空调制冷原理.pdf

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1、第一章制冷循环第一节理论循环与实际循环1.1理论的蒸气压缩制冷循环对于单级蒸气压缩制冷理论循环工作过程可以清楚地表示在压焓图上，如图：p32＇241h对于最简单的理论循环（或称简单的饱和循环）:离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气是处于蒸气压力下的饱和蒸气；离开冷凝器和进入膨胀阀的液体是处于冷凝压力下的饱和液体；压缩机的压缩过程为等熵压缩；制冷剂通过膨胀阀节流时，其前、后焓值相等；制冷剂在蒸发和冷凝过程中没有压力损失；在各设备的连接管道中制冷剂不发生状态变化；制冷剂的冷凝温度等于冷却介质温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度。显然，上述条件与实际循环是存在着偏差的，但由于理论循环可使问题得到简

2、化，便于对他们进行分析研究，而且理论循环的各个过程均是实际循环的基础，它可作为实际循环的比较标准，因此仍有必要对它加以详细的分析与讨论。现将图1-4中各状态点及各个过程叙述如下：点1表示制冷剂进入压缩机的状态。它是对应于蒸发温度t0的饱和蒸气。根据压力与饱和温度的对应关系，该点位于p0=f(t0)的等压线与饱和蒸气线（χ=1）的交点上。点2表示制冷剂排出压缩机的状态，也就是进冷凝器时的状态。过程线1-2表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程（s1=s2），压力由蒸发压力p0升高到冷凝压力pk。因此该点可通过1点的等熵线和压力为pk的等压线的交点来确定。由于压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷

3、剂温度升高，因此点2表示过热蒸气状态。点3表示制冷剂出冷凝器时的状态。它是与冷凝度tk所对应的饱和液体。过程线2-2’-3表示制冷剂在冷凝器的冷却（2-2＇）和冷凝（2＇-3）过程。由于这个过程是在冷凝压力pk不变的情况下进行的，进入冷凝器的过热蒸气首先将部分热量放给外界冷却介质，在等压下冷却成饱和蒸气（点2＇），然后再在等压、等温下继续放出热量，直至最后冷凝成饱和液体（点3）。因此，压力pk的等压线和χ=0的饱和液体线的交点即为点3的状态。点4表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸发器时的状态。过程线3-4表示制冷剂在通过节流阀时的节流过程。在这一过程中，制冷剂的压力由pk降到po，

4、温度由tk降到to并进入两相区。由于节流过程是一个不可逆过程，所以用一虚线表示3-4过程。过程线4-1表示制冷剂在蒸发器中的气化过程。由于这一过程是在等温、等压下进行的，液体制冷剂吸取被冷却介质的热量（即制冷）而不断气化，制冷剂的状态沿等压线po向干度增大的方向变化，直到全部变为饱和蒸气为止。这样，制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状态点1，从而完成一个完整的理论制冷循环。1单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算在进行制冷循环的热力计算之前，首先需要了解系统中各设备做功和热量的变化情况，然后再对循环的性能指标进行分析和计算。当完成一个蒸气压缩制冷循环时，在压缩机中，外界对制冷剂作功，而热

5、量的传递情况则因设备而异，在冷凝器中热量由制冷剂传给外界冷却介质，在蒸发器中热量由被冷却介质传给制冷剂。蒸发器中单位时间内向制冷剂传递的热量称为循环的制冷量，用符号Q0表示。压缩机中因压缩制冷剂Q0所消耗的功率用符号Po表示，它是保持循环运行所必须付出的代价。这两者的比值ε=定义为制冷系p0数。根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，稳定流动的能量方程可表示为Q+P=qm(h2-h1)kW（2-1）式中Q和P是单位时间内加给系统的热量和功；qm是流进或流出该系统的稳定质量流量；h是比焓；下标1和2分别表示流体流进系统和离开系统的状态点。当热量和功朝向系统时，Q和P取正值。该方程可单

6、独适用于制冷系统中的每一个设备。（1）节流阀制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功，P=0，故方程式（2-1）变为0=qm(h4–h3)h4=h3(2-2)因此，可以认为节流前后其焓值不变。节流阀出口处（点4）为两相混合物，它的焓值也可由下式表示：h4=（1–χ4）hfo+χ4hgo式中hfo和hgo分别为蒸发压力po下饱和蒸发的焓值；χ4为制冷剂出节流阀时的干度。将上式移项并整理，得到h-h4f0χ4=(2-3)h-hgof0点4比容为υ4=（1-χ4）υf0+υg0(2-4)式中υf0和υg0分别为蒸发温度t0下饱和液体和饱和蒸气的比容。（2）压缩机如果忽略压缩机与外界环境所交

7、换的热量，则由式（2-1）得P0=qm(h2-h1)kW(2-5)式中(h2-h1)表示压缩机每压缩并输送1kg制冷剂所消耗的功，称为理论比功，用ω表示。由于节流过程中制冷剂对外不作功，因此循环的比功与压缩机的比功相等。（3）蒸发器被冷却物体通过蒸发器向制冷剂传递热量Q0，因为蒸发器不作功，故方程式（2-1）变为Q0=qm(h1–h4)=qm(h1–h3)kW(2-6)由上式可以看出，制冷量Q0与两个因素有关：制冷剂的质量流量qm和