第3章 蒸氣壓縮式制冷

1、多媒體教學(xué)課件多媒體教學(xué)課件李文科 制作第三章第三章 蒸氣壓縮式制冷蒸氣壓縮式制冷第一節(jié)第一節(jié) 可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán) 第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的 理論循環(huán)理論循環(huán)第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的 實(shí)際循環(huán)實(shí)際循環(huán)第四節(jié)第四節(jié) 蒸氣壓縮式制冷中的制冷劑蒸氣壓縮式制冷中的制冷劑第三章第三章 蒸氣壓縮式制冷蒸氣壓縮式制冷第五節(jié)第五節(jié) 采用混合制冷劑的單級(jí)采用混合制冷劑的單級(jí) 蒸氣壓縮式制冷循環(huán)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)第六節(jié)第六節(jié) 多級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)多級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)第七節(jié)第七節(jié) 復(fù)疊式制冷復(fù)疊式制冷第八節(jié)第八節(jié) COCO2 2制冷制冷第一節(jié)第一節(jié)

2、可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán)內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要一、壓縮式制冷的熱力學(xué)原理概述一、壓縮式制冷的熱力學(xué)原理概述二、逆向卡諾制冷循環(huán)二、逆向卡諾制冷循環(huán)三、勞倫茨循環(huán)三、勞倫茨循環(huán)第一節(jié)第一節(jié) 可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán) 一、壓縮式制冷的熱力學(xué)原理概述一、壓縮式制冷的熱力學(xué)原理概述 制冷系統(tǒng)是利用逆向循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，通過制冷系統(tǒng)是利用逆向循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，通過能量能量補(bǔ)償補(bǔ)償，使制冷劑在循環(huán)中不斷地從溫度較低的被冷卻對(duì)象，使制冷劑在循環(huán)中不斷地從溫度較低的被冷卻對(duì)象中中吸取熱量吸取熱量，并向溫度較高的冷卻介質(zhì)，并向溫度較高的冷卻介質(zhì)排放熱量排放熱量。 一般將流出熱量的對(duì)象一般將流出熱量的對(duì)象(

3、(制冷劑從中吸收熱量制冷劑從中吸收熱量) )稱為稱為熱熱源源；將流入熱量的對(duì)象；將流入熱量的對(duì)象( (制冷劑向其排放熱量制冷劑向其排放熱量) )稱為稱為熱匯熱匯。 制冷循環(huán)的熱力學(xué)本質(zhì)是：制冷循環(huán)的熱力學(xué)本質(zhì)是：用能量補(bǔ)償?shù)姆绞桨褵崃坑媚芰垦a(bǔ)償?shù)姆绞桨褵崃繌牡蜏責(zé)嵩磁诺礁邷責(zé)釁R。從低溫?zé)嵩磁诺礁邷責(zé)釁R。從這一本質(zhì)出發(fā)，制冷循環(huán)不但可以實(shí)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)使物體降到環(huán)境溫度以下的制冷目的制冷目的，而且可以用于使物體升到環(huán)境溫度以上的加熱目的加熱目的。第一節(jié)第一節(jié) 可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán) 1. 1.制冷機(jī)與熱泵制冷機(jī)與熱泵 在制冷機(jī)制冷機(jī)中人們以以環(huán)境環(huán)境( (環(huán)境溫度的水或空氣環(huán)境溫度的水或空氣) )

4、為為高溫高溫?zé)釁R熱匯，利用逆向循環(huán)在低溫下從低溫?zé)嵩次鼰?，收益是制制冷量冷量。如果以以環(huán)境環(huán)境為低溫?zé)嵩?，為低溫?zé)嵩?，利用循環(huán)在高溫下向高溫?zé)釁R排熱，收益是供熱量供熱量，便可用此熱量將某空間或物體加熱到環(huán)境溫度以上。具有這種用途的機(jī)器叫做“熱泵熱泵”?？梢姡瑹岜门c制冷機(jī)循環(huán)的熱力學(xué)本質(zhì)完全相同。這就是將熱泵納入制冷技術(shù)范疇的理由。它們的區(qū)別僅在于使用目的。單一用于制冷的機(jī)器叫制冷機(jī)；單一用于供熱的機(jī)器叫熱泵。制冷機(jī)可以做成在一些時(shí)候用來制冷，在另一些時(shí)候用來供熱，這樣的制冷機(jī)叫做熱泵型制冷機(jī)熱泵型制冷機(jī)。第一節(jié)第一節(jié) 可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán) 制冷機(jī)和熱泵的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖制冷機(jī)和熱泵的能量轉(zhuǎn)

5、換關(guān)系如圖3 31 1所示。所示。圖中，制冷劑從低溫?zé)嵩次盏臒崃坑肣L(或Q0)表示，向高溫?zé)釁R排放的熱量用QH表示，補(bǔ)償能用E表示。 圖圖3 31 1 制冷機(jī)和熱泵的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系圖制冷機(jī)和熱泵的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系圖第一節(jié)第一節(jié) 可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán) 2 2制冷循環(huán)的性能系數(shù)制冷循環(huán)的性能系數(shù)COP和循環(huán)效率和循環(huán)效率 性能系數(shù)用來反映消耗一定的補(bǔ)償能可以獲得多少收益能。性能系數(shù)的定義為：性能系數(shù)的定義為：循環(huán)中收益能數(shù)值與補(bǔ)償能數(shù)循環(huán)中收益能數(shù)值與補(bǔ)償能數(shù)值之比，值之比，即 COP=收益能量/補(bǔ)償能量 循環(huán)用于制冷時(shí)，循環(huán)用于制冷時(shí)，制冷機(jī)的性能系數(shù)為 COPR=Q0/E (31) 循環(huán)用于

6、供熱時(shí)，循環(huán)用于供熱時(shí)，熱泵的性能系數(shù)為 COPH=QH/E (32) 按熱力學(xué)第一定律，有 QH=Q0+E (33) 所以 COPH=COPR+1 (34)第一節(jié)第一節(jié) 可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán) 由式(34)可知，熱泵的性能系數(shù)恒大于熱泵的性能系數(shù)恒大于1。這說明，這說明，用熱泵供暖，可以獲得比所消耗補(bǔ)償能量更多的供熱量。用熱泵供暖，可以獲得比所消耗補(bǔ)償能量更多的供熱量。 因?yàn)樵谡魵鈮嚎s制冷機(jī)或熱泵中，補(bǔ)償能是向壓縮機(jī)輸入的電能或機(jī)械能，記作W。同時(shí)，制冷行業(yè)中習(xí)慣上將壓縮式制冷機(jī)的性能系數(shù)又叫做壓縮式制冷機(jī)的性能系數(shù)又叫做制冷系數(shù)制冷系數(shù)，將熱泵的性，將熱泵的性能系數(shù)又叫做能系數(shù)又叫做供熱

7、系數(shù)供熱系數(shù)。所以，壓縮式制冷機(jī)和熱泵中 COPR=Q0/W (35) COPH=QH/W (36) 以后的論述主要針對(duì)制冷機(jī)，其性能系數(shù)簡(jiǎn)單記作以后的論述主要針對(duì)制冷機(jī)，其性能系數(shù)簡(jiǎn)單記作COP，不再出現(xiàn)下標(biāo)，不再出現(xiàn)下標(biāo)“R”。第一節(jié)第一節(jié) 可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán) 循環(huán)效率循環(huán)效率(也稱為也稱為熱力完善度熱力完善度)用來說明制冷循環(huán)與可逆制冷循環(huán)的接近程度。熱力學(xué)上最為完善的循環(huán)是可逆循環(huán)。制冷循環(huán)的循環(huán)效率定義為：制冷循環(huán)的循環(huán)效率定義為：一個(gè)制冷循環(huán)的性能一個(gè)制冷循環(huán)的性能系數(shù)系數(shù)COP與相同低溫?zé)嵩?、高溫?zé)釁R溫度下可逆制冷循環(huán)與相同低溫?zé)嵩?、高溫?zé)釁R溫度下可逆制冷循環(huán)的性能系數(shù)的性

