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[物理]单级蒸气压缩制冷理论循环

2 单级蒸气压缩制冷理论循环 2.1 单级蒸气压缩制冷机的基本组成 2.2 理论循环及其工作过程 2.3 理论循环的热力计算 2.1单级蒸气压缩制冷机的基本组成    单级蒸气压缩制冷机是指制冷剂蒸气由蒸发压力经过一次压缩,压力即升高到冷凝压力的制冷机。    单级蒸气压缩制冷机由以下四个基本部件所组成,其系统流程见图2-3 所示。 1)压缩机  其作用是压缩并输送制冷剂蒸气;将低压制冷剂蒸气从蒸发器中抽出,升压后送入冷凝器,使制冷剂能在常温下凝结成液体。    2)冷凝器  其作用是高压制冷剂蒸气与高温热源进行热交换,使制冷剂凝结成液体。冷凝器是放出热量的设备。    3)节流机构  其作用是将制冷剂降压并调节制冷剂的循环流量。由于节流机构的作用,制冷剂压力由冷凝压力下降到蒸发压力,维持冷凝和蒸发所需的压力条件;并使制冷剂流量受到限制,与压缩机输气量相平衡。    4)蒸发器  在其中制冷剂液体气化成为蒸气,其作用是将低压制冷剂液体与低温热源进行热交换。蒸发器是吸收热量,为被冷却对象提供冷量的设备。    这四个部件是蒸气压缩制冷机的基本部件,缺其中任何一个制冷机都不能正常工作。 图2-3单级蒸气压缩制冷机基本组成 2.2 理论循环及其工作过程 1)理论条件 2)循环在lgp-h图及T-s图上的表示 3)理论循环的工作过程 4)理论循环的热力计算 理论条件    理论循环是在理论条件下构造出的模型,这些理论条件是:    1)制冷剂的冷凝温度等于高温热源的温度,蒸发温度等于低温热源的温度,且冷凝温度与蒸发温度恒定不变。    2)在制冷系统中,除节流膨胀产生压力降外,无任何其他流动阻力损失。    3)压缩过程为等熵过程。    4)在节流过程中,流速变化可以忽略不计。    5)除换热设备外,与外界无任何热交换。    6)制冷剂是纯净的。 循环在lgp-h图及T-s图上的表示 单级蒸气压缩制冷理论循环在lgp-h图及T-s图上的表示见图2-4。其冷凝温度和蒸发温度分别为tk和t0 ,冷凝压力和蒸发压力分别为pk和p0 。 在压焓图上,0点是饱和蒸气,0-2是过0点的等熵线与等压线的交点,2-3是等压线,3-4节流过程,认为焓值不变,但该过程是一个不可逆过程,所以用虚线表示,沿等焓线画出。 在温熵图上,0点是饱和蒸气,0-2是等熵线;2点是过热蒸气(高压排气温度),3点冷凝温度,压力处在饱和液体线上;4点四处于平均状态,一部分四饱和液体,一部分是闪发蒸气,可用干度表示;3-4是非等熵过程,用虚线表示。 图2-4  单级蒸气压缩制冷理论循环 理论循环的工作过程    在分析制冷循环时,一定要符合热力学第一定律,对于在控制容积内工质的状态变化有:     式中:q-热量(kJ/kg); h-比焓(kJ/kg); c-流速(m/s); w-比功(kJ/kg)。    w前的负号表示外界向系统输入功。 压缩过程0-2 0-2表示制冷剂在压缩机中的压缩过程,对于理论循环为等熵过程,点 0为吸入的低压饱和蒸气状态点,点2为排出的过热蒸气状态点。   因: 、q=0、   故: ,w0=h2-h0   w0称为单位理论功,在T-s图上用面积0-2-3-c-b-4-0表示,在lgp-h图上为线段a-b的长度。   冷凝过程2-3 此过程由两段组成,压缩机排出的制冷剂过热蒸气进入冷凝器后,首先被冷却成饱和蒸气,即过程2-3 ,此时存在传热温差;然后饱和蒸气被冷凝成饱和液体,即过程3-3 ,此凝结过程无传热温差;制冷剂压力不变,始终是与Tk对应的饱和压力pk。   因: w=0、   故: ,qk=h2-h3 qk称为单位冷凝负荷,在T-s图上用面积a-2-3-c-a表示,在lgp-h图上以线段2-3的长度表示。 蒸发过程4-0 在此过程中,制冷剂在t0、p0保持不变的情况下气化,吸收气化潜热,而所吸收的热量来自被冷却对象。   因:w=0、   故: ,q0=h0-h4=h0-h3   q0称为单位制冷量,在T-s图上用面积0-4-b-a-0表示,在lgp-h图上以线段0-4的长度表示。 2.3 理论循环的热力计算 为了说明循环的性能,可通过对循环各点的状态参数进行计算来得出性能指标,这样的计算即为热计算。 1)单位制冷量q0  又称单位质量制冷量,其定义为单位质

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