第三章-单级蒸汽压缩式制冷循环

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。

第三节 单级蒸汽压缩制冷实际循环一、实际循环与理论循环的区别 ①实际吸气过程中，吸气管道及吸气阀门有摩擦阻力，因此，吸气压力1P 低于蒸发压力0P ，低温蒸汽进入压缩机汽缸后，将吸收缸壁热量，其比容增大，故实际吸气量减少。

②实际压缩过程不是等熵过程，而是一个多变指数不断变化的多变过程，是不可逆的。

③实际排气过程中流体要克服弹簧力，打开排气伐门，哥实际排气压力要高于冷凝压力K P 。

④实际冷凝过程和这个蒸发过程除了有流动阻力外，它们都是在有温差的情况下进行的 ⑤节流过程不是绝热节流，节流后焓值增大。

二、实际循环的简化 ①把排出管道外压力作为冷凝压力，即K P P =2，吸入管道压力即为蒸发压力01P P ='在冷凝和蒸发中压力当作不变 ② 实际压缩过程为多变压缩过程 ③节流过程为绝热节流三、实际循环的性能指标①输气系数λ :压缩机的实际输气量与理论输气量之比λ=hsv v (3-23)②单位实际压缩功：压缩机每压缩1Kg 制冷机蒸汽所消耗的功。

它是单位指示功和单位摩擦功之和。

即w s=wi+wm(3-24) w s =km i miww w ηηηη00=∙=(3-25)③指示效率：单位理论功与单位指示功之比 ii w w 0=η (3-26)④单位指示功 w i ：用于压缩1Kg 蒸汽本身所消耗的功 ⑤单位摩擦功w m ：压缩1Kg 蒸汽时为克服机械摩擦所消耗的功 w m=miw η (3-27)其中 m η为机械效率⑥单位制冷量 q 0=h5'1h - （kj/kg ）(3-28)⑦单位实际压缩功kks h h w w ηη'120-== （kj/kg ）(3-29)⑧实际循环制冷系数：k k s w q w q εεηε∙===000 (3-30)实际循环的制冷系数又称性能系数用 cop 表示⑨能效比：单位制冷量0q 与电动机的输入单位功1e w 之比，用 E.E.R 表示E.E.R=10100010e e mos e w qw q w q ηεηη⋅=⋅== (3-31)⑩实际循环热力完善度''000T T T k -⋅⋅==ηεεεβ (3-32)四、单级蒸汽制冷循环的热力计算 1.确定工作参数①蒸发温度 ：对以空气为载冷剂的冷库，t 0 比空气温度低100C ，如以水或盐水为载冷剂则 t 0比载冷剂温度低4-60C ②冷凝温度 ：对卧室、立式及淋水式冷凝器，用水冷却时，采用比冷凝器的冷却水进出口平均温度高5-70C 即t ()C t t k 021 752-++=(3-33)式中t 1 t 2为冷却水进口温度 当用空气冷却时，t k 比空气温度高 8-120C③吸气温度 ：吸气温度取决于回气的过热度，按压缩机允许吸气温度见表3-1氟利昂制冷机吸气温度可取150C 2.热力计算图3-10 单级压缩制冷循环的图①制冷剂的循环量 G hh Q q Q -==100 (kg/s)（3-34）②压缩机实际输气量vs q Q q V Q V G v 00'10'=∙=∙= （3-35）③压缩机理论输气量 v vsh q Q v ∙==λλ（3-36）④根据循环的单位理论功0W ，可求出理论功率0N 、指示功率i N 、轴功率e NN 00W G ∙= （3-37）ii N N η0=（3-38）N Kmie N N ηη0==（3-39）⑤指示效率：00bt T T KI +=η（3-40）其中 T 0 ---绝对蒸发温度T K ---- 绝对冷凝温度 t 0----蒸发温度b----系数，对立式氨压缩机b=0.001，立式氟利昂压缩机机b=0.0025，或查有关图表。

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。

制冷原理与设备第三章思考题、习题参考答案1.单级蒸汽压缩式制冷的理论循环工作过程单级蒸汽压缩式制冷系统主要有压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器四大件组成。

