摘要：物质相变制冷是利用液体在低温下的蒸发过程及固体在低温下的熔化或升华过程向被冷却物体吸收热量---即制冷量。因此，相变制冷分为液体气化制冷与固体熔化与升华制冷，由于液体自身具有流动性，液体气化制冷是广泛应用的。

第1页:制冷的基本热力学原理 第2页:物质相变制冷概述 第3页:蒸汽压缩式制冷系统 第4页:单级蒸气压缩制冷 第5页: 单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算 第6页:单级蒸汽压缩制冷的理论循环 第7页: 单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算 第8页:各种实际因素对循环的影响 第9页:单级蒸气压缩式制冷循环的热力计算举例 第10页:单级蒸气压缩式制冷机的性能及工况

单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算

 

    在进行制冷循环的热力计算之前,首先需要了解系统中各设备内功和热量的变化情况,然后再对循环的性能指标进行分析和计算。

根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，稳定流动的能量方程可表示为

(1)

式中 Q 和 P 是单位时间内加给系统的热量和功;qm是流进或流出该系统的稳定质量流量；h是比焓;下标1和2分别表示流体流进系统和离开系统的状态点.当热量和功朝向系统时,Q 和 P 取正值.

(1) 节流阀

制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功, P=0,故方程式(1)变为

(2)

因此，可认为节流前后其值不变.节流阀出口处（点4）为两相混合物，它的焓值也可
由下式表示：

式中 hf0 和hg0 分别为蒸发压力p0 下饱和液体和饱和蒸汽的焓值；x4 为制冷剂出节流阀时的干度。将上式移项并整理得

（3）

点4比容为

（4）

式中 Vf0 和Vg0 分别为蒸发温度t0 下饱和液体和饱和蒸汽的比容。

（2）压缩机

如果忽略压缩机与外界环境所交换的热量，则由式（1）得

（5）

式中 （h2-h1)表示压缩机每压缩并输送1kg的制冷剂所消耗的功，称为理论比功。

（3）蒸发器

被冷却物质通过蒸发器向制冷剂传送Q0 ,因为蒸发器不作功，故方程式（1）变为

（6）

由上式可以看出制冷量与两个因数有关：制冷剂的质量流量qm和制冷剂进出口蒸发器的焓差(h1-h4)。(h1-h4)称为单位质量制冷量，它表示1kg制冷剂在蒸发器内从被冷却物质中吸取的热量，用q0表示。

质量流量与容积qv有如下关系：

（7）

用压缩机进口出V1代入上式得：

（8）

将方程（8）代入（6）得:

（9）

（4）冷凝器

假设制冷剂在冷凝器中向外界放出热量为Qk ,那么

（10）

式中 (h2-h3)称为冷凝器单位热负荷，用qv表示。它表示1kg制冷剂蒸汽在冷凝器中放出的热量。

(5)制冷系数

按定义，在理论循环中，制冷系数可用下式表示

（11）

在下一页我们通过一个例题来讲解热力计算过程

例题：假定循环为单级压缩蒸气制冷的理论循环，蒸发温度t0=－10℃,冷凝温度为35℃，工质为R22，循环的制冷量Q0=55kw,试对该循环进行热力计算。

解：该循环的压焓图如下所示：

	根据R22的热力性质表，查出处于饱和线上的有关状态参数值： h1=401.555 kJ/kg v1=0.0653 m3/kg h3=h4=243.114 kJ/kg p0=0.3543 MPa pk=1.3548 MPa 由图可知：h2=435.2 kJ/kg t2=57℃
图4 压焓图

1 单位质量制冷量 q0=h1－h4=158.441 kJ/kg
2 单位容积制冷量
3 制冷剂质量流量
4 理论比功     w0=h2－h1=33.645 kJ/kg
5 压缩机消耗的理论功率 P0=qmw0=11.68 kw
6 压缩机吸入的容积 V=qmv1=0.0227 m3/s
7 制冷系数
8 冷凝器单位热负荷 qk=h2－h3=192.086 kJ/kg
9 冷凝器热负荷    Qk=qmqk=66.67 kw