三、蒸汽压缩式制冷循环实验

蒸气压缩式制冷的理论循环1. 单级蒸气压缩式制冷的理论循环的形式单级蒸气压缩式制冷的理论循环是在逆卡诺循环的基础上，作了如下变化：（1）节流阀代替膨胀机；（2）干压缩代替湿压缩。

循环的特点是制冷剂在压缩机的吸入状态和冷凝器的出口状态都是饱和状态，又将理论循环称为饱和循环。

当然，理论循环还保留逆卡诺循环的其它假定。

循环原理图和循环状态点在T－S图上的表示如图1-2、图1-3所示。

单级蒸气压缩式制冷循环由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四大部件组成。

制冷剂在循环过程中各点的状态分别是：压缩机吸入口状态1为低温低压的饱和蒸气；压缩机压缩后状态2为高温高压的过热蒸气状态；冷凝器出口状态3为常温高压的饱和液体状态；节流阀图1-2 理论循环原理图图1-3理论循环在T-S图上的表示出口状态4为低温低压的湿蒸气状态（由大部分低温饱和液体和小部分低温饱和蒸气组成）。

将这四个状态点的特性列成表来表示，见表1-1。

单级蒸气压缩式制冷理论循环各状态点特性表1-1循环过程中，各设备的作用是：压缩机起到了压缩和输送制冷剂，并造成蒸发器的低压作用；冷凝器起到了将低温物体的热量和压缩功转变的热量传给环境的作用；蒸发器则起到了吸收被冷却物体的热量的作用；节流阀起到节流降压、调节流量的作用。

制冷压缩机和节流阀将制冷系统分成高低压两个部分，高压部分从压缩机出口到节流阀进口；低压部分从节流阀出口到压缩机进口。

通过制冷循环，制冷剂不断吸收被冷却物体的热量，使被冷却物体温度维持在所需较低温度的水平，达到制冷的目的。

2. 单级蒸气压缩式制冷的理论循环在压焓图上的表示制冷循环中各过程的功量与热量的变化在压焓图中均可用过程初、终态制冷剂的焓值变化来计算，制冷工程广泛应用压焓图分析计算制冷循环。

（1）压焓图压焓图的示意图见1-4。

压焓图是以绝对压力为纵坐标（为了缩小图面，用对数坐标，其上的压力数值不需换算），以比焓为横坐标来表示制冷剂的状态。

二线、三区域、五种状态、六条等参数线。

制冷压缩机性能实验一、实验目的1、了解压缩机性能测定的原理及方法；2、了解蒸气压缩式制冷的循环流程及各组成设备；3、测定蒸气压缩式制冷循环的性能；4、理解与认识回热循环；5、比较单级蒸气压缩制冷机在实际循环中有回热与无回热性能上的差异；6、熟悉实验装置的有关仪器、仪表，掌握其操作方法。

二、实验原理1、单级蒸气压缩制冷机的理论循环图1显示了压力一比焓图上单级蒸气压缩制冷机的理论循环。

压缩机吸入的是以点1表示的饱和蒸气，1- 2表示制冷剂在压缩机中的等熵压缩过程；2-3表示制冷剂在冷凝器中的等压放热过程，在冷却过程2 2中制冷剂与环境介质有温差，放出过热热量，在冷凝过程2 3中制冷剂与环境介质无温差，放出比潜热，在冷却和冷凝过程中制冷剂的压力保持不变，且等于冷凝温度T K下的饱和蒸气压力P K ； ( 3 3)是液态再冷却放出的热量；3 -4表示节流过程，制冷剂在节流过程中压力和温度都降低，且焓值保持不变，进入两相区；4- 1表示制冷剂在蒸发器中的蒸发过程，制冷剂在温度T o、饱和压力P o保持不变的情况下蒸发，而被冷却物体或载冷剂的温度得以降低。

