制冷原理-蒸汽压缩式制冷的理论循环和实际循环

制冷剂压焓图制冷剂制冷系统中循环流动的工作介质叫制冷剂(又称制冷工质)，它在系统的各个部件间循环流动以实现能量的转换和传递，达到制冷机向高温热源放热；从低温热源吸热，实现制冷的目的。一、制冷剂压焓图（P-V图）压焓图的概念

以特定制冷剂的焓值为横坐标，以压力为纵坐标绘制成的线图成为该制冷剂的压焓图。为了缩小图的尺寸，并使低压区内的线条交点清楚，所以纵坐标使用压力的对数值LgP绘制，因此压--焓图又称LgP-E图。一、制冷剂压焓图（P-V图）一点（临界点）两线（饱和液体线；干饱和蒸气线）三区（过冷区；湿蒸气区；过热气区）五状态（未饱和液体；饱和液体；湿饱和蒸气；干饱和蒸气；过热蒸气）六参数一、制冷剂压焓图（P-V图）压焓图（一点两线三区五态六参数）一点：临界点K——图形上的最顶点。在选用制冷剂时，要求临界温度要高，因为临界温度越高的制冷剂在常温下越容易液化，并且制冷剂在远离临界点下节流可以减少损失，提高制冷循环的性能。一、制冷剂压焓图（P-V图）压焓图（一点两线三区五态六参数）一、制冷剂压焓图（P-V图）两线:饱和液体线，干度x=0；

干饱和蒸气线，干度x=1干度：是指每千克湿蒸汽中含有水蒸汽的质量百分数。饱和液体线干饱和蒸气线三区：过冷液体区：饱和液体线左边的区域，在循环制冷计算中，将制冷剂饱和液体的温度降低就变为过冷液体。

气液两相区：介于饱和液体线与饱和气体线之间的区域为。过热蒸气区：干饱和蒸气线右边区域。饱和液体线干饱和蒸气线压焓图（一点两线三区五态六参数）五状态:（未饱和液体、饱和液体、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽）

未饱和液体湿蒸气饱和液体干饱和蒸气过热蒸气饱和液体线干饱和蒸气线压焓图（一点两线三区五态六参数）等压线p

—水平线等焓线h—垂直线等干度线x—湿蒸气区域内曲线等熵线s—向右上方大斜率曲线等容线v—向右上方小斜率曲线等温线t—垂直线（液相区）、

水平线（两相区）、

向右下方弯曲（过热蒸气区）六参数：压焓图（一点两线三区五态六参数）测验:1、湿蒸气是指A.温度低于饱和温度的蒸气B.饱和蒸气和饱和液体的混和物C.饱和蒸气和不饱和液体的混和物D.饱和蒸气和过热蒸气的混和物2、蒸发器的作用是将压缩机排出的高温过热蒸气给予冷却？测验1、饱和蒸气的干度X=（）。A.0B.1C.无穷大D.不确定2、在制冷剂压焓图（P-h图）中，饱和液体线与饱和蒸气线之间的区域称为：（）A.过冷区B.湿蒸气区C.过热蒸气区D.固体区蒸汽压缩式制冷的理论循环一、蒸汽压缩式制冷的理论循环制冷循环在P-h图上的表示压缩－放热（冷却与冷凝）－节流－吸热（汽化、蒸发）1-2（压缩机）：等熵压缩；2-3-4（冷凝器）：等压放热；4-5（节流阀）：绝热节流，等焓；5-1（蒸发器）：等压吸热而制冷。一、蒸汽压缩式制冷的理论循环线段1—2（等熵压缩）

表示压缩机的等熵压缩过程压缩机吸入的是饱和蒸气。蒸气压缩进行得很快，可以看成是在绝热条件下进行的，同时假设吸、排气阀没有阻力。一、蒸汽压缩式制冷的理论循环线段2—3—4（等压放热）

表示工质在冷凝器中的等压冷却(线段2—3)和冷凝(线段3—4)过程。在冷却阶段，制冷剂蒸气放出过热热量，其温度降到冷凝温度，然后在压力不变的条件下再放出冷凝热而相变成饱和液体(点4状态)。一、蒸汽压缩式制冷的理论循环

