单级蒸气压缩式制冷的热力学原理

1. 单位质量制冷量q₀：q₀＝h₁－h₄
2. 单位体积制冷量q_v：q_v＝q₀/v₁
3. 单位冷凝热负荷q_k：q_k＝h₂－h₃
4. 单位功耗w₀：w₀＝h₂－h₁
5. 制冷系数ε：消耗单位功量所能获得的制冷量
   　　　　　　

五、压缩机工作有磨损

压缩机做功是为了压缩制冷剂蒸气，但压缩机运动部件工作时有摩擦损耗，因此压缩同样的制冷剂蒸气，压缩机实际工作将做更多的功来保证。这样也将造成有摩擦运动的制冷循环的制冷系数小于逆卡诺循环的制冷系数。

六、普通节流机构代替高精度膨胀机

七、热力完善度：实际制冷循环的制冷系数与逆卡诺循环制冷系数的比值。

                 η ＝ ε / ε_c  ≤1

               η的大小反映了实际制冷循环接近逆卡诺循环的程度

一、理论循环：是通过简化条件简化了的实际制冷循环

　　1. 循环过程： 1-2（压缩机）：等熵压缩；
　　　　　　　　　2-3（冷凝器）：等压放热；
　　　　　　　　　3-4（节流阀）：等焓节流；
　　　　　　　　　4-1（蒸发器）：等压吸热。

　　2. 设备：压缩机： 制冷系统的“心脏”，压缩和输送制冷剂蒸气；

    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；

    冷凝器：  输出热量。

二、蒸汽压缩制冷理论循环热力计算

　　计算目的：确定循环的性能指标、压缩机的容量及功率以及换热设备的热负荷，为选择制冷设备提供依据。

　　1. 单位质量制冷量q₀：1kg制冷剂在蒸发器内从被冷却物体吸收的热量，kJ/kg。

                     q₀＝h₁－h₄

　　2. 单位容积制冷量q_v：压缩机每吸入1m³制冷剂蒸气（按吸气状态计），在蒸发器中所产生的制冷量，kJ/ m³。

q_v＝q₀ / v₁

　　3. 制冷剂的质量流量M_R：压缩机每秒吸入制冷剂的质量， kg/s。

M_R＝Q₀ / q₀

　　4. 制冷剂的体积流量V_R：压缩机每秒吸入制冷剂的体积量， m³/s。

V_R＝M_R·v₁＝Q₀ / q_v

　　5. 单位冷凝热负荷q_k：1kg制冷剂在冷却和冷凝过程中放出的热量，kJ/kg。

q_k＝h₂－h₃

　　6. 冷凝器热负荷Q_k：制冷剂在冷凝器中传给冷却介质的总热量。

Q_k＝M_R·q_k＝M_R·（h₂－h₃）

　　7. 单位理论压缩功w₀：压缩机每压缩并输送1kg制冷剂所消耗的压缩功，kJ/kg。

w₀＝h₂－h₁

　　8. 压缩机理论耗功率p_th：压缩机每秒压缩并输送制冷剂所消耗的功，kJ/s。

p_th＝M_R·w₀＝M_R·（h₂－h₁）

　　9. 制冷系数ε₀：消耗单位功量所能获得的制冷量，无量纲。

　　10.热力完善度η：实际制冷循环制冷系数与逆卡诺循环制冷系数的比值，无量纲。

一、概念：

液体过冷：液体制冷剂的温度低于其压力所对应的饱和液体温度。

   过冷度：液体过冷温度和其压力所对应的饱和液体温度之差。

   过冷循环：具有液体过冷的循环称为液体过冷循环。

1. 循环过程： 1-2（压缩机）：等熵压缩；

2-3（冷凝器）：等压放热；

3-3’（过冷）：等压传热；

3’-4（节流阀）：等焓节流；

4-1（蒸发器）：等压吸热。

2. 实现方法

      1）冷凝器后装过冷器；

       2）设计，选型时，适当增大冷凝器面积F×1.15（较多使用）；

       3）制冷系统中设置回热器，采用回热循环。

3. 意义：液体过冷可增大单位质量制冷量，单位功耗不变，从而提高制冷系数。

三、带过冷的单级蒸气压缩式制冷循环热力计算

　　1. 单位质量制冷量q₀：1kg制冷剂在蒸发器内从被冷却物体吸收的热量，kJ/kg。

                     q₀＝h₁－h₄

　　2. 单位容积制冷量q_v：压缩机每吸入1m³制冷剂蒸气（按吸气状态计），在蒸发器中所产生的制冷量，kJ/ m³。

q_v＝q₀ / v₁

　　3. 制冷剂的质量流量M_R：压缩机每秒吸入制冷剂的质量， kg/s。

M_R＝Q₀ / q₀

　　4. 制冷剂的体积流量V_R：压缩机每秒吸入制冷剂的体积量， m³/s。

V_R＝M_R·v₁＝Q₀ / q_v

　　5. 单位冷凝热负荷q_k：1kg制冷剂在冷却和冷凝过程中放出的热量，kJ/kg。

q_k＝h₂－h₃

　　6. 冷凝器热负荷Q_k：制冷剂在冷凝器中传给冷却介质的总热量，kJ。

Q_k＝M_R·q_k＝M_R·（h₂－h₃）

　　7. 单位过冷负荷：1kg制冷剂液体在过冷过程中放出的热量，kJ/kg。

Q_gl＝h₃－h_3’

