单级压缩式制冷理论循环

1单级蒸汽压缩式制冷循环--理论循环2一：单级蒸气压缩式制冷循环的方法、原理与循环日常生活中我们都有这样的疑问:怎样才能制冷制热呢?3相变制冷方法、原理a.密闭容器试验饱和状态（饱和蒸汽、饱和液体）4饱和压力，饱和温度密闭容器中的液体，在一定的温度下，蒸气压力会自动保持在一定数值上，这时液气两相转变就达到了动平衡，此时空间气态分子的浓度不变。这个状态称之为这个液体的饱和状态。饱和状态的蒸气和液体分别称为饱和蒸气和饱和液体。饱和状态时蒸气压力称为饱和压力。饱和液体的温度称为饱和温度。5饱和压力与饱和温度是一一对应关系。水：饱和压力p=1at=101325Pa时，饱和温度t=100℃饱和压力p=0.31at=31160Pa时，饱和温度t=70℃饱和压力p=0.0092at=934.55Pa时，饱和温度t=6℃6猜想一下：蒸汽被抽走将会发生什么结果？7平衡遭到破坏（抽走蒸气）液体蒸发气化降温吸收外界热量新的平衡（同时产生低温环境）8实际应用蒸发器：不断抽走蒸气使液体不断气化降温吸热压缩机：不断抽取蒸气维持低温状态9q0w0542110利用制冷剂由液体状态汽化为蒸气状态过程中吸收热量，被冷却介质因失去热量而降低温度，达到制冷的目的。制冷剂循环利用制冷循环11制冷原理q0w054qK21单级蒸汽压缩制冷循环12制冷剂在变为蒸气之后，需要对它进行压缩、冷凝、继而进行再次汽化吸热。冷凝器：散热使气体不断液化13制冷原理q0w054qK21单级蒸汽压缩制冷循环14节流阀：降低压力节流降压的工作原理是制冷工质流过阀门时流动截面突然收缩，流体流速加快，压力下降，压力下降的大小取决于流动截面收缩的比例。15对制冷剂蒸气只进行一次压缩，称为单级蒸气压缩制冷循环。16示意图：q0w054qK21单级蒸汽压缩制冷循环蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀17基本设备组成蒸发器：热交换设备，将被冷却对象的热量传给制冷剂，液相转化为气相，吸收待冷却物体的热量。压缩机:抽出蒸气，维持低温低压；压缩制冷剂，提高其压力和温度，以便能用常温的水或空气来冷却制冷剂。冷凝器：热交换设备，利用冷却介质带走热量，蒸气变为液体，压力不变。节流机构：降低压力和温度18制冷循环过程制冷剂蒸气压缩、冷凝成液体，放出热量19制冷循环过程冷凝后的制冷剂流经节流元件进入蒸发器。从入口端的高压pk降低到低压p0，从高温tk降低到t0，并出现少量液体汽化变为蒸气。20制冷循环过程制冷剂蒸汽回到压缩机中压缩21制冷系统各部件的主要用途压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体得到低温低压制冷剂制冷剂液体吸热、蒸发、制冷221.1单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理制冷剂的变化过程(flash)23制冷剂在制冷压缩机中的变化制冷剂蒸气由蒸发器的末端进入压缩机吸气口时，压力越高温度越高，压力越低温度越低。制冷剂蒸气在压缩机中被压缩成过热蒸气，压力由蒸发压力p0升高到冷凝压力pk。为绝热压缩过程。外界的能量对制冷剂做功，使得制冷剂蒸气的温度再进一步升高，压缩机排出的蒸气温度高于冷凝温度。制冷剂的变化过程24制冷剂的变化过程制冷剂在冷凝器中的变化过热蒸气进入冷凝器后，在压力不变的条件下，先是散发出一部分热量，使制冷剂过热蒸气冷却成饱和蒸气。饱和蒸气在等温条件下，继续放出热量而冷凝产生了饱和液体。制冷剂在节流元件中的变化饱和液体制冷剂经过节流元件，由冷凝压力pk降至蒸发压力p0，温度由tk降至t0。为绝热膨胀过程，部分液体变成气体。25制冷剂的变化过程制冷剂在蒸发器中的变化以液体为主的的制冷剂，流入蒸发器不断汽化，全部汽化变时，又重新流回到压缩机的吸气口，再次被压缩机吸入、压缩、排出，进入下一次循环。26小结单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：制冷压缩机冷凝器节流阀蒸发器压缩过程（压缩机中进行）通过压缩使制冷剂由低温低压的蒸汽变为高温高压气体。冷却冷凝过程（冷凝器中进行）在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体。