物質(zhì)相變制冷技術(shù)

物質(zhì)相變制冷本章提示：重點(diǎn)掌握：蒸氣壓縮式制冷和蒸氣吸收式制冷的熱力學(xué)原理，系統(tǒng)組成，制冷循環(huán)及制冷機(jī)特性的理論分析和計(jì)算。一般掌握：蒸氣噴射式、吸附式制冷的制冷方法物質(zhì)有三種集態(tài)氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)。物質(zhì)集態(tài)的改變稱之為相變。相變過(guò)程中，由于物質(zhì)分子的重新排列和分子熱運(yùn)動(dòng)速度的改變，會(huì)吸收或放出熱量。這種熱量稱作潛熱。物質(zhì)發(fā)生從質(zhì)密態(tài)到質(zhì)稀態(tài)的相變是將吸收潛熱；反之，當(dāng)它發(fā)生有質(zhì)稀態(tài)向質(zhì)密態(tài)的相變時(shí)，則放出潛熱。物質(zhì)相變制冷是利用液體在低溫下的蒸發(fā)過(guò)程及固體在低溫下的熔化或升華過(guò)程向被冷卻物體吸收熱量-即制冷量。因此，相變制冷分為液體氣化制冷與固體熔化與升華制冷，由于液體自身具有流動(dòng)性，液體氣化制冷是廣泛應(yīng)用的。液體汽化成蒸氣的過(guò)程吸收熱量，從而達(dá)到制冷的目的，為了使其連續(xù)不斷地工作，成為一個(gè)循環(huán)，便必須使制冷劑在低壓下蒸發(fā)汽化、蒸氣升壓、高壓氣體液化和高壓液體降壓。蒸氣壓縮式制冷、吸收式制冷、蒸氣噴射式和吸附式制冷都具備上述四個(gè)基本過(guò)程，屬于液體汽化制冷。1.1.1制冷的基本熱力學(xué)原理從熱力學(xué)角度說(shuō)，制冷系統(tǒng)是利用逆向循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。按補(bǔ)償能量的形式（或驅(qū)動(dòng)方式），前面所提及的制冷方法歸為兩大類：以機(jī)械能或電能為補(bǔ)償?shù)暮鸵詿崮転檠a(bǔ)償?shù)?。前者如蒸氣壓縮式、熱電式制冷機(jī)等；后者如吸收、蒸氣噴射、吸附式兩類制冷機(jī)的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖1所示。 圖1 制冷機(jī)的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系(a) 以電能或機(jī)械能驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī) (b) 以熱能驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)熱力學(xué)關(guān)心的是能量轉(zhuǎn)換的經(jīng)濟(jì)性，即花費(fèi)一定的補(bǔ)償能，可以收到多少制冷效果（制冷量）。為此，對(duì)于機(jī)械或電驅(qū)動(dòng)方式的制冷機(jī)引入制冷系數(shù) 來(lái)衡量；對(duì)于熱能驅(qū)動(dòng)方式的制冷機(jī)，引入熱力系數(shù)來(lái)衡量。(1) (2)式中 - 制冷機(jī)的制冷量； - 冷機(jī)的輸入功； - 驅(qū)動(dòng)熱源向制冷機(jī)輸入的熱量。國(guó)外習(xí)慣上將制冷系數(shù)和熱力系數(shù)統(tǒng)稱為制冷機(jī)的性能系數(shù)COP(Coefficience of Performance)。我們要研究一定條件下COP的最高值。對(duì)于電能或機(jī)械能驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)，參見(jiàn)圖1(a)。制冷機(jī)消耗功w實(shí)現(xiàn)從低溫?zé)嵩矗ū焕鋮s對(duì)象，溫度）吸熱，向高溫?zé)嵩矗ㄍǔ榄h(huán)境，溫度 ）排熱。假定兩熱源均為恒溫?zé)嵩?，向高溫?zé)嵩吹呐艧崃繛?，由低溫?zé)嵩吹奈鼰崃浚粗评淞浚?，制冷機(jī)為可逆循環(huán)。由熱力學(xué)第一定律有(3) 由熱力學(xué)第二定律，在兩個(gè)恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆機(jī)，一個(gè)循環(huán)的熵增等于零，即(4) 將式(3)代入式(4)得 即 (5)由定義式(1)，則可逆制冷的制冷系數(shù)為(6)式(6)說(shuō)明：兩恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆制冷機(jī)，其制冷系數(shù)只與熱源溫度有關(guān)，而與制冷機(jī)使用的制冷劑性質(zhì)無(wú)關(guān)。 的值與兩熱源溫度的接低程度有關(guān)， 與 越接近（ /越?。?，則 越大；反之 越小。實(shí)際制冷機(jī)制冷系數(shù) 隨熱源溫度的變化趨勢(shì)與可逆機(jī)是一致的。對(duì)于以熱能驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)，參見(jiàn)圖 。制冷機(jī)從驅(qū)動(dòng)熱源（溫度為 ）吸收熱量 作為補(bǔ)償，完成從低溫?zé)嵩鼰幔蚋邷責(zé)嵩磁艧岬哪芰哭D(zhuǎn)換。我們假定驅(qū)動(dòng)熱源也是恒溫?zé)嵩?，其它假定同前。那么類似地推?dǎo)熱能驅(qū)動(dòng)的可逆制冷機(jī)的性能系數(shù)由熱力學(xué)第一定律有：(7)由熱力學(xué)第二定律，循環(huán)中即(8)利用式(7)， (8)和定義式(2)得出，熱能驅(qū)動(dòng)的可逆制冷機(jī)的熱力系數(shù)(9)上式右邊的第一個(gè)因子就是上面導(dǎo)出的在 ， 溫度之間工作的可逆機(jī)械制冷機(jī)的制冷系數(shù) ；而第二個(gè)因子 則是在 ， 溫度之間工作的可逆熱發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。故它相當(dāng)于用一個(gè)可逆熱機(jī)，將驅(qū)動(dòng)熱源的熱量 轉(zhuǎn)換成機(jī)械功，= 再由去驅(qū)動(dòng)一個(gè)可逆機(jī)械制冷機(jī)。見(jiàn)圖2。這說(shuō)明 與 在數(shù)量上不具備可比性，因?yàn)檠a(bǔ)償能與 的品位不同。圖2 熱能驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)等價(jià)關(guān)系圖式(9)同樣說(shuō)明，熱能驅(qū)動(dòng)的可逆制冷機(jī)的性能系數(shù)（或熱力系數(shù)）也只與熱源的溫度 ， 和 有關(guān)，而與工質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)。 