单级蒸气压缩制冷理论循环讲解
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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。
3.1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环3.1.1 制冷系统与循环过程单级蒸气压缩式制冷系统主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四大部件组成,如图3-1所示。
对制冷剂蒸气只进行一次压缩,称为蒸气单级压缩。
整个循环过程主要由压缩过程、冷凝过程、节流过程以及蒸发过程四个过程组成,每个过程在不同的部件中完成,制冷剂在每个过程中的状态又各不相同,具体情况如下。
图3-1 单级蒸气压缩式制冷系统1 压缩机2 冷凝器3 膨胀阀4 蒸发器压缩过程:整个循环过程中,压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中低压和冷凝器中高压的作用,是整个系统的心脏。
制冷循环的压缩过程是在压缩机中完成的:压缩机不断抽吸从蒸发器中产生的压力为p o、温度为t o的制冷剂蒸气,将它压缩成压力为p k、温度为t k的过热蒸气,并输送到冷凝器中。
在这个过程中,压缩机需要做功。
冷凝过程:冷凝器是制冷系统中输出热量的设备,冷凝过程是在该部件中完成的.在压力p k下,来自于压缩机的制冷剂过热蒸气在冷凝器中首先被冷却成饱和蒸气,然后再逐渐被冷凝成液体,制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质(通常是水或空气)。
在冷凝过程中,与冷凝压力p k相对应的冷凝温度t k一定要高于冷却介质的温度,冷凝后的液体通过膨胀阀或其它节流元件进入蒸发器。
节流过程:节流过程是在膨胀阀中完成的。
当制冷剂液体经过膨胀阀时,压力由p k降至p o,温度由t k降至t o,部分液体气化。
所以离开膨胀阀的制冷剂为温度为t o的两相混合物,该两相混合物进入蒸发器。
蒸发过程:蒸发器是制冷系统中冷量输出设备,蒸发过程是在蒸发器中完成的。
在蒸发器中,来自膨胀阀的两相混合物在压力p0和温度t0下蒸发,从被冷却介质中吸取它所需要的气化潜热,从而达到制取冷量的目的。
在蒸发过程中,与蒸发压力p0相对应的蒸发温度t0一定要低于被冷却介质的温度。
3.1.2 压焓图和温熵图在制冷循环的分析和计算中,通常要用到两种工具,即压焓图和温熵图.1.压焓图压焓图以绝对压力(MPa)为纵坐标,以焓值(KJ/Kg)为横坐标,如图3-2所示。
制冷技术与装置第四章蒸气压缩式制冷掌握重点:单级压缩各类循环的热力学计算、性能影响及特性分析;两级压缩与复叠式制冷的概念、流程、能量平衡、参数设计、应用场合。
§4.1 单级蒸气压缩式制冷理论循环(将复杂问题简单化,忽略次要因素)单级蒸气压缩式制冷理论循环的假设基础:(1)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;(2)离开蒸发器、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、进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的饱和液体(4)制冷剂在管道内没有流动阻力损失,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,流速变化忽略不计,且与外界环境没有热交换(3)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;如何在T-S图上和p-h图上描述单级蒸气压缩式制冷理论循环?7理论循环在T-S图(a)和lg p-h图(b)上的表示=dd-q dhw蒸发过程:吸收外界热量,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。
1345762.制冷量减少h 5-h 746743’二者是相等的!面积57cbc b ad 带来的好处:1.省掉膨胀机,设备简化2.改变膨胀阀开度,易调节蒸发温度膨胀阀代替膨胀机的原因:1.饱和液体或两相混合物膨胀系数小,做功有限2.膨胀功回收设备(膨胀机)结构复杂,加工困难3.湿过程缺点:COP 下降膨胀阀不仅不能回收膨胀功,反而将膨胀功部分转化为热能,损失了部分制冷量(3)理论比功w 0120h h w -=单级压缩蒸气制冷机的理论比功也是随制冷剂种类和制冷机循环的工作温度而变的。
(4)单位冷凝热q k包括显热和潜热两部分()()q h h h h h h k =-+-=-233424(5)理论循环制冷系数ε0ε0001421==--q w h h h h 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q q w k =+00循环能量守恒(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412410T T T h h h h c ---==εεηεc :在低温热源温度(T 0)和高温热源温度温度(T 4)之间工作的逆卡诺循环的制冷系数。