物质相变制冷

要求掌握：专业术语（如制冷量、单位质量制冷量、单位体积制冷量等）；单级蒸气压缩式制冷循环的特点及工作过程，压焓图，理论制冷循环的定义和热力计算，影响实际制冷循环的因素，蒸发温度和冷凝温度的变化对单级蒸气压缩式制冷机性能的影响，制冷剂和载冷剂的定义、性质和使用的温度范围；双级压缩制冷循环中最常见的两种循环方式的流程和热力计算，中间压力的确定；复叠式制冷循环的流程和热力计算。

＊ ＊ ＊

 蒸汽压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道将它们连接成一个密封系统。制冷剂液体在蒸发器内以低温与被冷却对象发生热交换，吸收被冷却对象的热量并气化，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩机排出的高压气态制冷剂进冷凝器，被常温的冷却水或空气冷却，凝结成高压液体。高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压低温的气液两相混合物，进入蒸发器，其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压蒸汽再次被压缩机吸入。如此周而复始，不断循环。

蒸气压缩式制冷机是得到最广泛应用的制冷机，因此它是本书的重点内容之一。

可逆制冷循环

      逆卡诺制冷循环

定义：设有恒温热源和恒温热汇，其温度分别为TL 和TH ，在这两个温度 之间的可逆制冷循环是卡诺制冷循环。卡诺制冷循环的原理图如下所示：

图1 逆卡诺循环

      劳伦茨循环

劳仑兹循环热源的热容量是有限的，在与制冷工质进行热量交换过程中， 热源的温度也将发生变化，即被冷却物体（冷源）的温度将逐渐下降，环境介质（热源） 的温度将逐渐上升。为了达到变温条件下耗功最小的目的，应使制冷工质在吸、 排热过程中其温度也发生变化，而且变化趋势与冷、热源的变化趋势完全一样， 使制冷工质与冷、热源之间进行热交换过程中的传热温差始终为无限小，没有不可逆换热损失， 另外两个过程仍分别为可逆绝热压缩与可逆绝热膨胀过程，如图2所示。这样， 1-2-3-4-1即为一个变温条件下的可逆逆向循环--劳仑兹循环。显然，实现这一循环所消耗 的功为最小，制冷系数达到在给定条件下的最大值。

图2 劳仑兹循环

为了表达变温条件下可逆循环的制冷系数，可采用平均当量温度这一概念。若用T0m表示工质的 平均吸热温度，用Tm表示工质的平均放热温度，则

即相当于工作在T0m，Tm 之间的逆卡诺循环的制冷系数。

劳伦茨循环如右图所示，循环由两个变温过程和两个等熵过程组成。

制冷机在实际工作过程中，冷却介质和被冷却物体的温度将发生变化，冷凝器和蒸发器中也不可 避免地存在因温差传热而引起的不可逆损失。为了减少这种不可逆损失，制冷工质和传热介质之间应 保持尽可能小的传热温差。

非共沸混合制冷剂在等压下冷凝或蒸发时温度均发生变化，冷凝时温度由Tk 逐渐降低至Tk'， 蒸发时温度由T0逐渐升高至T0' ，我们利用这一特性，采用非共沸混合工质就可以达到减少传热温差的目的， 如图3所示。极限情况下循环即变为劳仑兹循环。

图3 变温热源时逆卡诺循环

非共沸混合制冷剂单级蒸气压缩制冷循环的T-S图及p-h 图如图4所示。它与纯制冷剂循环的区别仅 在于制冷剂在冷凝和蒸发晨温度在不为断地变化。

(a)T-S图 (b)p-h图
图4 非共沸混合制冷剂单级蒸汽压缩制冷循环的T-S图及p-h图

采用非共沸混合工质不仅可以达到节能，而且可以扩大温度使用范围。