越高（驅(qū)動(dòng)熱源的品位越高）、與 越接近，則 越大；反之， 越小。式(6)和式(9)給出一定熱源條件下制冷機(jī)性能系數(shù)的最高值 ， 。故它們是價(jià)實(shí)際制冷機(jī)性能系數(shù)的基準(zhǔn)值。實(shí)際制冷機(jī)循環(huán)中的不可逆損失總是存在的，其性能系數(shù)COP恒小于相同熱源條件下可逆機(jī)的性能系數(shù)COPc。用制冷循環(huán)效率 評(píng)價(jià)實(shí)際制冷循環(huán)的熱力學(xué)完善程度（與可逆循環(huán)的接近程度）， 又叫制冷循環(huán)的熱力完善。定義(10)或 （機(jī)械能或電能驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)） (11a)（熱能驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)） (11b)恒有 (12)越大，說(shuō)明循環(huán)越好，熱力學(xué)的不可逆損失越??；反之， 越小，則說(shuō)明循環(huán)中熱力學(xué)不可逆損失越大。性能系數(shù)COP和熱力完善度 都是反映制冷循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。但二者的含義不同，COP反映制冷循環(huán)中收益能與補(bǔ)償能在數(shù)量上的比值。不涉及二者的能量品位。COP的數(shù)值可能大于1、小于1或等于1。COP的大小，對(duì)于實(shí)際制冷機(jī)來(lái)說(shuō)，與工作溫度、制冷劑性質(zhì)和制冷機(jī)各組成部件的效率有關(guān)；對(duì)于理想（可逆）制冷機(jī)來(lái)說(shuō)，只與熱源溫度有關(guān)。所以用COP值的大小來(lái)比較兩臺(tái)實(shí)際制冷機(jī)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)性時(shí)，必須是同類制冷機(jī)，并以相同熱源條件為前提才具有可比性。而 則反映制冷機(jī)循環(huán)臻于熱力學(xué)完善（可逆循環(huán)）的程度。用 作評(píng)價(jià)指標(biāo)，使任意兩臺(tái)制冷機(jī)在循環(huán)的熱力學(xué)經(jīng)濟(jì)性方面具有可比性，無(wú)論它們是否同類機(jī)，也無(wú)論它們的熱源條件相同或是不同。1.1.2 物質(zhì)相變制冷概述冰相變冷卻冰相變冷卻是最早使用的降溫方法，現(xiàn)在仍在廣泛應(yīng)用于日常生活、農(nóng)業(yè)、科學(xué)研究等各種領(lǐng)域。冰融化和冰升華均可用于冷卻。實(shí)際主要是利用冰融化的潛熱。常壓下冰在0攝氏度融化,冰的汽化潛熱為335kj/kg。能夠滿足0攝氏度以上的制冷要求。冰冷卻時(shí)，常借助空氣或水作中間介質(zhì)以吸收貝冷卻對(duì)象的潛熱。此時(shí)，換熱過(guò)程發(fā)生在水或空氣與冰表面之間。被冷卻物體所能達(dá)到的溫度一般比冰的溶解溫度高5-10攝氏度。厚度10厘米左右的冰塊，其比表面積在25-30平方米/立方米之間。為了增大比表面積，可以將冰粉碎成碎冰。水到冰的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為116W/（平方米*K）。空氣到冰表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與二者之間的溫度差以及空氣的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)。冰鹽相變冷卻冰鹽是指冰和鹽類的混合物。用冰鹽制作制冷劑可以獲得更低的溫度。冰鹽冷卻是利用冰鹽融化過(guò)程的吸熱。冰鹽融化過(guò)程的吸熱包括冰融化吸熱和鹽溶解吸熱這兩種作用。起初，冰吸熱在0攝氏度下融化，融化水在冰表面形成一層水膜；接著，鹽溶解于水，變成鹽水膜，由于溶解要吸收溶解熱，造成鹽水膜的溫度降低；繼而，在較低的溫度下冰進(jìn)一步溶化，并通過(guò)其表層的鹽水膜與被冷卻對(duì)象發(fā)生熱交換。這樣的過(guò)程一直進(jìn)行到冰的全部融化，與鹽形成均勻的鹽水溶液。 冰鹽冷卻能到達(dá)的低溫程度與鹽的種類和混合物中鹽與水的比例有關(guān)。工業(yè)上應(yīng)用最廣的冰鹽是冰塊與工業(yè)食鹽NaCl的混合物。干冰相變冷卻固態(tài)CO2俗稱干冰。CO2的三相點(diǎn)參數(shù)為：溫度-56攝氏度，壓力0.52MPa。干冰在三相點(diǎn)以上吸熱時(shí)融化為液態(tài)二氧化碳；在三相點(diǎn)和三相點(diǎn)一下吸熱時(shí)，則直接升華為二氧化碳蒸氣。干冰是良好的制冷劑，它化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)人體無(wú)害。早在19世紀(jì)，干冰冷卻就用于食品工業(yè)、冷藏運(yùn)輸、醫(yī)療、人工降雨、機(jī)械零件冷處理和冷配合等方面。其他固體升華冷卻近代科學(xué)研究中心為了冷卻紅外探測(cè)器、射線探測(cè)器、機(jī)載紅外設(shè)備等的需要。采用了固態(tài)制冷劑升華的制冷系統(tǒng)。其制冷溫度取決于固體的種類、系統(tǒng)中的壓力和被冷卻對(duì)象的熱負(fù)荷。通過(guò)改變升華氣體的流量來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的被壓和溫度，就可以保持一個(gè)特定的溫度。這種制冷系統(tǒng)的工作壽命由固體制冷劑的用量和被冷卻對(duì)象的熱負(fù)荷決定，有達(dá)1年之久的。固體升華制冷的主要優(yōu)點(diǎn)是升華潛熱大，制冷溫度低，固體制冷劑的貯存密度大。液體蒸發(fā)制冷液體氣化形成蒸汽，利用該過(guò)程的吸熱效應(yīng)制冷的方法稱液體蒸發(fā)制冷。當(dāng)液體處在密閉的容器內(nèi)時(shí)，若容器內(nèi)除了液體和液體本身的蒸汽外不含任何其它氣體，那么液體和蒸氣在某一壓力下將達(dá)到平衡。這種狀態(tài)稱飽和狀態(tài)。如果將一部分飽和蒸汽從容器中抽出，液體就必然要再氣化出一部分蒸汽來(lái)維持平衡。我們以該液體為制冷劑，制冷劑液體氣化時(shí)要吸收氣化潛熱，該熱量來(lái)自被冷卻對(duì)象，只要液體的蒸發(fā)溫度比環(huán)境溫度低，便可使被冷卻對(duì)象變冷或者使它維持在環(huán)境溫度下的某一低溫。為了使上述過(guò)程得以連續(xù)進(jìn)行，必須不斷地從容器中抽走制冷劑蒸汽，再不斷地將其液體補(bǔ)充進(jìn)去。通過(guò)一定的方法將蒸汽抽出，再令其凝結(jié)為液體后返回到容器中，就能滿足這一要求。