I .1 L I心"㈡二声已图1为了使膨胀阀前液态制冷剂的温度降得更低(即增加再冷度) ，以便进一步减少节流损失，同时又能保证压缩机吸入具有一定过热度的蒸气，可以采用蒸气回热循环。

图3示为来自蒸发器的低温气态制冷剂1，在进入压缩机前先经过一个热交换器一一回热器。

在回热器中低温蒸气与来自冷凝器的饱和液体3进行热交换，低温蒸气1定压过热到状态1'，而温度较高的液体3被定压再冷却到状态3'，回热循环1'—2' —3—3—4' —1 —1'中, 3—3'为液体的再冷却过程，过热后的蒸气温度称为过热温度，过热温度与蒸发温度之差称为过热度。

根据稳定流动连续定理，流经回热器的液态制冷剂和气态制冷剂的质量流量相等。

R134a单级蒸汽压缩回热制冷循环的分析作者：熊锋周峥艳来源：《报刊荟萃（下）》2017年第11期摘要：㶲分析是在热力学第二定律的基础上，从“量”与“质”的结合上规定了能量的“价值”。

㶲分析作为一种新的热力学分析方法，揭示了能量转换的本质，改变了人们对能的性质、能的损失及能量转换效率的传统看法，为合理用能指明方向。

㶲分析方法在热动力循环的研究中正广泛采用。

关键词：R134；分析；㶲分析一、R134aR134a（氟利昂）是一种新型制冷剂，属于氢氟烃类（简称HFC）。

其沸点为-26.5℃。

破坏臭氧层潜能值ODP为0，但温室效应潜能值WGP为1300（不会破坏空气中的臭氧层，是近年来鼓吹的环保冷媒，但会造成温室效应。

），现被用于冰箱、冰柜和汽车空调系统，是一种很环保的制冷剂，以代替氟利昂12。

在制冷和空调设备所采用的制冷循环中，蒸气压缩制冷循环占有相当大的比例，为了进一步提高这类循环的性能系数，有必要对蒸气压缩制冷循环进行热力学分析。

本节将应用热力学第一定律首先分析一下带回热制冷循环系统的热力性能。

一般，蒸气压缩回热制冷循环至少由五个部分组成：压缩机、冷凝器、回热器、膨胀节流件及蒸发器。

二、㶲分析计算一个实际过程或循环，总是存在着各种不可逆过程，单级蒸汽压缩回热制冷循环也不例外。

从分析循环损失着手，可以知道一个实际循环偏理想可逆循环的过度、循环各部分的损失大小，从而可以指明提高循环的经济性途径。

热力学第二定律不仅可以判断过程的发展方向、能量的品质，而且还可以用来分析系统内部的各种损失。

本节将应用热力学第二定律，对带回热制冷循环系统进行㶲分析计算，得出有效能损失的分配情况，以找到合理的改进途径，做到有的放矢。

下面将对压缩机、冷凝器等部件建立有效能平衡方程，计算各个部件的㶲损、水的㶲损及冷量㶲。

1.压缩机压缩机是蒸气压缩制冷循环的“心脏”，通过耗费一定的功使制冷剂压力和焓值升高。

下面将对压缩机进行㶲分析计算。

蒸汽压缩制冷（热泵）装置性能实验一、实验目的1. 了解蒸汽压缩制冷（热泵）装置。

学习运行操作的基本知识。

2. 测定制冷剂的制冷系数。

掌握热工测量的基本技能。

3. 分析制冷剂的能量平衡。

二、实验原理该系统是由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器组成，制冷机的作用是从低温物体中取出热量、并将它传给周围介质。

