蒸气压缩式制冷的热力学原理

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1、第一章蒸气压缩式制冷的热力学原理液体气化制冷原理气化：液体转变为气体的物态变化称为气化（蒸发和沸腾），气化时需吸收气化潜热。气化潜热：1kg液体气化时所吸收的热量。液体气化制冷原理液体的压力不同，其饱和温度（即沸点）也不同（压力越低，沸点越低，如氨在0.1MPa压力下，其沸点为－33.4℃；0.5MPa压力下，其沸点为4℃）。只要创造一定的低压条件，利用液体的气化就可能获得所需要的低温。液体气化制冷的工作过程四大部件：压缩机：蒸气压缩冷凝器：放热冷凝节流阀：节流降压蒸发器：吸热蒸发一、逆卡诺循环逆

2、卡诺循环：在两个恒温热源之间进行的理想循环。第一节理想制冷循环一、逆卡诺循环T－S图1-2：等熵压缩T0→Tk，耗功wc2-3：等温压缩放热qk=Tk(sa-sb)3-4：等熵膨胀Tk→T0，做功we4-1：等温膨胀吸热q0=T0(sa-sb)逆卡诺循环结果每一制冷循环，1kg制冷剂：循环净耗功量为：制冷循环性能指标：制冷系数的定义：单位耗功量所获取的冷量制冷循环性能指标对于逆卡诺循环，制冷系数c':大小只取决于两个热源的温度；T0'↗或Tk'↘，→c'↗在实际制冷系统中，制冷系数又称为性

3、能系数，用符号COP表示制冷循环的热力完善度热力完善度是表征实际制冷循环接近理想循环的程度蒸气压缩式：计算制冷效率或热力完善度时，必须：(1)计算实际制冷循环的制冷系数或热力系数(2)计算理想循环的制冷系数或热力系数(3)计算制冷效率或热力完善度制冷系数与热力完善度比较制冷系数ε和热力完善度η都是反映实际制冷循环经济性的指标。但二者的含义不同。ε只是从能量转换的角度，反映制冷循环中收益能与补偿能在数量上的比值，不涉及二者的能量品位。η同时考虑了能量转换的数量关系和实际循环中的不可逆程度的影响。ε的

4、数值可能大于1、小于1或等于1。η始终小于1。制冷系数与热力完善度比较用ε值的大小来比较两台实际制冷机的循环经济性时，必须是同类制冷机，并以相同热源条件为前提才具有可比性。用η作评价指标，使任意两台制冷机在循环的热力学经济性方面具有可比性，无论它们是否同类机，也无论它们的热源条件相同或是不同。有温差传热的逆卡诺循环逆卡诺循环——热泵用于供热，性能指标为供热系数。供热系数µ：单位耗功量所获取的热量，用于供热，供热量永远大于所消耗的功量。二、劳仑兹循环在实际的制冷系统中，制冷过程中冷热源的温度通常是变

5、化的。劳仑兹循环（LorenzCycle）是在两个变温热源之间进行的理想循环。a→b：等熵压缩b→c：变温压缩c→d：等熵膨胀d→a：变温膨胀T－S图二、劳仑兹循环1kg制冷剂：从被冷却介质吸收的热量为：向热源放出的热量为：制冷系数为：劳仑兹循环可以处理为平均放热温度、平均吸热温度的逆卡诺循环。变温热源时的逆向可逆循环——洛伦兹循环第二节蒸汽压缩式制冷的理论循环为了便于应用热力学理论对蒸汽制冷机的实际过程进行分析，提出了理论循环。理论循环忽略了制冷机在实际运行中的一些复杂因素，将循环加以简化抽象。

6、理论循环是今后研究实际制冷循环的基础。（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；理论循环是一些假设（3）离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气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；（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

7、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第二节蒸汽压缩式制冷的理论循环逆卡诺循环的关键是两个等温过程，利用纯工质或共沸工质的定压蒸发和冷凝实现，循环在湿蒸气区进行。实际循环却是两个定压、一个绝热压缩、一个绝热节流过程1、逆卡诺循环的局限膨胀机的经济性液态制冷剂的比容变化很小，因而可以利用的膨胀功十分有限。膨胀机的尺寸小，因而摩擦损失相对较大。干压缩代替了湿压缩:压缩机吸气状态为干饱和或过热蒸汽。节流阀代替了膨胀机简化了设备，但损失了膨胀功，并造成节流损失。2、蒸气压缩式制冷工作过程

8、压缩机：等熵压缩；冷凝器：等压放热；节流阀：绝热节流；蒸发器：等压吸热。压缩制冷理论循环组成3、理论循环与逆卡诺循环的对比分析蒸气压缩式制冷的理论循环的T－s图(1)节流阀代替膨胀机1kg制冷剂损失的膨胀功节流过程的不可逆损失采用节流阀代替了膨胀机，一方面损失了膨胀功，另一方面产生了无益气化，降低了制冷能力，导致制冷系数有所下降。其降低的程度，称为节流损失。蒸气压缩式制冷的理论循环的T－s图（2）干压缩代替湿压缩1kg制冷剂增加的制冷量压缩功增加采用干压缩代替了湿压缩，一方面增加了