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蒸汽壓縮制冷實(shí)際循環(huán)全面介紹
一、實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的主要差別
前面所述的是蒸汽壓縮式制冷的理論循環(huán),但實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)又有不少差別,表現(xiàn)在理論循環(huán)忽略了:
1. 在壓縮過(guò)程中:
①氣體內(nèi)部及氣體與氣缸壁之間的摩擦;②氣體與外部的熱交換。
2. 制冷劑進(jìn)入吸氣閥和排出時(shí)經(jīng)排氣閥有節(jié)流損失;
3. 制冷劑通過(guò)管道、冷凝器、蒸發(fā)器等設(shè)備時(shí),制冷劑與管壁、器壁之間摩擦以及外部熱交換。
二、實(shí)際循環(huán)
圖中過(guò)程線1-2-3-4-1所組成的循環(huán)是蒸發(fā)壓力為p0,冷凝壓力為pk時(shí),蒸汽壓縮制冷的理論循環(huán)。如果蒸發(fā)器入口制冷劑的壓力仍為p0,冷凝器出口制冷劑的狀態(tài)仍為點(diǎn)3,考慮了上述三方面的影響后,采用活塞式壓縮機(jī)時(shí),蒸汽壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)應(yīng)為:1`-1``-a-b-c`-c-d-2`-3-4`-1`。
(1)過(guò)程線1`-1``:低溫低壓氣態(tài)制冷劑由蒸發(fā)器經(jīng)管道流至壓縮機(jī)進(jìn)氣閥過(guò)程中,由于沿途摩擦阻力、局部阻力以及吸收外界的熱量,所以制冷劑的壓力稍有降低,溫度有所升高;
(2)1``-a:制冷劑蒸汽經(jīng)進(jìn)氣閥時(shí)節(jié)流,h不變,壓力降至p1;
(3)a-b:低溫氣態(tài)制冷劑進(jìn)入氣缸后至被壓縮前(即壓縮機(jī)的吸氣過(guò)程),由于氣缸壁(包括進(jìn)氣閥)溫度較高,制冷劑吸收氣缸壁的熱量,故溫度有所上升,而壓力仍為p1;
(4)b-c`:制冷劑在壓縮機(jī)中的實(shí)際壓縮過(guò)程線。開(kāi)始被壓縮時(shí),由于制冷劑內(nèi)部和制冷劑與氣缸壁之間有摩擦,以及制冷劑的溫度低于氣缸壁的溫度,所以,制冷劑處于吸熱壓縮過(guò)程,比熵有所增加。當(dāng)制冷劑被壓縮至高于氣缸壁的溫度時(shí),制冷劑將向氣缸壁散熱,變?yōu)榉艧釅嚎s過(guò)程,比熵有所減小,直到壓力升至p2。對(duì)于氨壓縮機(jī),由于氣缸頭部被冷卻水冷卻,排氣過(guò)程中高壓氣體被進(jìn)一步冷卻,制冷劑的比熵會(huì)減少得更多一些,如圖中c`-c;
(5)過(guò)程線c-d:制冷劑從壓縮機(jī)氣缸排出時(shí),經(jīng)過(guò)排氣閥被節(jié)流,其比焓基本不變,但壓力有所降低;
(6)d-2`:高壓氣態(tài)制冷劑從壓縮機(jī)氣缸排出后,經(jīng)管道至冷凝器,由于沿程存在摩擦阻力和局部阻力,以及對(duì)外散熱,制冷劑的壓力和溫度均有所降低;
(7)2`-3:氣態(tài)制冷劑在冷凝器中被冷凝成液態(tài)。由于制冷劑流經(jīng)冷凝器的途中有摩擦和渦流,所以冷凝過(guò)程并不是定壓過(guò)程,根據(jù)冷凝器形式的不同,其壓力有不同程度的降低。
(8)3-4`:液態(tài)制冷劑通過(guò)膨脹閥減壓、降溫后,經(jīng)管道進(jìn)入蒸發(fā)器。由于減壓后溫度大幅度降低,盡管該段管道有保溫,制冷劑還會(huì)從外部吸收一些熱量,所以,制冷劑的比焓稍有增加;
(9)4`-1`:制冷劑經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器吸熱變成氣態(tài),此時(shí)也與冷凝器相似,由于流動(dòng)途中存在摩擦和渦流,蒸發(fā)過(guò)程也不是定壓過(guò)程,隨蒸發(fā)器形式的不同,壓力有不同程度的降低。
綜上所述,由于存在摩擦、渦流等阻力,以及與外界有熱量交換,蒸汽壓縮式制冷的實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)相比,實(shí)際能夠獲得的制冷量稍有減少,實(shí)際所消耗的功率有所增加,因此,實(shí)際循環(huán)的制冷系數(shù)將小于理論循環(huán)的制冷系數(shù)。
由于蒸汽壓縮式制冷循環(huán)比較復(fù)雜,難于細(xì)致計(jì)算,所以一般均以理論循環(huán)作為計(jì)算基準(zhǔn)。但是在選擇壓縮機(jī)及其配用的電動(dòng)機(jī),確定制冷劑管道直徑,計(jì)算蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱面積以及進(jìn)行機(jī)房設(shè)計(jì)時(shí),都應(yīng)該考慮這些影響因素。