一简单单级蒸气压缩式制冷的理论循环计算.ppt

《一简单单级蒸气压缩式制冷的理论循环计算.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一简单单级蒸气压缩式制冷的理论循环计算.ppt（48页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、 制 冷 原 理 与 技 术 （一）简单单级蒸气压缩式制冷 的理论循环计算 单级理论循环是建立在以下一些假设的 基础上的： （1）压缩过程为等熵过程，即在压缩 过程中不存在任何不可逆损失 （2）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂的 冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发温 度等于被冷却介质的温度，且冷凝温度 和蒸发温度都是定值 制 冷 原 理 与 技 术 （4）制冷剂在管道内流动时，没有 流动阻力损失，忽略动能变化，除了蒸 发器和冷凝器内的管子外，制冷剂与管 外介质之间没有热交换 （5）制冷剂在流过节流装置时，流速 变化很小，可以忽略不计，且与外界环境 没有热交换 （3）离开蒸发器和进入压缩机的制冷 剂蒸气

2、为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷 凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的 饱和液体 制 冷 原 理 与 技 术 图2-16理论循环在T-s图（a）和lnp-h图（b）上的表示 按照热力学第一定律，对于在控制容积中进 行的状态变化存在如下关系： （2-1） 制 冷 原 理 与 技 术 这里，把自外界传入的功作为负值。对上式积 分可以得到整个过程的表达式 ： （2-2） 按照式（2-1）和式（2-2），单级压缩蒸气制 冷机循环的各个过程有如下关系： q0称为单位制冷量，习惯上取为正值， 在T-s图上用面积1-5-b-a-1代表，而在 lg p-h图上则用线段5-1表示。 制 冷 原 理 与 技 术 (

3、2)冷凝过程： dw=0 dq=dh qk=h2-h4 （2-4） (3) 节流过程： w=0 q=0 h=0 h4=h5 （2-5） （1）压缩过程: dq=0,因而 dw=dh w=h2-h1 （2-3） （4）蒸发过程： dw=0因而 dq=dh q0=h1-h5=h1-h4 （2-6） 制 冷 原 理 与 技 术 (1)单位制冷量q0 压缩蒸气制冷循环单位制冷量可按式（2- 6）计算。单位制冷量也可以表示成汽化 潜热r0和节流后的干度x5的关系： 为了说明单级压缩蒸气制冷机理论循环的 性能， 采用下列一些性能指标，这些性 能指标均可通过循环各点的状态参数计算 出来。 (2-7) 由式（

4、3-7）可知，制冷剂的汽化潜热越 大，或节流所形成的蒸气越少（x5越小） 则循环的单位制冷量就越大。 制 冷 原 理 与 技 术 (2)单位容积制冷量qv (2-8) (3)理论比功w0 对于单级蒸气压缩制冷机的理论循环来说，理 论比功可表示为 (2-9) 单级压缩蒸气制冷机的理论比功也是随制冷剂 的种类和制冷机循环的工作温度而变的。 制 冷 原 理 与 技 术 (4)单位冷凝热qk 单位（1kg）制冷剂蒸气在冷凝器中放出的 热量，称为单位冷凝热。单位冷凝热包括 显热和潜热两部分 (2-10) 比较式（2-6）、（2-9）和（2-10）可以 看出，对于单级压缩式蒸气制冷机理论循 环，存在着下列

5、关系 (2- 11) 制 冷 原 理 与 技 术 (5)制冷系数 对于单级压缩蒸气制冷机理论循环， 制冷系数为 (2-12) 制冷系数愈大经济性愈好 冷凝温度越高 制冷系数越小 蒸发温度越低 制 冷 原 理 与 技 术 (6)热力完善度 单级压缩蒸气制冷机理论循环的热力完 善度按定义可表示为 (2- 13) 这里c为在蒸发温度（T0）和压缩机 排气温度（T2）之间工作的逆卡诺循环 的制冷系数。热力完善度愈大，说明该 循环接近可逆循环的程度愈大。 制 冷 原 理 与 技 术 （二）液体过冷、气体过热及回热对 理想循环性能的影响 上面所述的循环，是单级压缩蒸气制冷 机的基本循环，也是最简单的循环。

6、在 实用上，根据实际条件对循环往往要作 一些改进，以便提高循环的热力完善度 。在单级制冷机循环中，这一改进主要 有液体过冷、吸气过热及由此而产生的 回热循环。 制 冷 原 理 与 技 术 将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝 温度的状态，称为过冷。 1. 液体过冷 带有过冷的循环，叫做过冷循环。 采用液体过冷对提高制冷量和制冷系数 都是有利的 制 冷 原 理 与 技 术 图2-17 过冷循环在T-s图（a）和lgp-h图（b）上的表示 (2-14) 与无过冷的循环1-2-3-4-5-1相比，过 冷循环的单位制冷量的增加量为 制 冷 原 理 与 技 术 在图2-17（a）中，q0以面积5-5- b