為使制冷劑蒸氣的冷凝過(guò)程可以在常溫下實(shí)現(xiàn)，需要將制冷劑蒸氣的壓力提高到常溫下的飽和壓力，這樣，制冷劑將在低溫低壓下蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷效應(yīng)；又在常溫和高壓下凝結(jié)向環(huán)境溫度的介質(zhì)排放熱量。凝結(jié)后的制冷劑液體由于壓力較高，返回容器之前需要先降低壓力。由此可見(jiàn)，液體蒸發(fā)制冷循環(huán)必須具備以下四個(gè)基本過(guò)程：制冷劑液體在低壓下氣化產(chǎn)生低壓蒸汽，將低壓蒸汽抽出并提高壓力變成高壓氣。將高壓氣冷凝為高壓液體，高壓液體再降低壓力回到初始的低壓狀態(tài)。其中將低壓蒸汽提高壓力需要能量補(bǔ)償。1.1.3蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)要求掌握：專業(yè)術(shù)語(yǔ)（如制冷量、單位質(zhì)量制冷量、單位體積制冷量等）；單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的特點(diǎn)及工作過(guò)程，壓焓圖，理論制冷循環(huán)的定義和熱力計(jì)算，影響實(shí)際制冷循環(huán)的因素，蒸發(fā)溫度和冷凝溫度的變化對(duì)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷機(jī)性能的影響，制冷劑和載冷劑的定義、性質(zhì)和使用的溫度范圍；雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)中最常見(jiàn)的兩種循環(huán)方式的流程和熱力計(jì)算，中間壓力的確定；復(fù)疊式制冷循環(huán)的流程和熱力計(jì)算。蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器組成，用管道將它們連接成一個(gè)密封系統(tǒng)。制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)以低溫與被冷卻對(duì)象發(fā)生熱交換，吸收被冷卻對(duì)象的熱量并氣化，產(chǎn)生的低壓蒸汽被壓縮機(jī)吸入，經(jīng)壓縮后以高壓排出。壓縮機(jī)排出的高壓氣態(tài)制冷劑進(jìn)冷凝器，被常溫的冷卻水或空氣冷卻，凝結(jié)成高壓液體。高壓液體流經(jīng)膨脹閥時(shí)節(jié)流，變成低壓低溫的氣液兩相混合物，進(jìn)入蒸發(fā)器，其中的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)制冷，產(chǎn)生的低壓蒸汽再次被壓縮機(jī)吸入。如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。蒸氣壓縮式制冷機(jī)是得到最廣泛應(yīng)用的制冷機(jī)，因此它是本書的重點(diǎn)內(nèi)容之一?？赡嬷评溲h(huán)逆卡諾制冷循環(huán) 定義：設(shè)有恒溫?zé)嵩春秃銣責(zé)釁R，其溫度分別為TL 和TH ，在這兩個(gè)溫度 之間的可逆制冷循環(huán)是卡諾制冷循環(huán)。卡諾制冷循環(huán)的原理圖如下所示： 圖1 逆卡諾循環(huán)勞倫茨循環(huán) 勞侖茲循環(huán)熱源的熱容量是有限的，在與制冷工質(zhì)進(jìn)行熱量交換過(guò)程中， 熱源的溫度也將發(fā)生變化，即被冷卻物體（冷源）的溫度將逐漸下降，環(huán)境介質(zhì)（熱源） 的溫度將逐漸上升。為了達(dá)到變溫條件下耗功最小的目的，應(yīng)使制冷工質(zhì)在吸、 排熱過(guò)程中其溫度也發(fā)生變化，而且變化趨勢(shì)與冷、熱源的變化趨勢(shì)完全一樣， 使制冷工質(zhì)與冷、熱源之間進(jìn)行熱交換過(guò)程中的傳熱溫差始終為無(wú)限小，沒(méi)有不可逆換熱損失， 另外兩個(gè)過(guò)程仍分別為可逆絕熱壓縮與可逆絕熱膨脹過(guò)程，如圖2所示。這樣， 1-2-3-4-1即為一個(gè)變溫條件下的可逆逆向循環(huán)-勞侖茲循環(huán)。顯然，實(shí)現(xiàn)這一循環(huán)所消耗 的功為最小，制冷系數(shù)達(dá)到在給定條件下的最大值。圖2 勞侖茲循環(huán)為了表達(dá)變溫條件下可逆循環(huán)的制冷系數(shù)，可采用平均當(dāng)量溫度這一概念。若用T0m表示工質(zhì)的 平均吸熱溫度，用Tm表示工質(zhì)的平均放熱溫度，則 (1)(2)與的大小分別可用面積41562和23652表示，平均吸熱溫度 T0m與平均放熱溫度 Tm就是以熵差為底、面積分別等于41564和23652的矩形的高度。變溫情況下可逆循環(huán)的制冷系數(shù)可表示為 (3)即相當(dāng)于工作在T0m，Tm 之間的逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)。勞倫茨循環(huán)如右圖所示，循環(huán)由兩個(gè)變溫過(guò)程和兩個(gè)等熵過(guò)程組成。 單級(jí)蒸氣壓縮混合工質(zhì)制冷循環(huán) 制冷機(jī)在實(shí)際工作過(guò)程中，冷卻介質(zhì)和被冷卻物體的溫度將發(fā)生變化，冷凝器和蒸發(fā)器中也不可 避免地存在因溫差傳熱而引起的不可逆損失。為了減少這種不可逆損失，制冷工質(zhì)和傳熱介質(zhì)之間應(yīng) 保持盡可能小的傳熱溫差。非共沸混合制冷劑在等壓下冷凝或蒸發(fā)時(shí)溫度均發(fā)生變化，冷凝時(shí)溫度由Tk 逐漸降低至Tk， 蒸發(fā)時(shí)溫度由T0逐漸升高至T0 ，我們利用這一特性，采用非共沸混合工質(zhì)就可以達(dá)到減少傳熱溫差的目的， 如圖3所示。極限情況下循環(huán)即變?yōu)閯趤銎澭h(huán)。圖3 變溫?zé)嵩磿r(shí)逆卡諾循環(huán)非共沸混合制冷劑單級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)的T-S圖及p-h 圖如圖4所示。它與純制冷劑循環(huán)的區(qū)別僅 在于制冷劑在冷凝和蒸發(fā)晨溫度在不為斷地變化。(a)T-S圖 (b)p-h圖圖4 非共沸混合制冷劑單級(jí)蒸汽壓縮制冷循環(huán)的T-S圖及p-h圖采用非共沸混合工質(zhì)不僅可以達(dá)到節(jié)能，而且可以擴(kuò)大溫度使用范圍。1.1.3.2 單級(jí)蒸氣壓縮制冷單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)，冷凝器，膨脹閥和蒸發(fā)器組成。其工作過(guò)程如下:制冷劑在壓力溫度下沸騰，低于被冷卻物體或流體的溫度。