等干度线——只存在于湿蒸气区域内,其方向大致与饱和液体线或饱和蒸气线相近,视干度大小而定。第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

制冷剂压焓图第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

各状态参数之间的关系在温度、压力、比容、比焓、比熵、干度等参数中,只要知道其中任意两个状态参数,就可以在压焓图或温熵图中确定过热蒸气及过冷液体的状态点,其它状态参数便可直接从图中读出。对于饱和蒸气及饱和液体,只需知道一个状态参数就能确定其状态。第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

①⑤④③②一、单级蒸气压缩式制冷循环1.单级蒸气压缩式制冷的理论循环及热力计算（1）单级蒸气压缩式制冷系统的基本组成：蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀（2）各部件的作用

1）压缩机①保持蒸发器内的低压；②形成输送制冷剂的动力；③提高制冷剂的压力，以便它能在冷凝器中利用环境温度介质还原为液体。2）冷凝器提供制冷剂高压蒸气与环境温度介质充分热交换的场所，使其还原成液态。第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

3）节流阀（膨胀阀）①使高压常温制冷剂节流膨胀降压；②调节进入蒸发器的制冷剂流量，以便适应冷却空间热负荷的变化，防止压缩机发生“液击”。

4）蒸发器提供低压制冷剂与冷却空间充分热交换的场所，使制冷剂不断吸热汽化。第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

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（3）理论循环假设：

①压缩过程不存在换热和流阻等不可逆损失，为等熵过程；

②制冷剂流过热交换器和管路时没有阻力损失，为等压过程；

③制冷系统中除热交换器外，与外界无任何热交换，流过膨胀阀时未作功，又无热交换，为等焓过程。（4）理论循环的工作过程：过程线1—2：等熵压缩过程，压力由p0提高到pk，压缩机对制冷剂作功，制冷剂温度提高，点2处于过热蒸气状态。过程线2—3：制冷剂在冷凝器内的冷却、冷凝过热蒸气在等压下先放热冷却降温，再继续放热冷凝，然后过冷。过程线3—4冷剂通过膨胀阀的节流过程压力由pk降到po，温度由tk降到t0，并进入两相区节流前后制冷剂焓值不变过程线4---1等压气化过程制冷剂吸取热量不断气化向干度增大方向，直到过热蒸气第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

（5）单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算1）热力计算的目的：

①确定各状态点的参数值；②确定各主要设备的热、功转换数值；③确定系统经济性的数量关系，为实际循环指明方向；④为系统各设备的结构设计提供基本数据；⑤对系统工作性能的评价提供理论依据。

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2）稳定流动的能量方程

根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，加给系统的热量与外界功等于系统焓的变化，则稳定流动的能量方程可表示为

Q十P=qm(h2-h1)kW

当热量和功朝向系统时，Q和P取正值。该方程可单独适用于制冷系统中的每一个设备。式中Q—单位时间内加给系统的热量，单位为kW；

P—单位时间内加给系统的功，单位为kW；

qm—流进或流出该系统的稳定质量流量，单位为Kg/s；

h1、h2—比焓，单位为KJ/Kg，下标1和2分别表示流体流进系统和离开系统的状态点。第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

3）各部件热力计算①节流阀

制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功：Q=0，P=0。故节流阀的能量方程式变为：

0=G(h4-h3)h4=h3

因此，可以认为节流前后其焓值不变。节流阀出口处(点4)为两相混合物，它的焓值也可由下式表示:h4=(1-x4)hf0+x4hg0

式中hf0、hg0—分别为蒸发压力p0下饱和液体和饱和蒸气的焓值；

x4—制冷剂出节流阀时的干度。将上式移项并整理，得到

x4=(h4-hf0)/(hg0-hf0)

点4的比容为

v4=(1-x4)vf0+x4vg0

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②压缩机在理论上，可以认为工质在压缩机中的压缩过程为绝热压缩，则

Q=0P0=G（h2-h1）KW

令w0=P0/qm则有

w0=h2-h1KJ/Kg

w0

—

压缩机每压缩并输送1kg制冷剂所消耗的功，称为理论比功。

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③蒸发器

被冷却物体通过蒸发器向制冷剂传递热量Q0，因为蒸发器不作功，故蒸发器的能量方程式为

Q0=G(h1-h4)=G(h1-h3)kWq0=h1-h4——单位质量制冷量，kJ/kgG与压缩机的尺寸和转速有关。第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

④冷凝器假设制冷剂在冷凝器中向外界放出热量为Qk,那么

Qk=qm(h2-h3)kW

式中(h2-h3)称为冷凝器单位热负荷,用qk表示。它表示1kg制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热量，单位为KJ/kg。第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

