制冷循环系统的热力计算

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。

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。

制冷系统热力计算首先是制冷剂的选择。

制冷剂是一种特殊的工质，能够在低温下吸收热量，然后在高温下释放热量。

选择适合的制冷剂是制冷系统热力计算的第一步。

要考虑制冷剂的物理性质、环境影响、安全性以及经济性等因素，选择符合要求的制冷剂。

制冷剂循环计算是制冷系统热力计算的核心内容之一、制冷剂循环计算是指根据制冷系统的工作参数和要求，通过计算制冷剂在制冷循环中的各个状态参数，确定制冷循环的运行参数。

常用的计算方法有基于压缩机功率平衡的循环计算方法、基于热力学原理的循环计算方法等。

制冷剂流量计算是指根据制冷系统的制冷负荷和制冷剂的性质，计算出制冷剂在制冷循环中的流量。

制冷剂流量的大小直接影响制冷系统的性能和能耗。

制冷剂流量的计算需要考虑制冷负荷、制冷剂的蒸发温度和冷凝温度等因素。

制冷剂压力计算是制冷系统热力计算的一个重要环节。

制冷剂的压力对制冷系统的循环效率和制冷效果有重要影响。

在制冷剂的蒸发器和冷凝器中，制冷剂的压力和温度之间存在一个固定的关系，可以通过热力学原理和相关的计算方法来计算制冷剂的压力。

冷凝器和蒸发器的传热计算是制冷系统热力计算中的重要部分。

冷凝器和蒸发器是制冷系统中的核心部件，其传热性能直接影响系统的制冷效果。

冷凝器和蒸发器的传热计算需要考虑传热面积、传热系数、温差和热阻等因素，通过这些因素的计算可以确定冷凝器和蒸发器的传热量。

最后是制冷系统功率与能量的计算。

制冷系统需要消耗一定的功率来完成制冷过程，制冷系统的功率大小直接影响制冷系统的能耗和运行成本。

制冷系统功率与能量的计算需要考虑制冷剂的密度、流量和温度等因素，通过这些因素的计算可以确定制冷系统的功率和能耗。

综上所述，制冷系统热力计算是制冷系统设计和运行的关键环节，通过热力学原理和相关计算方法对制冷系统进行热力学分析和计算可以提高制冷系统的工作效率和性能，并辅助制冷系统的设计和运行。

制冷系统热力计算需要考虑多个方面的内容，如制冷剂的选择、制冷剂循环计算、制冷剂流量计算、制冷剂压力计算、冷凝器和蒸发器的传热计算、制冷系统功率与能量的计算等。

热力学循环功率计算公式
热力学第一定律：du=dq+dw，w为外力对系统做功，
∵w=-∫fdl=-∫pdl=-∫pdv
∴du=dq-pdv
∵q是关于t的函数，所以u可表示为t、v的函数
∴du=cvdt+ctdv，对于理想气体而言，ct为零，对于真实气体而言，ct很小
∴du=cvdt恒成立
等温过程：
du=0，pdv=dq
△q=∫(过程1到2)pdv=∫(过程1到2,默认后面都是)rtdv、
v=rtln(v2、v1)=rtln(p1、p2)
等容过程：
dv=0，即dw=0
du=dq=cvdt，然后积分
等压过程：
dp=0
dq=du+pdv=cvdt+d(pv)=cvdt+rdt=cpdt
（可直接理解为压强不变时，温度直接决定输入的热能）
绝热过程：
dq=0
du=dw=-pdv=cvdt
∴-rtdv、v=cvdt
∴-rdv、v=cvdt、t
∴-r∫dv、v=cv∫dt、t
∴rln(v1、v2)=cvln(t2、t1)
∴(v1、v2)^r=(t2、t1)^cv
(v1、v2)^(γ-1)=t2、t1，就得到了体积变化与温度变化的关系
∵t=pv、r
∴代入得(v1、v2)^γ=p2、p1，即p1v1^γ=p2v2^γ，pv^γ=常量，就得到变化压强与变化体积的关系。