壓縮機(jī)不斷地抽吸蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸氣，并將它壓縮到冷凝壓力，然后送往冷凝器，在壓力下等壓冷卻和冷凝成液體，制冷劑冷卻和冷凝時(shí)放出的熱量傳給冷卻介質(zhì)(通常是水或空氣)，與冷凝壓力相對(duì)應(yīng)的冷凝溫度一定要高于冷卻介質(zhì)的溫度，冷凝后的液體通過(guò)膨脹閥或其他節(jié)流元件進(jìn)入蒸發(fā)器。在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，壓縮機(jī)起著壓縮和輸送制冷級(jí)蒸氣并造成蒸發(fā)器中的低壓力，冷凝器中的高壓力的作用，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟;節(jié)流閥對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量;蒸發(fā)器是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量，從而達(dá)到制取冷量的目的;冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，從蒸發(fā)器中吸取的熱量連壓縮機(jī)消耗的功轉(zhuǎn)化的熱量在冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走。1.1.3.2.1 單級(jí)蒸汽壓縮制冷的理論循環(huán) 工作過(guò)程： 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)如下圖1所示。它由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成。其工作過(guò)程如下：制冷劑在蒸發(fā)壓力下沸騰， 蒸發(fā)溫度低于被冷卻物體或流體的溫度。壓縮機(jī)不斷地抽吸蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸氣，并將它壓縮到冷凝壓力， 然后送往冷凝器，在冷凝壓力下等壓冷卻和冷凝成液體，制冷劑冷卻和冷凝時(shí)放出的熱量傳給冷卻介質(zhì)（通常是水或空氣） 與冷凝壓力相對(duì)應(yīng)的冷凝溫度一定要高于冷卻介質(zhì)的溫度，冷凝后的液體通過(guò)膨脹閥或其它節(jié)流元件進(jìn)入蒸發(fā)器。 當(dāng)制冷劑通過(guò)膨脹閥時(shí)，壓力從冷凝壓力降到蒸發(fā)壓力，部分液體氣化，剩余液體的溫度降至蒸發(fā)溫度，于是離開膨脹閥的制冷劑變成溫度為蒸發(fā)溫度的兩相混合物。 混合物中的液體在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，從被冷卻物體中吸取它所需要的氣化潛熱。混合物中的蒸氣通常稱為閃發(fā)蒸氣，在它被壓縮機(jī)重新吸入之前幾乎不再起吸熱作用 。 （點(diǎn)擊放大） 在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，壓縮機(jī)起著壓縮和輸送制冷劑蒸氣并造成蒸發(fā)器中低壓力、冷凝器中高壓力的作用，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟； 節(jié)流閥對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量；蒸發(fā)器是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量，從而達(dá)到制取冷量的目的； 冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，從蒸發(fā)器中吸取的熱量連同壓縮機(jī)消耗的功所轉(zhuǎn)化的熱量的冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走。根據(jù)熱力學(xué)第二定律， 壓縮機(jī)所消耗的功（電能）起了補(bǔ)償作用，使制冷劑不斷從低溫物體中吸熱，并向高溫物體放熱，從而完整個(gè)制冷循環(huán)。 各部件的作用 壓縮機(jī): 壓縮和輸送制冷蒸汽，并造成蒸發(fā)器中低壓、冷凝器中高壓，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟。冷凝器: 是輸出熱量的設(shè)備，將制冷劑在蒸發(fā)器中吸收的熱量和壓縮機(jī)消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量排放給冷卻介質(zhì)。 節(jié)流閥: 對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用，并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。蒸發(fā)器: 是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻對(duì)象的熱量，從而達(dá)到制冷的目的。 壓焓圖： 壓焓圖的結(jié)構(gòu)如下圖2所示。以絕對(duì)壓力為縱坐標(biāo)（為了縮小圖的尺寸，提高低壓區(qū)域的精度， 通常縱坐標(biāo)取對(duì)數(shù)坐標(biāo)），以焓值為橫坐標(biāo)。 圖中臨界點(diǎn)K左邊的粗實(shí)線為飽和液體線，線上的任何一點(diǎn)代表一個(gè)飽和液體狀態(tài)，干度 x=0。 右邊的粗實(shí)線為飽和蒸氣線，線上任何一點(diǎn)代表一個(gè)飽和蒸氣狀態(tài)，干度 x=1。這兩條粗實(shí)線將圖分 為三個(gè)區(qū)域：飽和液體線的左邊為過(guò)冷液體，過(guò)冷液體的溫度低于相同壓力下飽和液體的溫度；飽和蒸氣線的 右邊是過(guò)熱蒸氣區(qū)，該區(qū)域內(nèi)的蒸氣稱為過(guò)熱蒸氣，它的溫度高于同一壓力下飽和蒸氣的溫度； 兩條線之間的區(qū)域?yàn)閮上鄥^(qū)，制冷劑在該區(qū)域內(nèi)處于氣、液混合狀態(tài)（濕蒸氣狀態(tài)）。圖中共有 六種等參數(shù)線簇：等壓線-水平線；等焓線-垂直線；等溫線-液體區(qū)幾乎為垂直線。兩相區(qū)內(nèi)，因制冷劑狀態(tài)的變化是在等壓、等溫下進(jìn)行，故等 溫線與等壓線重合，是水平線。過(guò)熱蒸氣區(qū)為向右下方彎曲的傾斜線；等熵線-向右上方傾斜的實(shí)線；等容線-向右上方傾斜的虛線，比等熵線平坦；等于度線-只存在于濕蒸氣區(qū)域內(nèi)，其方向大致與飽和液體線或飽和蒸氣線相近，視干度大小而定。 各部件的作用 制冷循環(huán)過(guò)程在壓焓圖上的表示 單級(jí)蒸氣壓縮制冷理論循環(huán)工作過(guò)程可清楚地表示在壓焓圖上，如圖3所示。