1、制冷原理及制冷压缩机 第3讲 实际循环热力计算理论循环的压焓图理论循环的压焓图压焓图的作用：压焓图的作用：确定状态参数确定状态参数 表示热力过程表示热力过程 分析能量变化分析能量变化热力计算热力计算 单位质量制冷量单位质量制冷量q0：1kg制冷剂在蒸发制冷剂在蒸发器内从被冷却物体吸收的热量器内从被冷却物体吸收的热量。q0h1h4h1h3 单位容积制冷量单位容积制冷量qv：压缩机每吸入压缩机每吸入1m3制冷剂蒸汽（按吸气状态下），在蒸发器中所制冷剂蒸汽（按吸气状态下），在蒸发器中所产生的制冷量产生的制冷量。qvq0/v1（h1h4）/v1 单位理论压缩功单位理论压缩功w0：压缩机每压缩压缩机每压
2、缩输送输送1kg制冷剂所消耗的压缩功制冷剂所消耗的压缩功。w0h2h1 单位冷凝负荷单位冷凝负荷qk：1kg制冷剂在冷却制冷剂在冷却和冷凝过程中放出的热量和冷凝过程中放出的热量。qkh2h3 热力计算热力计算 制冷系数制冷系数0：衡量压缩机的性能，即花费一定的：衡量压缩机的性能，即花费一定的电能，得到多少制冷效果（制冷量）电能，得到多少制冷效果（制冷量）1241000hhhhwq热力计算热力计算蒸汽压缩式制冷的实际循环 液体过冷 蒸汽过热 连接管道压力损失 压缩机非绝热等熵压缩 不凝性气体液体过冷1.1.基本概念基本概念 液体过冷液体过冷：液体制冷剂的温度低于其压力所对应的饱和液体制冷剂的温度
3、低于其压力所对应的饱和 液体温度。液体温度。过冷度过冷度：液体过冷温度和其压力所对应的饱和液体温度液体过冷温度和其压力所对应的饱和液体温度之差。之差。过冷循环过冷循环：具有液体过冷的循环称为液体过冷循环。具有液体过冷的循环称为液体过冷循环。冷凝器冷凝器入口入口饱和饱和出口出口放热放热3045气体气体45液体液体放热放热3040液体液体过冷度过冷度45 过冷过冷液体过冷2.热力计算 比功相同 过冷循环中单位制冷量增加 过冷循环的制冷系数增加。12hhwo14/hhqooowq12hhwo 比较理论循环和过冷循环的性能。假定两个循环的冷凝温度均为40，蒸发温度为-5，过冷循环中液体温度由40 过冷
4、到35，两个循环的压缩机吸入状态均为蒸发压力p0下的饱和蒸汽状态，工质为R22，制冷量Q050kw。练一练R22的饱和液体和蒸汽热力性质表温度压力MPa比焓kJ/kg比容m3/kg t p h h v v-5 0.421194.176403.4990.76810-30.055340 1.533249.686416.5610.88310-30.015R22的热力性质：温度压力MPa比焓h(kJ/kg)比容v(m3/kg)等熵压缩排气点1.533436351.533243.114根据R22热力性质表，查出压焓图上各点的有关状态参数：h1=403.499kJ/kg h2=436.0kJ/kg h3=
5、249.686kJ/kg h3=243.114kJ/kg v1=0.0553m3/kg1231hhhh序号项目计算公式计算结果增加百分比理论过冷理论过冷1单位质量制冷量q0(kJ/kg)h1-h3h1-h3153.813160.3854.272循环比功w0(kJ/kg)h2-h1 h2-h132.532.503制冷系数4.7334.9354.2712 31hhhh序号项目计算公式计算结果增加百分比理论过冷理论过冷2制冷剂质量流量qm(kg/s)0.3250.31184.233压缩机容积流量Vs(m3/s)v1v117.9910-317.2610-34.23310hhQ310hhQ310hhQ
6、310hhQ蒸汽过热1.1.基本概念基本概念 蒸气过热蒸气过热：制冷剂蒸汽温度：制冷剂蒸汽温度高于高于其压力对应的饱其压力对应的饱和温度。和温度。过热度过热度：蒸汽过热后的温度和同压力下饱和温度：蒸汽过热后的温度和同压力下饱和温度的差值。的差值。过热循环过热循环：具有蒸汽过热的循环称为蒸汽过热循：具有蒸汽过热的循环称为蒸汽过热循环。环。过热过热入口入口蒸发器蒸发器饱和饱和出口出口吸热吸热30吸热吸热30过热度过热度10 蒸汽过热（1）无效过热：无效过热：过热没有产生有用的制冷效果（2）有效过热：有效过热：吸热本身产生有用的制冷效果 过热循环中压缩机排气温度变高 过热循环中压缩机比功增加 相同压
