1、引課 1 制冷循環系統的基本組成 2 制冷循環過程 3 制冷系統各部件的主要用途 1.1.4 制冷劑的變化過程 小結一、一、 單級蒸氣壓縮式制冷循環的基本工作原理單級蒸氣壓縮式制冷循環的基本工作原理1. 制冷循環系統的基本組成制冷循環系統的基本組成日常生活中我們都有這樣的疑問日常生活中我們都有這樣的疑問: :怎樣才能制冷制熱呢怎樣才能制冷制熱呢? ? 利用制冷劑由液體狀態汽化為蒸氣狀利用制冷劑由液體狀態汽化為蒸氣狀態過程中吸收熱量，被冷卻介質因失去熱態過程中吸收熱量，被冷卻介質因失去熱量而降低溫度，達到制冷的目的。量而降低溫度，達到制冷的目的。一、一、 單級蒸氣壓縮式制冷循環的基本工作原理單級

2、蒸氣壓縮式制冷循環的基本工作原理制冷劑制冷劑制冷劑在變為蒸氣之后，需要對它進行壓制冷劑在變為蒸氣之后，需要對它進行壓縮、冷凝、繼而進行再次汽化吸熱。對制冷劑縮、冷凝、繼而進行再次汽化吸熱。對制冷劑蒸氣只進行一次壓縮，稱為蒸氣單級壓縮。蒸氣只進行一次壓縮，稱為蒸氣單級壓縮。 單級蒸氣壓縮式制冷單級蒸氣壓縮式制冷單級蒸氣壓縮式制冷系統由壓縮機，單級蒸氣壓縮式制冷系統由壓縮機，冷凝器，膨脹閥和蒸發器組成。冷凝器，膨脹閥和蒸發器組成。1.1 1.1 單級蒸氣壓縮式制冷循環的基本工作原理單級蒸氣壓縮式制冷循環的基本工作原理 1.1.1 制冷循環系統的基本組成制冷循環系統的基本組成制冷循環系統 :根據蒸氣

3、壓縮式制冷原理構成的單級蒸氣壓縮式制冷循環系統，是由不同直徑的管道和在其中制冷劑會發生不同狀態變化的部件組成，串接成一個封閉的循環回路，在系統回路中裝入制冷劑，制冷劑在這個循環回路中能夠不停地循環流動 蒸氣壓縮式制冷循環系統圖 1.1.2 制冷循環過程制冷循環過程l制冷劑蒸氣壓縮、冷凝成液體，放出熱量制冷劑蒸氣壓縮、冷凝成液體，放出熱量1.1.2 制冷循環過程制冷循環過程冷凝后的制冷劑流經節流元件進入蒸發器。從入口端的高壓pk降低到低壓p0，從高溫tk降低到t0，并出現少量液體汽化變為蒸氣。1.1.2 制冷循環過程制冷循環過程制冷劑蒸汽回到壓縮機中壓縮1.1.3 制冷系統各部件的主要用途制冷系

4、統各部件的主要用途壓縮制冷劑蒸氣，提高壓力和溫度放熱，使高壓高溫制冷劑蒸氣冷卻、冷凝成高壓常溫的制冷劑液體 得到低溫低壓制冷劑制冷劑液體吸熱、蒸發、制冷1.1 1.1 單級蒸氣壓縮式制冷循環的基本工作原理單級蒸氣壓縮式制冷循環的基本工作原理 1.1.4 制冷劑的變化過程制冷劑的變化過程 制冷劑在制冷壓縮機中的變化 制冷劑蒸氣由蒸發器的末端進入壓縮機吸氣口時，壓力越高溫度越高，壓力越低溫度越低。 制冷劑蒸氣在壓縮機中被壓縮成過熱蒸氣，壓力由蒸發壓力p0升高到冷凝壓力pk。為絕熱壓縮過程。外界的能量對制冷劑做功，使得制冷劑蒸氣的溫度再進一步升高，壓縮機排出的蒸氣溫度高于冷凝溫度。制冷劑的變化過程制

