第一章-蒸氣壓縮式制冷循環(huán)課件

第一章蒸氣壓縮式制冷循環(huán)

本章介紹單、雙級蒸氣制冷循環(huán)的特性及熱力計算方法。著重分析理論循環(huán)，并討論理論循環(huán)和實際循環(huán)的差別，此外還介紹了復(fù)疊式制冷循環(huán)的組成及其應(yīng)用。

第一節(jié)逆向卡諾循環(huán)——制冷機(jī)的理想循環(huán)正向循環(huán)、逆向循環(huán)動力循環(huán)，即將熱量轉(zhuǎn)化成機(jī)械功的循環(huán)是正循環(huán)。在溫—熵圖或壓—焓圖上，循環(huán)的各個過程都是依此按順時針方向變化的。

逆向循環(huán)是一種消耗功的循環(huán)。在溫—熵圖或壓—焓圖上，循環(huán)的各個過程都是依此按逆時針方向變化的。可逆循環(huán)、不可逆循環(huán)

內(nèi)部不可逆：制冷劑在流動或狀態(tài)變化的過程中因摩擦、擾動及內(nèi)部不平衡而引起的損失；

外部不可逆：在蒸發(fā)器、冷凝器等熱交換器中有溫差的傳熱損失一、逆向卡諾循環(huán)

由熱力學(xué)第二定律得：①單熱源的熱機(jī)是不存在的，即利用一個熱源是無法完成循環(huán)過程的；

②熱量不可能自發(fā)地、不付代價地、從一個低溫物體傳到另一個高溫物體，如果要實現(xiàn)這樣一個反向的過程，就必須要有一個消耗能量的補償過程。

制冷機(jī)——實現(xiàn)制冷所必需的機(jī)器和設(shè)備

低溫?zé)嵩础焕鋮s物體

制冷劑——制冷機(jī)使用的工作介質(zhì)

制冷循環(huán)——制冷劑在制冷系統(tǒng)中所經(jīng)歷的一系列熱力過程

在一定的熱源溫度下，需要怎樣來組織制冷機(jī)的工作循環(huán)，使獲得單位冷量所消耗的能量為最小，這是制冷技術(shù)中一個很重要的問題。

研究逆向可逆循環(huán)的目的是為了尋找熱力學(xué)上最完善的制冷循環(huán)，作為評價實際循環(huán)效率高低的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)被冷卻物體的溫度為T’0，周圍介質(zhì)的溫度為T’，在這個溫度范圍內(nèi)，制冷機(jī)從被冷卻物體中取出熱量q0，并將它傳遞給周圍介質(zhì)，為了完成這一循環(huán)所消耗的機(jī)械功為w，這部分功轉(zhuǎn)變成熱量后和取出的熱量q0一起傳遞給周圍介質(zhì)。因此，根據(jù)力學(xué)第一定律，可寫出制冷機(jī)的熱平衡式：

式中q、q0和——傳遞、取出的單位熱量和消耗的單位機(jī)械功（kJ／kg）。

(1—1)

逆向卡諾循環(huán)是理想的制冷循環(huán)，現(xiàn)將逆向卡諾循環(huán)表示在T—S圖上，如圖1—1所示。它由二個可逆的等溫過程和二個絕熱等熵過程所組成的。圖1—1逆向卡諾循環(huán)

式中為逆向卡諾循環(huán)所消耗的機(jī)械功，它等于壓縮時所消耗的功減去膨脹時所作的功，即=k—p。因為按逆向卡諾循環(huán)工作的制冷機(jī)，它所消耗的功為最小功，由式（1—2）可得：