對(duì)于最簡(jiǎn)單的理論循環(huán)（或稱簡(jiǎn)單的飽和循環(huán)），離開蒸發(fā)器和進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑蒸氣是處于蒸發(fā) 壓力下的飽和蒸氣； 離開冷凝器和進(jìn)入膨脹閥的液體是處于冷凝壓力下的飽和液體；壓縮機(jī)的壓縮過(guò)程為等熵壓縮； 制冷劑通過(guò)膨脹閥節(jié)流時(shí)，其前、后焓值相等；制冷劑在蒸發(fā)和冷凝過(guò)程中沒(méi)有壓力損失； 在各設(shè)備的連接管道中制冷劑不發(fā)生狀態(tài)變化；制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)溫度， 蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質(zhì)的溫度。顯然，上述條件與實(shí)際循環(huán)是存在著偏差的， 但由于理論循環(huán)可使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化，便于對(duì)它們進(jìn)行分析研究，而且理論循環(huán)的各個(gè)過(guò)程均是 實(shí)際循環(huán)的基礎(chǔ)，它可作為實(shí)際循環(huán)的比較標(biāo)準(zhǔn)，因此仍有必要對(duì)它加以詳細(xì)的分析與討論。現(xiàn)將圖3中各狀態(tài)點(diǎn)及各個(gè)過(guò)程敘述如下：點(diǎn)1表示制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)的狀態(tài)。它是對(duì)應(yīng)于蒸發(fā)溫度T0的飽和蒸氣。根據(jù)壓力與飽和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 該點(diǎn)位于 的等壓線與飽和蒸氣線（x=1）的交點(diǎn)上。 點(diǎn)2表示制冷劑出壓縮機(jī)時(shí)的狀態(tài)，也就是進(jìn)冷凝器時(shí)的狀態(tài)。過(guò)程線1-2表示制冷劑蒸氣在壓縮機(jī)中的等熵壓縮過(guò)程 ，壓力由蒸發(fā)壓力 升高到冷凝壓力 。因此該點(diǎn)可通過(guò)1點(diǎn)的等熵線和壓力為冷凝壓力的等壓線的交點(diǎn)來(lái)確定。由于壓縮過(guò)程中外界對(duì)制冷劑作功，制冷劑溫度升高，因此點(diǎn)2表示過(guò)熱蒸氣狀態(tài)。 點(diǎn)3表示制冷劑出冷凝器時(shí)的狀態(tài)。它是與冷凝溫度 所對(duì)應(yīng)的飽和液體。過(guò)程線2-2-3表示制冷劑在冷凝器內(nèi)的冷卻（2-2）和冷凝（2-3）的過(guò)程。由于這個(gè)過(guò)程是在冷凝壓力 不變的情況下進(jìn)行的，進(jìn)入冷凝器的過(guò)熱蒸氣首先 將部分熱量放給外界冷卻介質(zhì)，在等壓下冷卻成飽和蒸氣（點(diǎn)2），然后再在等壓、等溫下繼續(xù)放出熱量， 直至最后冷凝成飽和液體（點(diǎn)3）。因此，冷凝壓力的等壓線和x0的飽和液體線的交點(diǎn)即為點(diǎn)3的狀態(tài)。 點(diǎn)4表示制冷劑出節(jié)流閥時(shí)的狀態(tài)，也就是進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)的狀態(tài)。 過(guò)程線3-4表示制冷劑在通過(guò)節(jié)流閥時(shí)的節(jié)流過(guò)程。在這一過(guò)程中，制冷劑的壓力由冷凝壓力降到 蒸發(fā)壓力 ，溫度由冷凝溫度降到蒸發(fā)溫度 ，并進(jìn)入兩相區(qū)。由于節(jié)流前后制冷劑的焓值不變，因此由點(diǎn)3作等焓線與蒸發(fā)壓力的等壓線的交點(diǎn)即為點(diǎn)4的狀態(tài)。由于節(jié)流過(guò)程是一個(gè)不可逆過(guò)程，所以用一虛線表示3-4過(guò)程。 過(guò)程線4-1表示制冷劑在蒸發(fā)器中的氣化過(guò)程。由于這一過(guò)程是在等溫、等壓下進(jìn)行的，液體制冷劑吸取被冷卻介質(zhì)的熱量（即制冷）而不斷氣化，制冷劑的狀態(tài)沿蒸發(fā)壓力的等壓線 向干度增大的方向變化，直到全部變?yōu)轱柡驼魵鉃橹埂＿@樣，制冷劑的狀態(tài)又重新回到進(jìn)入壓縮機(jī)前的狀態(tài)點(diǎn)1，從而完成一個(gè)完整的理論制冷循環(huán)。 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算在進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力計(jì)算之前,首先需要了解系統(tǒng)中各設(shè)備內(nèi)功和熱量的變化情況,然后再對(duì)循環(huán)的性能指標(biāo)進(jìn)行分析和計(jì)算。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，如果忽略位能和動(dòng)能的變化，穩(wěn)定流動(dòng)的能量方程可表示為(1) 式中 Q 和 P 是單位時(shí)間內(nèi)加給系統(tǒng)的熱量和功;qm是流進(jìn)或流出該系統(tǒng)的穩(wěn)定質(zhì)量流量；h是比焓;下標(biāo)1和2分別表示流體流進(jìn)系統(tǒng)和離開系統(tǒng)的狀態(tài)點(diǎn).當(dāng)熱量和功朝向系統(tǒng)時(shí),Q 和 P 取正值. (1) 節(jié)流閥 制冷劑液體通過(guò)節(jié)流孔口時(shí)絕熱膨脹，對(duì)外不作功, P=0,故方程式(1)變?yōu)?2)因此，可認(rèn)為節(jié)流前后其值不變.節(jié)流閥出口處（點(diǎn)4）為兩相混合物，它的焓值也可由下式表示：式中 hf0 和hg0 分別為蒸發(fā)壓力p0 下飽和液體和飽和蒸汽的焓值；x4 為制冷劑出節(jié)流閥時(shí)的干度。將上式移項(xiàng)并整理得（3） 點(diǎn)4比容為（4）式中 Vf0 和Vg0 分別為蒸發(fā)溫度t0 下飽和液體和飽和蒸汽的比容。（2）壓縮機(jī)如果忽略壓縮機(jī)與外界環(huán)境所交換的熱量，則由式（1）得（5）式中 （h2-h1)表示壓縮機(jī)每壓縮并輸送1kg的制冷劑所消耗的功，稱為理論比功。 （3）蒸發(fā)器被冷卻物質(zhì)通過(guò)蒸發(fā)器向制冷劑傳送Q0 ,因?yàn)檎舭l(fā)器不作功，故方程式（1）變?yōu)椋?）由上式可以看出制冷量與兩個(gè)因數(shù)有關(guān)：制冷劑的質(zhì)量流量qm和制冷劑進(jìn)出口蒸發(fā)器的焓差(h1-h4)。(h1-h4)稱為單位質(zhì)量制冷量，它表示1kg制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)從被冷卻物質(zhì)中吸取的熱量，用q0表示。 