单级蒸汽压缩机的理论制冷原理

单级蒸气压缩制冷系统的理论循环工作过程: 单级蒸气压缩制冷系统如下图1所示. 它由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成. 工作过程如下: 制冷剂在蒸发压力下沸腾，蒸发温度低于待冷却物体或流体的温度. 压缩机连续吸入蒸发器中产生的蒸汽，并将其压缩至冷凝压力，然后将其发送至冷凝器. 在冷凝压力下，将其冷却并在相同压力下冷凝成液体，并且将制冷剂冷却并冷凝时释放的热量转移到冷却介质（通常是水或空气）中，与冷凝压力相对应的冷凝温度必须更高高于冷却介质的温度. 冷凝的液体通过膨胀阀或其他节流元件进入蒸发器. 当制冷剂通过膨胀阀时，压力从冷凝压力下降到蒸发压力，部分液体蒸发，剩余液体的温度下降到蒸发温度，因此离开膨胀阀的制冷剂变为二蒸发温度下的两相混合物. 混合物中的液体在蒸发器中蒸发，从冷却对象中提取吸收液体所需的蒸发潜热. 混合物中的蒸汽通常称为闪蒸蒸汽，在被压缩机重新吸入之前，几乎不再吸收热量. 在整个循环过程中，压缩机压缩并输送制冷剂蒸气，并在蒸发器中产生低压和冷凝. 高压在蒸发器中的作用是整个系统的核心. 节流阀节流制冷剂的压力并调节制冷剂流入蒸发器的流量. 蒸发器是一种输出制冷量的装置，制冷剂被吸收在蒸发器中的被冷却物的热量，从而达到产生制冷量的目的. 冷凝器是一种输出热量的装置. 蒸发器吸收的热量和压缩机消耗的功所转化的热量被冷凝器中的冷却介质带走.

根据热力学第二定律，压缩机消耗的功（电能）起补偿作用，致使制冷剂不断吸收低温物体的热量并将热量释放给高温物体，从而完成了制冷循环. 每个组件的作用压缩机: 压缩并输送制冷蒸气蒸汽冷凝器工作原理，并导致蒸发器中的低压和冷凝器中的高压，这是整个系统的核心. 冷凝器: 一种输出热量的设备，将蒸发器中制冷剂吸收的热量和压缩机消耗的功所转化的热量排放到冷却介质中. 节流阀: 节流制冷剂并降低压力，并调节制冷剂流入蒸发器的流量. 蒸发器: 这是一种输出制冷量的设备. 制冷剂在蒸发器中吸收待冷却物体的热量，从而达到冷却的目的. 压力焓图的结构如下图2所示. 以绝对压力为纵坐标（为了减小图形的大小并提高低压区域的精度，纵坐标通常为对数），焓为横坐标. 在图中，临界点K左侧的粗实线是饱和液体线. 线上的任何一点都代表饱和液体状态. 干燥右侧的粗实线是饱和蒸汽线. 线上的任何一点都代表饱和蒸汽状态. x = 1. 两条粗实线将图形分为三个区域: 饱和液体线的左侧是过冷液体，过冷液体的温度低于相同压力下的饱和液体的温度. 饱和蒸汽管线的右侧为过热蒸汽区域，该区域的蒸汽称为过热蒸汽，其温度高于相同压力下的饱和蒸汽温度. 两条线之间的区域是两相区域，并且该区域中制冷剂处于气体和液体的混合状态（湿蒸汽状态）. ）

图中有六组等参线: 等压线----水平线；等压线等焓线----垂直线;等温线-液体面积几乎是垂直线. 在两相区中，由于制冷剂状态变化是在恒定压力和温度下进行的，因此等温线和恒定压力线重合，该水平线为水平线. 过热蒸汽区是一条向右下方弯曲的斜线. 等熵线-向右上方倾斜的实线；等容线-向右上方倾斜的虚线，比等熵线平；等于度线----仅存在于湿蒸汽区域，其方向大致取决于饱和液线或饱和蒸汽线，具体取决于干燥度. 每个组件的作用单级蒸气压缩制冷的理论循环的工作过程可以清楚地显示在压力焓图上，如图3所示. 对于最简单的理论循环（或简单的饱和循环），制冷剂蒸气在蒸发压力下离开蒸发器并进入压缩机的是饱和蒸汽；离开冷凝器并进入膨胀阀的液体处于冷凝压力下. 压缩机的压缩过程为等熵压缩. 当制冷剂被膨胀阀节流时，前后焓值相等;制冷剂在蒸发和冷凝过程中没有压力损失；蒸发温度等于冷却介质的温度. 显然，上述条件与实际周期之间存在偏差，但是由于理论周期可以简化问题，因此易于分析和研究，而理论周期的每个过程都是实际周期的基础蒸汽冷凝器工作原理，因此可以用作实际循环标准的比较，因此仍然有必要进行详细分析和讨论.