⑤制冷系数按定义,在理论循环,制冷系数可用下式表示

ε0=q0/W0

=（h1-h4）/（h2-h1）第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

⑥制冷剂的质量流量G＝Q0/q0=Q0/(h1-h2)kg/s⑦压缩机的容积流量Vs（按吸气状态的容积计算）Vs=Gv1

=Q0v1/q0qv=q0/

v1

qv-----------单位容积制冷量（KJ/m3)所以，制冷量又可以表示为：Q0=qvVs第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

⑧压缩机的理论容积流量VT=VS/λ=Q0/λqvm3/sλ－－压缩机的输气系数⑨压缩机的理论功率PT=GW0KW⑩压缩机的指示功率Pi=GWi=GW0/ηi=PT/ηiKW压缩机的指示功率Pi=GWi=GW0/ηi=PT/ηiKW1112压缩机的轴功率P=Pi/ηm=

PT/(ηi

ηm)=PT

ηKW第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

单位轴功率制冷量Ke=Q0/P=ε0

η13（6）热力计算举例假定循环为单级压缩蒸气制冷的理论循环,蒸发温度t0=-10℃,冷凝温度tk=35℃,工质为R22,循环的制冷量Q0=55kW,试对该循环进行热力计算。解要进行制冷循环的热力计算,首先需要知道制冷剂在循环各主要状态点的某些热力状态参数,如比焓、比容等。这些参数值可根据给定的制冷剂种类、温度、压力,在相应的热力性质图和表中查到。

pkpototkh3h4h1h2根据R22的热力性质表,查出处于饱和线上的各点有关状态参数值:h1=401.555kJ/kgv1=0.0653m3/kgh3=h4=243.114kJ/kgp0=0.3543MPapk=1.3548MPa

确定点2，即压缩机出口的状态参数。由R22的P-h图可知

h2=435.2kJ/kgt2=57℃①单位质量制冷量

q0=h1-h4=401.555-243.114=158.441kJ/kg②单位容积制冷量

qv=q0/v1=158.441/0.0653=2426kJ/m3

③制冷剂质量流量

qm=Q0/q0=0.3471kg/s④理论比功

w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg

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⑤压缩机消耗的理论功率

P0=qmw0=0.3471×33.645=11.68kW⑥压缩机吸入的容积流量

Ⅴ=qmv1=0.3471×0.06530.0227m3/s⑦制冷系数

ε0=q0/w0=158.441/33.645=4.71

⑧冷凝器单位热负荷

qk=h2-h3=192.086kJ/kg

⑨冷凝器热负荷

Qk=qmqk=66.67kW第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

2.单级蒸气压缩式制冷的实际循环实际制冷循环与理论制冷循环的区别：①理论循环中没有考虑到制冷剂液体过冷和蒸气过热的影响，而实际是需要的；②实际中，制冷剂流过冷凝器、蒸发器和连接各设备的管道时存在流动阻力，产生的压降；③压缩机中的实际压缩过程并非是等熵过程；④系统中存在着不凝性气体等。第2节蒸气压缩式制冷装置的工作原理

二、单级制冷压缩机的工况和特性制冷压缩机工况：主要指决定其理论循环的温度条件：蒸发温度、吸气温度、冷凝温度、膨胀阀前的过冷度。蒸发压力由蒸发器产气量和压缩机吸气量间的质量平衡决定。冷凝压力由压缩机排气量与冷凝器冷凝量的质量平衡来决定，如压缩机吸气压力高，质量流量大，则冷凝压力就高1.工况参数对制冷工作的影响

当压缩机的转速不变时，制冷机的制冷量、制冷系数和功耗随蒸发温度、冷凝温度变化的规律，称为制冷机的性能或特性。Q0=Gq0=λVTq0/v1=λVTqv（11-13）

P=Gw0/η=λVTw0

/vη1=λVTwV/η

（11-14）（1）冷凝温度对循环性能的影响tkq0、v1不变、qv、Q0、w0、

P、ε0（2）蒸发温度对循环性能的影响（假设冷凝温度和其它条件不变）单位容积制冷量qv=（h1-h3）/v1

t0’<

t0q0（变化不大）、

v0qv比容积功：t0（w0=h2-h1）、v1

w0v=（h2-h1）/v1有可能增加，也有可能降低。G

轴功率：PK/P0>3时，P（3）供液过冷度和吸气过热度对循环性能的影响过冷度对单位质量制冷量的影响

过冷度

h4

、q0

。对比功的影响v1、h1、h2不变，w0不变。对制冷量的影响q0、v1、qm

Q0④对制冷系数的影响q0、w0ε=（q0/w0