5、冷劑的變化過程(flash) 1.1.4 制冷劑的變化過程制冷劑的變化過程 制冷劑在冷凝器中的變化 過熱蒸氣進入冷凝器后，在壓力不變的條件下，先是散發出一部分熱量，使制冷劑過熱蒸氣冷卻成飽和蒸氣。 飽和蒸氣在等溫條件下，繼續放出熱量而冷凝產生了飽和液體。 制冷劑在節流元件中的變化 飽和液體制冷劑經過節流元件，由冷凝壓力pk降至蒸發壓力p0，溫度由tk降至t0。為絕熱膨脹過程。 1.1.4 制冷劑的變化過程制冷劑的變化過程制冷劑在蒸發器中的變化 以液體為主的的制冷劑，流入蒸發器不斷汽化，全部汽化變時，又重新流回到壓縮機的吸氣口，再次被壓縮機吸入、壓縮、排出，進入下一次循環。 小結小結單級蒸汽壓縮

6、式制冷理論循環組成：制冷壓縮機 冷凝器 節流器 蒸發器 壓縮過程（壓縮機中進行） 通過壓縮使制冷劑由低溫低壓的蒸汽變為高溫高壓氣體。冷卻冷凝過程（冷凝器中進行） 在冷凝器中冷卻冷凝成制冷劑液體。節流過程（節流閥中進行） 壓力、溫度降低，焓值不變蒸發過程（蒸發器中進行） 吸熱蒸發，變成低溫低壓制冷劑氣引課1.2.1 理論循環的假設條件和壓焓圖1.2.2 理論循環的性能指標及其計算小結作業 單級蒸汽壓縮式制冷理論循環組成：單級蒸汽壓縮式制冷理論循環組成：制冷壓縮機 冷凝器 節流器 蒸發器 單級蒸氣壓縮式制冷循環，是指制冷劑在一次循環中只單級蒸氣壓縮式制冷循環，是指制冷劑在一次循環中只經過一次壓縮，

7、最低蒸發溫度可達經過一次壓縮，最低蒸發溫度可達-40-30。單。單級蒸氣壓縮式制冷廣泛用于制冷、冷藏、工業生產過程級蒸氣壓縮式制冷廣泛用于制冷、冷藏、工業生產過程的冷卻，以及空氣調節等各種低溫要求不太高的制冷工的冷卻，以及空氣調節等各種低溫要求不太高的制冷工程。程。 1.2.1 理論循環的假設條件和壓焓圖理論循環的假設條件和壓焓圖1.理論循環的假設條件 壓縮過程為等熵過程； 冷凝和蒸發是與冷、熱源換熱； 出蒸發器的為飽和蒸氣，出冷凝器的為飽和液體； 制冷劑流動過程中沒有流動阻力損失； 節流過程中與外界沒有熱量交換。一點：一點：臨界點臨界點C三區：三區：液相區、液相區、兩相區、兩相區、氣相區。氣

8、相區。五態：五態：過冷液狀態、過冷液狀態、飽和液狀態、飽和液狀態、濕蒸氣狀態、濕蒸氣狀態、飽和蒸氣狀態、飽和蒸氣狀態、過熱蒸氣狀態。過熱蒸氣狀態。八線：八線：等壓線等壓線p（水平線）（水平線）等焓線等焓線h（垂直線）（垂直線）飽和液線飽和液線x=0，飽和蒸氣線飽和蒸氣線x=1，無數條等干度線無數條等干度線x等熵線等熵線s等比體積線等比體積線v等溫線等溫線t液相區液相區兩相區兩相區氣相區氣相區1）制冷壓縮機壓縮過程制冷壓縮機壓縮過程2）制冷壓縮機冷凝過程制冷壓縮機冷凝過程 3）制冷壓縮機膨脹過程制冷壓縮機膨脹過程 4）制冷壓縮機蒸發過程制冷壓縮機蒸發過程 3.理論循環過程在壓焓圖上的表示理論循環