图3中的状态点和过程描述如下: 表示制冷剂进入压缩机的状态. 它是对应于蒸发温度T0的饱和蒸汽. 根据压力与饱和温度之间的对应关系，该点位于等压线与饱和蒸气线的交点（x = 1）. 表示制冷剂离开压缩机时的状态，即制冷剂进入冷凝器时的状态. 过程线1-2表示压缩机中制冷剂蒸气的等熵压缩过程. 压力从蒸发压力上升到冷凝压力. 因此，该点可以通过1点的等熵线与压力为冷凝压力的等压线的交点来确定. 由于在压缩过程中外部作用于制冷剂，因此制冷剂的温度升高，因此点2代表过热蒸汽，并且代表制冷剂离开冷凝器时的状态. 它是对应于冷凝温度的饱和液体. 工艺线2-2'-3显示了冷凝器中制冷剂冷却（2-2'）和冷凝（2'-3）的过程. 由于此过程是在冷凝压力恒定的条件下进行的，因此进入冷凝器的过热蒸汽首先将一部分热量释放到外部冷却介质中，并在相同压力下冷却为饱和蒸汽（点2'）. ，然后在相同压力下，继续以恒定温度释放热量，直到最终冷凝成饱和液体（第3点）. 因此，冷凝压力的等压线与饱和液体线x = 0的交点为点3的状态. 表示制冷剂离开节流阀时的状态，即进入蒸发器时的状态. 过程线3-4显示了制冷剂通过节流阀时的节流过程. 在该过程中，制冷剂的压力从冷凝压力下降到蒸发压力，温度从冷凝温度下降到蒸发温度，进入两相区.

由于节流前后制冷剂的焓不变，所以等焓线与蒸发压力的等压线的交点由点3定义. 由于节流过程是不可逆的过程，因此虚线表示3-4过程. 过程线4-1显示了蒸发器中制冷剂的气化过程. 由于该过程是在等温和等压下进行的，因此液态制冷剂吸收了冷却介质的热量（即制冷）并持续蒸发. 制冷剂的状态沿着蒸发压力的等压线到达增加干燥度的方向. 改变直到全部变成饱和蒸汽. 这样，制冷剂的状态在进入压缩机之前返回到状态点1，从而完成了完整的理论制冷循环. 单级蒸气压缩制冷理论循环的热计算. 在执行制冷循环的热计算之前，您首先需要了解系统中每个设备的功和热量的变化，然后分析和计算循环的性能指标. 根据热力学第一定律，如果忽略了势能和动能的变化，则稳定流动的能量方程可以表示为单位时间内增加到系统中的热量和功. qm是流入或流出系统的稳定质量流量； h是比焓；下标1代表流体流入和流出系统的状态点. 当热量和功进入系统时，Q节流阀制冷剂液体在通过节流孔时绝热膨胀，并且在外部不起作用，P = 0，因此，公式（1）变为，可以认为其值保持不变油门前后保持不变. 节气门的出口（点4）是两相混合物，其焓值也是可以接受的.

p由下式表示: hf0和hg0是在蒸发压力p0下的饱和液体和饱和蒸汽的焓； x4 Vf0和Vg0分别是在蒸发温度t0时饱和液体和饱和蒸汽的比容. （2）如果压缩机忽略了压缩机与外部环境之间的热交换，则公式（1）给出（h2-h1）压缩机为压缩和输送1 kg制冷剂而消耗的功，称为理论比功. （3）蒸发器的冷却材料通过蒸发器将Q0传递给制冷剂. 由于蒸发器不工作，因此公式（1）由上式得出. 可以看出，制冷量与两个因素有关: 制冷剂的质量流量qm制冷剂入口和出口蒸发器之间的焓差（h1-h4）. （h1-h4）称为单位质量冷却容量，是指1kg制冷剂从蒸发器中待冷却物质吸收的热量，用q0表示. 质量流量与体积qv具有以下关系: 将压缩机入口V1代入上式: （4）冷凝器假定制冷剂以Qk的形式向冷凝器中的外部释放热量，然后（10）（h2 -h3）称为冷凝器的单位热负荷. 它代表冷凝器中1kg制冷剂蒸汽释放的热量. （5）冷却系数由定义定义. 在理论循环中，冷却系数可以由下式（11）表示. 通过一个例子来说明热计算过程: 假设循环为单级压缩蒸气制冷的理论循环，蒸发温度为t0 =-10.冷凝温度为35，工作介质为R22，循环的冷却能力Q0 = 55kw. 尝试对循环进行热计算.

解决方案: 循环的压力和焓线图如下: 根据R22的热特性表，在饱和线上找到相关的状态参数值: h1 = 401.555 kJ / kg v1 = 0.0653 /公斤; h3 = h4 = 243.114kJ / kg p0 = 0.3543 MPa pk = 1.3548 MPa，从图中可以看出: h2 = 435.2 kJ / kg t2 = 57单位质量制冷量q0 = h1-h4 = 158.441 kJ / kg理论比重功w0 = h2-h1 = 33.645 kJ / kg压缩机消耗的理论功率P0 = qmw0 = 11.68 kw压缩机吸气量V = qmv1 = 0.0227 m3 / s冷凝器的单位热负荷qk = h2-h3 = 192.086 kJ / kg冷凝器的热负荷Qk = qmqk = 66.67 kw

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