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车用蒸汽压缩式制冷循环的热力计算

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。

当完成一个蒸汽压缩循环时，在压缩机中外界对制冷剂作功。而热量的传递情况则因设备而异，在冷凝器中热量由制

冷剂传给外界冷却介质，在蒸发器中热量由被冷却物体传给制冷剂。

蒸发器中单位时间内向制冷剂传递的热量称为循环的制冷量，用符号Q0表示。压缩机中因压缩制冷剂所消耗的功

率用符号N0表示，它是保持循环运动所必须付出的代价。这两者的比?0=Q0/N0定义为制冷系数。

根据热力学第一定理，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Q+N=m(h2-h1)

（1-1）

式中：Q单位时间内加给系统的热量（kW）；

N单位时间内加给系统的功（kW）；

m流进或流出该系统的稳定质量流量（kg/s）；

h比焓（kj/kg）;

下标1、2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N取正值。该方程可单独适用于制冷系统的每一个设备。

①节流机构

制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功，Q=0，N=0。故方程（1-1）变为0=m(h3-h4)

h3=h4

因此，可以认为节流前后其焓值不变。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：

h4=（1-x4）hf0+x4hg0(1-2)

式中：hf0蒸发压力p0下的饱和液体焓值；

hg0蒸发压力p0下的饱和蒸汽的焓值。

将上式移项并整理，得到

x4=（h4-hf0）/（hg0-hf0）(1-3)

点4的比容为：

v4=(1-x4)vf0+x4vg0(1-4)

式中：vf0蒸发温度t0下饱和液体的比容(m3/kg);

vg0蒸发温度t0下饱和蒸汽的比容(m3/kg);

②压缩机

如果忽略压缩机与外界环境所交换的热量，由式（1-1）得

N0=m(h2-h1)（kW）（1-5）

式中：(h2-h1)表示压缩机每压缩并输送1kg制冷剂所消耗的功，称为理论比功，用w0表示。由于节留过程中制冷剂

对外不作功，因此循环的比功与压缩机的比功相等。

③蒸发器

被冷却物体通过蒸发器向制冷剂传递热量Q0，因蒸发器不作功故方程（1-1）变成Q0=m(h1–h4)=m(h1–h3)

（kw）（1-6）

由上式可以看出，制冷量与两个因素有关，即制冷剂的质量流量m和制冷剂进出蒸发器的焓差(h1–h4)。前者与压

缩机的尺寸和转速有关，后者与制冷剂的种类和工作条件有关。(h1–h4)称为单位质量制冷量（简称单位制冷量），

它表示每千克制冷剂在蒸发器内从被冷却物体中吸取的热量，用q0表示。

质量流量m和容积V有关，

V=mv(m3/s)(1-7)

式中：v为制冷剂的比容。在压缩过程中它是一个变量，由于压缩机进口处的比容v1和压缩机的尺寸紧密相关，因此

我们用v1代入方程式（1-7），则有：

V1=mv1或m=V1/v1(1-8)

将方程式（1-8）代入方程式（1-6），得到

Q0=V1（h1-h4）/v1

由上式可以看出，制冷量也可以用另外两个因子来表示：压缩机进口处蒸汽的容积流量V1和（h1-h4）/v1。前者取

决于压缩机的尺寸和转速，后者取决于制冷剂的种类和工作条件。（h1-h4）/v1称为单位容积制冷量，用qv表示。它

表示压缩机每吸入1m3制冷剂蒸汽（按吸气状态记）所制取的冷量。

④冷凝器

假设制冷剂在冷凝器中向外界放出的热量为Qk，那么

Qk=m(h2-h3)(1-10)