风幕柜中蒸气压缩式制冷规律(三)
二、蒸气压缩式制冷的理论循环在逆卡诺循环中,吸热和放热过程都是等温过程。要实现等温吸热或放热,循环只能在制冷剂的两相区进行。这样的循环在实际应用中是难以实现的,这是因为:
(1)压缩过程1一2是在气液两相区进行的,此时压缩机吸入的是湿蒸气,即压缩机处于“湿压行程”下运转。此时,低温湿蒸气与热的气缸壁面发生强烈热交换,与气缸壁面接触的液滴迅速气化,使得压缩机的吸气量减少,导致压缩机的工作效率大大降低。过多液滴进入压缩机后,难以立即气化。这既破坏了压缩机的润滑,又容易引起“液击”现象,影响压缩机的性能和寿命,甚至造成事故。显然,在制冷压缩机的运行中是要避免“湿压行程”的。实际的蒸气制冷机都要求压缩机在于压缩行程下运转,即要求压缩机吸入干饱和蒸气或过热蒸气。
(2)膨胀过程3一4是利用膨胀机实现的,这一过程受膨胀机经济性的制约。液态制冷剂的比体积变化很小,可以利用的膨胀功十分有限。膨胀机结构复杂、尺寸较小,相对的机械摩擦损失就较大。在一些中小型制冷系统中,膨胀机回收的膨胀功甚至还不足以克服自身的摩擦损失。此时采用膨胀机就毫无意义了,需要采用结构简单的节流机构来代替膨胀机。用干压缩代替湿压缩、膨胀阀代替膨胀机之后的制冷循环1一2一3一4一1,此即蒸气压缩式制冷的理论循环,它由这样几个过程组成:1一2过程为压缩机内的等熵压缩过程,制冷剂蒸气的压力由蒸发压力被压缩到冷凝压力,该过程在过热蒸气区进行。2一3过程为高压制冷剂蒸气在冷凝器内向周围环境介质等温放热,自身得以冷却、冷凝的过程。其中2一是制冷剂蒸气的冷却过程,也叫去过热过程。在这个过程中,蒸气的压力不变,温度却降低了。3是温度降至冷凝温度(对应于冷凝压力)后制冷剂蒸气的冷凝过程。3一4过程是制冷剂经过膨胀阀时的绝热节流过程。由于节流过程非常迅速,制冷剂来不及和外界进行热交换,认为节流过程前后制冷剂的焓不变。但节流过程不可逆,节流后制冷剂的熵增加。4一1过程是制冷剂在蒸发器内的蒸发过程。低压制冷剂液体从温度为Q的被冷却对象中吸热,产生制冷效应。循环就如此重复进行。为了便于比较,逆卡诺循环l'一2'一3一4'一l'两者的区别在于:
(1)理论循环中的两个换热过程均为等压过程,且存在换热温差。
(2)压缩过程为干压缩,压缩终了制冷剂蒸气处于过热状态。压缩机的耗功增加,循环的制冷系数下降,其下降的程度称为“过热损失”。
(3)制冷剂液体的膨胀过程通过膨胀阀实现,为熵增过程,制冷剂的单位质量制冷量减少,其减少的程度,称为“节流损失”。
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