7、-c表示，在图2-17（b）中，q0以 线段5-5表示。因两个循环的理论比 功w 0相同，过冷循环的制冷系数 比无过冷循环的制冷系数要大。 (2-15) 制 冷 原 理 与 技 术 2.吸入蒸气的过热 压缩机吸入前的制冷剂蒸气的温度高于 吸气压力下制冷剂的饱和温度时，称为过 热。具有吸气过热的循环，称为过热循环 。 图2-18示出了过热循环1-1-2-3-4-5-1的T -s图和lg p-h图。图中1-1是吸气的过热 过程，其余与基本循环相同。 制 冷 原 理 与 技 术 图2-18过热循环在T-s图（a）和lgp-h图（b）上的表示 (2-16) 制 冷 原 理 与 技 术 ( 2-17)

8、有效过热循环的制冷系数可表示为 (2-18) 由制冷剂的T-s图我们可以得到，在过热 区，过热度越大，其等熵线的斜率越大， 根据式（2-17），得 （2-19） 制 冷 原 理 与 技 术 图2-19有效过热的过热度对制冷系数的影响 过热过热 度 R502 R600a R290 R134aR22NH3 045.337.444.444.155.993.0 3073.965.772.172.986.3 131.5 表2-2过热度对排气温度的影响 制 冷 原 理 与 技 术 (2-20) 若不计回热器与环境空气之间的热交换 ，则液体过冷的热量等于使蒸气过热的 热量，其热平衡关系为 3.回热循环 利用

9、回把热使节流前的制冷剂液体与压 缩机吸入前的制冷剂蒸气进行热交换， 使液体过冷、蒸气过热，称之为回热。 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术 图2-21 回热循环在T-s图（a）和lgp-h图（b）上的表示 （2-21） 制 冷 原 理 与 技 术 由式（2-21）可以求出 （2-22） 回热循环的性能指标如下： 单位制冷量 （2-23） 单位容积制冷量 （2-24） 制 冷 原 理 与 技 术 单位功 制冷系数 （2-26） 由图（2-21）可知，与无回热循环1-2-3 -4-5-1相比较，回热循环的单位制冷量 增大了 （2-27） （2-25） 制 冷 原 理 与 技 术

10、 循环的单位功可近似地表示成 （2-29） 但单位功也增大了 （2-28） 制 冷 原 理 与 技 术 单位容积制冷量和制冷系数可表示成 （2-30） (2-31) 制 冷 原 理 与 技 术 即 （2-32） 如果要使回热循环的单位容积制冷 量及制冷系数比无回热循环高，其 条件应是 制 冷 原 理 与 技 术 （三）单级蒸气压缩式制冷实际循环计算 实际循环和理论循环有许多不同之处 ，除了压缩机中的工作过程以外，主要还 有下列一些差别： 1流动过程有压力损失。 2制冷剂流经管道及阀门时同环境介质间有热 交换。 3热交换器中存在温差。 制 冷 原 理 与 技 术 图2-22 实际循环在T-s图（

11、a）和lg p-h图（b）上的表示 制 冷 原 理 与 技 术 图2-23 简化后的实际循环在lg p-h图上的表示 制 冷 原 理 与 技 术 下面是按照这样简化后的循环的性能指标 的表达式，各下标对应于图2-23所示的状 态点。 （2-33） 这些同理论循环的计算完全一致。 1单位制冷量、单位容积制冷量及 单位理论功 制 冷 原 理 与 技 术 2单位冷凝热 （2-34） 上式中点2状态的焓值用下式计算 （2-35） 式中 为压缩机的指示效率，它被定 义为等熵压缩过程耗功量与实际压缩过程 耗功量之比。 制 冷 原 理 与 技 术 3制冷剂的循环流量 式中 为制冷量，通常由设计任务给出。 （

12、2-36） 4压缩机的理论功率和指示功率分别为 （2-37） （2-38） 制 冷 原 理 与 技 术 5实际制冷系数 （2-39） 6冷凝器的热负荷 （2-40） 式中为压缩机的机械效率。 制 冷 原 理 与 技 术 （四）两级压缩制冷循环计算 在图2-5 图2-9所示的二级压缩制冷循环中， 制取冷量的都是低压部分的蒸发过程，其单位制 冷量： q0=h1-h4 低压压缩机的单位理论功： wd=h2-h1 当制冷机的冷负荷为Q0时，低压级制冷剂循 环量： = (2-41) 制 冷 原 理 与 技 术 从而可算出低压压缩机消耗的理论功率： （2-42） Ptd= 对于中间完全冷却的两级循环： q