（1—3）（1—2）根據(jù)熱力系統(tǒng)，可逆變化過程中熵的變量等于零這一熱力學(xué)原理，可以寫出逆向卡諾循環(huán)的熵變公式：二、有溫差的制冷循環(huán)在上面所討論的逆向卡諾循環(huán)，是假定制冷劑與熱源之間的熱交換在無限小的溫差下進(jìn)行的，因此就需要熱交換器的傳熱面積無限大，這在實際情況下是不現(xiàn)實的。而制冷劑與周圍介質(zhì)，制冷劑與被冷卻物體之間總是存在著一定的溫差，即有溫差的制冷循環(huán)如圖1—2所示。很明顯，由于溫差ΔT與ΔT0的存在，制冷循環(huán)的溫度范圍將比圖1—1中的溫度范圍擴(kuò)大，即（T—T0）>（T’—T’0）。從式1—3中可看出，在獲得相同的冷量q0時，有溫差的制冷循環(huán)將要多消耗功。在圖1—2中，l-2-3-4為沒有溫差的逆向卡諾循環(huán)。a-b-c-d為有溫差的制冷循環(huán)，二者具有相同的制冷量q0（即面積4-1-f-e-4=面積d-a-g-e-d）。圖1—2有溫差的制冷循環(huán)T——循環(huán)中制冷劑的上限溫度，K；T’——周圍介質(zhì)的溫度，K；T’0——被冷卻物體的溫度，K；T0——循環(huán)中制冷劑的下限溫度，K。ΔT=T-T’ΔT0=T’0-T0(1—4)

在可逆情況下，制冷系統(tǒng)熵的變化為：(1—5)在不可逆情況下，制冷系統(tǒng)熵的變化為：（1—6）

由式（1—5）可得：，代入式（2—6）可得：（1—7）

比較式（1—4）和式（1—7）可得：

（1—8）

在逆向循環(huán)中，由于不可逆過程而多消耗的功，等于周圍介質(zhì)的絕對溫度和系統(tǒng)中熵的增量的乘積

三、制冷系數(shù)在制冷循環(huán)中，制冷劑從被冷卻物體中所制取的冷量q0與所消耗的機(jī)械功之比值稱為制冷系數(shù)，用代號ε表示：

制冷系數(shù)是衡量制冷循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的一個重要技術(shù)指標(biāo)。國外習(xí)慣上將制冷系數(shù)稱為制冷機(jī)的性能系數(shù)COP（CoefficientofPerformance）。在給定的溫度條件下，制冷系數(shù)越大，則循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性越高。（1—9）如果在制冷機(jī)內(nèi)實現(xiàn)的是可逆的循環(huán)，則制冷系數(shù)又可寫成：(1—10)

從式（1—10）中可以看出：按照逆向卡諾循環(huán)工作的制冷機(jī)，其制冷系數(shù)與制冷劑的性質(zhì)無關(guān)，而只是工作溫度T’和T’0的函數(shù)，即周圍介質(zhì)的溫度T’越高。被冷卻物體的溫度T’0越低，則循環(huán)的制冷系數(shù)越小。這里還應(yīng)說明，T’0變化1度對ε的影響比T’變化1度的影響要大。

在理論上分析比較制冷循環(huán)經(jīng)濟(jì)性好壞時，僅將逆向卡諾循環(huán)作為比較的最高標(biāo)準(zhǔn)。通常是將工作于相同溫度范圍的制冷循環(huán)的制冷系數(shù)ε與逆向卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)ε’c之比，稱為這個制冷循環(huán)的熱力完善度，亦稱制冷效率，用代號η表示：（1—11）

式中——表示相同熱源溫度范圍內(nèi)的逆向卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)。

熱力完善度與制冷系數(shù)的意義不同制冷系數(shù)是與循環(huán)的工作溫度、制冷劑的性質(zhì)等因素有關(guān)，對于工作溫度不同的制冷循環(huán)，就無法按照制冷系數(shù)的大小來判斷循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的好壞，在這種情況下，只能根據(jù)熱力完善度的大小來判斷。[例1—1]見P10。

四、熱能驅(qū)動的制冷循環(huán)

以熱能直接驅(qū)動的制冷循環(huán)，例如吸收制冷循環(huán)，實際上為三熱源循環(huán)，如圖1—5所示。熱量q0取自低溫的溫度為T0的被冷卻物體，qH來自高溫蒸氣、燃燒氣體或其他熱源，qk是系統(tǒng)在Ta溫度下（通常是環(huán)境溫度）放出的熱量。按熱力學(xué)第一定律：

（1－15）

對于可逆制冷機(jī)，按熱力學(xué)第二定律，在一個循環(huán)中熵增為零，即：

（1－16）（1－17）

通過輸入熱量制冷的制冷機(jī)，其經(jīng)濟(jì)性是以熱力系數(shù)作為評價指標(biāo)的。熱力系數(shù)是指獲得的制冷量與消耗的熱量之比，用ξ表示。對于可逆制冷機(jī)，熱力系數(shù)用ξ0表示：