节流过程（节流阀中进行）压力、温度降低，焓值不变蒸发过程（蒸发器中进行）吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气27简单描述单级蒸汽压缩式制冷循环。蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成，各有何作用？作业：28二、理论的单级蒸气压缩式制冷循环及热力计算29单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：制冷压缩机冷凝器节流器蒸发器单级蒸气压缩式制冷循环，是指制冷剂在一次循环中只经过一次压缩，最低蒸发温度可达-40～-30℃。单级蒸气压缩式制冷广泛用于制冷、冷藏、工业生产过程的冷却，以及空气调节等各种低温要求不太高的制冷工程。301、热力状态图、表p-h图（lgp-h图）饱和液体及蒸气的热力性质表31H定义:热力学中表示物质系统能量的一个状态函数。数值上等于系统的内能U加上压强p和体积V的乘积，即H=U+pV。焓的变化是系统在等压可逆过程中所吸收的热量的度量。热力学：定压过程（如换热器）换热量等于焓差，即Q=Δh32名词：饱和状态：气夜两种集态达到动平衡。过热蒸气：蒸气在某压力下的温度高于此压力下的饱和温度。过冷液体：33湿蒸气：饱和蒸气与饱和液体的混合物。干度：湿蒸气中饱和蒸气的含量。临界温度：每种物质都有一个特定的温度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化，这个温度就是临界温度。因此要使物质液化必须先达到它的临界温度临界压力：与临界温度对应的工质饱和压力。p-h图（lgp-h图）等参数线：等压线：水平线等焓线：垂直线等温线：液体区乎为垂直线；两相区与等压线重合是水平线，过热气体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，比等熵线平坦等干度线：只存在于湿蒸气区，方向大体与饱和线近似。(一点、三区、五态、八线)液相区气相区两相区lgphhtCsvptxxx=1x=035一点：临界点C三区：液相区、两相区、气相区。五态：过冷液状态、饱和液状态、湿蒸气状态、饱和蒸气状态、过热蒸气状态。八线：等压线p（水平线）等焓线h（垂直线）饱和液线x=0，饱和蒸气线x=1，无数条等干度线x等熵线s等比体积线v等温线t液相区两相区气相区3637查图练习题利用R22的压-焓图，确定t=5℃和t=40℃所对应的饱和压力。38饱和液体及蒸气的热力性质表给定饱和温度，可查饱和压力，汽化潜热，饱和液体的比容（v'）、焓（h'）、熵（s'）和饱和蒸气的比容（v''）、焓（h''）、熵（s''）39查表练习题利用R22的饱和蒸汽表，确定t=6℃和t=40℃所对应的饱和压力。402、假设条件1）制冷压缩机进行干压行程，吸汽为制冷剂干饱和状态，压缩机进行等熵压缩（不存在过热耗热和压缩过程的不可逆损失）；2）蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；制冷循环中制冷剂与热源进行无温差热交换：换热温差为无限小，即蒸发器T0=TL；冷凝器中只有过热蒸汽被定压冷凝为饱和蒸汽时存在传热温差。即TK=TH，且换热设备中无流动阻力损失41可逆过程是指热力学系统在状态变化时经历的一种理想过程。热力学系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态后，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即使系统回到原来状态，同时又完全消除原来过程对外界所产生的一切影响，则原来的过程称为可逆过程。反之，如果无论采用何种办法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。42熵:表示物质系统状态的一个物理量(记为S)，工质的热力状态参数之一。在热力学中，是用以说明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量。