1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
• 1.1.4 制冷剂的变化过程
– 制冷剂在制冷压缩机中的变化 • 制冷剂蒸气由蒸发器的末端进入压缩 机吸气口时，压力越高温度越高，压 力越低温度越低。 • 制冷剂蒸气在压缩机中被压缩成过热 蒸气，压力由蒸发压力p0升高到冷凝 压力pk。为绝热压缩过程。外界的能 量对制冷剂做功，使得制冷剂蒸气的 温度再进一步升高，压缩机排出的蒸
qk = q0 +w0
5.制冷系数
单位质量制冷量与理论比功之比，即理论循环的收益和代价之比，称为 理论循环制冷系数，用0表示，
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
例1-1 假定循环为单级蒸气压缩式制冷的理论循环，蒸发温度t0=-10℃， 冷凝温度tk=35℃，工质为R22，循环的制冷量Q0=55kW，试对该循环进行 热力计算。
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
• 1.2.1 理论循环的假设条件和压焓图 – 1.理论循环的假设条件
– 压缩过程为等熵过程； – 冷凝和蒸发是与冷、热源换热； – 出蒸发器的为饱和蒸气，出冷凝器的为饱和液体； – 制冷剂流动过程中没有流动阻力损失； – 节流过程中与外界没有热量交换。
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
q0=h1-h4=r0（1-x4）
（1-1）
式中 q0单位质量制冷量（kJ/kg）； h1与吸气状态对应的比焓值（kJ/kg）； h4节流后湿蒸气的比焓值（kJ/kg）； r0蒸发温度下制冷剂的汽化潜热（kJ/kg）； x4节流后气液两相制冷剂的干度。
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
2.单位容积制冷量 制冷压缩机每吸入1m3制冷剂蒸气（按吸气状态计）经循环从被冷 却介质中制取的冷量，称为单位容积制冷量，用qv表示。
从制冷系数变化的角度对比如下：
1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环
2.吸气过热 制冷压缩机吸入前的制冷剂蒸气温度高于蒸发压力下的饱和温度时，称为 吸气过热，两者温度之差称为过热度。具有吸气过热的循环，称为过热循 环。
1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环
• 过热分为有效过热和有害过热两种 – 实际循环中，形成制冷循环中吸气过热现象的原因很多，主要 有： • 1）蒸发器的蒸发面积的选择大于设计所需的蒸发面积，制 冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质的热量而过热，属有效过 热。 • 2）制冷剂蒸气在压缩机的吸气管路中吸收外界环境的热量 而过热，属有害过热。 • 3）在半封闭、全封闭制冷压缩机中，低压制冷剂蒸气进入 压缩以前，吸收电动机绕组和运转时所产生的热量而过热， 属有害过热，但是必须的。 • 4）制冷系统设置了回热器，制冷剂蒸气在回热器中吸收制 冷剂液体的热量而过热，属有害过热，但有过冷过程伴随。
1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环
• 1.3.3 热交换及压力损失对制冷循环的影响 – 1.吸气管道 • 从蒸发器出口到压缩机吸气入口之间的管道称为吸气管道 • 吸入管道对循环性能的影响最大。 • 吸入管道中的压力降始终是有害的，它使得吸 气比容增大， 压缩机的压力比增大，单位容积制冷量减少，压缩机容积 效率降低，比压力增大，制冷系数下降。 – 2.排气管道 • 在压缩机的排出管道中，热量由高温制冷剂蒸气传给周围 空气，它不会引起性能 的改变，仅仅是减少了冷凝器中的 热负荷。
气温度高于冷凝温度。
1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
制冷剂的变化过程(flash)
1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
• 1.1.4 制冷剂的变化过程
– 制冷剂在冷凝器中的变化 • 过热蒸气进入冷凝器后，在压力不变 的条件下，先是散发出一部分热量， 使制冷剂过热蒸气冷却成饱和蒸气。 • 饱和蒸气在等温条件下，继续放出热 量而冷凝产生了饱和液体。
1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
1.1.2 制冷循环过程
制冷剂蒸汽回到压缩机中压缩
1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
1.1.3 制冷系统各部件的主要用途
放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、 冷凝成高压常温的制冷剂液体
压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度
得到低温低压制冷剂
制冷剂液体吸热、蒸发、制冷
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
4.单位冷凝热负荷
制冷压缩机每输送1kg制冷剂在冷凝器中放出的热量，称为单位冷凝 热负荷，用qk表示。
qk=（h2-h2）+（h2-h3）=h2-h3
式中 qk单位冷凝热负荷（kJ/kg）； h2与冷凝压力对应的干饱和蒸气状态所具有的比焓值（kJ/kg）； h3与冷凝压力对应的饱和液状态所具有的比焓值（kJ/kg）； 对于单级蒸气压缩式制冷理论循环，存在着下列关系
1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环