（1－18）

根據(jù)式（1－17），得：（1－19）

五、壓縮蒸氣制冷循環(huán)

在圖1—15中，從壓縮機(jī)出來的高壓高溫制冷劑氣體（D）進(jìn)入冷凝器被冷卻去過熱，并進(jìn)一步冷凝成液體（A）后，進(jìn)入節(jié)流裝置如膨脹閥減壓，部分液體閃發(fā)成蒸氣，這些氣液兩相的混合物（B）進(jìn)入蒸發(fā)器，在里面吸熱蒸發(fā)成蒸氣（C）后回到壓縮機(jī)重新被壓縮，從而完成一個循環(huán)。圖1－15單級壓縮蒸氣制冷機(jī)的流程圖

制冷系數(shù)：（1－20）

W（kW）——壓縮機(jī)耗功；Q0（kW）——蒸發(fā)器吸熱量；Q0稱為制冷量。（1－21）

q0——單位質(zhì)量制冷量（簡稱單位制冷量）——壓縮機(jī)壓縮單位質(zhì)量的制冷劑所消耗的功，稱為比功，用（kJ/kg）表示。

制冷量Q0：kW（1－22）

gm為流經(jīng)壓縮機(jī)的制冷劑質(zhì)量流量（kg/s），V為壓縮機(jī)吸入口處的制冷劑體積流量（m3/s）。單位容積制冷量qv：kJ/m3（1－23）

qv稱為單位容積制冷量（kJ/m3），v1表示制冷劑按吸氣狀態(tài)計的比體積（m3/kg）

六、熱泵循環(huán)

逆向循環(huán)不僅可以用來制冷，還可以把熱能釋放給某物體或空間，使其溫度升高。作這一用途的逆向循環(huán)系統(tǒng)稱為熱泵。

熱泵與制冷機(jī)在熱力學(xué)原理上是完全相同的，它們的區(qū)別主要有兩點：兩者的目的不同。兩者的工作溫區(qū)往往有所不同。用于表示熱泵效率的指標(biāo)稱為熱泵系數(shù)或供熱系數(shù)，用表示，其定義為：

QH——熱泵向高溫?zé)嵩吹妮斔蜔崃浚╧W），W——熱泵機(jī)組消耗的外功（kW）。由式（1－21）可得：（1－24）（1－25）第二節(jié)單級蒸氣壓縮式制冷機(jī)的理論循環(huán)一、干壓縮行程代替濕壓縮行程，節(jié)流閥代替膨脹機(jī)“濕壓行程”在生產(chǎn)中不受歡迎是因為：采用濕壓縮行程時，濕蒸氣進(jìn)入氣缸，熱的氣缸壁與冷的濕蒸氣進(jìn)行強烈的熱交換。使壓縮機(jī)的工作效率大大降低。采用濕壓行程時，大量液態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)氣缸，可能引起“液擊”現(xiàn)象，而使壓縮機(jī)發(fā)生事故。

故實際蒸氣制冷機(jī)都要求壓縮機(jī)在干壓縮行程下運轉(zhuǎn)為了保證干蒸氣進(jìn)入壓縮機(jī)，一般在節(jié)流閥與蒸發(fā)器之間加裝一個液體分離器（圖1—16）由于液體膨脹機(jī)制造比較復(fù)雜，且液體的膨脹功又很小，因此可以采用結(jié)構(gòu)簡單的節(jié)流閥代替結(jié)構(gòu)復(fù)雜的膨脹機(jī)。兩點原因圖1—16具有液體分離器的單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)a）原理圖b）T—S圖c）lgP—h圖1—壓縮機(jī)2—冷凝器3—蒸發(fā)器4—液體分離器5—節(jié)流閥二、蒸氣制冷機(jī)理論循環(huán)的熱力計算步驟1．單位質(zhì)量制冷量q0與單位容積制冷量qv

kJ/kg（1—26）kJ/m3（1—27）

2．單位壓縮功

kJ／kg（1—28）

3．單位冷凝熱量qk

kJ／kg（1—29）

4．制冷系數(shù)