复叠式制冷系统热力计算复叠式制冷系统热力计算可以帮助我们确定制冷系统中一些关键参数的变化，从而指导系统的设计和优化。

本文将对复叠式制冷系统热力计算进行详细的介绍和探讨。

一、复叠式制冷系统复叠式制冷系统是一种先进的制冷技术，其基本原理是将多个制冷循环串联起来构成一个复合制冷系统，从而实现更高效、更灵活的制冷效果。

复叠式制冷系统的优点在于其高效、耐用、可靠，以及其应用范围广泛的特点，在工业、医疗、航空等领域得到了广泛的应用。

二、热力计算热力计算是指对一个制冷系统进行热力分析，从而确定系统中各参数的变化，进而指导系统的设计和优化。

热力计算包括系统的热平衡分析、热传递分析和热流量分析等内容。

其中，系统的热平衡分析是热力计算的核心，可帮助我们确定系统中的热量分配和传递方式。

三、热力计算的步骤进行复叠式制冷系统热力计算的步骤如下：1. 确定制冷系统的输入参数，包括冷媒种类、冷却剂种类、压缩机工作状态以及系统的环境参数等。

2. 进行系统的热平衡分析，确定系统中各个部分的热量流动方式。

在分析时，应考虑不同区域的热阻、热容和热传递系数等参数。

3. 计算制冷系统中各个部分的热量流量，以便确定系统中的热量分配和传递方式。

在计算时，应注意各个部分的温度和压力的变化。

4. 利用计算结果，进行系统的设计和优化，以改善制冷系统的效率和性能。

四、热力计算的应用复叠式制冷系统热力计算可用于指导系统的设计和优化，在实际应用中，主要有以下几个方面的应用：1. 选择合适的制冷循环，确定合适的冷媒种类和冷却剂种类，以满足特定的制冷要求。

2. 指导系统的设计，包括管道的布置、换热器的选型以及压缩机、冷凝器和蒸发器的选择等。

3. 提高系统的效率和性能，主要包括减少能源消耗、降低维护成本和延长系统的使用寿命等。

4. 安全评估，包括压力容器的强度计算、系统的热稳定性评估和操作风险分析等。

五、总结复叠式制冷系统热力计算是一个重要的制冷系统设计和优化工具，可帮助我们确定系统中各个部分的热量分配和传递方式，提高系统的效率和性能。

第4章 制冷技术第一节 蒸气压缩式制冷的热力学原理1、蒸气压缩式制冷的工作原理任何液体在沸腾过程中将要吸收热量，液体的沸腾温度（即饱和温度）和吸热量随液体所处的压力而变化，压力越低，沸腾温度也越低。

而且不同液体的饱和压力、沸腾温度和吸热量也各不相同。

只要根据所用制冷液体（称制冷剂）的热力性质，创造一定的压力条件，就可以在一定范围内获得所要求的低温。

要实现制冷循环必须要有一定的设备，而且要以消耗能量作为补偿。

蒸气压缩式制冷循环就是用压缩机等设备，以消耗机械功作为补偿，对制冷剂的状态进行循环变化，从而使用冷场合获得连续和稳定的冷量及低温。

研究蒸气压缩式制冷循环的主要目的，是为了分析影响制冷循环的各种因素，寻求节省制冷能耗的途径。

2、 理想制冷循环——逆卡诺循环逆卡诺循环是使工质（制冷剂）在吸收低温热源的热量后通过制冷装置，并以外功作补偿，然后流向高温热源。

逆向循环是一种消耗功的循环，制冷循环就是按逆向循环进行的，在温—熵或压—焓图上，循环的各个过程都是依次按逆时针方向变化的。

逆卡诺循环由两个等温过程和两个绝热（等熵）过程组成，是一种理想循环。

逆卡诺循环是可逆的理想制冷循环，它不考虑工质在流动和状态变化过程中的内部和外部不可逆损失。

虽然逆卡诺循环无法实现，但是通过该循环的分析所得出的结论对实际制冷循环具有重要的指导意义。

3、逆卡诺循环必须具备的条件利用液体气化制冷的逆卡诺循环必须具备的条件是：高、低温热源温度恒定；工质在冷凝器和蒸发器中与外界热源之间无传热温差；工质在流经各个设备时无内部不可逆损失；膨胀机输出的功为压缩机所利用。

作为实现逆卡诺循环的必要设备是压缩机、冷凝器、膨胀机和蒸发器。

4．制冷系数ε制冷循环常用制冷系数ε表示它的循环经济性能，制冷系数等于单位耗功量所制得的冷量。

对于逆卡诺循环而言：)())(()(00000'-''=-'-'-'='=T T T S S T T S S T w q k b a k b a c c ε 从公式可知，逆卡诺循环的制冷系数c ε仅与高、低温热源温度有关，而与制冷剂的热物理性能无关。

常用制冷公式大全
1. 热力学效率（COP）：COP = 制冷量 / 制冷机的功耗
2. 一氧化碳凝结温度：Tc = 2T / (1 + (b / a))
3. 摩擦轴承承受载荷限度：Q = Pv·ψ·λ·K
其中，Q是轴承的承受载荷，P是轴的功率，v是轴承的沉没速度，ψ是轴承的速度系数，λ是轴承的荷载系数，K是轴承的位置系数。

