第二章 单级蒸气压缩式制冷循环
【重点看压焓图、温熵图，各个状态点，过程描述】
§2-1 单级蒸气压缩式制冷理论循环
【各点含义，计算】
? 与逆卡诺循环比较
各过程的热力过程：逆卡诺循环有两个等温过程、两个绝热过程（等熵过程）。理论循环与逆卡诺循环的区别：
① 热力过程为绝热压缩（干压缩）； ② 凝结过程为等压过程； ③ 节流过程为等焓过程； ④ 蒸发过程为等压过程。
1-压缩机 2-冷凝器 3-膨胀阀 4-蒸发器
图2-5 单级蒸气压缩式制冷系统
? 理论循环的假设条件：
① 压缩机吸入的是饱和蒸气； ② 节流前的液体是饱和液体； ③ 压缩过程是等熵压缩；
④ 制冷剂在蒸发和凝结过程及流动过程中没有阻力损失；
? 工作过程：
蒸发器中的制冷剂液体在低压、低温下吸收了被冷却物体的热量而蒸发，产生的低压制冷剂蒸气被压缩机吸入，经压缩后成为高压气体进入冷凝器，在冷凝器中制冷剂放出热量被凝结为液体，高压液体经膨胀阀节流降压，成为湿蒸气后进入蒸发器。
压缩机的作用：压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中低压力、冷凝器中高压力的作用。 节流阀的作用：对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量。
蒸发器的作用：制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量从而达到制取冷量的目的。
冷凝器的作用：将蒸发器中吸收的热量与压缩机中消耗的功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走
点1：制冷剂出蒸发器、进压缩机的状态，是蒸发压力下的饱和蒸气。
点2：制冷剂出压缩机、进冷凝器的状态，压力为与冷凝温度tk对应的饱和压力，且s1=s2。
1-2是压缩机的压缩过程（等熵）。
点4：制冷剂出冷凝器、进膨胀阀的状态，是冷凝压力下的饱和液体，pk与饱和液体线的交点。2-3-4是制冷剂在冷凝器中的等压（Pk）冷却冷凝过程。 点5：制冷剂出膨胀阀的状态。4-5表示制冷剂通过膨胀阀的节流过程。压力有Pk→P0，温度由 tk→t0，进入两相区。5-1表示制冷剂在蒸发器中的等压（P0）蒸发过程。 ? 理论循环的热力计算
单位制冷量q0：每公斤制冷剂在蒸发器中从被冷却物体中吸气的热量。 q0=h1-h4 kJ/kg
看例题2-1
例：假定循环为单级压缩蒸气制冷的理论循环，蒸发温度t0=-10℃,冷凝温度tk=35℃，制冷剂为R22，循环的制冷量Q0=55kw,试对该循环进行热力计算。 解：1.将循环表示在lgp-h图上，并确定各状态参数 状态点 参数 数值 状态点 参数 数值 1 蒸发压力 冷凝压力 h1 kJ/kg v1m3/kg 3.543bar 13.548bar 401.555 0.0653 2 h2 kJ/kg t2 ℃ h4 kJ/kg h5 kJ/kg 435.2 57 243.114 243.114 4 5 2.热力计算 ①单位制冷量 q0=h1-h5=158.441 kJ/kg ②单位容积制冷量 qv=q0/v1=2426 kJ/m3 ③制冷剂循环量 qm =Q0/q0=0.3471 kg/s ④理论比功 w0=h2-h1=33.645 kJ/kg
⑤压缩机消耗的理论功率 P0= qm w0=11.68 kw ⑥压缩机吸入的容积流量 V= qm v1=0.0227 m3/s
⑦理论循环制冷系数 ε0=q0/w0=4.71 ⑧冷凝器单位热负荷 qk=h2-h4=192.086 kJ/kg ⑨冷凝器热负荷 Qk= qm qk=66.67 kw