8、能系數(shù)COPc之比，之比，即 =COP/COPc (37) 實(shí)際制冷循環(huán)中總會(huì)存在各種不可逆因素，其循環(huán)效率的循環(huán)效率的值值介于介于01之間。之間。越接近1，說明越接近可逆循環(huán)，循環(huán)的熱力學(xué)完善程度越高。第一節(jié)第一節(jié) 可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán) 二、卡諾制冷循環(huán)二、卡諾制冷循環(huán) 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)溫度之間工作的可逆制冷循環(huán)是卡諾制冷循環(huán)卡諾制冷循環(huán)。 逆向卡諾循環(huán)由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)等熵過程組成，逆向卡諾循環(huán)由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)等熵過程組成，如圖如圖32a所示。所示。工質(zhì)在循環(huán)中以TL溫度從低溫?zé)嵩吹葴匚鼰?過程41)，再等熵壓縮到溫度升至TH(過程12)，

9、又在TH下向高溫?zé)釁R等溫放熱(過程23)，然后等熵膨脹到溫度降至TL(過程34)，回到循環(huán)開始狀態(tài)。循環(huán)中的一些參數(shù)按以下公式確定： 循環(huán)的吸熱量循環(huán)的吸熱量 循環(huán)的排熱量循環(huán)的排熱量 循環(huán)的凈輸入功循環(huán)的凈輸入功sTssTQLL)(410sTssTQHHH)(32sTTWLH)(第一節(jié)第一節(jié) 可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán)圖圖3 32 2 卡諾制冷循環(huán)卡諾制冷循環(huán)第一節(jié)第一節(jié) 可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán) 由能量守衡有 性能系數(shù)為 (38) 式式(38)給出卡諾制冷循環(huán)性能系數(shù)的表達(dá)式，給出卡諾制冷循環(huán)性能系數(shù)的表達(dá)式，它是相同的低溫?zé)嵩?、高溫?zé)釁R溫度條件下制冷循環(huán)性能系數(shù)在理論上的最高值。式式(38

10、)表明：表明： (1)(1)卡諾制冷循環(huán)的性能系數(shù)卡諾制冷循環(huán)的性能系數(shù)COPc只與熱源和熱匯的只與熱源和熱匯的溫度有關(guān)，而與制冷劑的性質(zhì)無關(guān)。溫度有關(guān)，而與制冷劑的性質(zhì)無關(guān)。 (2)(2)COPc的大小隨的大小隨TH/TL改變，改變，TH/TL越大則越大則COPc越小。越小。TH一定時(shí)，一定時(shí)，TL越低則越低則COPc越小。越小。 圖32b給出不同TH、TL時(shí)COPc變化的具體數(shù)值。WQQH0110LHLHLcTTTTTWQCOP第一節(jié)第一節(jié) 可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán) 以上結(jié)論對(duì)于評(píng)價(jià)制冷機(jī)經(jīng)濟(jì)性的意義在于：以上結(jié)論對(duì)于評(píng)價(jià)制冷機(jī)經(jīng)濟(jì)性的意義在于： (1)(1)制冷機(jī)的制冷機(jī)的COP與熱源和

11、熱匯的溫度條件有關(guān)。與熱源和熱匯的溫度條件有關(guān)。 (2)(2)用用COP值來評(píng)價(jià)或比較制冷機(jī)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)性時(shí)，值來評(píng)價(jià)或比較制冷機(jī)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)性時(shí)，只有指明只有指明TH、TL評(píng)價(jià)才有意義；評(píng)價(jià)才有意義；只有在同樣的TH、TL條件下，才可以用COP值來比較兩臺(tái)或幾臺(tái)制冷機(jī)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)性。 (3)(3)循環(huán)效率的定義本身已包含了相同熱源和熱匯條件下的比較，所以根據(jù)根據(jù)值的大小可以直接評(píng)價(jià)和比較各值的大小可以直接評(píng)價(jià)和比較各種制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。種制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。第一節(jié)第一節(jié) 可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán) 三、勞倫茨循環(huán)三、勞倫茨循環(huán) 恒溫?zé)嵩春秃銣責(zé)釁R條件下的可逆制冷循環(huán)是卡諾制冷循環(huán)。恒溫?zé)嵩春蜔釁R的假定

12、意味著熱源和熱匯的熱容量無窮大。事實(shí)上，熱源(匯)的熱容量有限，熱源在放熱過程中溫度將降低，熱匯在吸熱過程中溫度將升高，即它們是溫度變化的熱源(匯)。 針對(duì)變溫?zé)嵩春妥儨責(zé)釁R條件，制冷劑變溫吸熱、變針對(duì)變溫?zé)嵩春妥儨責(zé)釁R條件，制冷劑變溫吸熱、變溫排熱的循環(huán)是溫排熱的循環(huán)是勞倫茨循環(huán)勞倫茨循環(huán)。勞倫茨循環(huán)如圖勞倫茨循環(huán)如圖33所示。所示。循環(huán)由兩個(gè)變溫過程和兩個(gè)等熵過程組成。循環(huán)由兩個(gè)變溫過程和兩個(gè)等熵過程組成。過程12為制冷劑等熵壓縮過程；23過程為變溫放熱過程；34過程為等熵膨脹過程；過程41為變溫吸熱過程。第一節(jié)第一節(jié) 可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán)圖圖3 33 3 勞倫茨循環(huán)勞倫茨循環(huán)第一節(jié)第

13、一節(jié) 可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán) 如果上述循環(huán)中滿足：對(duì)于變溫放熱過程23，制冷劑在放熱時(shí)溫度的變化與熱匯的溫度變化相一致，二者之間沒有傳熱溫差；對(duì)于變溫吸熱過程41，制冷劑在吸熱時(shí)溫度的變化與熱源的溫度變化相一致，二者之間沒有傳熱溫差。那么，該循環(huán)的各個(gè)過程都是可逆過程，為可逆勞倫茨循環(huán)?？赡鎰趥惔难h(huán)是變溫源可逆勞倫茨循環(huán)是變溫源(匯匯)條件條件下熱力學(xué)下熱力學(xué)上最理想的循環(huán)。上最理想的循環(huán)。 分析可逆勞倫茨循環(huán)時(shí)引入平均當(dāng)量溫度平均當(dāng)量溫度的概念。設(shè)Tm是放熱過程的平均當(dāng)量溫度；T0m是吸熱過程的平均當(dāng)量溫度。 23過程單位質(zhì)量的放熱量單位質(zhì)量的放熱量 (39)sTssTTdsqmm)(3

14、223第一節(jié)第一節(jié) 可逆制冷循環(huán)可逆制冷循環(huán) 41過程單位質(zhì)量的吸熱量單位質(zhì)量的吸熱量 (310) 循環(huán)的單位質(zhì)量輸入功單位質(zhì)量輸入功 (31l) 循環(huán)的性能系數(shù)性能系數(shù) (312) 可見，勞倫茨制冷循環(huán)的性能系數(shù)的值，相當(dāng)于在Tm和T0m恒溫源(匯)條件下工作的卡諾制冷循環(huán)的性能系數(shù)。sTssTTdsqmm0410140)(sTTqqwmm)(00mmmTTTwqCOP000第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷單級(jí)蒸氣壓縮式制冷 的理論循環(huán)的理論循環(huán)內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要一、特點(diǎn)及工作過程一、特點(diǎn)及工作過程二、制冷劑的狀態(tài)圖二、制冷劑的狀態(tài)圖三、理論循環(huán)三、理論循環(huán)第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制

15、冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) 一、特點(diǎn)及工作過程一、特點(diǎn)及工作過程 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)如圖單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)如圖34所示。所示。它由壓縮機(jī)、它由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器四個(gè)基本部件組成，冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器四個(gè)基本部件組成，并用管道將它們串連成一個(gè)封閉的系統(tǒng)，制冷劑在這個(gè)封閉的系統(tǒng)中循環(huán)。工作過程如下：工作過程如下： 制冷劑在壓力p0、溫度T0下沸騰，T0低于被冷卻對(duì)象的溫度。壓縮機(jī)不斷抽吸蒸發(fā)器中產(chǎn)生的制冷劑蒸氣，并將它壓縮到冷凝壓力pk，排出后送到冷凝器,在壓力pk下等壓冷卻凝結(jié)成液體，制冷劑冷卻和凝結(jié)時(shí)放出的熱量傳給冷卻介質(zhì)。與冷凝壓力pk相對(duì)應(yīng)的冷凝溫度Tk

16、一定要高于冷卻介質(zhì)的溫度。冷凝后的制冷劑高壓液體通過膨脹閥或其他節(jié)流元件進(jìn)入蒸發(fā)器。當(dāng)制冷劑通過節(jié)流元件時(shí)，壓第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)圖圖3 34 4 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)11壓縮機(jī)；壓縮機(jī)；22冷凝器；冷凝器；33膨脹閥；膨脹閥；44蒸發(fā)器蒸發(fā)器 第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) 力從pk降到p0，有一部分液體汽化，剩余的液體溫度降到T0，于是節(jié)流后的制冷劑以低溫低壓(p0，T0)氣液兩相混合狀態(tài)進(jìn)入蒸發(fā)器?；旌衔镏械囊后w在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，并從被冷卻對(duì)象吸熱，產(chǎn)生制冷作用。節(jié)流過程產(chǎn)生的

17、那部分蒸氣是閃發(fā)(flash)出來的，該蒸氣通常稱之為閃蒸氣閃蒸氣，它在蒸發(fā)器中幾乎不產(chǎn)生制冷作用。 在整個(gè)循環(huán)過程中，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、冷凝器中高壓的作用，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，有了它制冷劑才得以在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。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)器中蒸發(fā)時(shí)要吸收被冷卻對(duì)象的熱量，從而達(dá)到制冷的目的。冷凝器第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) 是輸出熱量的設(shè)備，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，均帶到冷凝器，排放給冷卻介質(zhì)。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，以壓縮機(jī)

18、所消耗的功為補(bǔ)償，使制冷劑不斷從低溫物體中吸收熱量，并不斷向高溫物體排放熱量，從而完成整個(gè)制冷循環(huán)。 該系統(tǒng)中，來自蒸發(fā)器的低壓制冷劑蒸氣被壓縮機(jī)吸入后經(jīng)一次壓縮，壓力提高到冷凝所對(duì)應(yīng)的高壓，因此稱經(jīng)一次壓縮，壓力提高到冷凝所對(duì)應(yīng)的高壓，因此稱它為它為單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)。第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) 二、制冷劑的狀態(tài)圖二、制冷劑的狀態(tài)圖 分析制冷循環(huán)，需要借助于制冷劑的狀態(tài)圖描述出制冷劑熱力狀態(tài)的循環(huán)變化。 因?yàn)榧冑|(zhì)制冷劑的熱力狀態(tài)由兩個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)確定，所以任何一種制冷劑都可用平面狀態(tài)圖反映其熱力性質(zhì)，可以用任意兩個(gè)狀態(tài)參

19、數(shù)分別作平面圖的橫坐標(biāo)和縱可以用任意兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)分別作平面圖的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)繪制狀態(tài)圖，并以這兩個(gè)坐標(biāo)參數(shù)命名狀態(tài)圖，如坐標(biāo)繪制狀態(tài)圖，并以這兩個(gè)坐標(biāo)參數(shù)命名狀態(tài)圖，如Ts圖、圖、ph圖、圖、hs圖、圖、pv圖等。圖等。狀態(tài)圖上繪出各狀態(tài)參數(shù)的等值線簇、制冷劑的相區(qū)(液相、氣相、兩相)。狀態(tài)圖上的一個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)熱力狀態(tài)；狀態(tài)圖上的一個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)熱力狀態(tài)；利用狀態(tài)圖可以描述熱力狀態(tài)的變化過程，以及由各種過程所組成的循環(huán)，并能直觀描述循環(huán)中的各狀態(tài)變化和分析這些變化對(duì)循環(huán)的影響。第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) 制冷循環(huán)的分析與計(jì)算中，通常借助于T-s圖和p-

20、h圖。由于單位質(zhì)量制冷劑循環(huán)的各個(gè)過程中功與熱量的變化均可以用比焓的變化計(jì)算，因此p-h圖在圖在制冷工程計(jì)算中得到制冷工程計(jì)算中得到更為廣泛的應(yīng)用。更為廣泛的應(yīng)用。 1 1壓力比焓圖壓力比焓圖 壓力比焓圖簡(jiǎn)稱壓焓圖壓焓圖，即ph圖。它的縱坐標(biāo)它的縱坐標(biāo)為對(duì)數(shù)坐標(biāo)，表示絕對(duì)壓力；橫坐標(biāo)為比焓。為對(duì)數(shù)坐標(biāo)，表示絕對(duì)壓力；橫坐標(biāo)為比焓。壓焓圖的壓焓圖的結(jié)構(gòu)如圖結(jié)構(gòu)如圖35所示。所示。第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)圖圖3 35 5 壓力比焓圖壓力比焓圖第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) 圖中的粗實(shí)線為相界線。相界線上的點(diǎn)C為臨

21、界點(diǎn)。點(diǎn)C左側(cè)的相界線是飽和液體線；右側(cè)的相界線是飽和蒸氣線。飽和液體線上的點(diǎn)代表飽和液體狀態(tài)；飽和蒸氣線上的點(diǎn)代表飽和蒸氣狀態(tài)。相界線將制冷劑的狀態(tài)平面分成三個(gè)區(qū)：飽和液體線左側(cè)為過冷液體區(qū)；飽和蒸氣線右側(cè)為過熱蒸氣區(qū)；飽和液體線與飽和蒸氣線所圍成的區(qū)域?yàn)闅庖簝上鄥^(qū)。兩相區(qū)是飽和氣液共存的狀態(tài)(濕蒸氣濕蒸氣狀態(tài)狀態(tài))，其中飽和氣所占的份額稱作其中飽和氣所占的份額稱作干度干度x。圖圖中各參數(shù)的中各參數(shù)的等值線簇為：等值線簇為： 等壓線等壓線水平線；水平線； 等比焓線等比焓線垂直線；垂直線；第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) 等溫線等溫線液體區(qū)幾乎為垂直線；兩

22、相區(qū)為水平線，與液體區(qū)幾乎為垂直線；兩相區(qū)為水平線，與相應(yīng)的等壓線重合；過熱蒸氣區(qū)為向右下方彎曲的傾斜線；相應(yīng)的等壓線重合；過熱蒸氣區(qū)為向右下方彎曲的傾斜線； 等比熵線等比熵線向右上方傾斜的實(shí)線；向右上方傾斜的實(shí)線； 等比體積線等比體積線向右上方傾斜的虛線，比等比熵線平坦；向右上方傾斜的虛線，比等比熵線平坦； 等干度線等干度線只存在于兩相區(qū)內(nèi)，與相界線的走向有相只存在于兩相區(qū)內(nèi)，與相界線的走向有相似趨勢(shì)。似趨勢(shì)。 2 2溫度比熵圖溫度比熵圖 溫度比熵圖簡(jiǎn)稱溫熵圖溫熵圖，即Ts圖，是以溫度為縱坐標(biāo)、以比熵值為橫坐標(biāo)的制冷劑熱力狀態(tài)圖。溫度比溫度比熵圖的結(jié)構(gòu)及各狀態(tài)參數(shù)的等值線簇形狀如圖熵圖的結(jié)構(gòu)

23、及各狀態(tài)參數(shù)的等值線簇形狀如圖36所示。所示。第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)圖圖3 36 6 溫度比熵圖溫度比熵圖第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) 三、理論循環(huán)三、理論循環(huán) 1 1理論循環(huán)的假定理論循環(huán)的假定 理論循環(huán)基于以下假定：理論循環(huán)基于以下假定： (1)(1)高溫?zé)釁R和低溫?zé)嵩吹臏囟萒H、TL恒定，且制冷劑在相變(冷凝、蒸發(fā))過程中與熱源(匯)之間沒有傳熱溫差，即冷凝溫度Tk=TH，蒸發(fā)溫度T0=TL； (2)(2)制冷劑出蒸發(fā)器的狀態(tài)為飽和蒸氣，出冷凝器的狀態(tài)為飽和液體； (3)(3)制冷劑除在壓縮機(jī)和膨脹

24、閥處發(fā)生壓力的升降外，在整個(gè)循環(huán)的其他流動(dòng)過程中沒有流動(dòng)壓力損失； (4)(4)除兩個(gè)熱交換器(冷凝器和蒸發(fā)器)外，制冷劑在整個(gè)循環(huán)的其他流動(dòng)過程中與外界不發(fā)生熱交換；第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) (5)(5)壓縮過程為等熵壓縮。 2 2理論循環(huán)在狀態(tài)圖上的描述理論循環(huán)在狀態(tài)圖上的描述 按以上假定，理論循環(huán)由兩個(gè)等壓過程、一個(gè)等熵壓理論循環(huán)由兩個(gè)等壓過程、一個(gè)等熵壓縮過程和一個(gè)絕熱節(jié)流過程組成?？s過程和一個(gè)絕熱節(jié)流過程組成。圖37示出理論循環(huán)在狀態(tài)圖上的描述。對(duì)照?qǐng)D37，循環(huán)中各特征狀態(tài)和各過程說明如下： 點(diǎn)點(diǎn)l代表制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)的狀態(tài)，它是對(duì)應(yīng)于蒸

25、發(fā)溫度(壓力)下的飽和蒸氣。點(diǎn)1位于p0等壓線(或T0等溫線)與飽和蒸氣線(等干度線x=1)的交點(diǎn)上。 點(diǎn)點(diǎn)2表示經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后排出的制冷劑狀態(tài)，也是制冷劑在冷凝器入口處的狀態(tài)。過程線12表示制冷劑氣體在壓縮機(jī)中的等熵壓縮過程，有s1=s2。所以點(diǎn)2位于等熵線s1第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)圖圖3 37 7 理論循環(huán)在狀態(tài)圖上的描述理論循環(huán)在狀態(tài)圖上的描述第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) 與等壓線pk的交點(diǎn)上。大多數(shù)制冷劑飽和蒸氣經(jīng)等熵壓縮后成為過熱蒸氣，點(diǎn)2為過熱蒸氣狀態(tài)。 點(diǎn)點(diǎn)3表示制冷劑在冷凝器出口處的狀態(tài)，

26、也是制冷劑節(jié)流前的狀態(tài)。點(diǎn)3為飽和液體狀態(tài)。冷凝器中的過程223是定壓過程，過程22表示過熱蒸氣定壓冷卻到飽和蒸氣的過程；過程23表示從飽和蒸氣定壓凝結(jié)到飽和液體的過程。點(diǎn)2位于等壓線pk與等干度線x=1的交點(diǎn)上；點(diǎn)3位于等壓線pk與等干度線x=0的交點(diǎn)上。 點(diǎn)點(diǎn)4表示節(jié)流后的制冷劑狀態(tài)，也是制冷劑在蒸發(fā)器入口處的狀態(tài)。點(diǎn)4為低壓兩相狀態(tài)。因?yàn)楣?jié)流過程是絕熱的，所以h3=h4；節(jié)流后壓力達(dá)到蒸發(fā)壓力，點(diǎn)4位于p0等壓線與h3等焓線的交點(diǎn)上。第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) 過程41表示發(fā)生在蒸發(fā)器中的定壓蒸發(fā)過程。至此，完成一個(gè)理論循環(huán)過程。 3 3理論循

27、環(huán)特性理論循環(huán)特性 用循環(huán)特性指標(biāo)循環(huán)特性指標(biāo)反映單位質(zhì)量(1kg)制冷劑和單位體積(以壓縮機(jī)吸入狀態(tài)計(jì)以壓縮機(jī)吸入狀態(tài)計(jì)1m3)制冷劑完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，各個(gè)過程中的功與熱量的轉(zhuǎn)換與變化。循環(huán)特性還包括循環(huán)中的一些重要特征參數(shù)。理論循環(huán)的特性指標(biāo)如下：理論循環(huán)的特性指標(biāo)如下： (1)(1)單位質(zhì)量制冷量單位質(zhì)量制冷量q0( (簡(jiǎn)稱單位制冷量簡(jiǎn)稱單位制冷量) ) 表示1kg制冷劑完成循環(huán)時(shí)從低溫?zé)嵩此盏臒崃?。取蒸發(fā)器為隔離體，它等于制冷劑在蒸發(fā)器出口處與入口處的比焓之差，即 kJ/kg (313)41310hhhhq第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) (2)

28、(2)單位容積制冷量單位容積制冷量qZV 表示以壓縮機(jī)吸入狀態(tài)計(jì)，單位體積(1m3)制冷劑完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，從低溫?zé)嵩此盏臒崃?，?kJ/m3 (3l4) 式中：v1為狀態(tài)點(diǎn)1的比體積。 (3)(3)比功比功w 表示1kg制冷劑完成循環(huán)時(shí)所消耗的壓縮功(技術(shù)功)。它等于制冷劑在壓縮機(jī)吸入與排出口處的比焓之差，即 kJ/kg (315) (4)(4)容積比功容積比功wV 表示以壓縮機(jī)吸入狀態(tài)計(jì)，單位體積(1m3)制冷劑完成一個(gè)循環(huán)所消耗的壓縮功(技術(shù)功)，即10vqqZV12hhw第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) kJ/m3 (316) (5)(5)單位冷

29、凝熱負(fù)荷單位冷凝熱負(fù)荷qk 表示1kg制冷劑完成循環(huán)時(shí)向高溫?zé)釁R所排放的熱量。它等于制冷劑在冷凝器出口處與入口處的比焓之差，即 kJ/kg (317) (6)(6)壓力比壓力比 循環(huán)中壓縮機(jī)的排氣壓力與吸氣壓力之比，即 (318) (7)(7)排氣溫度排氣溫度T2 制冷劑氣體壓縮終了的溫度。 (8)(8)循環(huán)的性能系數(shù)循環(huán)的性能系數(shù)COP (319)32hhqk012ppppkwqCOP01vwwV第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) (9)(9)循環(huán)效率循環(huán)效率( (熱力完善度熱力完善度) ) (320) 制冷機(jī)的性能參數(shù)制冷機(jī)的性能參數(shù)主要用制冷機(jī)的制冷量

30、0、壓縮機(jī)消耗功率P和制冷機(jī)性能系數(shù)COP反映。設(shè)壓縮機(jī)的理論設(shè)壓縮機(jī)的理論輸氣量為輸氣量為qvh(m3/s)，理論循環(huán)的制冷機(jī)性能計(jì)算如下：理論循環(huán)的制冷機(jī)性能計(jì)算如下： (1)(1)制冷劑的循環(huán)質(zhì)量制冷劑的循環(huán)質(zhì)量( (循環(huán)中的質(zhì)量流量循環(huán)中的質(zhì)量流量) ) kg/s (321) (2) (2)制冷量制冷量 kW (322) (3) (3)壓縮機(jī)功率壓縮機(jī)功率 kW (323)cCOPCOP1vqqvhmZVvhmqqqq00VvhmwqwqP第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) (4)(4)制冷機(jī)性能系數(shù)制冷機(jī)性能系數(shù) (324) 4 4理論循環(huán)的意義理

31、論循環(huán)的意義 在構(gòu)造理論循環(huán)時(shí)做了一系列的理想化假定，那么理論循環(huán)是否是可逆循環(huán)呢？我們將圖37b與圖32放到一起來比較，如圖38所示。可以看出，理論循環(huán)假定中排除了蒸發(fā)器中相變傳熱的不可逆、壓縮過程的不可逆和冷凝器中相變傳熱部分的不可逆，但仍存在兩部分的不可逆損失：一是冷凝器中過熱氣非相變傳熱部分存在傳熱溫差；一是冷凝器中過熱氣非相變傳熱部分存在傳熱溫差；二是絕熱節(jié)流過程為不可逆過程。二是絕熱節(jié)流過程為不可逆過程。這兩部分的不可逆損失如圖中陰影所示。所以，理論循環(huán)并非可逆循環(huán)。理論循環(huán)并非可逆循環(huán)。PCOP0第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)圖圖3 38

32、8 理論循環(huán)與可逆循環(huán)的比較理論循環(huán)與可逆循環(huán)的比較第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) 盡管如此，理論循環(huán)是針對(duì)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)部件組成條件下的理想化循環(huán)，它已最大限度地排除了機(jī)器設(shè)備(壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器)本身的不完備因素，所以在給定熱源和熱匯溫度情況下，理論循環(huán)是蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)是蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基準(zhǔn)。循環(huán)的基準(zhǔn)。 理論循環(huán)特性與熱源理論循環(huán)特性與熱源(匯匯)溫度有關(guān)，與制冷劑的性質(zhì)溫度有關(guān)，與制冷劑的性質(zhì)有關(guān)。有關(guān)。當(dāng)熱源和熱匯溫度給定或冷凝溫度和蒸發(fā)溫度給定時(shí)，理論循環(huán)在制冷劑的狀態(tài)圖上就唯一地確定下來，各種制冷劑有各自確定的狀態(tài)圖，所

33、以，在相同Tk、T0條件下，理論循環(huán)特性唯一地取決于制冷劑的熱力性質(zhì)。第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán) 綜上所述，理論循環(huán)的作用和意義在于：理論循環(huán)的作用和意義在于： (1)(1)它是實(shí)際循環(huán)的基準(zhǔn)和參照實(shí)際循環(huán)的基準(zhǔn)和參照，用于分析研究實(shí)際循環(huán)的各種不完善因素和應(yīng)做出的改進(jìn)。 (2)(2)用于評(píng)價(jià)制冷劑評(píng)價(jià)制冷劑。相同Tk、T0條件下，通過不同制冷劑的理論循環(huán)特性比較，可以評(píng)價(jià)它們?cè)跓崃π再|(zhì)方面的適宜程度。 表表31給出一些制冷劑在給出一些制冷劑在30/15時(shí)的理論循環(huán)特時(shí)的理論循環(huán)特性。性。運(yùn)用某種制冷劑時(shí)，通過pk、p0反映系統(tǒng)內(nèi)的壓力水準(zhǔn)；通過壓力

34、比、壓力差和排氣溫度，了解壓縮機(jī)的工作條件；用q0和qZV反映其制冷能力；COP反映循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。這樣，對(duì)于某種特定的制冷要求，流體物質(zhì)是否適宜用作制冷劑，及其作制冷劑時(shí)的長(zhǎng)處與短處便一目了然。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷單級(jí)蒸氣壓縮式制冷 的實(shí)際循環(huán)的實(shí)際循環(huán)內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要一、實(shí)際循環(huán)一、實(shí)際循環(huán)二、各種實(shí)際因素對(duì)循環(huán)的影響二、各種實(shí)際因素對(duì)循環(huán)的影響三、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷機(jī)的熱力計(jì)算三、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷機(jī)的熱力計(jì)算四、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷機(jī)的變工況特性四、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷機(jī)的變工況特性第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 一、實(shí)際循環(huán)一、實(shí)際

35、循環(huán) 就循環(huán)的外部條件外部條件而言，低溫?zé)嵩春透邷責(zé)釁R均為有限源(匯)，它們是有限流量的空氣、水或其他流體。冷卻流體流過冷凝器時(shí)吸收制冷劑的排熱，其溫度要升高；被冷卻流體流過蒸發(fā)器時(shí)其溫度要降低；它們與制冷劑發(fā)生熱交換時(shí)，必然有傳熱溫差。就循環(huán)的內(nèi)部條件內(nèi)部條件而言，制冷劑出蒸發(fā)器和進(jìn)入壓縮機(jī)的狀態(tài)未必恰好是飽和蒸氣往往有一定的過熱；制冷劑在膨脹閥前的狀態(tài)也未必恰好是飽和液體；制冷劑在系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)，經(jīng)過設(shè)備的連接管道(包括管件、閥門等)、熱交換器管道時(shí)均存在流動(dòng)阻力，造成壓力損失，并且通過管道與外界存在熱交換。另外，壓縮機(jī)的實(shí)際壓縮過程也存在不可逆損失。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際

36、循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 考慮以上各種實(shí)際因素，實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的比較如圖39所示。比較中忽略了低溫?zé)嵩春透邷責(zé)釁R的溫度比較中忽略了低溫?zé)嵩春透邷責(zé)釁R的溫度變化，仍視之為恒溫?zé)嵩春蜔釁R。變化，仍視之為恒溫?zé)嵩春蜔釁R。實(shí)際循環(huán)詳述如下：實(shí)際循環(huán)詳述如下： 由于相變傳熱部分存在傳熱溫差，所以制冷劑的蒸發(fā)過程線位于理論循環(huán)的蒸發(fā)過程線下方；制冷劑的冷凝過程線位于理論循環(huán)的冷凝過程線上方。 401a表示制冷劑在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過程，因在蒸發(fā)器中的流動(dòng)阻力損失，蒸發(fā)過程溫度和壓力均有所下降。另外，制冷劑出蒸發(fā)器時(shí)蒸氣稍有過熱(狀態(tài)點(diǎn)1a)。 1a1b1表示制冷劑氣體出蒸發(fā)器后經(jīng)吸氣管、壓縮機(jī)吸氣

37、腔、吸氣閥和氣缸時(shí)的壓降和溫升，在圖上將該過程分解為等壓過熱(1a1b)和等比焓降壓(1b1)兩部分。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)圖圖3 39 9 實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的比較實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的比較第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 點(diǎn)1表示制冷劑氣體開始?jí)嚎s的狀態(tài)。壓縮過程初期，氣體溫度較低，被氣缸壁加熱，為吸熱的壓縮過程，比熵增加；隨著壓縮過程的進(jìn)行，氣體溫度逐漸升高到高于氣缸壁溫度，氣體又向氣缸壁散熱，這階段為放熱的壓縮過程，比熵減小。所以，整個(gè)壓縮過程中先是比熵增加，后是比熵減小，用12表示。點(diǎn)2代表壓縮終了狀

38、態(tài)。 高壓氣體經(jīng)排氣閥、排氣腔到排氣管的流動(dòng)過程存在壓降，用22a表示。 2a3表示高壓氣體在排氣管和冷凝器中的冷卻凝結(jié)過程。該過程伴隨有流動(dòng)阻力引起的壓力降，且過程終了高壓液體有一定的過冷(狀態(tài)點(diǎn)3)。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 34表示高壓液體的節(jié)流過程。由于制冷劑經(jīng)膨脹閥時(shí)流速很快，來不及換熱，仍視為絕熱節(jié)流，故點(diǎn)3與點(diǎn)4的比焓相等。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 二、各種實(shí)際因素對(duì)循環(huán)的影響二、各種實(shí)際因素對(duì)循環(huán)的影響 1 1高壓液體過冷的影響高壓液體過冷的影響 制冷劑液體的溫度若低于它所處壓力下的飽和

39、溫度，制冷劑液體的溫度若低于它所處壓力下的飽和溫度，則稱為則稱為過冷液體過冷液體。過冷液體溫度與其飽和溫度之間的差值。過冷液體溫度與其飽和溫度之間的差值稱稱過冷度過冷度。 以理論循環(huán)作為比較基準(zhǔn)，若節(jié)流前的高壓液體處于過冷狀態(tài)，過冷對(duì)循環(huán)的影響可以由圖由圖310分析得出。分析得出。圖中12341是理論循環(huán)，12341是高壓液體有過冷的循環(huán)。 節(jié)流前過冷的高壓液體狀態(tài)點(diǎn)為3，其過冷度過冷度為 (325) 過冷液體的比焓比飽和液體的比焓有所降低，降低值為33TTTg第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)圖圖3 310 10 高壓液體有過冷的循環(huán)高壓液體有過冷的循環(huán)第

40、三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) (326) 式中C為液體比熱容。循環(huán)的狀態(tài)點(diǎn)1和2未變。循環(huán)特性比較如表32所示。 表表3 32 2 循環(huán)特性比較循環(huán)特性比較循環(huán)特性指標(biāo)理論循環(huán)有過冷的循環(huán)過冷的影響單位質(zhì)量制冷量q0增大單位容積制冷量qZV增大比功w不變性能系數(shù)COP增大31hh 131/ )(vhh 12hh )/()(1231hhhh31 hh131/ )(vhh12hh )/()(1231hhhhgTchhh 33第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 可見，液體過冷使循環(huán)的主要特性指標(biāo)q0、qZV和COP增大，且由

41、于單位容積制冷量增大，還使壓縮機(jī)制冷能力提高；由于吸氣比體積和比功不變，故壓縮機(jī)的功率不變。所以過冷對(duì)循環(huán)總是有利的。過冷度越大，得益越多。過冷對(duì)循環(huán)總是有利的。過冷度越大，得益越多。相同過冷度下，過冷使制冷量和性能系數(shù)提高的百分?jǐn)?shù)取決于制冷劑的液體比熱容和蒸發(fā)溫度下的汽化潛熱。液體比液體比熱容越大和汽化潛熱越小的制冷劑顯熱比大，過冷的相對(duì)熱容越大和汽化潛熱越小的制冷劑顯熱比大，過冷的相對(duì)收益越大。收益越大。如氨和丙烷在某一相同工況下每過冷1，氨的單位制冷量提高約0.4%；而丙烷則提高約0.9%。此外，由由于低蒸發(fā)溫度時(shí)節(jié)流損失大于低蒸發(fā)溫度時(shí)節(jié)流損失大(節(jié)流過程的閃蒸氣多節(jié)流過程的閃蒸氣多)

42、，節(jié)流，節(jié)流后兩相狀態(tài)干度變大，所以后兩相狀態(tài)干度變大，所以蒸發(fā)溫度越低，過冷使性能的蒸發(fā)溫度越低，過冷使性能的相對(duì)提高越大。相對(duì)提高越大。在設(shè)計(jì)低蒸發(fā)溫度的制冷機(jī)時(shí)應(yīng)充分考慮。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 計(jì)算有過冷的循環(huán)時(shí)，要用到過冷液體的比焓值，即圖中狀態(tài)3的比焓h3。雖然可按式計(jì)算過冷液體的比焓值，但計(jì)算中要用到液體的比熱容c。工程計(jì)算中h3可以近似用相同溫度下飽和液體的比焓值，即 (327) )(33Thhs第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 獲得過冷的幾種方法如下：獲得過冷的幾種方法如下： (1)(1)利

43、用冷凝器直接得到過冷利用冷凝器直接得到過冷 就是說，使壓縮機(jī)排出的制冷劑蒸氣在冷凝器中經(jīng)歷冷卻凝結(jié)過冷冷卻凝結(jié)過冷這樣三個(gè)階段的換熱過程。為此，冷凝器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足此要求。逆流套管式水冷凝器最易獲得過冷，如圖如圖311所示。所示。翅片管式風(fēng)冷凝器，通過管程的合理布置也可以獲得過冷。一般的殼管式水冷凝器，由于制冷劑在殼側(cè)只能得到飽和態(tài)的凝液，無法在冷凝器中獲得過冷。若殼管式水冷凝器殼體下部兼作高壓貯液器使用，并布置有冷卻水管，那么，使冷卻水自下而上流過，也可以在冷凝器中得到過冷液體，如圖如圖312所示。所示。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)圖圖3 311

44、11 逆流套管式水冷凝器中獲得過冷逆流套管式水冷凝器中獲得過冷 直接從冷凝器中雖可獲得過冷，但受冷凝器總傳熱溫差的制約，過冷程度有限過冷程度有限，一般僅能得到1-5的過冷度。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)圖圖3 312 12 殼管式水冷凝器殼管式水冷凝器第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) (2)(2)利用過冷器獲得過冷利用過冷器獲得過冷 在冷凝器與膨脹閥之間增設(shè)一臺(tái)熱交換器在冷凝器與膨脹閥之間增設(shè)一臺(tái)熱交換器過冷器，過冷器，使來自冷凝器的制冷劑液體在過冷器中進(jìn)一步被冷卻。使來自冷凝器的制冷劑液體在過冷器中進(jìn)一步被冷卻。

45、例如，冷凝器用常溫水冷卻，過冷器則用溫度更低的深井水冷卻?；蛘撸贸乩鋮s水，使它先流過過冷器，再流過冷凝器。用過冷器能夠獲得的過冷度一般也不會(huì)很大，而取決于冷凝器與過冷器所用冷卻水之間的溫度差異程度。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) (3)(3)用氣液熱交換器用氣液熱交換器( (回?zé)崞骰責(zé)崞? )獲得過冷獲得過冷 上述兩種方法均因受常規(guī)冷卻介質(zhì)的溫度條件限制，過冷度不大。如果采用制冷劑自身回?zé)岬霓k法，則可以得到更大的過冷度。作法是：在冷凝器與膨脹閥之間增設(shè)一臺(tái)熱交換器，使來自冷凝器的高壓液體與來自蒸發(fā)器的低溫制冷劑氣體發(fā)生熱交換。由于出蒸發(fā)器的制冷劑氣體

46、溫度遠(yuǎn)低于常規(guī)的冷卻介質(zhì)的溫度，高壓液體在它的冷卻下便有較大過冷度。這種回?zé)崞骰責(zé)崞鹘凶鰵庖簾峤粨Q器氣液熱交換器。來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸氣經(jīng)氣液熱交換器溫度升高(過熱)后，再返回壓縮機(jī)。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 2 2壓縮機(jī)吸氣過熱的影響壓縮機(jī)吸氣過熱的影響 壓縮機(jī)吸氣過熱使排氣溫度升高，還對(duì)其他循環(huán)特性指標(biāo)造成影響，具體影響情況要看吸氣過熱所造成的制冷劑比焓增是否產(chǎn)生有用的制冷作用。不產(chǎn)生制冷作用的過熱稱無用過熱無用過熱；產(chǎn)生制冷作用的過熱稱有用過熱有用過熱。 有吸氣過熱的循環(huán)與理論循環(huán)的比較如圖如圖313所示所示。圖中，12341為理論循環(huán)；12

47、341為有吸氣過熱的循環(huán)。吸氣過熱度定義吸氣過熱度定義為 (328) 當(dāng)過熱為無用過熱時(shí)，低壓制冷劑蒸氣從被冷卻對(duì)象的吸熱(制冷)過程為4-1。而過程1-1則是低壓氣在被壓縮之前經(jīng)吸氣管道和壓縮機(jī)因受到加熱而產(chǎn)生的過熱過程。11TTTr第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 當(dāng)過熱為有用過熱時(shí)，低壓制冷劑的吸熱(制冷)過程為4-1。圖圖3 313 13 有吸氣過熱的循環(huán)有吸氣過熱的循環(huán)第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) (1) (1)無用過熱無用過熱 利用圖313，無用過熱情況下主要循環(huán)特性與理論循環(huán)的比較如表33所示。 表表

48、3 33 3 無用過熱循環(huán)與理論循環(huán)的比較無用過熱循環(huán)與理論循環(huán)的比較循環(huán)特性指標(biāo)理論循環(huán)無用過熱循環(huán)無用過熱的影響單位質(zhì)量制冷量q0不變單位容積制冷量qZV減小比功w增大性能系數(shù)COP減小41hh 141/ )(vhh 12hh )/()(1241hhhh41hh 141/ )(vhh12hh)/()(1241hhhh第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 可見，無用吸氣過熱情況下，循環(huán)的單位制冷量未變，但比功增大了，因而性能系數(shù)下降。它對(duì)循環(huán)是不利的，故又將無用過熱稱為有害過熱。將無用過熱稱為有害過熱。實(shí)際中應(yīng)盡量減少有害過熱。制冷機(jī)的吸氣管道總要外敷隔熱層

49、，防止環(huán)境對(duì)吸氣管的加熱作用，其目的就是為了減少有害過熱。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) (2) (2)有用過熱有用過熱 利用圖313，有用過熱情況下主要循環(huán)特性與理論循環(huán)的比較如表34所示。 表表3 34 4 有用過熱循環(huán)與理論循環(huán)的比較有用過熱循環(huán)與理論循環(huán)的比較循環(huán)特性指標(biāo)理論循環(huán)有用過熱循環(huán)有用過熱的影響單位質(zhì)量制冷量q0增大單位容積制冷量qZV不一定比功w增大性能系數(shù)COP不一定41hh 141/ )(vhh 12hh )/()(1241hhhh41hh 141/ )(vhh12hh)/()(1241hhhh第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)

50、際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 可以看出，有用過熱使循環(huán)的單位質(zhì)量制冷量q0有所提高，壓縮比功增大。由于吸氣比體積v1比理論循環(huán)的吸氣比體積v1增大，所以從循環(huán)特性指標(biāo)的表達(dá)式上不能直接判斷出有用過熱對(duì)單位容積制冷量qZV的影響，也不能直接判斷出它對(duì)性能系數(shù)COP的影響，而需要針對(duì)具體制冷劑通過計(jì)算得出結(jié)論。 計(jì)算表明，有用過熱對(duì)有用過熱對(duì)qZV和和COP產(chǎn)生正面影響還是負(fù)產(chǎn)生正面影響還是負(fù)面影響，取決于制冷劑的性質(zhì)，面影響，取決于制冷劑的性質(zhì)，有些制冷劑有用過熱產(chǎn)生正影響；有些制冷劑有用過熱產(chǎn)生負(fù)影響。而正面影響或負(fù)面影響的大小還與有用過熱度的大小有關(guān)。還與有用過熱度的大小有關(guān)。圖314

51、和圖315給出對(duì)一些制冷劑的計(jì)算結(jié)果。計(jì)算工況?。豪淠郎囟葹?0，蒸發(fā)溫度為15。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)圖圖3 314 14 有用過熱對(duì)單位容積制冷量的影響有用過熱對(duì)單位容積制冷量的影響第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)圖圖3 315 15 有用過熱對(duì)性能系數(shù)的影響有用過熱對(duì)性能系數(shù)的影響第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 圖314是一些制冷劑的單位容積制冷量隨有用過熱度的變化情況。圖315是一些制冷劑的性能系數(shù)隨有用過熱度的變化情況，并均以與理論循環(huán)的相對(duì)值給出。 比較圖3

52、14和圖315可以看到：對(duì)同一種制冷劑，有用過熱對(duì)單位容積制冷量的影響與對(duì)性能系數(shù)COP的影響具有相同的趨勢(shì)。也就是說，有用過熱若使某制冷劑的單位容積制冷量提高(或降低)，那么也必然使其性能系數(shù)提高(或降低)。 第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 若制冷劑在蒸發(fā)器出口處達(dá)到過熱狀態(tài)，則它在蒸發(fā)器內(nèi)的過熱是因吸收了被冷卻對(duì)象的熱量而具有的，即產(chǎn)生了制冷作用，為有用過熱。比如，熱力膨脹閥供液控制蒸發(fā)器出口有5的過熱度，這5的過熱度便是有用過熱。 多數(shù)情況下，由于受蒸發(fā)器傳熱溫差的制約，在蒸發(fā)器內(nèi)能夠得到的有用過熱很有限，壓縮機(jī)吸氣過熱的大部分是無用過熱。避免大量

53、無用過熱的方法是采用氣液熱交換器。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 采用采用氣液熱交換器氣液熱交換器的單級(jí)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)如圖316a所示。人們將其循環(huán)稱為有回?zé)岬难h(huán)。有回?zé)岬难h(huán)。該系統(tǒng)中，在冷凝器B與膨脹閥C之間增加了氣液熱交換器D，其中高壓液體與蒸發(fā)器E回氣發(fā)生熱交換，結(jié)果高壓液體被冷卻變成過冷狀態(tài)3；而低壓回氣則因回收了高壓液體的熱量而變成過熱狀態(tài)1。有回?zé)岬难h(huán)及其與理論循環(huán)的比較見圖316b。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)圖圖3 316 16 有回?zé)岬难h(huán)有回?zé)岬难h(huán) 第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的

54、實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 有回?zé)岬难h(huán)分析如下。 由氣液熱交換器的能量平衡關(guān)系能量平衡關(guān)系 (329) 單位質(zhì)量制冷量單位質(zhì)量制冷量 (330) 由上式可見，回?zé)嵫h(huán)就相當(dāng)于有用過熱循環(huán)。盡管系統(tǒng)圖316a過程11的比焓增并未直接用于制冷，但它使液體過冷，過冷部分的比焓差與過熱部分的比焓差相等，并產(chǎn)生了制冷作用。所以，就分析循環(huán)特性并與理論循環(huán)相比較而言，回?zé)嵫h(huán)等價(jià)于沒有過冷的有用過熱循環(huán)。回?zé)嵫h(huán)等價(jià)于沒有過冷的有用過熱循環(huán)。前面關(guān)于有用過熱對(duì)循環(huán)影響的分析結(jié)果都適用于回?zé)嵫h(huán)，即回?zé)釋?duì)循環(huán)的影響情況因制冷劑的種類而異。441133hhhhhh41410hhhhq第三節(jié)第三節(jié)

55、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 具體說，采用回?zé)岵焕闹评鋭┲胁捎没責(zé)岵焕闹评鋭┲邪卑笔堑湫停送膺€有是典型，此外還有R2l、R40。采用回?zé)嵊欣闹评鋭┯?。采用回?zé)嵊欣闹评鋭┯斜楸镽290、CO2等。等。R22采用回?zé)釋?duì)循環(huán)的影響不明顯。 所以，氨不宜采用回?zé)嵫h(huán)。氨不宜采用回?zé)嵫h(huán)。主要原因不僅是因?yàn)榛匾驗(yàn)榛責(zé)崾寡h(huán)經(jīng)濟(jì)性下降，還由于氨的絕熱指數(shù)大，排氣溫度熱使循環(huán)經(jīng)濟(jì)性下降，還由于氨的絕熱指數(shù)大，排氣溫度高，吸氣過熱會(huì)造成氨的排氣溫度過高，危害壓縮機(jī)的安高，吸氣過熱會(huì)造成氨的排氣溫度過高，危害壓縮機(jī)的安全性和可靠性。全性和可靠性。氨的吸氣過熱度被控制在5

56、以內(nèi)。 蒸發(fā)溫度較高的制冷機(jī)，蒸發(fā)溫度較高的制冷機(jī)，由于高壓液體與蒸發(fā)器回氣之間的溫度差異不太大，回氣溫度與環(huán)境溫度之間的溫差也不太大，吸氣管隔熱層處理得好就能控制有害過熱，所以一般不用回?zé)崞?。一般不用回?zé)崞?。第三?jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 蒸發(fā)溫度低的制冷機(jī)用回?zé)崞饔兄匾饬x。蒸發(fā)溫度低的制冷機(jī)用回?zé)崞饔兄匾饬x。由于壓縮機(jī)不允許吸氣溫度過低(否則壓縮機(jī)外壁結(jié)霜、潤(rùn)滑油變粘甚至絮濁)，較大的吸氣過熱度是必須的。所以，一定要用回?zé)崞鞑拍苁棺銐虼蟮倪^熱度成為有用過熱，而且高壓液體因回?zé)岫玫竭^冷。過冷又是防止膨脹閥或毛細(xì)管節(jié)流件前的制冷劑液體中出現(xiàn)閃蒸氣，

57、保證節(jié)流件穩(wěn)定工作的有效措施。 還有一些制冷劑如RC318等，它們的熱力性質(zhì)特征使得飽和蒸氣等熵壓縮進(jìn)入兩相區(qū)，就是說在這類制冷劑的Ts圖上，氣相飽和線呈向左下方傾斜的形狀，如圖3-17所示。對(duì)于具有這種性質(zhì)的制冷劑就必須采用回?zé)嵫h(huán)，讓吸氣過熱到足以保證壓縮的全過程都在氣相區(qū)內(nèi)完成。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)圖圖3 317 17 某些制冷劑的某些制冷劑的T Ts s圖圖( (飽和蒸氣等熵壓縮進(jìn)入兩相區(qū)飽和蒸氣等熵壓縮進(jìn)入兩相區(qū)) )第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) 3 3管道壓力損失和熱交換的影響管道壓力損失和

58、熱交換的影響 制冷系統(tǒng)的管道有設(shè)備之間的連接管道和熱交換設(shè)備的內(nèi)部管道。這里主要討論設(shè)備之間的連接管道。制冷劑在這些管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，因流動(dòng)阻力會(huì)產(chǎn)生壓力損失；因管內(nèi)制冷劑與管外環(huán)境之間存在溫差會(huì)發(fā)生熱交換。管道的壓力損失和熱交換都將對(duì)循環(huán)特性產(chǎn)生影響。制冷系統(tǒng)的設(shè)備連接管道分為吸氣管、排氣管、高壓液管和低壓液管。下面分別討論這四段管道的壓力損失和熱交換對(duì)循環(huán)特性管道的壓力損失和熱交換對(duì)循環(huán)特性的影響。的影響。見圖見圖34所示。所示。第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)圖圖3 34 4 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)11壓縮機(jī)；壓縮機(jī)；22冷凝器；冷

59、凝器；33膨脹閥；膨脹閥；44蒸發(fā)器蒸發(fā)器 第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) (1) (1)吸氣管吸氣管 吸氣管是連接蒸發(fā)器與壓縮機(jī)吸入側(cè)的管道。制冷劑在吸氣管內(nèi)處于低溫低壓狀態(tài)。 吸氣管發(fā)生熱交換時(shí)，環(huán)境熱量傳入管內(nèi)將對(duì)制冷劑氣體加熱，產(chǎn)生吸氣過熱，這種過熱是無用過熱。無用過熱對(duì)循環(huán)是有害的，使吸氣比體積增大，容積制冷量減小，排氣溫度上升，循環(huán)的性能系數(shù)下降。 吸氣管內(nèi)制冷劑的流動(dòng)壓力損失，使壓縮機(jī)的吸氣壓力降低，吸氣比體積增大，容積制冷量下降。另外，吸氣壓力降低使壓縮機(jī)的工作壓力比增大，引起壓縮比功增大和排氣溫度升高，同時(shí)使循環(huán)的性能系數(shù)降低。這種不利

60、影響程度會(huì)隨著蒸發(fā)溫度的降低而更加嚴(yán)重，因?yàn)閴毫υ降停润w積隨壓力的變化越快。第三節(jié)第三節(jié) 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán) (2) (2)排氣管排氣管 排氣管是連接壓縮機(jī)排氣側(cè)與冷凝器的管道。壓縮機(jī)的排氣溫度總是高于環(huán)境溫度。排氣管發(fā)生熱交換時(shí)，制冷劑將向環(huán)境散熱，因而排氣管熱交換起到冷卻高壓排氣的作用，減少了冷凝器的負(fù)荷，是有利無害的。于是，通常排氣管裸露處理。但有些情況下，過高的排氣管壁溫度(如氨制冷壓縮機(jī))可能會(huì)對(duì)操作人員產(chǎn)生安全問題，應(yīng)采取必要的防護(hù)措施。 排氣管中的壓力損失，使壓縮機(jī)排氣壓力必須高出冷凝壓力才能保證制冷劑流入冷凝器。其影響是增大了壓縮機(jī)的工作