13、mgh9+qmdh2=qmgh3+qmdh4 qmg =qmd(h2-h4) /( h3- h9) （2-43） 制 冷 原 理 与 技 术 高压压缩机的单位理论功为 wg=h7-h3 由此可得高压压缩机的理论功率： Ptg= (2-44) 根据制冷系数的定义，两级压缩制冷循 环的理论制冷系数为 （2-45） 制 冷 原 理 与 技 术 （2-46） 对于中间不完全冷却的两级循环，根据中间 冷却器的热平衡关系 qmg h9=（qmg-qmd）h3+qmdh4 可得到流经高压级压缩机的制冷剂流量： qmg =qmd(h3-h4) /( h3- h9) (2-47) 高压压缩机的单位理论功为 wg

14、=h7-h6 制 冷 原 理 与 技 术 qmg h6=( qmg qmd) h3 + qmd h2 h6= （2-48） 高压压缩机消耗的理论功率： Ptg=qmgwg= （2-49） 中间不完全冷却的两级循环的理论制冷系数为 （2-50） 制 冷 原 理 与 技 术 于前述两级节流、具有中温蒸发器的中间完全 冷却两级压缩制冷循环进行高压级压缩机制冷 剂流量计算时，应该加上流经中温蒸发器的制 冷剂流量qmm。 qmm= 式中,Qm为中温蒸发器的制冷量。 对于这一制冷系统，流经高压级压缩机的制 冷剂流量和低压级压缩机的制冷剂流量之间有 下列关系 qmg= qmd + qmm 制 冷 原 理 与

15、 技 术 根据中间冷却器的热平衡关系可求得高压压缩 机和低压压缩机的制冷剂流量比 循环理论制冷系数为 （2-52） qmdh2+qmgh9+qmmh3 （2-51） =qmdh4+qmgh3+qmmh4 制 冷 原 理 与 技 术 压缩机实际过程的排气焓值为 （2-53） 高压压缩机实际过程的排气焓值（中间完 全冷却）为 （2-54） 制 冷 原 理 与 技 术 一些文献曾给出了确定中间压力（或 中间温度）的经验公式或图线。下 面列举几个推荐应用的公式： 按压压力的比例中项项确定中间压间压 力 (2-55) 式中Pm ,Po和Pk分别为中间压力、蒸发压 力和冷凝压力,单位MPa。 制 冷 原

16、理 与 技 术 按式求出的中间压力和制冷循环的最佳 中间压力有一定的偏差。但公式很简单 ，可用于初步估算。 按温度的比例中项项确定中间压间压 力 (2-56) 式中Tm ,To和Tk分别为中间温度，蒸发温 度和冷凝温度,单位均为K。 制 冷 原 理 与 技 术 用经验公式直接计算最佳中间压力 对于两级氨制冷循环，拉赛(A.Rasi) 提出了较为简单的最佳中间温度计算 式： tm=0.4tk+ 0.6to+3 (2-57) 式中，tm , tk和to分别表示中间温度， 冷凝温度和蒸发温度，单位均为。 上式不只适用于氨，在4040温度 范围内，对于R12也能得到满意的结果。 制 冷 原 理 与 技

17、 术 图2-24 最佳中间温度的确定 制 冷 原 理 与 技 术 （五）复叠式制冷循环计算 复叠式制冷循环是由单级或两级压缩制冷循 环组成的，在制冷机循环中除个别兼供中温冷 量的循环外，制取冷量的均是低温部分的蒸发 过程5-1（参见图2-10），其单位质量制冷量 为 qod =h1-h5 (2- 58) 低温部分消耗的单位理论功： wd =h2-h1 (2- 59) 低温部分的制冷量为Qod时，则其循环制冷剂流 量为： qmd= (2-60) 制 冷 原 理 与 技 术 压缩机的轴功率为： Pd= qmd （2-61) 式中,id为低温部分压缩机的指示效率； md为低温部分缩机的机械效率。 压缩机的理论输气量为： qvtd= (2-62) = 式中d为低温部分压缩机的输气系数。 高温部分循环制冷剂流量为： qmg= (2-63) 制 冷 原 理 与 技 术 压缩机的理论输气量为： qvt= （2-64） 式中g为低温部分压缩机的输气系数。 根据上述计算即可求出压缩机的轴功率P： = (2-65) 式中ig为高温部分压缩机的指示效率； mg为高温部分压缩机的机械效率。