第2章- §2 单级蒸气压缩式制冷理论循环

TianjinUniversityofCommerce1Chapter单级蒸汽压缩式制冷循环2BACKTianjinUniversityofCommerce04:132§2单级蒸气压缩式制冷理论循环系统组成：压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器工作过程：压缩机：低压低温蒸汽→高温高压蒸汽。耗功冷凝器：高温高压蒸汽→高压常温液态。放热膨胀阀：节流，压力、温度↓，→低压、低温汽液混合物蒸发器：液态制冷剂汽化吸热，→低温低压蒸汽2.1单级蒸气压缩式制冷循环及其工作原理BACKTianjinUniversityofCommerce04:1332.2理论制冷循环对蒸气压缩式制冷循环工作过程进行简化：假设：压缩机吸入的是饱和蒸气（蒸发器无过热）假设：节流前的液体是饱和液体（冷凝器无过冷）假设：压缩过程为等熵压缩假设：制冷剂在蒸发和凝结过程及流动过程中没有阻力损失假设：节流过程中与外界无热交换蒸气压缩式制冷的理论循环：由两个等压过程、一个等熵压缩过程和一个绝热节流过程组成，且制冷剂无过热和过冷。理论循环BACKTianjinUniversityofCommerce04:1342.3理论循环在p-h、T-s图上的表示phCEComEV23411234pkp02’3：制冷剂在冷凝压力下的饱和液体状态点2-2’：制冷剂在冷凝器中的等压冷却过程（单相）2’-3：制冷剂在冷凝器中的等压冷凝过程（相变）4：制冷剂出膨胀阀的状态。3-4：制冷剂绝热节流过程，pk→p0，tk→t0，进入两相区。4-1：制冷剂在蒸发器中的等压（p0）蒸发过程1：蒸发压力下的饱和蒸气2：制冷剂由1点等熵压缩至冷凝压力的状态点1-2：压缩机的等熵压缩过程BACKTianjinUniversityofCommerce04:1352.3理论循环在p-h、T-s图上的表示TsCEComEV2341142’23T0Tk例：一台R22压缩机，吸入的是0℃的饱和蒸气，压缩终了绝对压力1.5Mpa，试求：①吸气状态的压力、比焓、熵和比容；②压缩终了的焓、温度（按等熵）。BACKTianjinUniversityofCommerce04:1362.4单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算在蒸气压缩式制冷循环中在压缩机中外界对制冷剂作功，单位时间内对制冷剂作的功—消耗的功率：P0（W、kW）在蒸发器中制冷剂吸收外界热量，单位时间内向制冷剂传递的热量—制冷量：F0（W、kW）在冷凝器中制冷剂对外界放出热量，单位时间内向外界传递的热量：Fk（W、kW）循环热力计算的目的已知需要的制冷量和环境参数计算压缩机的制冷剂流量、功耗、理论COP和冷凝器排热量目的确定“四大件”和其它部件的容量、规格、型号BACKTianjinUniversityofCommerce04:1372.4单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算2211122211()()22mmPhcgzqhcgzqF对于定常流动、单一进出口的开口系统，能量方程：P、F—单位时间内加给系统的功和热量，向内为“+”1、2—进出口忽略动能、位能变化21mPqhhFFBACKTianjinUniversityofCommerce04:1382.4.1压缩机、理论比功忽略压缩机与外界的换热量，F=0。则压缩机耗功率：0021/mPwhhJkgq=系统耗功率021/mPqhhWkW两边同除以qm：理论比功：表示压缩机压缩并输送1kg工质所消耗的功p1234pkp02’hw0BACKTianjinUniversityofCommerce04:1392.4.2蒸发器、制冷量p1234pkp02’hw0蒸发器与外界换热量为F0，无功的交换P=0：014/qhhJkg014/mqhhWkWF两边同除以qm：单位（质量）制冷量：表示1kg工质在蒸发器中蒸发所吸收的热量表示在p-h图上制冷量与两个因素有关：制冷剂质量流量—压缩机的大小及转速等蒸发器进出口焓差—制冷剂及工况条件等q0BACKTianjinUniversityofCommerce04:13102.4.2蒸发器、制冷量有时候用容积流量计算系统制冷量。