热力学第二定律指出：“不可能使热量由低温物体传向高温物体而不引起其他的变化”。

本实验用制冷装置，需要消耗机械功。

用工质进行制冷循环，从而获得低温。

蒸汽压缩制冷循环的经济性可用制冷系数ε来评价。

鉴于实际设备存在的各种实际损失，故ε值可分为“理论制冷系数”和“实际制冷系数”。

图6-1 蒸汽压缩制冷循环1. 理论制冷系数图6-1为蒸汽压缩制冷循环的T-S 图。

1-2未压缩过程，2-3-4（2-3）为制冷剂冷凝过程，4-5（3-4）为节流过程，5-1（4-1）为吸热蒸发。

理论制冷系数ε为理论制冷量q 2和理论功w 之比：ε= q 2/w = ( h 1-h 4) / (h 2-h 1) （6-1）2. 实际制冷系数实际制冷系数是指制冷机有效制冷能力Q 0与实际消耗的电功率N 之比：εγ= Q 0/N =εηｉηｍηｄηｍ０(6-2)式中ηｉ为压缩机的指示效率，ηｍ为压缩机的机械效率；ηｄ为传动装置效率；ηｍ０为电机效率。

实际制冷系数约为理论制冷系数的1/2～2/3。

三、试验方法由式 ⑴和式⑵可知为测定理论制冷系数和实际制冷系数，应在试验中进行一下各项的测量。

1. 测定各状态的焓h 1、h 2 和h 4，为此，需测量1,2,4点的压力和温度，然后在工质 的LgP-h 图上查得h 1、h 2 和h 4数值。

压力值用压力表测量，各点温度用水银温度计测量。

2. 制冷机实际消耗的功率用功率表测出电机消耗的电功率N(KW)即可。

3. 有效制冷能力Q 0的测定：本实验用水在蒸发器中交换的热量来确定。

Q0 = mzC (tZ1-tZ2) (6-3)式中：m为流过蒸发器的水流量（㎏/s），Ｃ为水的比热（ＫＪ／㎏℃），t Z1和tZ2为水流进、出口的温度℃。

描述蒸汽压缩式制冷循环的过程1. 引言蒸汽压缩式制冷循环是一种常见的制冷系统，广泛应用于家用空调、商用冷藏设备以及工业制冷等领域。

它通过利用蒸汽的物理性质，实现对空气或物体的降温，从而达到制冷的目的。

本文将详细描述蒸汽压缩式制冷循环的过程。

2. 蒸发器蒸汽压缩式制冷循环的过程始于蒸发器，也称为冷凝器。

在蒸发器中，高温高压的气体蒸汽通过传热与外界热源接触，从而释放热量并逐渐冷却，同时将蒸汽转化为低温低压的气体状态。

这一过程中，蒸汽吸收了来自外界的热量，从而使蒸汽的温度和压力下降。

3. 压缩机低温低压的气体经过蒸发器后进入压缩机。

压缩机是整个制冷循环的核心部件，它将低温低压的气体进行压缩，使其温度和压力升高。

压缩机的作用相当于给气体注入了能量，使其能够进一步提供制冷效果。

4. 冷凝器压缩机将气体压缩后，高温高压的气体进入冷凝器。

在冷凝器中，气体通过与外界的换热，将热量传递给外界，从而使气体的温度逐渐下降。

冷凝器通常采用散热片或冷却剂等方式，通过增大气体与外界接触的面积，加快热量传递的速度。

在冷凝器中，气体逐渐冷却并转化为液体状态。

5. 膨胀阀冷凝器出口的液体通过膨胀阀进入蒸发器。

膨胀阀是一个可控制液体流量的装置，它使高压液体在通过膨胀阀后迅速减压，从而实现液体的蒸发。

膨胀阀的作用是控制制冷剂的流量和压力，使其能够进入蒸发器并蒸发，从而完成制冷循环的闭合。

6. 蒸汽压缩循环通过以上的蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀的相互作用，蒸汽压缩式制冷循环实现了对空气或物体的降温。