9、過程在壓焓圖上的表示 1.2.2 理論循環的性能指標及其計算理論循環的性能指標及其計算1.單位質量制冷量 制冷壓縮機每輸送1kg制冷劑經循環從被冷卻介質中制取的冷量稱為單位質量制冷量，用q0表示。 式中 q0單位質量制冷量（kJ/kg）；h1與吸氣狀態對應的比焓值（kJ/kg）；h4節流后濕蒸氣的比焓值（kJ/kg）；r0蒸發溫度下制冷劑的汽化潛熱（kJ/kg）；x4節流后氣液兩相制冷劑的干度。q0=h1-h4=r0（1-x4） （1-1）2.單位容積制冷量單位容積制冷量 制冷壓縮機每吸入制冷壓縮機每吸入1m3制冷劑蒸氣（按吸氣狀態計）經循環從被冷制冷劑蒸氣（按吸氣狀態計）經循環從被冷卻介質中

10、制取的冷量，稱為單位容積制冷量，用卻介質中制取的冷量，稱為單位容積制冷量，用qv表示。表示。式中qv單位容積制冷量（kJ/m3）；v1制冷劑在吸氣狀態時的比體積（m3/kg） 3.理論比功理論比功 制冷壓縮機按等熵壓縮時每壓縮輸送1kg制冷劑蒸氣所消耗的功，稱為理論比功，用w0表示。w0=h2-h1 式中 w0理論比功（kJ/kg）；h2壓縮機排氣狀態制冷劑的比焓值（kJ/kg）；h1壓縮機吸氣狀態制冷劑的比焓值（kJ/kg） 4.單位冷凝熱負荷單位冷凝熱負荷 制冷壓縮機每輸送1kg制冷劑在冷凝器中放出的熱量，稱為單位冷凝熱負荷，用qk表示。qk=（h2-h2）+（h2-h3）=h2-h3式中

11、 qk單位冷凝熱負荷（kJ/kg）；h2與冷凝壓力對應的干飽和蒸氣狀態所具有的比焓值（kJ/kg）；h3與冷凝壓力對應的飽和液狀態所具有的比焓值（kJ/kg）；對于單級蒸氣壓縮式制冷理論循環，存在著下列關系qk = q0 +w0 5.制冷系數制冷系數 單位質量制冷量與理論比功之比，即理論循環的收益和代價之比，稱為理論循環制冷系數，用0表示， 例例1-1假定循環為單級蒸氣壓縮式制冷的理論循環，蒸發溫度假定循環為單級蒸氣壓縮式制冷的理論循環，蒸發溫度t0=-10，冷凝溫度冷凝溫度tk=35，工質為，工質為R22，循環的制冷量，循環的制冷量Q0=55kW，試對該循環進行，試對該循環進行熱力計算。熱力

12、計算。 解解點點1：t1=t0= 10，p1=p0=0.3543MPa，h1=401.555kJ/kg，v1=0.0653m3/kg點點3：t3=tk=35，p3=pk=1.3548MPa，h3=243.114 kJ/kg，由圖可知，由圖可知，h2=435.2 kJ/kg，t2=57 1）單位質量制冷量q0=h1-h4= h1-h3=401.555-243.114=158.441kJ/kg4）理論比功w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg 5）壓縮機消耗的理論功率 P0=qmw0=0.347133.645=11.68kW7）冷凝器單位熱負荷 qk=h2-h3 =4

13、35.2-243.114=192.086kJ/kg8）冷凝器熱負荷 Qk=qmqk=0.3471192.086=66.67kW 1.3.1 單級蒸氣壓縮式制冷實際循環與理論循環的區單級蒸氣壓縮式制冷實際循環與理論循環的區別別 1.3.2 液體過冷、吸氣過熱及回熱循環液體過冷、吸氣過熱及回熱循環 1.3.3 熱交換及壓力損失對制冷循環的影響熱交換及壓力損失對制冷循環的影響 1.3.4 不凝性氣體對制冷循環的影響不凝性氣體對制冷循環的影響 1.3.5 冷凝、蒸發過程傳熱溫差對循環性能的影響冷凝、蒸發過程傳熱溫差對循環性能的影響 1.3.6 實際制冷循環在壓焓圖上的表示及性能指標實際制冷循環在壓焓圖