⑩热力完善度 η=ε0/εc=0.806 §2.3 单级蒸气压缩式制冷的实际循环 ? 实际循环中：
① 制冷剂进入压缩机不一定是饱和蒸气，在管路流动中及进入压缩机中吸热使之成为过热蒸气；
② 出冷凝器的制冷剂状态不一定是饱和液体，会有过冷； ③ 制冷剂在流动过程中会有阻力损失；
④ 实际压缩过程不是等熵过程，而是多变过程； ⑤ 系统中会存在不凝性气体等。 ? 液体过冷对制冷循环性能的影响
具有液体过冷的循环在压焓图上的表示如图示。图中
1-2-4-5-1是理论循环，1-2-4′-5′-1是过冷循环。 过冷循环比较结论：
① 采用过冷循环在理论上是有利的，且Δtg越大，越有利； ② 过冷度获得的方法：
a.利用冷凝器本身，过冷度有一定限制；
b.采用再冷却器，可加大Δtg，但需要温度低的冷却介质； c.采用回热器。
③ 过冷循环一般不单独采用。
采用过冷循环理论上总是有利的，而且过冷度越大，对循环越有利。
依靠冷凝器本身来使液体过冷，其过冷度是有一定限度的，如果要求获得更大的过冷度，通常需要增加一个单独的热交换设备，称为再冷却器。
在再冷却器中单独通入温度更低的冷却介质(如深井水)或将冷却介质先通过该再冷却器，然后再进入冷凝器。
? 蒸气过热对循环性能的影响
为了防止压缩机液击，一般希望制冷剂出蒸发器后有一些过热，使制冷剂
成为过热蒸气。
循环1′-2′-3-4-1′表示蒸气过热循环。压缩机吸入状态为1′，如果忽略制冷剂在管路的流动
阻力损失，则1-1′的过热过程为等压过程。 1．过热没有产生有用的制冷效果
从蒸发器出来的制冷剂蒸气的温度很低，在进入压缩机之前，在管路中吸收了外界的热量，使制冷剂蒸气过热。
∵ 单位制冷剂在蒸发器中的吸热量不变，即q0不变，而w0r>w0 ∴ ε0r=q0/w0r<ε0=q0/w0
循环的经济性下降。此过热称有害过热，对循环不利。应减小有害过热。 2．过热本身产生有用的制冷效果
制冷剂过热吸收的热量来自被冷却空间，产生了有用的制冷效果，称为“有效”过热。 增加了Δqr=h1′-h1,同时v1′>v1，所以qv′可能增加也可能减小。qv′=q0r/v1′与制冷剂的性质有关。 结论：
① 即使是有效过热，也不是对所有工质都有利。氨、R22过热不利的 ② 由于吸气温度的升高会引起排气温度的升高，t2应不超过140℃。 ③ 吸入蒸气的过热会对往复式压缩机的容积效率有所改善。 ? 回热循环【图是重点】
A-压缩机 B-冷凝器 C-节流阀 D-回热器 E-蒸发器 图2-6 回热循环的系统图
氨、R22不利的
判定回热循环制冷系数是否提高的判据： T0cpo>q0
cpo、q0是与工质有关的，所以，上式并非所有工质都成立。
不同制冷剂采用回热循环是否有利，与制冷剂采用有效过热循环时一样。
有一些工质不能用上式进行判断，其T-S图中蒸气线向左下方倾斜，压缩机等熵压缩后进入两相区，因此必须采用回热循环。
2.2.5不凝性气体的存在对循环性能的影响
系统中的不凝性气体(如空气等)往往积存在冷凝器上部，因为它不能通过冷凝器(或贮液器)的液封。不凝性气体的存在将使冷凝器内的压力增加，从而导致压缩机排气压力提高，比功增加，制冷系数下降，压缩机容积效率降低。
2.2.6单级压缩制冷的实际循环【温差、损失、多变】 实际循环与理论循环的区别
①制冷剂在压缩机中的压缩过程不是等熵过程，引起内部的不可逆；
②制冷剂的冷凝温度及蒸发温度不等于热源温度，存在传热温差，引起了外部不可逆；
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