• 1.3.1 单级蒸气压缩式制冷实际循环与理论循环 的区别 – 1）制冷压缩机的压缩过程不是等熵过程， 且有摩擦损失。 – 2）实际制冷循环中压缩机吸入的制冷剂往 往是过热蒸气，节流前往往是过冷液体， 即存在气体过热、液体过冷现象。 – 3）热交换过程中，存在着传热温差，被冷 却介质温度高于制冷剂的蒸发温度，环境 冷却介质温度低于制冷剂冷凝温度。 – 4）制冷剂在设备及管道内流动时，存在着 流动阻力损失，且与外界有热量交换。 – 5）实际节流过程不完全是绝热的等焓过程， 节流后的焓值有所增加。 – 6）制冷系统中存在着不凝性气体。
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
– 引课 – 1.2.1 理论循环的假设条件和压焓图 – 1.2.2 理论循环的性能指标及其计算 – 小结 – 作业
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
• 单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成： – 制冷压缩机 – 冷凝器 – 节流器 – 蒸发器
• 单级蒸气压缩式制冷循环，是指制冷剂在一次循环中只 经过一次压缩，最低蒸发温度可达-40～-30℃。单级蒸 气压缩式制冷广泛用于制冷、冷藏、工业生产过程的冷 却，以及空气调节等各种低温要求不太高的制冷工程。
液相区
气相区 两相区
• 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： – 等压线p（水平线） – 等焓线h（垂直线） – 饱和液线x=0， – 饱和蒸气线x=1， – 无数条等干度线x – 等熵线s – 等比体积线v – 等温线t
解 点1：t1=t0= 10℃， p1=p0=0.3543MPa， h1=401.555kJ/kg， v1=0.0653m3/kg 点3：t3=tk=35℃， p3=pk=1.3548MPa， h3=243.114 kJ/kg，
由图可知，h2=435.2 kJ/kg， t2=57℃
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
1）单位质量制冷量 q0=h1-h4= h1-h3=401.555-243.114=158.441kJ/kg
4）理论比功 w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg
5）压缩机消耗的理论功率 P0=qmw0=0.347133.645=11.68kW
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环
1.3.2 液体过冷、吸气过热及回热循环
下图为具有液体过冷的循环和理论循环的对比图，1-2-3-4-1为理论循环，1-23'-4'-1表示过冷循环。 两个循环的比功相同，过冷循环中单位制冷量增加，从而导致过冷循环的制冷 系数增加。
1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环
1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
• 1.1.1 制冷循环系统的基本组成 – 制冷循环系统 :
» 根据蒸气压缩式制冷原理构成的单级蒸气压缩式制 冷循环系统，是由不同直径的管道和在其中制冷剂 会发生不同状态变化的部件组成，串接成一个封闭 的循环回路，在系统回路中装入制冷剂，制冷剂在 这个循环回路中能够不停地循环流动
1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
• 小结 – 单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：制冷压缩机 冷凝器 节流 器 蒸发器 – 压缩过程（压缩机中进行） • 通过压缩使制冷剂由低温低压的蒸汽变为高温高压气体。 – 冷却冷凝过程（冷凝器中进行） • 在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体。 – 节流过程（节流阀中进行） • 压力、温度降低，焓值不变 – 蒸发过程（蒸发器中进行） • 吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气
1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环
从制冷量和制冷系数变化角度对比来说明
1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环
有效过热对循环是否有益与制冷剂本身的特性有关。如图所示，该 图是在蒸发温度为0℃、冷凝温度为40℃的条件下计算所得的结果
1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环
1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环 回热循环与理论循环相比较，制冷系数的变化情况如下
– 蒸气压缩式制冷循环系统图
1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
1.1.2 制冷循环过程
制冷剂蒸气压缩、冷凝成液体，放出热量
1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
1.1.2 制冷循环过程
冷凝后的制冷剂流经节流元件进入蒸发器。从入口端的高压pk降低到 低压p0，从高温tk降低到t0，并出现少量液体汽化变为蒸气。
7）冷凝器单位热负荷 qk=h2-h3 =435.2-243.114=192.086kJ/kg
8）冷凝器热负荷 Qk=qmqk=0.3471192.086=66.67kW
1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环
• 1.3.1 单级蒸气压缩式制冷实际循环与理论循环的区别 • 1.3.2 液体过冷、吸气过热及回热循环 • 1.3.3 热交换及压力损失对制冷循环的影响 • 1.3.4 不凝性气体对制冷循环的影响 • 1.3.5 冷凝、蒸发过程传热温差对循环性能的影响 • 1.3.6 实际制冷循环在压焓图上的表示及性能指标