14、上的表示及性能指標1.3.1 單級蒸氣壓縮式制冷實際循環與理論循單級蒸氣壓縮式制冷實際循環與理論循環的區別環的區別 1）制冷壓縮機的壓縮過程不是等熵過程，且有摩擦損失。 2）實際制冷循環中壓縮機吸入的制冷劑往往是過熱蒸氣，節流前往往是過冷液體，即存在氣體過熱、液體過冷現象。 3）熱交換過程中，存在著傳熱溫差，被冷卻介質溫度高于制冷劑的蒸發溫度，環境冷卻介質溫度低于制冷劑冷凝溫度。 4）制冷劑在設備及管道內流動時，存在著流動阻力損失，且與外界有熱量交換。 5）實際節流過程不完全是絕熱的等焓過程，節流后的焓值有所增加。 6）制冷系統中存在著不凝性氣體。 下圖為具有液體過冷的循環和理論循環的對比圖，

15、1-2-3-4-1為理論循環，1-2-3-4-1表示過冷循環。 兩個循環的比功相同，過冷循環中單位制冷量增加，從而導致過冷循環的制冷系數增加。1.3.2 液體過冷、吸氣過熱及回熱循環液體過冷、吸氣過熱及回熱循環理論循環理論循環1-2-3-4-1過冷循環過冷循環1-2-3 -4 -1q0=h1-h4q0 =h1-h4 =（h1-h4）+（h4- h4 ）= q0+ q0w0=h2-h1w0 =h2-h1 從制冷系數變化的角度對比如下：從制冷系數變化的角度對比如下： 2.吸氣過熱 制冷壓縮機吸入前的制冷劑蒸氣溫度高于蒸發壓力下的飽和溫度時，稱為吸氣過熱，兩者溫度之差稱為過熱度。具有吸氣過熱的循環，

16、稱為過熱循環。 過熱分為有效過熱和有害過熱兩種過熱分為有效過熱和有害過熱兩種 實際循環中，形成制冷循環中吸氣過熱現象的原因很多，主要有： 1）蒸發器的蒸發面積的選擇大于設計所需的蒸發面積，制冷劑在蒸發器內吸收被冷卻介質的熱量而過熱，屬有效過熱。 2）制冷劑蒸氣在壓縮機的吸氣管路中吸收外界環境的熱量而過熱，屬有害過熱。 3）在半封閉、全封閉制冷壓縮機中，低壓制冷劑蒸氣進入壓縮以前，吸收電動機繞組和運轉時所產生的熱量而過熱，屬有害過熱，但是必須的。 4）制冷系統設置了回熱器，制冷劑蒸氣在回熱器中吸收制冷劑液體的熱量而過熱，屬有害過熱，但有過冷過程伴隨。 理論循環理論循環1-2-3-4-1 過熱循環

17、過熱循環 1 -2 -3-4-1 有效過熱有效過熱 有害過熱有害過熱 q0=h1-h4 q0 =h1 -h4=（h1-h4）+（h1 - h1）=q0+ q0 q0 =h1-h4= q0 w0=h2-h1 w0 =h2 -h1 =w0+ w0 w0 =h2 -h1 =w0+ w0 從制冷量和制冷系數變化角度對比來說明 有效過熱對循環是否有益與制冷劑本身的特性有關。如圖所示，該圖是在蒸發溫度為0、冷凝溫度為40的條件下計算所得的結果 理論循環理論循環1-2-3-4-1 回熱循環回熱循環1 -2 -3 -4 -1 q0=h1-h4 q0 =h1-h4 =q0+ q0 w0=h2-h1 w0 =h2