質(zhì)量流量與容積qv有如下關(guān)系：（7） 用壓縮機(jī)進(jìn)口出V1代入上式得：（8） 將方程（8）代入（6）得:（9）（4）冷凝器假設(shè)制冷劑在冷凝器中向外界放出熱量為Qk ,那么（10）式中 (h2-h3)稱為冷凝器單位熱負(fù)荷，用qv表示。它表示1kg制冷劑蒸汽在冷凝器中放出的熱量。 (5)制冷系數(shù)按定義，在理論循環(huán)中，制冷系數(shù)可用下式表示 （11）在下一頁(yè)我們通過(guò)一個(gè)例題來(lái)講解熱力計(jì)算過(guò)程 例題：假定循環(huán)為單級(jí)壓縮蒸氣制冷的理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度t0=10,冷凝溫度為35，工質(zhì)為R22，循環(huán)的制冷量Q0=55kw,試對(duì)該循環(huán)進(jìn)行熱力計(jì)算。解：該循環(huán)的壓焓圖如下所示： 根據(jù)R22的熱力性質(zhì)表，查出處于飽和線上的有關(guān)狀態(tài)參數(shù)值：h1=401.555 kJ/kg v1=0.0653 m3/kgh3=h4=243.114 kJ/kg p0=0.3543 MPapk=1.3548 MPa由圖可知：h2=435.2 kJ/kg t2=57圖4 壓焓圖1 單位質(zhì)量制冷量 q0=h1h4=158.441 kJ/kg2 單位容積制冷量 3 制冷劑質(zhì)量流量 4 理論比功 w0=h2h1=33.645 kJ/kg5 壓縮機(jī)消耗的理論功率 P0=qmw0=11.68 kw6 壓縮機(jī)吸入的容積 V=qmv1=0.0227 m3/s 7 制冷系數(shù) 8 冷凝器單位熱負(fù)荷 qk=h2h3=192.086 kJ/kg9 冷凝器熱負(fù)荷 Qk=qmqk=66.67 kw1.1.3.2.1 單級(jí)蒸汽壓縮制冷的理論循環(huán) 工作過(guò)程： 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)如下圖1所示。它由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成。其工作過(guò)程如下：制冷劑在蒸發(fā)壓力下沸騰， 蒸發(fā)溫度低于被冷卻物體或流體的溫度。壓縮機(jī)不斷地抽吸蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸氣，并將它壓縮到冷凝壓力， 然后送往冷凝器，在冷凝壓力下等壓冷卻和冷凝成液體，制冷劑冷卻和冷凝時(shí)放出的熱量傳給冷卻介質(zhì)（通常是水或空氣） 與冷凝壓力相對(duì)應(yīng)的冷凝溫度一定要高于冷卻介質(zhì)的溫度，冷凝后的液體通過(guò)膨脹閥或其它節(jié)流元件進(jìn)入蒸發(fā)器。 當(dāng)制冷劑通過(guò)膨脹閥時(shí)，壓力從冷凝壓力降到蒸發(fā)壓力，部分液體氣化，剩余液體的溫度降至蒸發(fā)溫度，于是離開膨脹閥的制冷劑變成溫度為蒸發(fā)溫度的兩相混合物。 混合物中的液體在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，從被冷卻物體中吸取它所需要的氣化潛熱?；旌衔镏械恼魵馔ǔ７Q為閃發(fā)蒸氣，在它被壓縮機(jī)重新吸入之前幾乎不再起吸熱作用。 （點(diǎn)擊放大） 在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，壓縮機(jī)起著壓縮和輸送制冷劑蒸氣并造成蒸發(fā)器中低壓力、冷凝器中高壓力的作用，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟； 節(jié)流閥對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量；蒸發(fā)器是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量，從而達(dá)到制取冷量的目的； 冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，從蒸發(fā)器中吸取的熱量連同壓縮機(jī)消耗的功所轉(zhuǎn)化的熱量的冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走。根據(jù)熱力學(xué)第二定律， 壓縮機(jī)所消耗的功（電能）起了補(bǔ)償作用，使制冷劑不斷從低溫物體中吸熱，并向高溫物體放熱，從而完整個(gè)制冷循環(huán)。 各部件的作用 壓縮機(jī): 壓縮和輸送制冷蒸汽，并造成蒸發(fā)器中低壓、冷凝器中高壓，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟。冷凝器: 是輸出熱量的設(shè)備，將制冷劑在蒸發(fā)器中吸收的熱量和壓縮機(jī)消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量排放給冷卻介質(zhì)。 節(jié)流閥: 對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用，并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。蒸發(fā)器: 是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻對(duì)象的熱量，從而達(dá)到制冷的目的。 壓焓圖： 壓焓圖的結(jié)構(gòu)如下圖2所示。以絕對(duì)壓力為縱坐標(biāo)（為了縮小圖的尺寸，提高低壓區(qū)域的精度， 通?？v坐標(biāo)取對(duì)數(shù)坐標(biāo)），以焓值為橫坐標(biāo)。 圖中臨界點(diǎn)K左邊的粗實(shí)線為飽和液體線，線上的任何一點(diǎn)代表一個(gè)飽和液體狀態(tài)，干度 x=0。 右邊的粗實(shí)線為飽和蒸氣線，線上任何一點(diǎn)代表一個(gè)飽和蒸氣狀態(tài)，干度 x=1。這兩條粗實(shí)線將圖分 為三個(gè)區(qū)域：飽和液體線的左邊為過(guò)冷液體，過(guò)冷液體的溫度低于相同壓力下飽和液體的溫度；飽和蒸氣線的 右邊是過(guò)熱蒸氣區(qū)，該區(qū)域內(nèi)的蒸氣稱為過(guò)熱蒸氣，它的溫度高于同一壓力下飽和蒸氣的溫度； 兩條線之間的區(qū)域?yàn)閮上鄥^(qū)，制冷劑在該區(qū)域內(nèi)處于氣、液混合狀態(tài)（濕蒸氣狀態(tài)）。圖中共有 六種等參數(shù)線簇：等壓線-水平線；等焓線-垂直線；等溫線-液體區(qū)幾乎為垂直線。兩相區(qū)內(nèi)，因制冷劑狀態(tài)的變化是在等壓、等溫下進(jìn)行，故等 溫線與等壓線重合，是水平線。