线段4—5（绝热节流，等焓）表示制冷剂通过节流装置的节流过程由于制冷剂通过节流装置时对外不做功，而且制冷剂流速较高，可认为与外界没有热交换。所以节流前后焓值相等。一、蒸汽压缩式制冷的理论循环线段5—1（等压吸热）

表示制冷剂在蒸发器中的蒸发吸热过程。在这个过程中，制冷工质在蒸发温度和蒸发压力保持不变的条件下，吸取被冷却物体的热量而变成饱和蒸气。一、蒸汽压缩式制冷的理论循环二、理论循环的热力学计算1、单位质量制冷量一kg制冷剂液体在蒸发器中蒸发吸收的热量称为单位质量制冷量，用q0表示。

q0＝h1－h5（kJ/kg）式中

h1—出蒸发器制冷剂的焓；

h5—进蒸发器制冷剂的焓。2、单位理论功w0压缩机每输送1kg制冷剂蒸汽所消耗的功称单位理论功，用w0表示。在理论循环中

w0＝h2－h1(kJ/kg)式中

h1—吸入状态下制冷剂的焓；

h2—排气状态下制冷剂的焓。二、理论循环的热力学计算3、单位冷凝热每kg制冷剂蒸汽在冷凝器中放出的热量称为单位冷凝热，用qk表示

qk＝h2－h4（kJ/Kg）式中

h2—冷凝过程初的焓；

h4—冷凝过程终了的焓。二、理论循环的热力学计算4、制冷系数制冷系数是循环的单位制冷量与单位理论功之比，制冷系数表示消耗一个单位的功所能得到的冷量。在给定条件下制冷系数越大，说明制冷循环的经济性越好，它是衡量制冷循环先进性的重要指标。二、理论循环的热力学计算思考:1、单位质量制冷剂是指1kg制冷剂液体在蒸发器中所吸收的热量。2、蒸气压缩制冷循环的P-h图，试指出进行各热力过程相应设备的名称。蒸汽压缩式制冷的实际循环1、液体过冷

一、液体过冷2.液体过冷循环与理论循环对比（1）缩小了节流装置前后制冷剂的温差，减少节流损失。过冷度越大，节流损失越小；（2）单位质量制冷量增加了，循环所消耗的单位理论功不变，所以制冷系数提高了。一、液体过冷3.实现方法

（1）冷凝器后装过冷器；（2）设计，选型时，适当增大冷凝器面积（较多使用）；（3）制冷系统中设置回热器，采用回热循环。

一般车辆制冷的过冷度是3℃—5℃

一、液体过冷二、蒸汽过热蒸汽过热：制冷剂蒸汽的温度高于其压力所对应的饱和温度。过热度：蒸汽过热后的温度和同压力下饱和温度的差值。

具有蒸汽过热的循环称为蒸汽过热循环。有效过热：过热吸收热量来自被冷却介质，

产生有用的制冷效果。有害过热：过热吸收热量来自被冷却介质以外，无制冷效果。

1、有害过热分析：（1）单位制冷量不变，单位压缩功增加（2）单位冷凝负荷增大（3）进入压缩机的制冷剂比容增大（4）压缩机的排气温度升高二、蒸汽过热2、过热原因

（1）蒸发器面积大于设计所需面积（有效过热）（2）连接管道吸取被冷却对象的热量而过热（有效）（3）蒸发器与压缩机间的连接管道吸取外界环境热量而过热（有害）（4）系统中设置回热器（有害过热，但有过冷过程伴随）

实际运行中，希望有适当的过热度：过热度3℃～7℃（why？）二、蒸汽过热三、回热循环实现方法：增设回热器。让蒸发器出来的低温制冷剂蒸气在回热器中与从冷凝器出来的高温制冷剂液体进行热交换。单位压缩功增加？单位制冷量增加？制冷系数是否增加?四、实际循环与理论循环的差别1.压缩机内非绝热、可逆过程；

2.存在传热温差，过程不可逆；