4. 理想气体状态方程：PV = nRT
其中，P是气体的压力，V是气体的体积，n是气体的物质的量，R是气体常数，T是气体的温度。

5. 相等物质的熵变公式：ΔS = (m1s1 + m2s2) - (m1+m2)s
其中，ΔS是系统的总熵增量，m1和m2分别是两个相等物质的质量，s1和s2是两个物质的熵，s是混合后物质的熵。

6. 传热公式（牛顿冷却定律）：Q = hAΔT
其中，Q是传递的热量，h是传热系数，A是传热面积，ΔT是温差。

7. 饱和水蒸气温度与压力关系（饱和曲线）：T = c·ln(P) + d
其中，T是饱和水蒸气的温度，P是饱和水蒸气的压力，c和d 是常数。

8. 潜热公式：Q = mL
其中，Q是潜热，m是物质的质量，L是单位质量的潜热。

以上是一些常用的制冷公式，可以根据具体需要选择应用的公式。

制冷系统循环及热力计算制冷系统循环主要包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四个主要部件。

首先，制冷剂经过蒸发器，利用周围环境的热量使制冷剂蒸发，并吸收空气中的热量，达到制冷的目的。

然后，蒸发后的制冷剂通过压缩机进行压缩，增加了其温度和压力。

接下来，制冷剂进入冷凝器，通过冷凝的过程使制冷剂释放出其吸收的热量，并且冷凝成液体。

最后，制冷剂通过膨胀阀进入蒸发器，降低其温度和压力，重新进入循环。

在制冷系统循环中，热力计算是为了确保能量转化和热力平衡的准确性。

一般来说，热力计算主要涉及到制冷剂在蒸发器和冷凝器中的能量转化以及在膨胀阀和压缩机中的能量转移。

其中，蒸发器的能量转化一般是通过制冷剂与空气或其他流体的热交换实现的。

而冷凝器的能量转化则是通过制冷剂与冷凝介质的热交换来实现的。

膨胀阀和压缩机则是用来改变制冷剂的温度和压力，从而控制制冷效果的。

在热力计算中，根据能量守恒定律，可以使用以下的热力学公式：1.蒸发过程中的能量转化计算公式：Q_evap = m * (h1 - h2)其中，Q_evap为蒸发过程中的能量转化，m为制冷剂的质量，h1和h2为制冷剂在蒸发器入口和出口的比焓。

2.冷凝过程中的能量转化计算公式：Q_cond = m * (h3 - h4)其中，Q_cond为冷凝过程中的能量转化，m为制冷剂的质量，h3和h4为制冷剂在冷凝器入口和出口的比焓。

3.膨胀阀和压缩机的能量转移计算公式：W_expand = m * (h2 - h3)通过以上的热力学计算，可以准确地计算制冷系统循环中各部件的能量转化和热力平衡，保证制冷效果的稳定和可靠性。

在实际应用中，还需要考虑到制冷系统的工作条件、环境温度等因素，对热力计算进行修正和优化，以达到理想的制冷效果。

车用蒸汽压缩式制冷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内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。

当完成一个蒸汽压缩循环时，在压缩机中外界对制冷剂作功。

而热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物体传给制冷剂。

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所消耗的功率用符号N0表示，它是保持循环运动所必须付出的代价。

这两者的比?0 = Q0 / N0定义为制冷系数。

根据热力学第一定理，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 + N = m ( h2 - h1 ) （1-1）式中：Q---单位时间内加给系统的热量（kW）；N---单位时间内加给系统的功（kW）；m---流进或流出该系统的稳定质量流量（kg/s）；h---比焓（kj/kg）;下标1、2---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N取正值。

该方程可单独适用于制冷系统的每一个设备。

①节流机构制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功，Q = 0，N = 0。

故方程（1-1）变为0 = m ( h3 - h4 )h3 = h4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- x4）hf0 + x4 hg0 (1-2)式中：hf0---蒸发压力p0下的饱和液体焓值；hg0---蒸发压力p0下的饱和蒸汽的焓值。

将上式移项并整理，得到x4=（h4 - hf0）/（h g0- hf0）(1-3)点4的比容为：v4 = (1-x4) vf0 + x4 vg0 (1-4)式中：vf0---蒸发温度t0下饱和液体的比容(m3/kg);vg0---蒸发温度t0下饱和蒸汽的比容(m3/kg);②压缩机如果忽略压缩机与外界环境所交换的热量，由式（1-1）得N0 = m ( h2 - h1) （kW）（1-5）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w0表示。