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第二節(jié) 蒸汽壓縮式制冷的理論循環(huán)
濕蒸汽區(qū)域可能實(shí)現(xiàn)理想制冷循環(huán)，但：
一、逆卡諾循環(huán)難以實(shí)現(xiàn)
1. 無溫差的傳熱過程難以實(shí)現(xiàn)， Q＝K A △tm
2. 膨脹機(jī)等熵膨脹不經(jīng)濟(jì)；
3. 濕壓縮不利于壓縮機(jī)正常工作（濕壓縮、減少制冷量、“液擊”）
二、蒸汽壓縮制冷理論循環(huán)
1. 循環(huán)（是簡(jiǎn)化了的實(shí)際制冷循環(huán)）
 
逆卡諾循環(huán)：1’－3－4－5’－1’
蒸汽壓縮制冷循環(huán)：1－2－3－4－5－1
1-2（壓縮機(jī)）：等熵壓縮；
2-3-4（冷凝器）：等壓放熱；
4-5（節(jié)流閥）：絕熱節(jié)流，等焓；
5-1（蒸發(fā)器）：等壓吸熱而制冷。
壓縮－放熱（冷卻與冷凝）－節(jié)流－吸熱（汽化、蒸發(fā)）
2. 設(shè)備
壓縮機(jī)： “心臟” 壓縮和輸送制冷劑蒸汽；
節(jié)流閥： 節(jié)流降壓，并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量；
蒸發(fā)器： 吸收熱量（輸出冷量）從而制冷；
冷凝器： 輸出熱量。
3. 特點(diǎn)（對(duì)比逆卡諾循環(huán)）
（1）干壓縮代替了濕壓縮：1點(diǎn)為干飽和蒸汽狀態(tài)
（2）節(jié)流閥代替了膨脹機(jī)：節(jié)流損失
三、壓焓圖
“一點(diǎn)、兩線、三區(qū)、五態(tài)”
◆六種：等壓線 — 水平線
等焓線 — 垂直線
等干度線 — 濕蒸汽區(qū)域內(nèi)
等熵線 — 向右上方傾斜
等容線 — 向右上方傾斜，但比等熵線平坦
等溫線 — 垂直線（未）→水平線（濕）→向右下方彎曲（過）
◆作用：確定狀態(tài)參數(shù)，表示熱力過程，分析能量變化。
四、蒸發(fā)制冷理論循環(huán)壓焓圖
五、蒸汽壓縮制冷理論循環(huán)熱力計(jì)算
計(jì)算目的：確定循環(huán)的性能指標(biāo)、壓縮機(jī)的容量及功率以及換熱設(shè)備的熱負(fù)荷，為選擇制冷設(shè)備提供依據(jù)。
1. 單位質(zhì)量制冷量q0
q0：1kg制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)從被冷卻物體吸收的熱量，kJ/kg。
q0＝h1－h5＝h1－h4
亦可表示為：q0＝r0（1－x5）
2. 單位容積制冷量qv
qv：壓縮機(jī)每吸入1m3制冷劑蒸汽（按吸氣狀態(tài)計(jì)），在蒸發(fā)器中所產(chǎn)生的制冷量，kJ/ m3。
qv＝q0 / v1＝（h1－h5）/v1
3. 制冷劑的質(zhì)量流量MR和體積流量VR
MR和VR：壓縮機(jī)每秒吸入制冷劑的質(zhì)量和體積。
MR＝Q0 / q0 VR＝MR·v1＝Q0 / qv
4. 單位冷凝負(fù)荷qk
qk：1kg制冷劑在冷卻和冷凝過程中放出的熱量，kJ/kg。
qk＝h2－h4
5. 冷凝器熱負(fù)荷Qk
Qk：制冷劑在冷凝器中放給冷卻介質(zhì)的熱量。
Qk＝MR·qk＝MR·（h2－h4）
6. 單位理論壓縮功w0
w0：壓縮機(jī)每壓縮并輸送1kg制冷劑所消耗的壓縮功，kJ/kg。
w0＝h2－h1
壓縮機(jī)理論耗功率pth＝MR·w0＝MR·（h2－h1）
7. 制冷系數(shù)ε0
8. 熱力完善度η
例1：假定循環(huán)為單級(jí)壓縮蒸汽制冷的理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度t0＝-10℃，冷凝溫度為tk＝35℃，工質(zhì)為R22，循環(huán)的制冷量Q0＝55kW，試對(duì)該循環(huán)進(jìn)行熱力計(jì)算。
解：該循環(huán)在壓焓圖上可表示為：
根據(jù)R22的熱力性質(zhì)表，查出處于飽和線上各點(diǎn)的參數(shù)值：
h1＝401.18kJ/kg,，v1＝0.0654m3/kg，
h3＝242.93 kJ/kg，p0＝355.0kPa，pk＝1349.8kPa
在p－h圖上，點(diǎn)1由等p0線和干飽和蒸汽線相交確定，由點(diǎn)1作等熵線，與等pk線相交確定點(diǎn)2。由圖知，t2＝57℃，h2＝435.2kJ/kg。
節(jié)流前后焓值不變，故h4＝h3＝242.93 kJ/kg。
1）單位質(zhì)量制冷量 q0＝h1－h4＝158.25 kJ/kg
2）單位容積制冷量 qv＝q0/v1＝2420 kJ/ m3
3）制冷劑質(zhì)量流量 MR＝Q0/q0＝0.3476 kg/s
4）制冷劑體積流量 VR＝MR·v1＝0.0227 m3/s
5）單位理論壓縮功 w0＝h2－h1＝34.02 kJ/kg