（1—30）

5．壓縮機(jī)每小時吸入制冷劑質(zhì)量(制冷劑質(zhì)量流量)kg/s（1—31）

式中Q0——壓縮機(jī)的制冷量（kW）

kW（1—32）

6．壓縮機(jī)每小時吸入制冷劑蒸氣容積

m3/s（1—33）

7．冷凝器的熱負(fù)荷kW（1—34）

8．壓縮機(jī)所需理論功率(絕熱功率)kW（1—35）

圖1—17例1—3圖[例1—3]已知tk=30℃，t0=-15℃,計算制冷劑為NH3和R22時，理論循環(huán)的制冷系數(shù)與熱力完善度。假設(shè)壓縮機(jī)吸入蒸氣為干飽和狀態(tài)。解：理論循環(huán)的壓焓圖如圖1—4,各有關(guān)點的參數(shù)及數(shù)值列表1—1中。逆向卡諾循環(huán)制冷系數(shù)2.循環(huán)的熱力完善度[例1—4]上例中若兩種制冷劑的制冷量均為11.63kW，計算所需的理論功率各為多少?解：1．制冷劑循環(huán)量各為kg/skg/s２．所需理論功率各為kWkW三、節(jié)流閥前液態(tài)制冷劑的再冷卻圖1—18節(jié)流閥前的液體制冷劑再冷卻的循環(huán)圖沒有再冷卻的循環(huán)：單位制冷量：kJ/kg單位壓縮功：kJ/kg經(jīng)再冷卻后的循環(huán)：單位制冷量：kJ/kgkJ/kg單位壓縮功：很明顯，經(jīng)再冷卻后，循環(huán)的單位制冷量增加了kJ/kg（1—40）式中c’——液體制冷劑的比熱容，kJ/kg；t7——稱為再冷卻溫度或過冷溫度tg而單位壓縮功沒有變化，故循環(huán)的制冷系數(shù)提高了（1—41）

根據(jù)計算，在通常的工作強度范圍內(nèi)，每再冷卻1℃各種制冷劑的制冷系數(shù)增加的百分?jǐn)?shù)如下，氨約為0.45%，R22約為0.85%，丙烷約為0.9%四、吸入蒸氣的過熱及蒸氣制冷機(jī)的回?zé)嵫h(huán)

從蒸發(fā)器出來的低溫低壓蒸氣，在流經(jīng)吸氣管道時要吸收周圍空氣中的熱量使制冷劑蒸氣的溫度升高，這一現(xiàn)象稱為管路過熱。由于制冷劑在吸氣管道上過熱時消耗的冷量是損失掉的，對制冷循環(huán)是不利的，故稱為有害過熱。為了使壓縮機(jī)在干蒸氣區(qū)域內(nèi)工作，并且要使節(jié)流閥前液態(tài)制冷劑的溫度進(jìn)一步再冷卻，一般可采用蒸氣回?zé)嵫h(huán)來實現(xiàn)，即在壓縮機(jī)的吸入管道側(cè)安裝—個回?zé)崞鳎▓D1—19）。圖1—19蒸氣壓縮式制冷的回?zé)嵫h(huán)從蒸發(fā)器出來的蒸氣(狀態(tài)1)在回?zé)崞髦械葔何鼰岬綘顟B(tài)1，然后被壓縮機(jī)吸入，液態(tài)制冷劑經(jīng)再冷卻器后進(jìn)入回?zé)崞鳎M(jìn)一步被再冷卻，從狀態(tài)7等壓冷卻到狀態(tài)9，最后經(jīng)節(jié)流閥送入蒸發(fā)器去制冷。從圖1—19中可明顯地看出：單位時間內(nèi)經(jīng)回?zé)崞鞯囊簯B(tài)制冷劑與蒸氣制冷劑的質(zhì)量Gkg／s都是相等的。因此，在沒有冷量損失的情況下，液態(tài)制冷劑放出的熱量應(yīng)等于蒸氣制冷劑吸收的熱量，即回?zé)崞鞯臒崞胶馐绞牵簁W