具体来说，蒸发器中的蒸汽吸收了外界的热量，并通过压缩机的作用将其压缩，使其温度和压力升高。

然后，高温高压的气体进入冷凝器，在与外界的热交换过程中释放热量，使气体温度降低并转化为液体。

最后，液体通过膨胀阀进入蒸发器，重新开始循环，完成制冷过程。

7. 总结蒸汽压缩式制冷循环通过蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀的相互作用，实现了对空气或物体的降温。

蒸气压缩式制冷的实际循环1. 液体过冷、吸气过热及回热循环实际制冷循环过程中，制冷剂在冷凝器的出口会达到过冷液体状态，在压缩机吸入口会呈现蒸气过热状态，实际制冷装置还会设置回热器，即将冷凝器出口的常温高压液体与蒸发器出口的低温低压蒸气进行热交换。

下面讨论制冷剂液体的过冷、低温蒸气的过热以及回热对循环的影响。

（1）液体过冷液体过冷是指制冷剂在节流阀前被冷却到过冷液体状态。

制冷剂此时的温度称为过冷温度。

冷凝温度与过冷温度之差，称为过冷度。

图1-7为有再冷却的蒸气压缩式制冷循环在lg p-h 图上的表示，图中的3’点所对应的温度即为过冷温度，3与3’两点之间的温差Δt即为过冷度。

从图中可以看出：无再冷的饱和循环12341和有再冷的循环1233’4’41相比，节流过程由3-4变为3’-4’，单位质量制冷剂制冷量由h1-h4增加了△q0变为h1-h4’，而整个循环的压缩功并没有发生变化，依然是h2-h1，因此，过冷会提高制冷量和制冷系数，对循环是有利的。

而采用再冷循环，提高制冷系数的大小与制冷剂的种类及再冷度有关。

根据计算，当T k=30℃，T0=-15℃时，每再冷1℃，制冷系数提高：氨为0.46%；R22为0.85%。

图1-7 有再冷却的蒸气压缩式制冷循环在lg p-h图上的表示使制冷剂过冷的方法有增加冷凝器换热面积、增加冷却介质的流量和设置过冷器。

通常，对于大型的氨制冷装置，且蒸发温度在-5℃以下会采用过冷器，空气调节用制冷装置（如冷水机组等）一般不单独设置过冷器，而是通过适当增加冷凝器的传热面积的方法，实现制冷剂在冷凝器内过冷。

此外，在小型制冷装置中采用气－液热交换器（也称回热器）也能实现液体过冷。

（2）蒸气过热蒸气处于过热蒸气状态时的温度称为过热温度，过热温度与该压力下的饱和温度之差，称为过热度。

图1-8为蒸气过热循环在lg p-h图上的表示，图中1’点所对应的温度称为过热温度，1’与1点的温差则称为过热度。

实验一蒸气压缩式制冷系统的性能测定一、实验目的1、加深了解制冷循环系统的组成；2、学习测定制冷压缩机性能的方法；3、通过实际测定和制冷压缩机的运行，分析影响压缩机性能的因素。

二、实验装置实验采用普通商业用制冷压缩机性能实验台。

实验台采用封闭式制冷压缩机，蒸发器和冷凝器均为水换热器。

压缩机的轴功率通过输入电功率来测算。

实验台的主实验为液体载冷剂法，辅助实验为水冷冷凝器平衡法。

各测点均用铜电阻温度计。

实验台装置如图1所示：图1 制冷压缩机实验台外观图片图2 制冷系统循环原理图三、实验步骤1、实验前必须预习实验指导书及压缩制冷原理的有关内容。

实验时，必须弄清教师对实验装置及其仪表使用方法的进一步介绍，方可进行实验。

2、实验操作步骤如下：1）在工况稳定的情况下，开始实验测试，测定改工况下的吸气压力、排气压力、吸气温度、排气温度、过冷温度、蒸发器和冷凝器的进水出水温度以及它们的流量、压缩机的输入电功率等参数。