過(guò)熱蒸氣區(qū)為向右下方彎曲的傾斜線；等熵線-向右上方傾斜的實(shí)線；等容線-向右上方傾斜的虛線，比等熵線平坦；等于度線-只存在于濕蒸氣區(qū)域內(nèi)，其方向大致與飽和液體線或飽和蒸氣線相近，視干度大小而定。 各部件的作用 制冷循環(huán)過(guò)程在壓焓圖上的表示 單級(jí)蒸氣壓縮制冷理論循環(huán)工作過(guò)程可清楚地表示在壓焓圖上，如圖3所示。對(duì)于最簡(jiǎn)單的理論循環(huán)（或稱簡(jiǎn)單的飽和循環(huán)），離開蒸發(fā)器和進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑蒸氣是處于蒸發(fā) 壓力下的飽和蒸氣； 離開冷凝器和進(jìn)入膨脹閥的液體是處于冷凝壓力下的飽和液體；壓縮機(jī)的壓縮過(guò)程為等熵壓縮； 制冷劑通過(guò)膨脹閥節(jié)流時(shí)，其前、后焓值相等；制冷劑在蒸發(fā)和冷凝過(guò)程中沒(méi)有壓力損失； 在各設(shè)備的連接管道中制冷劑不發(fā)生狀態(tài)變化；制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)溫度， 蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質(zhì)的溫度。顯然，上述條件與實(shí)際循環(huán)是存在著偏差的， 但由于理論循環(huán)可使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化，便于對(duì)它們進(jìn)行分析研究，而且理論循環(huán)的各個(gè)過(guò)程均是 實(shí)際循環(huán)的基礎(chǔ)，它可作為實(shí)際循環(huán)的比較標(biāo)準(zhǔn)，因此仍有必要對(duì)它加以詳細(xì)的分析與討論。 現(xiàn)將圖3中各狀態(tài)點(diǎn)及各個(gè)過(guò)程敘述如下：點(diǎn)1表示制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)的狀態(tài)。它是對(duì)應(yīng)于蒸發(fā)溫度T0的飽和蒸氣。根據(jù)壓力與飽和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 該點(diǎn)位于 的等壓線與飽和蒸氣線（x=1）的交點(diǎn)上。 點(diǎn)2表示制冷劑出壓縮機(jī)時(shí)的狀態(tài)，也就是進(jìn)冷凝器時(shí)的狀態(tài)。過(guò)程線1-2表示制冷劑蒸氣在壓縮機(jī)中的等熵壓縮過(guò)程 ，壓力由蒸發(fā)壓力 升高到冷凝壓力 。因此該點(diǎn)可通過(guò)1點(diǎn)的等熵線和壓力為冷凝壓力的等壓線的交點(diǎn)來(lái)確定。由于壓縮過(guò)程中外界對(duì)制冷劑作功，制冷劑溫度升高，因此點(diǎn)2表示過(guò)熱蒸氣狀態(tài)。 點(diǎn)3表示制冷劑出冷凝器時(shí)的狀態(tài)。它是與冷凝溫度 所對(duì)應(yīng)的飽和液體。過(guò)程線2-2-3表示制冷劑在冷凝器內(nèi)的冷卻（2-2）和冷凝（2-3）的過(guò)程。由于這個(gè)過(guò)程是在冷凝壓力 不變的情況下進(jìn)行的，進(jìn)入冷凝器的過(guò)熱蒸氣首先 將部分熱量放給外界冷卻介質(zhì)，在等壓下冷卻成飽和蒸氣（點(diǎn)2），然后再在等壓、等溫下繼續(xù)放出熱量， 直至最后冷凝成飽和液體（點(diǎn)3）。因此，冷凝壓力的等壓線和x0的飽和液體線的交點(diǎn)即為點(diǎn)3的狀態(tài)。 點(diǎn)4表示制冷劑出節(jié)流閥時(shí)的狀態(tài)，也就是進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)的狀態(tài)。 過(guò)程線3-4表示制冷劑在通過(guò)節(jié)流閥時(shí)的節(jié)流過(guò)程。在這一過(guò)程中，制冷劑的壓力由冷凝壓力降到 蒸發(fā)壓力 ，溫度由冷凝溫度降到蒸發(fā)溫度 ，并進(jìn)入兩相區(qū)。由于節(jié)流前后制冷劑的焓值不變，因此由點(diǎn)3作等焓線與蒸發(fā)壓力的等壓線的交點(diǎn)即為點(diǎn)4的狀態(tài)。由于節(jié)流過(guò)程是一個(gè)不可逆過(guò)程，所以用一虛線表示3-4過(guò)程。 過(guò)程線4-1表示制冷劑在蒸發(fā)器中的氣化過(guò)程。由于這一過(guò)程是在等溫、等壓下進(jìn)行的，液體制冷劑吸取被冷卻介質(zhì)的熱量（即制冷）而不斷氣化，制冷劑的狀態(tài)沿蒸發(fā)壓力的等壓線 向干度增大的方向變化，直到全部變?yōu)轱柡驼魵鉃橹?。這樣，制冷劑的狀態(tài)又重新回到進(jìn)入壓縮機(jī)前的狀態(tài)點(diǎn)1，從而完成一個(gè)完整的理論制冷循環(huán)。單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算在進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力計(jì)算之前,首先需要了解系統(tǒng)中各設(shè)備內(nèi)功和熱量的變化情況,然后再對(duì)循環(huán)的性能指標(biāo)進(jìn)行分析和計(jì)算。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，如果忽略位能和動(dòng)能的變化，穩(wěn)定流動(dòng)的能量方程可表示為(1) 式中 Q 和 P 是單位時(shí)間內(nèi)加給系統(tǒng)的熱量和功;qm是流進(jìn)或流出該系統(tǒng)的穩(wěn)定質(zhì)量流量；h是比焓;下標(biāo)1和2分別表示流體流進(jìn)系統(tǒng)和離開系統(tǒng)的狀態(tài)點(diǎn).當(dāng)熱量和功朝向系統(tǒng)時(shí),Q 和 P 取正值. (1) 節(jié)流閥 制冷劑液體通過(guò)節(jié)流孔口時(shí)絕熱膨脹，對(duì)外不作功, P=0,故方程式(1)變?yōu)?2)因此，可認(rèn)為節(jié)流前后其值不變.節(jié)流閥出口處（點(diǎn)4）為兩相混合物，它的焓值也可由下式表示：式中 hf0 和hg0 分別為蒸發(fā)壓力p0 下飽和液體和飽和蒸汽的焓值；x4 為制冷劑出節(jié)流閥時(shí)的干度。將上式移項(xiàng)并整理得（3） 點(diǎn)4比容為（4）式中 Vf0 和Vg0 分別為蒸發(fā)溫度t0 下飽和液體和飽和蒸汽的比容。（2）壓縮機(jī)如果忽略壓縮機(jī)與外界環(huán)境所交換的熱量，則由式（1）得（5）式中 （h2-h1)表示壓縮機(jī)每壓縮并輸送1kg的制冷劑所消耗的功，稱為理論比功。