kW（1—42）

（1—43）

或采用回?zé)嵫h(huán)的好處：循環(huán)的單位制冷量q0增大了，當(dāng)制冷量Q0給定時，制冷劑的循環(huán)量G可以減少。吸入蒸氣的溫度提高了，可減少蒸氣在吸氣管中的有害過熱。減少了吸入蒸氣與氣缸壁之間熱交換的溫差，使壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)得到提高。同時還改善了在低溫下工作的壓縮機(jī)的潤滑條件。采用回?zé)嵫h(huán)后，對制冷循環(huán)性能指標(biāo)的影響還有下列兩點：由于壓縮機(jī)吸氣過熱，使循環(huán)的單位壓縮功增加了，因此回?zé)嵫h(huán)制冷系數(shù)是否提高，必須對于具體情況進(jìn)行具體分析采用回?zé)嵫h(huán)后，制冷劑的單位容積制冷量q0是否增加還是減少?這也是一個很重要的問題，因為qv的數(shù)值直接影響壓縮機(jī)的制冷量Q0。采用回?zé)嵫h(huán)后，單位制冷量及壓縮功分別為:kJ／kg（1—44）

式中與是沒有回?zé)嵫h(huán)時的單位制冷量和壓縮功。為：

故回?zé)嵫h(huán)的制冷系數(shù)（1—45）

從上式中可以看出，回?zé)嵫h(huán)制冷系數(shù)提高的條件是：（1—46）

kW（1—47）式中Vh——壓縮機(jī)的理論輸氣量，m3/sλ——壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)。采用回?zé)嵫h(huán)，單位容積制冷量為：kJ/m3對回?zé)嵫h(huán)，單位容積制冷量提高的條件應(yīng)當(dāng)是：或（1—48）

式中：qv——無回?zé)嵫h(huán)時制冷劑的單位容積制冷量（kJ／m3），

q0——無回?zé)嵫h(huán)時制冷劑的單位制冷量（kJ／kg）?；?zé)嵫h(huán)的制冷系數(shù)εk和單位容積制冷量qvR是否增加，這是回?zé)嵫h(huán)的經(jīng)濟(jì)性是否提高的兩個主要標(biāo)志，它們分別表示在采用回?zé)嵫h(huán)以后，壓縮機(jī)的能量消耗及容量是否減少。從式（1—46）和式（1—48）中可看出，主要與各種制冷劑的性質(zhì)有關(guān)。為了便于進(jìn)一步分析，可近似地將來自蒸發(fā)器的低壓蒸氣當(dāng)作理想氣體來進(jìn)行分析：將以上三式代入式（1—46）和式（1—48）可得：（1—49）

結(jié)論理論分析的結(jié)果表明，只有滿足這一條件，回?zé)嵫h(huán)的制冷系數(shù)及單位容積制冷量才能提高。即從單位容積制冷量和制冷系數(shù)角度看，R502、R290、R600a、R134a等制冷劑采用回?zé)嵫h(huán)有利，而R717采用回?zé)嵫h(huán)不利。此外，回?zé)嵫h(huán)還具有由于制冷劑液體過冷所帶來的優(yōu)點。還應(yīng)考慮下列一些因素：采用回?zé)岷?，使?jié)流前制冷劑成為過冷狀態(tài)，可以在節(jié)流過程中減少氣化，使節(jié)流機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定；采用回?zé)岷?，自蒸發(fā)器出來的氣體流過回?zé)崞鲿r壓力有所降低。因而增大了壓縮機(jī)的壓比，引起壓縮功的增大。

對于像R113、R114和RC318等制冷劑，在T－s圖上的飽和蒸氣曲線向左下方傾斜，當(dāng)壓縮機(jī)吸入的是飽和蒸氣時其等熵壓縮過程線將進(jìn)入兩相區(qū)內(nèi)，而壓縮機(jī)在濕壓縮區(qū)通常是不能正常工作的，因此，應(yīng)該提高壓縮機(jī)吸氣溫度或采用回?zé)嵫h(huán)。[例1—5]見P24。