　　8. 过冷总负荷：制冷剂液体在过冷过程中释放的总热量，kJ。

Q_gl＝M_R·q_gl＝M_R·（h₃－h_3’）

　　9. 单位理论压缩功w₀：压缩机每压缩并输送1kg制冷剂所消耗的压缩功，kJ/kg。

w₀＝h₂－h₁

　　10. 压缩机理论耗功率p_th：压缩机每秒压缩并输送制冷剂所消耗的功，kJ/s。

p_th＝M_R·w₀＝M_R·（h₂－h₁）

　　11. 制冷系数ε₀：消耗单位功量所能获得的制冷量，无量纲。

　　12.热力完善度η：实际制冷循环制冷系数与逆卡诺循环制冷系数的比值，无量纲。

              
2.5带过热的单级蒸气压缩式制冷循环

一、概念：

蒸气过热：制冷剂蒸汽的温度高于其压力所对应的饱和温度。

   过热度：蒸汽过热后的温度和同压力下饱和温度的差值。

   过热循环：具有蒸汽过热的循环称为蒸汽过热循环。

   有效过热：过热吸收热量来自被冷却介质，产生有用的制冷效果。

   有害过热：过热吸收热量来自被冷却介质以外，无制冷效果。

1. 循环过程： 1’-2（压缩机）：等熵压缩；

2-3（冷凝器）：等压放热；

3-4（节流阀）：等焓节流；

4-1（蒸发器）：等压吸热；

1-1’（过热）：等压传热。

2. 实现方法

    1）蒸发器面积大于设计所需面积（有效过热）

    2）蒸发器与压缩机间的连接管道吸取外界环境热量而过热（有害）

    3）连接管道吸取被冷却对象的热量而过热（有效）

    4）系统中设置回热器（有害过热，但有过冷过程伴随）   

3. 意义：

有害过热分析：1. 单位压缩功增加

2. 单位制冷量不变

3. 单位冷凝负荷增大

4. 进入压缩机的制冷剂比容增大

5. 压缩机的排气温度升高

有效过热分析：对循环是否有益与制冷剂性质有关。

实际运行中：希望有适当的过热度。氨过热度5～8℃，氟利昂一般取可采取较大的过热度

三、带过冷的单级蒸气压缩式制冷循环热力计算

1. 单位质量制冷量q₀：1kg制冷剂在蒸发器内从被冷却物体吸收的热量，kJ/kg。

                     q₀＝h₁－h₄(或＝h_1’－h₄)

2. 单位容积制冷量q_v：压缩机每吸入1m³制冷剂蒸气（按吸气状态计），在蒸发器中所产生的制冷量，kJ/ m³。

q_v＝q₀ / v_1’

3. 制冷剂的质量流量M_R：压缩机每秒吸入制冷剂的质量， kg/s。

M_R＝Q₀ / q₀

4. 制冷剂的体积流量V_R：压缩机每秒吸入制冷剂的体积量， m³/s。

V_R＝M_R·v_1’＝Q₀ / q_v

5. 单位冷凝热负荷q_k：1kg制冷剂在冷却和冷凝过程中放出的热量，kJ/kg。

q_k＝h₂－h₃

6. 冷凝器热负荷Q_k：制冷剂在冷凝器中传给冷却介质的总热量，kJ。

Q_k＝M_R·q_k＝M_R·（h₂－h₃）

7. 单位过热负荷：1kg制冷剂蒸气在过热过程中吸收的热量，kJ/kg。

Q_gr＝h_1’－h₁

8. 过热总负荷：制冷剂蒸气在过热过程中吸收的总热量，kJ。

Q_gr＝M_R·q_gr＝M_R·（h_1’－h₁）

9. 单位理论压缩功w₀：压缩机每压缩并输送1kg制冷剂所消耗的压缩功，kJ/kg。

w₀＝h₂－h_1’

10. 压缩机理论耗功率p_th：压缩机每秒压缩并输送制冷剂所消耗的功，kJ/s。

p_th＝M_R·w₀＝M_R·（h₂－h_1’）

11. 制冷系数ε₀：消耗单位功量所能获得的制冷量，无量纲。

12.热力完善度η：实际制冷循环制冷系数与逆卡诺循环制冷系数的比值，无量纲。