6）壓縮機(jī)理論耗功率 pth＝MR·w0＝11.83 kW
7）冷凝器單位熱負(fù)荷 qk＝h2－h3＝192.27 kJ/kg
8）冷凝器熱負(fù)荷 Qk＝MR·qk＝66.83 kJ
9）制冷系數(shù)ε0＝q0 / w0＝4.65
10）逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)εc＝T0/(Tk－T0)＝5.85
熱力完善度 η＝ε0 / εc＝0.795
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1. 冷凝器中，制冷劑凝結(jié)時(shí)的溫度高于高溫?zé)嵩吹臏囟?；蒸發(fā)器中，制冷劑汽化時(shí)的溫度低于低溫?zé)嵩吹臏囟取?/span>
2. 液體制冷劑的比容遠(yuǎn)比蒸汽小，可獲得的膨脹功小，有時(shí)尚不足以克服機(jī)器本身的摩擦阻力。液體膨脹機(jī)尺寸很小，設(shè)計(jì)、制造很困難。
3. 吸入濕蒸汽，在壓縮機(jī)中有一部分液體要被壓縮，稱為濕壓縮。濕蒸汽被吸入氣缸后，氣缸壁與制冷劑之間進(jìn)行強(qiáng)烈的熱交換，濕蒸汽中的液滴迅速汽化，占據(jù)氣缸容積，使壓縮機(jī)吸入的制冷劑量減少，制冷量降低。且液滴進(jìn)入氣缸后很難全部汽化，容易發(fā)生壓縮液體的液擊現(xiàn)象，損壞壓縮機(jī)。
工作流程： 壓縮機(jī)吸入蒸發(fā)器內(nèi)產(chǎn)生的低壓（低溫）制冷劑蒸汽，保持蒸發(fā)器內(nèi)的低壓狀態(tài)，創(chuàng)造了蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑液體在低溫下沸騰的條件；吸入的蒸汽經(jīng)過壓縮，壓力和溫度都升高，創(chuàng)造了制冷劑能在常溫下液化的條件；高溫高壓的制冷劑蒸汽排入冷凝器后，壓力不變，被冷卻介質(zhì)（水或空氣）冷卻，放出熱量，溫度降低，最后凝結(jié)成液體從冷凝器排出；高壓制冷劑液體經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降壓，導(dǎo)致部分制冷劑液體汽化，吸收汽化潛熱，使其本身的穩(wěn)定液相應(yīng)降低，成為低壓低溫的濕蒸汽，進(jìn)入蒸發(fā)器；蒸發(fā)器中，制冷劑液體在壓力不變的情況下，吸收被冷卻介質(zhì)的熱量而汽化，形成低溫低壓蒸汽再被壓縮機(jī)吸走，如此不斷循環(huán)。
壓縮機(jī)作用：1.將制冷劑蒸汽從蒸發(fā)器中抽出來，使蒸發(fā)器維持在低壓狀態(tài)，便于蒸發(fā)吸熱過程能夠連續(xù)不斷地進(jìn)行下去；2.通過壓縮作用提高制冷劑蒸汽的壓力和溫度，創(chuàng)造將制冷劑蒸汽的熱量向外界環(huán)境介質(zhì)（空氣或水）轉(zhuǎn)移的條件。
節(jié)流閥將系統(tǒng)高低壓部分隔開。
冷凝器將制冷劑從蒸發(fā)器吸取的熱量及由壓縮功轉(zhuǎn)換的熱量一起傳給冷卻介質(zhì)。
采用節(jié)流閥，則循環(huán)耗功量就是壓縮機(jī)的耗功量，所損失的功量都變成了熱量被制冷劑吸收，故減少了有效制冷量。故采用節(jié)流閥代替膨脹機(jī)后，制冷循環(huán)的制冷系數(shù)會(huì)有所降低，其降低的程度稱為節(jié)流損失。節(jié)流損失和節(jié)流前后的溫差有關(guān)，也和制冷劑的性質(zhì)有關(guān)。冷凝溫度和蒸發(fā)溫度溫差越大、液體制冷劑比熱越大、比潛熱越小、冷凝壓力越接近其臨界壓力，節(jié)流損失越大。
壓焓圖作用：簡(jiǎn)便地確定制冷劑的狀態(tài)參數(shù)，且能直觀地表示出循環(huán)及過程中參數(shù)的變化和能量的變化。
單位質(zhì)量制冷量簡(jiǎn)稱為單位制冷量
r0為制冷劑在蒸發(fā)溫度時(shí)的汽化潛熱；
x5為節(jié)流后制冷劑濕蒸汽的干度。
v1為壓縮機(jī)吸入蒸汽的比容，其大小與制冷劑性質(zhì)有關(guān)，且受蒸發(fā)壓力的影響很大。一般蒸發(fā)溫度越低，v1越大，q0越小。
Q0為制冷裝置的制冷量（kW）。
由于節(jié)流過程中制冷劑對(duì)外不做功，故循環(huán)單位功即壓縮機(jī)的單位壓縮功。
能效比COP（coefficient of performance，性能系數(shù)）
COP：制冷量與輸入功率之比 。cop=Q0 / Ne
Ne:軸功率
要進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力計(jì)算，首先需要知道制冷劑在各主要狀態(tài)點(diǎn)的某些熱力狀態(tài)參數(shù)，如比容、比焓等。這些參數(shù)值可根據(jù)給定的制冷劑種類、工作溫度（或壓力），在相應(yīng)的制冷劑熱力性質(zhì)圖和表中查找。
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