第四節(jié)兩級壓縮制冷循環(huán)一、采用兩級壓縮制冷循環(huán)的原因?qū)τ诟蜏囟鹊囊?，單級壓縮將會遇到很大困難，主要原因為：在冷凝溫度tk一定的條件下（四季的影響不是很大），蒸發(fā)溫度t0越低，其循環(huán)的壓縮比pk/p0越大，壓縮比的增大會給制冷循環(huán)的運行帶來一系列的問題。具體如下：循環(huán)的壓縮比pk/p0越大，壓縮機(jī)輸氣系數(shù)越小，壓縮機(jī)的制冷量也越??；循環(huán)的壓縮比pk/p0越大，則會使實際壓縮過程更偏離等熵壓縮過程，不可逆損失增大；循環(huán)的壓縮比pk/p0越大，引起壓縮機(jī)排溫升高、效率降低、功耗增大；循環(huán)的壓縮比pk/p0越大，甚至?xí)斐上到y(tǒng)內(nèi)制冷劑和潤滑油分解，運轉(zhuǎn)條件惡化，危害壓縮機(jī)的正常工作。

單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)壓縮比一般不超過8～10。氨因為絕熱指數(shù)比氟利昂要大，我國規(guī)定氨的單級壓縮比最大不允許超過8，而氟利昂不允許超過10。因此，不同冷凝溫度下，在允許壓縮比范圍的最大值時，常用的中溫制冷劑一般只能獲得-20～-40℃的低溫。二、兩級壓縮制冷循環(huán)的組成

一次節(jié)流：一次節(jié)流循環(huán)是將冷凝壓力pk下的制冷劑液體，直接節(jié)流到蒸發(fā)壓力p0，由于壓差較大，易實現(xiàn)遠(yuǎn)距離和向高處供液，而且調(diào)節(jié)也很方便，故應(yīng)用較廣。

兩次節(jié)流：兩次節(jié)流循環(huán)則是先將pk下的制冷劑液體節(jié)流到中間壓力pm，然后再次節(jié)流到P0，實際工程應(yīng)用并不多。兩級壓縮一次節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)

兩級壓縮一次節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)由低壓級壓縮機(jī)、高壓級壓縮機(jī)、冷凝器、中間冷卻器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器和回?zé)崞鹘M成。

圖1—26示出了兩級壓縮一次節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)的系統(tǒng)圖、lgp-h圖和T-s圖。

圖1—26兩級壓縮一次節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)A—高壓級壓縮機(jī)B—低壓級壓縮機(jī)C—冷凝器D—蒸發(fā)器E—中間冷卻器F—回?zé)崞鲀杉墘嚎s一次節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)

兩級壓縮一次節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)與不完全冷卻循環(huán)的區(qū)別在于高壓級壓縮機(jī)吸入的制冷劑蒸氣為飽和狀態(tài)而非過熱狀態(tài)。它是將低壓級壓縮機(jī)的排氣引入中間冷卻器，引起中間冷卻器中中壓液體制冷劑蒸發(fā)而放出其過熱量，變成飽和蒸氣。這樣，既可增加高壓級壓縮機(jī)制冷劑流量，又不致造成排氣溫度過高。

圖1—27示出了兩級壓縮一次節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)的系統(tǒng)圖、1gp-h圖和T-s圖。圖1—27兩級壓縮一次節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)A—高壓級壓縮機(jī)B—低壓級壓縮機(jī)C—冷凝器D—蒸發(fā)器E—中間冷卻器三、兩級壓縮一次節(jié)流制冷循環(huán)的熱力計算

確定冷凝溫度tk和蒸發(fā)溫度t0，以及壓縮機(jī)吸氣溫度t1和高壓液體的過冷溫度tb

在lgp-h圖上找出相應(yīng)的冷凝壓力pk和蒸發(fā)壓力p0，并按上述溫度參數(shù)找到各相應(yīng)的狀態(tài)點，同時選擇并確定中間壓力pm和中間溫度tm

按這些反映在lgp-h圖（或T-s圖）上的狀態(tài)點，查出其狀態(tài)參數(shù)；焓h及比體積υ1等就可以進(jìn)行循環(huán)性能指標(biāo)計算一次節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)性能指標(biāo)計算

1．蒸發(fā)器中的單位制冷量q0（kJ／kg）q0=h10-h8kJ／kg（1—55）

2．低壓級壓縮機(jī)單位理論功wd（kW）wd=h2-h1kW（1—56）3．低壓級壓縮機(jī)流量qmd（kg/s）

kg/s（1—57）

4．低壓級壓縮機(jī)容積流量qvd（m3／s）

m3／s（1—58）

式中，υ1為壓縮機(jī)吸氣狀態(tài)比體積（m3／kg）

5．低壓級壓縮機(jī)所需的實際功率ped（kW）

kW（1—59）

式中，ηd為低壓級壓縮機(jī)絕熱效率，ηd=ηidηmd；其中ηid為低壓級壓縮機(jī)指示效率，ηmd為低壓級壓縮機(jī)機(jī)械效率（詳見第三章第二節(jié)）。

