两级压缩双温制冷循环热力计算.docx

两级压缩两级节流制冷循环热力计算
1 两级压缩两级节流制冷循环概述
图1是两级压缩两级节流制冷循环的流程图，两级压缩制冷循环中设置一个中间冷却器。中间冷却器中的部分制冷剂液体引入一个中温蒸发器，实现中温制冷。这种两级压缩制冷循环可以同时制取两种蒸发温度下的制冷量。
两级压缩两级节流制冷循环由低压级压缩机A、高压级压缩机B、水冷冷凝器C、中间冷却器E、节流阀D、F、蒸发器G、H组成。从冷凝器出来的高压液体经节流阀节流，其压力降到中间压力，在中间冷却器中蒸发。在中间冷却器中的制冷剂液体，一部分进入中温蒸发器，实现中温制冷，得到的制冷剂蒸汽再次进入中间冷却器；另一部分制冷剂液体经过节流阀F进行二次节流，使其从冷凝压力到蒸发压力后再蒸发器内蒸发制冷。由蒸发器出来的制冷剂饱和蒸气被低压级压缩机吸入，并被压缩到中间压力，排送到高压级压缩机的吸气管内，与中间冷却器出来的饱和蒸汽混合后进入高压级压缩机压缩到冷凝压力，进入高压级压缩机的制冷剂是中间压力下的过热蒸汽，经过高压级压缩机压缩后在水冷冷凝器中冷凝成为高压液体，然后再次循环。
图1 两级压缩两级节流制冷循环的流程图

与图1对应，图2为两级压缩两级节流制冷循环的p-h图。其中1-2和3-4过程分别表示低压级压缩机和高压级压缩机的压缩过程。点3为中间压力下的过热状态，即高压级压缩机的吸气状态。过程4-5为冷凝器的冷凝过程。5-6为从冷凝器出来的的高压制冷剂液体的过冷过程，经节流阀D节流到状态点7。7-8表示制冷剂在中间冷却器中降温的过程，状态8的制冷剂为饱和制冷剂液体，8-9表示由中间冷却器出来的制冷剂液体进入蒸发器前的节流过程。9-0表示制冷剂在蒸发器内的蒸发（制冷）过程。点1为低压级压缩机的吸气状态。

图2 两级压缩两级节流制冷循环的p-h图

2 已知条件
两级压缩两级节流制冷循环系统，采用制冷剂为R22，设计条件为低温级制冷量QG=5KW 中温蒸发器制冷量QH=8KW，冷凝温度为 tk=40℃ ，蒸发温度为t0=-40℃ ，取制冷剂液体从冷凝器出来后的过冷度 ∆t1=3℃，假定循环的中间温度为 tm=0℃，利用上述计算条件进行热力计算，过程如下。
3 热力计算
3.1 一个蒸发器情况下的热力计算
t6=t5-∆t1 即t6=40℃-3℃=37℃，由REPROP可查出R22各点参数，其中 h6=245.7kjkg，h7=h6。
表1为各点热力参数值。

表1 各点热力参数值
项目名称
pk/kpa
(绝对)
pm/kpa
(绝对)
p0/kpa
(绝对)
t1/℃
t2/℃
t3/℃
t4/℃
t5/℃
t6/℃
t8=tm/℃
v1/(m3/kg)
参数值
1533.6
497.99
105.23
-40
29
22
80

40
37
0
0.205
项目名称
h1/(kj/kg)
h2/(kj/kg)
h3/(kj/kg)
h4/(kj/kg)
h5/(kj/kg)
h6/(kj/kg)
h7/(kj/kg)
h8/(kj/kg)
h9/(kj/kg)
h10/(kj/kg)
v3/(m3/kg)
参数值
388.1
425.8
421.1
452.4
249.7
245.7
245.7
200.0
200.0
405.1
0.052
注：其中3点为低压级排气与中间冷却器出来的制冷剂蒸汽的混合过程，qmgh3=qmg-qmdh10+qmdh2，在求出高低压级压缩机质量流量后，可求出3点的焓值继而查得其温度值。

根据表1所列出的各点的参数值可以对循环过程进行热力计算。过程如下：
1． 单位质量制冷量
q0=h0-h9=188.1 kj/kg
2． 低压级压缩机流量
Q0=QG=5kw
qmd=Q0q0=0.027 kg/s
3． 低压级压缩机体积流量
qVd=qmdv1=0.00554 m3/s
4． 低压级压缩机理论排量（取λd=0.753）
qVhd=qVdλd=0.0074 m3s=27.648 m3h
5． 低压级压缩机理论功率
Pad=qmdh2-h1=1.02 kw
6． 高压级压缩机质量流量
根据中间冷却器中的能量守恒，可以得到公式qmgh7=qmg-qmdh10+qmdh8，从而可以求出高压级压缩机的质量流量：
qmg=qmd(h10-h8)(h10-h7)=0.035 kg/s
7． 高压级压缩机理论排量（取λg=0.792）
qVhg=qmgv3λg=0.0230 m3s=84.24m3h
8． 高压级压缩机理论功率
Pag=qmgh4-h3=1.10 kW
9． 循环的冷凝热负荷
Qk=qmgh4-h5=7.09 kW
10． 循环的理论制冷系数
εk=Q0Pad+Pag=2.358
11． 循环的高低压级理论排量比
ξ=qVhgqVhd=3.108
3.2 双温制冷循环的热力计算
加入了一个蒸发器H，制冷量为QH=8KW，由
qmH=QH（h10-h8)= 0.039 kg/s
得出：
qmg'=qmg+qmH=0.074kg/s；
低压级压缩机排出的制冷剂蒸汽与中间冷却器出来的制冷剂混合后进入高压级压缩机，有：
(qmg'-qmd）h10+qmdh2=qmg'h3
可以得到h3=412.7 kj/kg，由REFPROP查得3点的温度等参数：t3=10℃，v3=0.050 m3/kg，经过压缩机的等熵压缩以及4点压力pk=1533.4kpa可以查出4点的焓值h4=442.3kj/kg。
高压级压缩机单位理论功：
ωg=h4-h3=29.6 kj/kg
高压级压缩机理论功率 Pag=qmg'ωg=2.190kW，则高压级压缩机理论排量：
qVhg=qmg'v3λg=0.0047 m3s =16.9m3h
循环的冷凝热负荷 Qk=qmg'h4-h5=14.25 kW，实际冷凝热负荷 Qk‘=Qkηi=14.250.75=19.0kW。
4 机组选型
4.1 压缩机选型
根据两个压缩机的排气量及其他参数选择压缩机，比泽尔半封闭式活塞式压缩机:
低压级压缩机A 4CES-6Y(32.5m3h)
高压级压缩机B 4FES-3Y(18.1m3h)
4.2 膨胀阀选型
节流阀D、F均选择热力膨胀阀（丹佛斯）。
D：TUA系列，阀门形式TU orifice 8，代号 068U1038 （额定功率10.1kW）；
F：T2系列，阀门形式T2 orifice 4，代号068-2007（额定功率4.7kW）
4.3 冷凝器、中间冷却器
冷凝器C
中间冷却器E