18、 -h1 =w0+ w0 回熱循環與理論循環回熱循環與理論循環相比較，制冷系數的變化情況如下相比較，制冷系數的變化情況如下 1.3.3 熱交換及壓力損失對制冷循環的影響熱交換及壓力損失對制冷循環的影響 1.吸氣管道 從蒸發器出口到壓縮機吸氣入口之間的管道稱為吸氣管道 吸入管道對循環性能的影響最大。 吸入管道中的壓力降始終是有害的，它使得吸 氣比容增大，壓縮機的壓力比增大，單位容積制冷量減少，壓縮機容積效率降低，比壓力增大，制冷系數下降。 2.排氣管道 在壓縮機的排出管道中，熱量由高溫制冷劑蒸氣傳給周圍空氣，它不會引起性能 的改變，僅僅是減少了冷凝器中的熱負荷。 3.液體管道 在冷凝器到膨脹閥這

19、段管路中，熱量通常由液體制冷劑傳給周圍空氣，使液體制 冷劑過冷，制冷量增大。然而，也可能水冷冷凝器中的冷卻水溫度很低，冷凝溫度低于環境溫度，熱量由空氣傳給液體制冷劑，可能導致部分液體氣化，這不僅使單位制冷量下降，而且使得膨脹閥不能正常工作。 4.兩相管道 通常膨脹閥是緊靠蒸發器安裝的。倘若將它安裝在被冷卻空間內，傳給管道的熱 量將產生有效制冷量；若安裝在室外，熱量的傳遞使制冷量減少，因而此段管道必須保溫。 5.蒸發器 如果假定不改變制冷劑出蒸發器時的狀態，它僅使蒸發器中的傳熱溫差減小，要求傳熱面積增大而已。 如果假定不改變蒸發過程中的平均傳熱溫差，其結果與吸氣管道阻力引起的結果一樣。 6.冷凝

20、器冷凝器 假定出冷凝器的壓力不變，為克服冷凝器中制冷劑的流動阻力，必須提高進冷凝 器時制冷劑的壓力，這必須導致壓縮機的排氣壓力升高，壓力比增大，壓縮機耗功增加，制冷系數下降。 7.壓縮機壓縮機 在理論循環中，假設壓縮過程為等熵過程。而實際上，整個過程是一個壓縮指數 在不斷變化的多方過程。另外，由于壓縮機氣缸中有余隙容積的存在，氣體經過吸、排氣閥及通道出有熱量交換及流動阻力，這些因素都會使壓縮機的輸氣量減少，制冷量下降，消耗的功率增大。 1.3.4 不凝性氣體對制冷循環的影響不凝性氣體對制冷循環的影響 系統中的不凝性氣體往往積存在冷凝器上部，因為它不能通過冷凝器的液封。不 凝性氣體的存在將使冷凝

21、器內的壓力增加，從而導致壓縮機排氣壓力提高，比功增加制冷系數下降，壓縮機容積效率降低。應及時加以排除。 1.3.5 冷凝、蒸發過程傳熱溫差對循環性能的影響冷凝、蒸發過程傳熱溫差對循環性能的影響 由于冷凝器與蒸發器中傳熱溫差的存在，會使實際的冷凝溫度比理論循環的冷凝溫度高，蒸發溫度則比理論循環的蒸發溫度低，從而使循環的制冷系數下降。制冷循環中制冷劑與熱源之間的傳熱溫差越大，制冷循環的效率越低。 但傳熱溫差的存在并不影響理論制冷循環的熱力計算用于實際制冷循環。 4-1表示制冷劑在蒸發器汽化和壓降過程；1-1表示制冷劑蒸氣的過熱（有益或有害）和壓降過程；1-2s表示制冷劑蒸氣在制冷壓縮機內實際的非等

22、熵壓縮過程；2s-2s表示制冷壓縮機壓縮后的制冷劑蒸氣經過排氣閥的壓降過程；2s-3表示制冷劑蒸氣經排氣管進入冷凝器的冷卻、冷凝和壓降過程；3-3表示制冷劑液體的過冷和壓降過程；3-4表示制冷劑液體的非絕熱節流過程 112(2)3456,ppk0Lg ph實際循環可表示為圖中的1-1-2-3-4-5-6-1 1-1表示蒸氣的過熱過程 1-2表示實際增熵壓縮過程 2-3-4表示制冷劑在冷凝壓力pk下的等壓冷卻、冷凝過程 4-5表示制冷劑在冷凝壓力下的過冷過程 5-6表示制冷劑在等焓下的節流過程 6-1表示制冷劑在蒸發壓力p0下的等壓汽化過程 1.單位質量制冷量單位質量制冷量q0和單位容積制冷量和

23、單位容積制冷量qvq0=h1-h62.理論比功理論比功w0、指示比功、指示比功wi和指示效率和指示效率 i 按等熵壓縮時每壓縮輸送1kg制冷劑蒸氣所消耗的功，稱為理論比功 w0=h2-h1 壓縮輸送1kg制冷劑蒸氣實際消耗的功，稱為指示比功 wi=h2-h1 理論比功w0與指示比功wi之比，稱為制冷壓縮機的指示效率i 3.單位冷凝熱負荷qkqk=h2-h4 4.制冷劑質量流量qm 5.壓縮機的理論功率P0和指示功率PiP0=qmw0 6.冷凝器的熱負荷QkQk=qmqk 7.實際制冷系數8.熱力完善度 制冷循環接近它理想情況的程度，接近完善的程度 實際制冷循環的制冷系數與工作在相同熱源溫度條件

24、下，它的理想制冷循環（逆卡諾循環）的制冷系數c的比值 越大，說明制冷循環經濟性越好，熱力學的不可逆損失越??；反之，則制冷循環效果差，效率低。永遠小于1 作業作業 試畫出單級蒸氣壓縮式制冷理論循環的試畫出單級蒸氣壓縮式制冷理論循環的lgp-h圖，并說明圖中各過程線的含義。圖，并說明圖中各過程線的含義。8. 已知已知R22的壓力為的壓力為0.1MPa，溫度為，溫度為10。求該狀態下。求該狀態下R22的比焓、比熵和比的比焓、比熵和比體積。體積。9. 已知工質已知工質R134a和下表填入的參數值，請查找和下表填入的參數值，請查找lgp-h圖填入未知項。圖填入未知項。p/MPat/h/kJ/kgv/m3

25、/kgs/kJ/(kg K)x0.30.1 250.3701.8510. 有一有一個單級蒸氣壓縮式制冷系統，高溫熱源溫度為個單級蒸氣壓縮式制冷系統，高溫熱源溫度為30，低溫熱源溫度為，低溫熱源溫度為-15，分，分別采用別采用R22和和R717為制冷劑，試求其工作時理論循環的性能指標。為制冷劑，試求其工作時理論循環的性能指標。11. 一臺單級蒸氣壓縮式制冷機，工作在高溫熱源溫度為一臺單級蒸氣壓縮式制冷機，工作在高溫熱源溫度為40，低溫熱源溫度為，低溫熱源溫度為-20下，試求分別用下，試求分別用R134a和和R22工作時，理論循環的性能指標。工作時，理論循環的性能指標。12. 有一單級蒸氣壓縮式制冷循環用于空調，假定為理論制冷循環，工作條件如下：有一單級蒸氣壓縮式制冷循環用于空調，假定為理論制冷循環，工作條件如下：蒸發溫度蒸發溫度t0=5，冷凝溫度，冷凝溫度tk=40，制冷劑為，制冷劑為R134a?？照{房間需要的制冷量。空調房間需要的制冷量是是3kW，試求：該理論制冷循環的單位質量制冷量，試求：該理論制冷循環的單位質量制冷量q0、制冷劑質量流量、制冷劑質量流量qm、理論、理論比功比功w0、壓縮機消耗的理論功率、壓縮機消耗的理論功率P0、制冷系數、制冷系數 0和冷凝器熱負荷和冷凝器熱負荷Qk。 1.4 單級蒸氣壓縮式制冷機的性能及