两级压缩制冷循环热力分析

　　0 引言

　　两级压缩制冷循环是在单级压缩制冷循环的基础上发展起来的。两级压缩在实际中应用广泛，如食品的冻结和冷藏。两级压缩制冷的压缩过程分两个阶段，来自蒸发器的制冷剂蒸气先在低压级压缩机中压缩，当压缩到中间冷却器的中间压力时，便进入中间冷却器进行冷却;然后再进入高压级压缩机压缩到冷凝压力。既可以满足取得低温的要求，又使压缩机的压缩比控制在合理范围内，压缩机在较高的效率下正常运行[1，2]。

　　两级压缩制冷循环的型式，按节流和冷却方式可分为：

　　(1)两级压缩两次节流中间不完全冷却(图1);

　　(2)两级压缩两次节流中间完全冷却(图2);

　　(3)两级压缩一次节流中间不完全冷却(图3);

　　(4)两级压缩一次节流中间完全冷却(图4)[3]。

　　两次节流是指制冷剂液体从冷凝压力pc节流到蒸发压力pe，要先后经过两个节流阀(由pc节流到pm，再由pm节流到pe)。一次节流则只经过一个节流阀。中间完全冷却是指低压级排出气体被冷却成中间压力下的干饱和蒸气。若只降低了温度而并未达到干饱和状态时，叫做中间不完全冷却[1]。

　　1 两级压缩制冷循环制冷系数理论推导

　　在四个循环中，设有相同的制冷工况,即具有相同的冷凝压力pc和蒸发压力pe，分别用m,Hq和m,Lq表示高压压缩机和低压压缩机的制冷剂循环量。

　　1.1 两级压缩两次节流中间不完全冷却制冷循环制冷系数推导

　　两级压缩两次节流中间不完全冷却制冷循环的压焓图如图5所示。

　　制冷量为q1=h1-h4，低压压缩机的单位理论功o,L21w=h-h ,高压压缩机的单位理论功o,H76w=h-h 。则制冷系数可表示为：

　　式中y表示高、低压压缩机制冷剂流量之比。由中间冷却器的能量平衡关系知：m,Hm,L3m,L4m,H10(q-q)h+qh=qh，得，从而两级压缩两次节流中间不完全冷却制冷循环的制冷系数为

　　1.2 两级压缩两次节流中间完全冷却制冷循环制冷系数推导

　　两级压缩两次节流中间完全冷却制冷循环的压焓图如图6所示，制冷量为q1=h-h4，低压压缩机的单位理论功o,L21w =h -h ,高压压缩机的单位理论功o,H73w=h-h。则制冷系数可表示为：

　　式中y表示高、低压缩机制冷剂流量之比。由中间冷却器的能量平衡关系知：

　　得

　　其循环制冷系数为:

　　1.3 两级压缩一次节流中间不完全冷却制冷循环制冷系数推导

　　两级压缩一次节流中间不完全冷却制冷循环的压焓图如图7所示。