6．低壓級壓縮機(jī)理論排氣量Vhd（m3／h）

m3／h（1—60）

式中，λd為低壓級壓縮機(jī)輸氣系數(shù)。在數(shù)值上可近似地按相同壓比時的單級壓縮制冷循環(huán)的壓縮機(jī)輸氣系數(shù)的90％計算。為了得到高壓級壓縮機(jī)的流量，可利用中間冷卻器的熱平衡關(guān)系求出。由圖1—26的系統(tǒng)可知，一次節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)的中間冷卻器熱平衡關(guān)系為：

7．由熱平衡關(guān)系式得高壓級壓縮機(jī)流量qmg（kg/s）

kg/s（1—61）

確定h7時，可取t7比中間壓力下的飽和溫度高3~5℃

高溫級壓縮機(jī)的吸氣狀態(tài)與中間冷卻器出來的制冷劑蒸氣狀態(tài)以及低壓級壓縮機(jī)排氣狀態(tài)有關(guān)，這兩部分蒸氣混合過程的熱平衡關(guān)系為：則得混合點3的比焓h3（單位為kJ／kg）

kJ／kg（1—62）

8．高壓級壓縮機(jī)單位理論功wg（單位為kJ／kg）

Wg=h4-h3kJ／kg（1—63）

9．高壓級壓縮機(jī)所需的實際功率peg（kW）

kW（1—64）

式中，ηg為高壓級壓縮機(jī)絕熱效率，ηg=ηIgηmg

。

10．高壓級壓縮機(jī)理論排氣量Vhg（單位為m3／h）（1—64）

kW式中，λg為高壓級壓縮機(jī)輸氣系數(shù)；ν3為高壓級壓縮機(jī)吸氣狀態(tài)的制冷劑蒸氣比體積，單位為m3／kg。11．循環(huán)的冷凝熱負(fù)荷Qk（kW）

Qk=qmg(h4-h5)kW（1—66）12．循環(huán)的理論制冷系數(shù)εa

（1—67）

13．循環(huán)的實際制冷系數(shù)εpr

（1—68）

一次節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)的性能

指標(biāo)計算

中間完全冷卻循環(huán)性能指標(biāo)的計算方法，與中間不完全冷卻循環(huán)基本相同。但由于中間冷卻器結(jié)構(gòu)有所不同，引起高壓級流量及其吸氣狀態(tài)的計算方法存在一定差異。

高壓級流量由完全冷卻中間冷卻器的熱平衡關(guān)系確定，根據(jù)圖1—27可得：式中，h2pr為低壓級壓縮機(jī)實際排氣比焓值（kJ/kg），因此，高壓級壓縮機(jī)所需的實際功率peg為：kW（1—70）

高壓級壓縮機(jī)理論排氣量Vhg為（單位為m3／h）：m3／h（1—71）

式中，λg為高壓級壓縮機(jī)輸氣系數(shù)；ν3為高壓級壓縮機(jī)吸氣狀態(tài)的制冷劑蒸氣比體積，單位為m3／kg。循環(huán)的冷凝熱負(fù)荷Qk（kW）：Qk=qmg(h4-h5)kW（1—72）四、兩級壓縮制冷循環(huán)運行特性分析

中間壓力的確定

兩級壓縮制冷循環(huán)的中間壓力，是兩級壓縮制冷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的重要參數(shù)。一般情況下，將制冷系數(shù)最大的兩級壓縮制冷循環(huán)所具有的中間壓力，稱做最佳中間壓力。它可由以下方法確定：