7、力下，温度升高时，过热蒸汽的比容大于饱和蒸汽，即相同的压缩机制冷剂单次吸入量变小。无效过热中制冷量不变，压缩比功增大，制冷系数变小 有效过热中单位制冷量增大，但单位容积制冷量随制冷机性质可大可小。蒸汽过热例题 试比较理论循环和过热循环的性能。假定两个循环的冷凝温度均为tk40，蒸发温度均为t0=-5，出冷凝器时的状态均为冷凝压力下的饱和液体状态，在过热循环中，吸入蒸气由-5过热到10，工质为R22，理论循环的压缩机质量流量qm17.9910-3kg/s。R22的饱和液体和蒸汽热力性质表温度压力MPa比焓kJ/kg比容m3/kg t p h h v v-5 0.421194.176403.499
8、0.76810-30.055340 1.533249.686416.5610.88310-30.015R22的热力性质：温度压力MPa比焓h(kJ/kg)比容v(m3/kg)理论循环等熵压缩排气点，621.533436过热循环等熵压缩排气点，771.533450100.421414.50.06根据R22热力性质表，查出压焓图上各点的有关状态参数：h1=403.499kJ/kg h2=436.0kJ/kgv1=0.05543m3/kg t2=62h1=414.5kJ/kg h2=450kJ/kg v1=0.06m3/kg t2=77h3=249.686kJ/kg 序号 项目 计算公式 计算结果理
9、论 过热理论 过热 无效 有效 无效 有效1单位质量制冷量q0(kJ/kg)h1-h3h1-h3 h1-h3153.8153.8164.8142循环比功w0 kJ/kgh2-h1h2-h1 h2-h132.535.535.53制冷系数4.734.334.64序号项目 计算公式 计算结果理论 过热理论 过热 无效 有效 无效 有效1单位质量制冷量q0 (kJ/kg)h1-h3h1-h3h1-h3153.8153.8164.8142单位容积制冷量qv（kJ/m3）(h1-h3)/v1(h1-h3)/v1(h1-h3)/v12779.422563.552746.93循环制冷量Q0 （kw）qmq05
10、046.1249.424单位冷凝热负荷qk（kJ/kg）h2-h3h2-h3h2-h3186.314200.314200.314连接管道压力损失（1）吸入管道吸入管道 吸入管道中的压力降始终是有害的，它使得吸气比容增大，压缩机的压力比增大，单位容积制冷量减少，压缩机容积效率降低，比压力增大，制冷系数下降（2）排出管道 在压缩机的排出管道中，热量由高温制冷剂蒸气传给周围空气，它不会引起性能 的改变，仅仅是减少了冷凝器中的热负荷。（3）蒸发器 假定不改变蒸发过程的传热温差，管道压降使得吸气比容增大，压力比增高，制冷量减少，制冷系数下降。（4）冷凝器 假定出冷凝器的压力不变，为克服冷凝器中制冷剂的流
11、动阻力，必须提高进冷凝 器时制冷剂的压力，这必须导致压缩机的排气压力升高，压力比增大，压缩机耗功增加，制冷系数下降。连接管道压力损失压缩机非绝热等熵压缩 由于压缩机气缸中有余隙容积的存在，气体经过吸、排气阀及通道出有热量交换及流动阻力，这些因素都会使压缩机的输气量减少，制冷量下降，消耗的功率增大。输气系数：压缩机实际输气量与理论输气量之比。实际压缩过程中，因偏离等熵过程以及流动阻力损失等因素，压缩气体消耗的功叫指示功wi，指示效率i=w0/wi 指示比功wih2s-h1 理论比功w0=h2-h1 指示效率i=w0/wi不凝性气体 系统中的不凝性气体往往积存在冷凝器上部，因为它不能通过冷凝器的液封。不凝性气体的存在将使冷凝器内的压力增加，从而导致压缩机排气压力提高，比功增加制冷系数下降，压缩机容积效率降低。应及时加以排除。图5 单级压缩实际制冷循环的P-H图 实际循环与理论循环的比较：