1)压缩过程：压缩机是制冷系统的心脏。

压缩机不断抽吸从蒸发器中产生的低压低温的制冷剂蒸汽，保持蒸发器的低压汽化条件。

同时将抽出的低压低温蒸汽压缩成高压高温的过热蒸汽输送到冷凝器。

在这个过程中压缩机需要做功。

2）冷凝过程：高压高温的过热蒸汽在冷凝器中把热量传给环境介质，制冷剂被冷却凝结成高温高压饱和液体，进入膨胀阀。

3）节流过程：高温高压饱和液体经过膨胀阀节流变为低温低压湿饱和蒸汽，进入蒸发器。

4）蒸发过程：进入蒸发器的低温、低压液体吸收被冷却物热量得到制冷目的，制冷剂汽化（沸腾）为低温低压蒸汽。

2.制冷剂压焓图和温熵图基本内容1）压焓图一点：临界点C三区：液相区、两相区、气相区。

五态：过冷液状态、饱和液状态、湿蒸气状态、饱和蒸气状态、过热蒸气状态。

八线：饱和液线x=0、饱和蒸气线x=1、无数条等干度线x、等压线p（水平线）、等焓线h（垂直线）等熵线s、等比体积线v、等温线t等温线：在图中为点化线，在过冷区为垂直线，在湿区为水平线（并且与定压线重合），在过热曲为向下弯曲的曲线。

等焓线：在图中为实线。

在过热区为向右下弯曲的曲线比等比体积线v的斜率大。

越往右下的等熵线熵值越大。

比等比体积线v：图中为虚线。

在过热区向下弯曲的曲线。

愈往下的等比容线，比容愈大。

过程热量：在图中可以用横坐标的长度代表。

2）温熵图一点：临界点三区：气相区、液相区、湿蒸气区五态：过冷液体、饱和液体、湿蒸气、饱和蒸气、过热蒸气八线：等温线、等熵线、饱和蒸气线、饱和液体线、等干度线、等容线、等压线、等焓线。

①饱和液体线X=0：由于过冷液体线密集在X=0线附近，所以饱和液体表示两种状态：过冷液体和饱和液体。

②等压线：在过冷区为向右下方弯曲的曲线，在湿区为水平线和等温线重合；在过热区为向右上方弯曲的曲线。

制冷技术单级蒸气压缩式制冷循环单级蒸气压缩式制冷循环是一种常用的制冷技术，广泛应用于家用、商用及工业领域。

该制冷循环通过压缩制冷剂，使其在高温高压下变成高温高压气体，然后通过冷凝器对其进行冷却并变成高压液体，最后通过膨胀阀使其变成低温低压液体，完成整个循环过程。

单级蒸气压缩式制冷循环主要由四个部分组成，分别是压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。

这些部分都有各自的功能和特点，下面将逐一介绍。

1. 压缩机：是整个制冷循环的核心部分，其作用是将低压低温制冷剂压缩成高温高压气体。

在压缩机内部，制冷剂通过旋转或往复运动的活塞被压缩，使其温度和压力都升高，然后排出到冷凝器中。

2. 冷凝器：主要作用是对高温高压气体进行冷却，使其冷却成高压液体。

在冷凝器中，高压气体通过散热器散发出热量，同时被冷却的制冷剂也变成高压液体。

3. 膨胀阀：是制冷循环中的节流装置，其作用是将高压液体膨胀成低温低压液体。

膨胀阀的流道十分窄小，制冷剂在经过时会发生流速的急剧降低，从而产生一定的压缩膨胀效应，使其温度和压力都降低。

4. 蒸发器：主要作用是对低温低压液体进行蒸发，从而吸收蒸发时需要的热量。

在蒸发器中，低温低压液体通过翅片式散热器散发出热量，同时由于蒸发带走了一定的热量，制冷剂变成低温低压气体，然后重新进入压缩机进行再次压缩。

以上四个部分形成的制冷循环流程是一个不断循环的过程，从而达到制冷的目的。

制冷循环中每个部件的功能及性能特点，都对整个制冷循环的效率、能耗有很大的影响。

因此，在实际应用中需要根据具体的环境和要求，选择合适的制冷剂和设备，调整制冷循环的工作参数，以满足不同的制冷需求。

制冷与低温技术原理习题1第三章蒸气压缩式制冷（1）一、填空题1.单级蒸气压缩式制冷循环的理论循环中，制冷系统由（），（），（）和（）四个基本部件组成，并用管道将它们串连成一个封闭的系统。

2.单级制冷机一般可用来制取（）以上的低温。

3.蒸气压缩制冷循环中，节流过程产生的蒸气是（）出来的，该蒸气通常称之为（），它在蒸发器中几乎不产生（）作用。

4.在制冷剂的状态图p－h图中，等温线在液体区（）线，在两相区是（）线，在过热区是（）线。

5.在制冷剂的状态图p－h中可以看到，在过热区，蒸气的过热度越大，其等熵线的斜率越（）。

6.制冷机的性能主要用（），（）和（）反映。

7.单级蒸气压缩式制冷循环中，制冷剂的汽化潜热越（），或节流后所形成的蒸气的干度越（），则循环的单位制冷量越大。

（填大，小，不变）8.单级蒸气压缩式制冷循环中，对某一具体的制冷剂来说，理论循环的蒸气比体积v1随蒸发温度或蒸发压力的降低而（）。

若冷凝温度已经确定，则单位容积制冷量随蒸发温度的降低而（）。

9.单级蒸气压缩式制冷循环的理论比功与（）和（）有关。

10.单级蒸气压缩制冷循环中，冷凝温度越（），蒸发温度越（），则制冷系数越小。

（填高，低，不变）11.设不同制冷剂工质在一定蒸发温度和冷凝温度下完成制冷循环。

通过（）可以反映系统的压力水平，通过（），（）和（）可以了解压缩机的工作条件，（）和（）可以反映制冷机的制冷能力，通过（）可以反映制冷循环的经济性。

12.高压液体过冷对制冷循环的影响表现为：可使单位制冷量（），单位容积制冷量（），循环比功（），制冷系数（）。

（填增加，略增加，减小，不变，或不定）。

13.由制冷剂的热力状态图可知，节流前液体的过冷度愈大，则节流后的干度愈（），循环的单位制冷量愈（）。

因此，采用液体过冷循环，对提高（）和（）都是有利的。

14.采用液体过冷循环，在相同过冷度下，过冷使制冷量和制冷系数提高的百分数与制冷剂的（）和（）有关。

简述单级压缩蒸汽制冷循环的循环方式
单级压缩蒸汽制冷循环是以蒸汽作为制冷剂的制冷循环。

它具有工作简单、体积小、
重量轻、维护保养方便等优点，广泛应用于冷热源勘探、空调设备和变频空调系统等领域。

单级压缩蒸汽制冷循环的循环方法如下：
1、气体引入：将蒸汽通过储液器和静压控制器进入到压缩机内，压缩机会将蒸汽进
行压缩，产生高温蒸汽，以达到制冷效果。

2、热交换：高温蒸汽经过内胆内壁和冷凝器间的热交换，能将冷凝器内部的温度降低，并形成冷凝水。

3、冷凝水回流：冷凝水经过由发动机中的涡轮驱动的给水泵，从冷凝器入口进入储
液器中，进而被蒸发器顶水吸收。

4、气体再排放：冷凝器上部产生的低温蒸汽通过节流阀和逆止阀，回流储液器，排
出变频空调系统，完成循环。

以上就是单级气体压缩蒸汽制冷循环的循环方式，它的工作原理是，压缩机压缩把气
体蒸汽加压，让其升温，经过内胆壁和冷凝器间的热交换，以及由发动机驱动的给水泵的
作用，使气体蒸汽经冷凝、成回流冷凝水，回流储液器再排放，从而循环利用，实现制冷
效果。

单级压缩蒸汽制冷循环简单易操作、运转效率高、可靠性高，是一种制冷循环模式，能够满足众多空调系统和冷热源勘探所需要的制冷效果。