1．利用熱力圖表取數(shù)法

2．計算法

3．經(jīng)驗公式法1.根據(jù)已知制冷劑的pk、p0，按求得一個中間壓力近似值。并在飽和蒸氣表中查出對應(yīng)的中間溫度tm。2.在tm值的上方和下方，按1~2℃的間隔取若干個（一般取5~6個）中間溫度值，并根據(jù)各溫度值在lgp-h圖（或T-s圖）上查出其對應(yīng)的兩級壓縮循環(huán)各主要狀態(tài)點物性參數(shù)。3.按熱力計算中計算制冷系數(shù)的公式，代入所需要的各參數(shù)進(jìn)行制冷系數(shù)的計算。4.將制冷系數(shù)的計算結(jié)果繪制成ε-tm曲線，其曲線的頂點所對應(yīng)的中間溫度即為最佳中間溫度tmopt，與它對應(yīng)的中間壓力稱之為最佳中間壓力pmopt。要得到精確的最佳中間壓力tmopt，可由電子計算機(jī)計算不同中間溫度設(shè)定值時的制冷系數(shù)。經(jīng)過比較自動地取最大制冷系數(shù)時所對應(yīng)的循環(huán)的中間壓力為設(shè)計所需要的最佳中間壓力pmopt。一級節(jié)流中間不完全冷卻的兩級壓縮循環(huán)的最佳中間壓力確定，可由下式計算其實際制冷系數(shù)的最大值，最大實際制冷系數(shù)所對應(yīng)的即為最佳中間壓力pmopt：

（1—77）

有的學(xué)者在對兩級壓縮制冷循環(huán)的研究中，總結(jié)出了在一定范圍內(nèi)具有足夠精確性的經(jīng)驗公式，來進(jìn)行最佳中間溫度計算，大大簡化了熱力計算過程。拉塞提出的R717兩級壓縮制冷循環(huán)的最佳中間溫度tm（單位為℃）的經(jīng)驗公式是：

tm=0.4tk+0.6t0+3℃

（1—78）

其所對應(yīng)的pm，即為所要求的pmopt。

實際工程建設(shè)中，由于制冷壓縮機(jī)生產(chǎn)的系列化，往往是通過在已有的系列壓縮機(jī)產(chǎn)品中進(jìn)行選配來組成兩級壓縮制冷循環(huán)。一般有以下兩種情況：①從現(xiàn)有系列產(chǎn)品中選配合適的高壓級和低壓級制冷壓縮機(jī)，這種稱為多臺壓縮機(jī)配打雙級；②用一臺多缸制冷壓縮機(jī)配成兩級壓縮制冷循環(huán)，確定高壓級和低壓級應(yīng)有的氣缸數(shù)目，這種壓縮機(jī)通常稱做單機(jī)雙級制冷壓縮機(jī)。第五節(jié)復(fù)疊式制冷循環(huán)一、采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因當(dāng)需要獲取-60℃以下的低溫時，由于制冷劑熱物理特性的限制，對于前面一直在用的中溫制冷劑就會遇到凝固溫度、吸氣壓力過低、吸氣比體積過大等的限制。若采用低溫制冷劑，tk一般在30~60℃之間，在這種情況下勢必會造成R23超臨界循環(huán)，其制冷系統(tǒng)內(nèi)壓力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許的1.6MPa安全壓力。這種采用低溫制冷劑的單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)是根本無法運行。因此，當(dāng)需要獲取-60℃以下的低溫時，應(yīng)采用中溫制冷劑與低溫制冷劑復(fù)疊的制冷循環(huán)。二、低溫箱復(fù)疊壓縮式制冷系統(tǒng)的組成與類型

復(fù)疊壓縮式制冷循環(huán)的組成復(fù)疊式制冷循環(huán)通常是由兩個（或多個）采用不同制冷劑的單級（也可以是多級）制冷系統(tǒng)組成，分為高溫系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)。通常在高溫系統(tǒng)里使用沸點較高的制冷劑（中溫中壓制冷劑），在低溫系統(tǒng)里使用沸點較低的制冷劑（低溫高壓制冷劑）。高溫系統(tǒng)的蒸發(fā)器和低溫系統(tǒng)的冷凝器合成一個設(shè)備，稱為冷凝蒸發(fā)器或蒸發(fā)冷凝器。復(fù)疊壓縮式制冷循環(huán)的類型復(fù)疊式循環(huán)也有多種型式，如兩個單級壓縮循環(huán)復(fù)疊、兩級壓縮循環(huán)的復(fù)疊、三個單級壓縮循環(huán)的復(fù)疊等。lTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(unVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&sXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYngOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaE3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaIB+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$mVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWk