上海交通大学：《制冷原理与技术》课程教学资源（PPT课件）第二章 制冷原理与技术 2.1 蒸汽压缩式制冷 2.1.2 蒸汽压缩式制冷循环的热力计算

制 冷 原 理 与 技 术 （一）简单单级蒸气压缩式制冷 的理论循环计算 单级理论循环是建立在以下一些假设的基 础上的： （1）压缩过程为等熵过程，即在压缩 过程中不存在任何不可逆损失 （2）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂 的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发 温度等于被冷却介质的温度，且冷凝温 度和蒸发温度都是定值

制 冷 原 理 与 技 术 （一）简单单级蒸气压缩式制冷 的理论循环计算 单级理论循环是建立在以下一些假设的基 础上的： （1）压缩过程为等熵过程，即在压缩 过程中不存在任何不可逆损失 （2）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂 的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发 温度等于被冷却介质的温度，且冷凝温 度和蒸发温度都是定值

制 冷 原 理 与 技 术 （4）制冷剂在管道内流动时，没有 流动阻力损失，忽略动能变化，除了蒸 发器和冷凝器内的管子外，制冷剂与管 外介质之间没有热交换 （5）制冷剂在流过节流装置时，流速 变化很小，可以忽略不计，且与外界环境 没有热交换 （3）离开蒸发器和进入压缩机的制冷 剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷 凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的 饱和液体

制 冷 原 理 与 技 术 （4）制冷剂在管道内流动时，没有 流动阻力损失，忽略动能变化，除了蒸 发器和冷凝器内的管子外，制冷剂与管 外介质之间没有热交换 （5）制冷剂在流过节流装置时，流速 变化很小，可以忽略不计，且与外界环境 没有热交换 （3）离开蒸发器和进入压缩机的制冷 剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷 凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的 饱和液体

制 冷 原 理 与 技 术 图2-16理论循环在T-s图（a）和lnp-h图（b）上的表示 按照热力学第一定律，对于在控制容积中进 行的状态变化存在如下关系： dq = dh − dw （2-1）

制 冷 原 理 与 技 术 图2-16理论循环在T-s图（a）和lnp-h图（b）上的表示 按照热力学第一定律，对于在控制容积中进 行的状态变化存在如下关系： dq = dh − dw （2-1）

制 冷 原 理 与 技 术 这里，把自外界传入的功作为负值。对上式积 分可以得到整个过程的表达式 ： q = h − w （2-2） 按照式（2-1）和式（2-2），单级压缩蒸气制 冷机循环的各个过程有如下关系： q0称为单位制冷量，习惯上取为正值， 在T-s图上用面积1-5-b-a-1代表，而在 lg p-h图上则用线段5-1表示

制 冷 原 理 与 技 术 这里，把自外界传入的功作为负值。对上式积 分可以得到整个过程的表达式 ： q = h − w （2-2） 按照式（2-1）和式（2-2），单级压缩蒸气制 冷机循环的各个过程有如下关系： q0称为单位制冷量，习惯上取为正值， 在T-s图上用面积1-5-b-a-1代表，而在 lg p-h图上则用线段5-1表示

制冷原理与技术 (2)冷凝过程： d w =0 d q =d h qk=h2 -h4 （ 2 - 4 ） (3) 节流过程： w=0 q=0 Δh=0 h4=h5 （ 2 - 5 ） （ 1）压缩过程: dq=0,因而 dw=dh w=h2 -h1 （ 2 - 3 ） （ 4）蒸发过程： dw=0因而 dq=d h q0=h1 -h5=h1 -h4 （ 2 - 6 ）

制冷原理与技术 (2)冷凝过程： d w =0 d q =d h qk=h2 -h4 （ 2 - 4 ） (3) 节流过程： w=0 q=0 Δh=0 h4=h5 （ 2 - 5 ） （ 1）压缩过程: dq=0,因而 dw=dh w=h2 -h1 （ 2 - 3 ） （ 4）蒸发过程： dw=0因而 dq=d h q0=h1 -h5=h1 -h4 （ 2 - 6 ）

制 冷 原 理 与 技 术 (1)单位制冷量q0 压缩蒸气制冷循环单位制冷量可按式（2- 6）计算。单位制冷量也可以表示成汽化 潜热r0和节流后的干度x5的关系： 为了说明单级压缩蒸气制冷机理论循环的 性能， 采用下列一些性能指标，这些性 能指标均可通过循环各点的状态参数计算 出来。 q r ( x ) 0 = 0 1− 5 (2-7) 由式（3-7）可知，制冷剂的汽化潜热越 大，或节流所形成的蒸气越少（x5越小） 则循环的单位制冷量就越大

制 冷 原 理 与 技 术 (1)单位制冷量q0 压缩蒸气制冷循环单位制冷量可按式（2- 6）计算。单位制冷量也可以表示成汽化 潜热r0和节流后的干度x5的关系： 为了说明单级压缩蒸气制冷机理论循环的 性能， 采用下列一些性能指标，这些性 能指标均可通过循环各点的状态参数计算 出来。 q r ( x ) 0 = 0 1− 5 (2-7) 由式（3-7）可知，制冷剂的汽化潜热越 大，或节流所形成的蒸气越少（x5越小） 则循环的单位制冷量就越大

制 冷 原 理 与 技 术 (2)单位容积制冷量qv 1 1 4 1 0 v h h v q qv − = = (2-8) (3)理论比功w0 对于单级蒸气压缩制冷机的理论循环来说，理 论比功可表示为 w0 = h2 − h1 (2-9) 单级压缩蒸气制冷机的理论比功也是随制冷 剂的种类和制冷机循环的工作温度而变的

制 冷 原 理 与 技 术 (2)单位容积制冷量qv 1 1 4 1 0 v h h v q qv − = = (2-8) (3)理论比功w0 对于单级蒸气压缩制冷机的理论循环来说，理 论比功可表示为 w0 = h2 − h1 (2-9) 单级压缩蒸气制冷机的理论比功也是随制冷 剂的种类和制冷机循环的工作温度而变的

制 冷 原 理 与 技 术 (4)单位冷凝热qk 单位（1kg）制冷剂蒸气在冷凝器中放出的 热量，称为单位冷凝热。单位冷凝热包括 显热和潜热两部分 q (h h ) (h h ) h h k = − + − = − 2 3 3 4 2 4 (2-10) 比较式（2-6）、（2-9）和（2-10）可以 看出，对于单级压缩式蒸气制冷机理论循 环，存在着下列关系 q q w (2-11) k = 0 + 0

制 冷 原 理 与 技 术 (4)单位冷凝热qk 单位（1kg）制冷剂蒸气在冷凝器中放出的 热量，称为单位冷凝热。单位冷凝热包括 显热和潜热两部分 q (h h ) (h h ) h h k = − + − = − 2 3 3 4 2 4 (2-10) 比较式（2-6）、（2-9）和（2-10）可以 看出，对于单级压缩式蒸气制冷机理论循 环，存在着下列关系 q q w (2-11) k = 0 + 0

制 冷 原 理 与 技 术 (5)制冷系数  0 对于单级压缩蒸气制冷机理论循环， 制冷系数为  (2-12) 0 0 0 1 4 2 1 = = − − q w h h h h 制冷系数愈大 经济性愈好 冷凝温度越高 制冷系数越小 蒸发温度越低

制 冷 原 理 与 技 术 (5)制冷系数  0 对于单级压缩蒸气制冷机理论循环， 制冷系数为  (2-12) 0 0 0 1 4 2 1 = = − − q w h h h h 制冷系数愈大 经济性愈好 冷凝温度越高 制冷系数越小 蒸发温度越低

制 冷 原 理 与 技 术 (6)热力完善度 单级压缩蒸气制冷机理论循环的热力完 善度按定义可表示为 0 4 0 2 1 0 1 4 T T T h h h h c − − − = =    (2-13) 这里εc为在蒸发温度（T0）和压缩机 排气温度（T2）之间工作的逆卡诺循环 的制冷系数。热力完善度愈大，说明该 循环接近可逆循环的程度愈大

制 冷 原 理 与 技 术 (6)热力完善度 单级压缩蒸气制冷机理论循环的热力完 善度按定义可表示为 0 4 0 2 1 0 1 4 T T T h h h h c − − − = =    (2-13) 这里εc为在蒸发温度（T0）和压缩机 排气温度（T2）之间工作的逆卡诺循环 的制冷系数。热力完善度愈大，说明该 循环接近可逆循环的程度愈大