可逆过程就是等熵过程，不可逆过程是熵增过程43TLw054TH21T0TK443）制冷剂液体在节流前无过冷，为饱和液体。4）制冷剂在管路中流动时无任何状态变化，即无流阻压降，无传热。5）节流为绝热过程，节流前后焓值相等。45q0w054qK21单级蒸汽压缩制冷循环x=0x=1xxtpvsCthh两相区气相区液相区P46ChPPPk0PkkPt00t3、理论循环的热力状态图p-h图蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；47ChPPPk01制冷压缩机吸汽为制冷剂干饱和状态，压缩机进行等熵压缩48ChPPPk012制冷压缩机吸汽为制冷剂干饱和状态，压缩机进行等熵压缩49ChPPPk0123蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；50ChPPPk01234节流为绝热过程，节流前后焓值相等51ChPPPk01234蒸发器、冷凝器中的过程均为定压过程；521-2等熵压缩2-3等压冷凝3-4等焓节流4-1等压蒸发ChPPPk012342'531）制冷压缩机压缩过程2）冷凝器冷凝过程3）膨胀阀膨胀过程4）蒸发器蒸发过程理论循环过程在压焓图上的表示544、各设备中的热功变化及制冷剂状态变化稳定流动过程的能量守恒：Q+P=qm(hout-hin)压缩机：制冷剂压力升高；温度升高；由干饱和状态变为过热蒸气状态定熵过程Q=0则P0=qm(h2-h1)=qmw0冷凝器：制冷剂压力不变；温度由高温降为冷凝温度；由过热蒸气状态经饱和蒸汽状态冷凝为饱和液体状态。定压过程P=0则Qk=qm(h3-h2)=-qm(h2-h3)=qmqk55膨胀阀：制冷剂压力降低；温度由冷凝温度降为蒸发温度；由饱和液体状态变为湿蒸气状态。绝热过程且不做功，焓值不变h4=h3闪发气体对制冷循环的影响蒸发器：制冷剂压力不变；温度不变；由湿蒸气状态变为饱和蒸汽状态。定压过程P=0则Q0=qm(h1-h4)=qmq056P04PkP31h2'C2w0q0qk57其中：单位制冷量q0：制冷机每输送1kg制冷剂从低温热源吸取的热量。q0=h1–h4kJ/kg单位理论功w0：压缩机每输送1kg制冷剂所消耗的机械功。w0=h2–h1kJ/kg58单位冷凝器热负荷qk：每1kg制冷剂在冷凝器内定压冷却冷凝时向高温热源的放热量。qk=h2–h3kJ/kgqk=q0+w0另外：单位容积制冷量qv：制冷机每吸入1m3制冷剂经循环吸取的热量。14110vhhvqqv3m/kJv1随T0下降而增大，故qv也随T0而变化59能量转换：Q0+P0=Qk经济性：所得冷量：消耗的功率（收益：代价）12510000000hhhhwqwqqqPQmm605、热力计算有一单级压缩蒸气制冷的理论循环用于空调，蒸发温度t0=5℃,冷凝温度tk=40℃,工质为R134a，空调房间需冷量Q0=3kw，试对该循环进行热力计算。61计算过程：1.先在lgp-h图上确定各状态点，画出理论循环过程。2.由制冷剂的热力性质表和热力性质图，查出各状态点的参数（注意：饱和状态点要查热力性质表，其它点要查热力性质图）。3.计算。（q0、qk、qm、w0、Q0、Qk、P0、）0626.课堂练习有一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。63解点1：t1=t0=10℃，p1=p0=0.3543MPa，h1=401.555kJ/kg，v1=0.0653m3/kg点3：t3=tk=35℃，p3=pk=1.3548MPa，h3=243.114kJ/kg，由图可知，h2=435.2kJ/kg，t2=57℃641）单位质量制冷量q0=h1-h4=h1-h3=401.555-243.114=158.441kJ/kg4）理论比功w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg5）压缩机消耗的理论功率P0=Gw0=0.347133.645=11.68kW657）冷凝器单位热负荷qk=h2-h3=435.2-243.114=192.086kJ/kg8）冷凝器热负荷Qk=Gqk=0.3471192.086=66.67kW