质量流量与容积流量的关系如下：对于稳定工作的制冷系统，根据质量守恒定律，各点处的质量流量是相同的，但比容不同，因此系统中各点处的容积流量是变化的。习惯上用压缩机进口处的容积流量qV1表示系统制冷量vmqqv11vmqqv141zvqhhv14011vhhqvF两边除以qv1，得：单位容积制冷量，表示按压缩机进口状态计算的单位容积（1m3）制冷剂所产生的制冷量BACKTianjinUniversityofCommerce04:13112.4.3冷凝器、冷凝器热负荷冷凝器与外界换热量为Fk（向外界为“+”），无功的交换P=0：23/kqhhJkg23/kmqhhWkWF两边同除以qm：冷凝器单位热负荷：表示1kg工质在冷凝中放出的热量表示在p-h图上p1234pkp02’hw0q0qkBACKTianjinUniversityofCommerce04:13122.4.4膨胀阀、制冷剂干度膨胀阀与外界无功、热交换，P=0，F=0：34hh节流前后焓值不变—等焓节流节流后进入两项区，膨胀阀出口处汽液混合物的焓值由下式计算：hf0：p0下饱和液体焓值hg0：p0下饱和蒸汽焓值p1234pkp02’hw0q0qk440401fghxhxhf0g0x：干度，表示汽液混合物中气相质量占总质量的百分比BACKTianjinUniversityofCommerce04:13132.4.5制冷系数（性能系数）由上式可得膨胀阀出口制冷剂干度：44000fgfxhhhh类似地，膨胀阀出口制冷剂比容：440401fgvxvxv在x4已知的条件下，单位制冷量还可以写成如下形式：0041qrxr0—制冷剂在t0下的汽化潜热理论循环的性能系数：0140021qhhCOPwhhBACKTianjinUniversityofCommerce04:13142.4.6理论制冷循环的热力计算在给定的已知条件下确定理论制冷循环各点状态参数，确定系统流量、换热器负荷、理论性能系数等已知：制冷量、制冷剂、蒸发温度、冷凝温度状态点参数：查图、查表、软件计算查图方法直观，但精度较差。查图表中要注意的几个问题焓、熵的基准问题：SI制：0oC下饱和液的hf=200kJ/kg，sf=1kJ/(kg.K）表格：两项区给出对应温度下饱和液、饱和蒸汽的热力参数，汽液混合物的参数由此计算。过热区需两个参数（p、t）确定一个状态点的热力参数BACKTianjinUniversityofCommerce04:1315理论制冷循环的热力计算（实例）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℃，制冷剂为R22，循环的制冷量Q0=55kw,试对该循环进行热力计算解：1.将循环表示在lgp-h图上，并确定各状态参数ph1234pkp02’R22-10oC35oCSBACKTianjinUniversityofCommerce04:1316理论制冷循环的热力计算（实例）状态点参数数值状态点参数数值蒸发压力354.3kpa2h2kJ/kg435.2冷凝压力1354.8kpat2℃571h1kJ/kg401.5553h3kJ/kg243.114v1m3/kg0.06534h4kJ/kg243.114BACKTianjinUniversityofCommerce04:1317理论制冷循环的热力计算（实例）单位制冷量：q0=h1-h4=158.441kJ/kg单位容积制冷量：qzv=q0/v1=2426kJ/m3制冷剂循环量：qm=F0/q0=0.3471kg/s理论比功w0=h2-h1=33.645kJ/kg压缩机理论耗功率：P0=qm·w0=11.68kW压缩机容积流量：qv1=qm·v1=0.0227m3/s冷凝器单位热负荷：qk=h2-h3=192.086kJ/kg冷凝器热负荷：Fk=qm·qk=66.67kW理论循环性能系数：COP0=q0/w0=4.71热力完善度η=COP0/COPc=0.806