（3）蒸發(fā)器 被冷卻物質(zhì)通過(guò)蒸發(fā)器向制冷劑傳送Q0 ,因?yàn)檎舭l(fā)器不作功，故方程式（1）變?yōu)椋?）由上式可以看出制冷量與兩個(gè)因數(shù)有關(guān)：制冷劑的質(zhì)量流量qm和制冷劑進(jìn)出口蒸發(fā)器的焓差(h1-h4)。(h1-h4)稱為單位質(zhì)量制冷量，它表示1kg制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)從被冷卻物質(zhì)中吸取的熱量，用q0表示。 質(zhì)量流量與容積qv有如下關(guān)系：（7） 用壓縮機(jī)進(jìn)口出V1代入上式得：（8） 將方程（8）代入（6）得:（9）（4）冷凝器 假設(shè)制冷劑在冷凝器中向外界放出熱量為Qk ,那么（10）式中 (h2-h3)稱為冷凝器單位熱負(fù)荷，用qv表示。它表示1kg制冷劑蒸汽在冷凝器中放出的熱量。 (5)制冷系數(shù) 按定義，在理論循環(huán)中，制冷系數(shù)可用下式表示（11）在下一頁(yè)我們通過(guò)一個(gè)例題來(lái)講解熱力計(jì)算過(guò)程 例題：假定循環(huán)為單級(jí)壓縮蒸氣制冷的理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度t0=10,冷凝溫度為35，工質(zhì)為R22，循環(huán)的制冷量Q0=55kw,試對(duì)該循環(huán)進(jìn)行熱力計(jì)算。解：該循環(huán)的壓焓圖如下所示： 根據(jù)R22的熱力性質(zhì)表，查出處于飽和線上的有關(guān)狀態(tài)參數(shù)值：h1=401.555 kJ/kg v1=0.0653 m3/kgh3=h4=243.114 kJ/kg p0=0.3543 MPapk=1.3548 MPa由圖可知：h2=435.2 kJ/kg t2=571 單位質(zhì)量制冷量 q0=h1h4=158.441 kJ/kg 2 單位容積制冷量 3 制冷劑質(zhì)量流量 4 理論比功 w0=h2h1=33.645 kJ/kg5 壓縮機(jī)消耗的理論功率 P0=qmw0=11.68 kw6 壓縮機(jī)吸入的容積 V=qmv1=0.0227 m3/s7 制冷系數(shù) 8 冷凝器單位熱負(fù)荷 qk=h2h3=192.086 kJ/kg9 冷凝器熱負(fù)荷 Qk=qmqk=66.67 kw各種實(shí)際因素對(duì)循環(huán)的影響 液體過(guò)冷對(duì)循環(huán)的影響液體制冷劑節(jié)流后進(jìn)入濕蒸汽區(qū)，節(jié)流后制冷劑的干度愈小，它在蒸發(fā)器中氣 化時(shí)的吸熱量愈大，循環(huán)的制冷系數(shù)愈高。在一定的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下，采用使節(jié)流前制冷劑液體過(guò)冷的方法可以達(dá)到減少節(jié)流后干度的目的。在世界循環(huán)中，往往采用一定的過(guò)冷度通常情況下，假定冷凝器出水溫度比冷凝溫度低3-5K，冷卻水在冷凝器中的溫升為38K，因而冷卻水的進(jìn)口溫度比出口溫度低513K，這就足以使制冷劑出口溫度達(dá)到一定的過(guò)冷度。下圖1為具有液體過(guò)冷的循環(huán)和理論循環(huán)的對(duì)比圖，1-2-3-4-1為理論循環(huán)，1-2-3-4-1表示過(guò)冷循環(huán)。 兩個(gè)循環(huán)的比功相同，過(guò)冷循環(huán)中單位制冷量增加，從而導(dǎo)致過(guò)冷循環(huán)的制冷系數(shù)增加。圖1 具有液體過(guò)冷的循環(huán)蒸氣過(guò)熱對(duì)循環(huán)性能的影響實(shí)際循環(huán)中，為了不將液滴帶入壓縮機(jī)，通常制冷劑液體在蒸發(fā)器中完全蒸發(fā)后 仍然要繼續(xù)吸收一部分熱量，這樣，在它到達(dá)壓縮機(jī)之前已處于過(guò)熱狀態(tài)，如下圖表示。1-2-3-4-1表示理論循環(huán)，1-2-3-4-1表示具有蒸氣過(guò)熱的循環(huán)。 圖2 具有蒸汽過(guò)熱循環(huán)吸入過(guò)熱蒸氣對(duì)制冷量和制冷系數(shù)的影響取決于蒸氣過(guò)程時(shí)吸收的熱量是否產(chǎn)生有用的制冷效果以及過(guò)熱度的大小。（1）過(guò)熱沒(méi)有產(chǎn)生有用的制冷效果由蒸發(fā)器出來(lái)的低溫制冷劑蒸氣，在通過(guò)吸入管道進(jìn)入壓縮機(jī)之前，從周圍環(huán)境中吸取熱量而過(guò)熱，但它并沒(méi)有對(duì)被冷卻物質(zhì)產(chǎn)生任何制冷效應(yīng)，這種過(guò)熱稱為“無(wú)效”過(guò)熱。由于循環(huán)的單位制冷量和運(yùn)行在相同冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下的理論循環(huán)的單位制冷量是相等的，但蒸氣比容的增加使單位容積制冷量減少，對(duì)給定壓縮機(jī)而言它將導(dǎo)致循環(huán)制冷量的降低。 （2）吸熱本身產(chǎn)生有用的制冷效果如果吸入蒸氣的過(guò)熱產(chǎn)生在蒸發(fā)器本身的后部，或者產(chǎn)生在安裝于被冷卻室內(nèi)的 吸氣管道上，或者產(chǎn)生在兩者皆有的情況下，那么，由于過(guò)熱而吸收的熱量來(lái)自被冷卻空間，因而產(chǎn)生了有用的制冷效果，我們稱這種過(guò)熱為“有效”過(guò)熱。 下圖為一些制冷劑在過(guò)熱區(qū)內(nèi)單容積制冷量的變化情況。從圖中可以看出，氨過(guò)熱對(duì)容積制冷量是不利的，它將使裝置的制冷量減少。圖3 各種制冷劑在過(guò)熱區(qū)內(nèi)單位容積制冷量的變化情況氣、液熱交換對(duì)循環(huán)性能的影響在系統(tǒng)中增加一個(gè)氣-液熱交換器，結(jié)果使得制冷劑液體過(guò)冷，低溫蒸氣有效過(guò)熱。這樣，不但可增加單位制冷量，而且可以減少蒸氣與環(huán)境空氣之間的傳熱溫差，減少甚至消除吸氣管道中的有害過(guò)熱 具有氣-液熱交換器的壓焓圖如下所示。 圖4 回?zé)嵫h(huán)的P-H圖熱交換及壓力損失對(duì)循環(huán)性能的影響實(shí)際循環(huán)中，由于熱交換和流動(dòng)阻力的存在，制冷劑熱力狀態(tài)的變化不可避免。 下面將討論這些因素對(duì)循環(huán)性能的影響（1）吸入管道 吸入管道對(duì)循環(huán)性能的影響最大。吸入管道中的壓力降始終是有害的，它使得吸 氣比容增大，壓縮機(jī)的壓力比增大，單位容積制冷量減少，壓縮機(jī)容積效率降低，比壓力增大，制冷系數(shù)下降。（2）排出管道 在壓縮機(jī)的排出管道中，