2）为提高测量的准确性，每隔3分钟读取一次数据，取三次数据的平均值作为测试结果（三次记录数据均在稳定工况下测试）。

3）调节截流装置的开度，重复上述操作过程，测得一组新的实验数据。

4）数据记录完毕后，慢慢减小各种调节装置的开度。

5）关闭压缩机开关，然后关闭水泵电源开关。

切断总电源，清洗水箱，排掉水箱中的水。

规定工况：P 吸=0.15MPa ，P 排=0.88MPa t 吸=18.1℃，t 排=74.1℃，t 过冷=34.7℃未经现场指导教师同意，除上述所需开关旋钮，阀门允许操作外，实验仪上其余装置及开关均不得擅自乱动，否则后果自负。

四、实验数据处理1. 压缩机制冷量忽略压缩机进排气阀的压力损失，忽略由膨胀阀出口至压缩机入口，由压缩机出口至膨胀阀入口各段的压力损失及膨胀阀与周围环境的热交换，考虑到压缩机的实际压缩是一多变过程，试验中蒸发器中的绝对压力为0P （kN/m 2），冷凝器中的绝对压力为k P （kN/m 2），热力膨胀阀前制冷剂液体温度为3t （℃）、压缩机吸排气口制冷剂气体温度为1t （℃）、2t （℃），蒸发器出口制冷剂温度为1t （℃）、冷凝器出口液体温度为3t （℃），就可画出相应的制冷循环h P -lg 图，如图3所示。

蒸汽压缩式制冷循环原理图及计算（带例题）1、单级蒸汽压缩式制冷系统的组成压缩机：制冷系统的“心脏”，压缩和输送制冷剂蒸气。

冷凝器：输出热量，冷却制冷剂。

节流阀：节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量。

蒸发器：吸收热量（输出冷量）从而制冷。

2、单级蒸汽压缩式制冷理论循环热力计算图上各线段代表循环的不同过程1－2：压缩机中的等熵（绝热）压缩过程。

2－3：冷凝器内的等压冷却、冷凝、过冷过程。

3－4：节流阀内的等焓节流过程。

4－1：蒸发器内的吸热等压气化过程。

1.制冷压缩机2.冷凝器3.蒸发器4.节流阀状态点的确定1点：Po等压线与x=1蒸气干饱和线交点2点：Pk等压线与s1等熵线交点3点：Pk等压线与x=0液态饱和线交点4点：Po等压线与h3等焓线交点3、单级蒸汽压缩式制冷理论循环热力计算(1)单位质量制冷量q0 kJ/kg q0=h1- h4(2)单位容积制冷量qv kJ/m3 qv= q0/v1=(h1-h4)/v1(3)单位质量耗功率w kJ/kg w=h2-h1(4)单位冷器热负荷qk kJ/kg qk= h2-h3(5)理论制冷系数ε ε=q0/w=(h1-h4)/ (h2-h1)(6)制冷剂质量流量qm kg/s qm =Q0/q0(7)压缩机的理论耗功率N= qm w= qm(h2-h1) kW(8)冷凝器总负荷Qk kW Qk = qm qk= qm(h2-h3)例题：某单级蒸汽压缩式制冷循环系统，设定总制冷量Q0=100Kw,在空调工况下工作。

采用R22作制冷剂时，试做理论循环的热力计算。

解：在空调工况下工作，蒸发温度t0=5℃,冷凝温度tk=40 ℃R22的压焓图得：计算结果4、工况变化对运行特性的影响压缩机的工况：决定循环的蒸发、冷凝温度、过冷度等。

工况参数对制冷工作的影响：制冷压缩机的制冷量，制冷压缩机的轴功率。

其他条件不变，供液过冷度、吸气过热度的影响有害过热：发生在蒸发器后的吸气管中的过热过程，装置的q0未增加，Q0和 下降。

实验五制冷循环实验一、实验目的1. 演示制冷循环系统的工作原理，观察制冷工质的蒸发、冷凝过程和现象；2. 熟悉制冷循环系统的操作和调节方法，通过进出水温的变化可观测制冷效果。

二、制冷循环的基本原理制冷（热泵）循环是一种逆向循环，其目的在于将低温物体（热源）的热量转移到高温物体（热源）中去。

根据Clausius关于热力学第二定律的叙述，要实现热量由低温物体向高温物体的迁移，外界必须向系统提供机械能或者热能。

制冷循环与热泵循环从原理上讲是完全相同的，区别在于工程应用中侧重点不同。

制冷循环的主要目的是从低温物体（热源）取走热量，以维持低温；而热泵循环的主要目的是不断向高温物体（热源）输送热量，以维持高温。

因此工程实际中制冷机和热泵在设计和制造上有一定区别。

在工业、生活等领域中，时常需要底于大气环境的温度，而且需要在一定时间内保持这一低温。

为了获得保持这一低温环境，必须设法不断地自低温环境提取热量排至大气环境，这就是需要制冷装置。

根据热力学第二定律，为了将热量自低温环境传至大气环境，必须消耗能量，通过消耗的能量是机械功或热能。

蒸气压缩式制冷循环装置就是通过消耗机械功来获取并保持低温的。

三、实验装置本装置由压缩机、盘管蒸发器、盘管冷凝器。

不锈钢冷却水箱；循环水泵，玻璃转子流量计，调节阀门组，测试系统由8路万能信号输入显示巡检仪、PT100热电偶组成。

T1-蒸发温度；T2-蒸发器出口水温；T3-蒸发器进口水温；T4-冷凝器出口水温；T5冷凝温度；T6-冷凝器进口水温。

换热器：由于水系统在运行换热器已充满水，若水泵不运行，在作为蒸发器时会冻坏换热器，作为冷凝器时会使冷凝压力过高，影响系统的正常运行。

所以在运行前和运行中一定要确保水是流动的。

23578T 1T 310T 694611毛细节流管1T 5T 4T 21、循环水泵2、水箱3、5、水流量计4、6、流量调节阀7、冷凝器8、蒸发器9、10、排空阀11、压缩机吸气排气四、操作步骤1. 把水箱里加满水，插上电源，检查各结构件和热电偶的连接是否正常；2. 开启水泵，打开连接演示装置的供水阀门，利用浮子流量计阀门适当调节蒸发器、冷凝器水流量；3. 开启制冷压缩机，观察工质冷凝、蒸发过程及其现象；4. 待系统运行稳定后，即可记录冷凝压力、蒸发压力、冷凝器和蒸发器的进、出口温度以及水流量等参数。

西安交通大学
制冷与低温技术原理
蒸气压缩式制冷实际循环
蒸气压缩式制冷实际循环4-0-1a 蒸发相变过程：压降使蒸发压力和蒸发温度都下降，出口
过热
；
1a -1b -1吸气管和压缩吸气过程：存在压降和温升；
1-2-2压缩过程和排气过程：先吸热熵增后放热熵减，排气过程压损；2a -3冷却冷凝过程：压降会减小冷凝压力（温度）和出口过冷态；3-4绝热节流过程：等焓，不可逆，熵增；
1. 过冷度的影响：增大通过节流机构进入蒸发器的制冷剂流量，减小进入蒸发器制冷剂的干度，都会增大制冷量；
指标增大：q 0、q ZV 、COP 都增大，q ZV 增大，压缩机的制冷量增大；
指标不变：吸气比容积，比功，压缩机功率不变；
过冷度越大，收益越多；
过冷度的影响程度：高压液体显热，变成低压液体潜热用，液体比热容越大和汽化潜热越小，即C
/r越大，过冷度的收益越大；
p
过冷度影响与蒸发温度的关系：蒸发温度越低，节流后干度大，则过冷对系统性能改善越显著；
冷凝器逆流布置方式，有利于增大过冷度。