工程热力学制冷循环课件.ppt
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工程热力学制冷循环课件
材料性能
要求材料具有高热电优值，即热电势 与电阻率的比值要高，以提高制冷效 率。
热电偶合式制冷系统组成及运行
系统组成
包括热电偶、散热器、冷却器、电源和控制系统等。
运行过程
通过电源提供电流，使热电偶产生帕尔贴效应，将热量从一端吸收并传递到另一端，然后通过散热器将热量排出 系统外，从而实现制冷效果。同时，控制系统监测并调节电流和温度等参数，以确保系统稳定运行。
工业冷冻设备应用案例
制冷需求
工业冷冻设备需要满足各种工业 生产过程中的低温需求，如食品 加工、化工生产、医药制造等。
设备类型
工业冷冻设备种类繁多，包括冷 水机组、工业冰箱、冷库等，可
根据实际需求进行定制。
节能技术
为了提高工业冷冻设备的运行效 率，降低能耗，可采用先进的节 能技术，如变频技术、热回收技
优化设计策略探讨
优化蒸发器和冷凝器设计
提高传热效率，降低传热温差，有利 于提高制冷系数。
采用高效压缩机
选用高性能压缩机，降低输入功，提 高制冷循环经济性。
优化制冷剂选择
选用环保、高效制冷剂，提高制冷循 环性能。
系统集成与优化
通过系统集成和优化设计，降低系统 能耗和成本，提高整体性能。
06 工程应用案例分析
工程热力学制冷循环课件
目录
• 制冷循环基本概念 • 蒸气压缩式制冷循环 • 吸收式制冷循环 • 热电偶合式制冷循环 • 制冷循环性能评价与优化 • 工程应用案例分析
要求材料具有高热电优值，即热电势 与电阻率的比值要高，以提高制冷效 率。
热电偶合式制冷系统组成及运行
系统组成
包括热电偶、散热器、冷却器、电源和控制系统等。
运行过程
通过电源提供电流，使热电偶产生帕尔贴效应，将热量从一端吸收并传递到另一端，然后通过散热器将热量排出 系统外，从而实现制冷效果。同时，控制系统监测并调节电流和温度等参数，以确保系统稳定运行。
工业冷冻设备应用案例
制冷需求
工业冷冻设备需要满足各种工业 生产过程中的低温需求，如食品 加工、化工生产、医药制造等。
设备类型
工业冷冻设备种类繁多，包括冷 水机组、工业冰箱、冷库等，可
根据实际需求进行定制。
节能技术
为了提高工业冷冻设备的运行效 率，降低能耗，可采用先进的节 能技术，如变频技术、热回收技
优化设计策略探讨
优化蒸发器和冷凝器设计
提高传热效率，降低传热温差，有利 于提高制冷系数。
采用高效压缩机
选用高性能压缩机，降低输入功，提 高制冷循环经济性。
优化制冷剂选择
选用环保、高效制冷剂，提高制冷循 环性能。
系统集成与优化
通过系统集成和优化设计，降低系统 能耗和成本，提高整体性能。
06 工程应用案例分析
工程热力学制冷循环课件
目录
• 制冷循环基本概念 • 蒸气压缩式制冷循环 • 吸收式制冷循环 • 热电偶合式制冷循环 • 制冷循环性能评价与优化 • 工程应用案例分析
制冷循环PPT课件
1 570 kJ/kg 450 kJ/kg 1 120 kJ/kg
qm
qQC qC
1105 kJ/h 3 6001 120 kJ/s
0.024 8
kg源自文库s
P qm h2 h1 0.024 8 kg/s 1 770 1 570 kJ/kg 4.96 kW
qQ1 qm h3 h2 0.024 8 kg/s 450 1 770 kJ/kg 32.7 kW
循环的净功
wnet wc wT 148.72kJ/kg 108.68kJ/kg 40.04kJ/kg
循环的净热量
qnet q0 qC 108.52kJ/kg 68.48kJ/kg 40.04kJ/kg
14
循环的制冷系数
qc 68.48kJ/kg 1.71
wnet 40.04kJ/kg (2) 有回热时的压力比
TH T0 T 0 TL
TL TH
393 303
303
263
K 263 K 393
K K
1.51
吸收式制冷装置的实际热量利用系数COP为： COP = 0.4COPmax 0.41.51 0.604
27
所需的供热能力QH
QH
QL COP
280 000 kJ/h 3 6000.604
qC qC
wnet q1 qC
q1 h2 h3
qm
qQC qC
1105 kJ/h 3 6001 120 kJ/s
0.024 8
kg源自文库s
P qm h2 h1 0.024 8 kg/s 1 770 1 570 kJ/kg 4.96 kW
qQ1 qm h3 h2 0.024 8 kg/s 450 1 770 kJ/kg 32.7 kW
循环的净功
wnet wc wT 148.72kJ/kg 108.68kJ/kg 40.04kJ/kg
循环的净热量
qnet q0 qC 108.52kJ/kg 68.48kJ/kg 40.04kJ/kg
14
循环的制冷系数
qc 68.48kJ/kg 1.71
wnet 40.04kJ/kg (2) 有回热时的压力比
TH T0 T 0 TL
TL TH
393 303
303
263
K 263 K 393
K K
1.51
吸收式制冷装置的实际热量利用系数COP为： COP = 0.4COPmax 0.41.51 0.604
27
所需的供热能力QH
QH
QL COP
280 000 kJ/h 3 6000.604
qC qC
wnet q1 qC
q1 h2 h3
工程热力学课件11 制冷循环
理想气体
p 2‘
T
2‘
绝热膨胀，温度降低
1 6 1 2 4 3 v 2 s
5
T
转回温度曲线
实际气体
TH
冷效应区
N
热效应区
TL p pN
p
经济性指标最高的逆向循环是同温限 间的逆向卡诺循环。通常制冷循环以环境 为高温热源（T1=T0），因此在以T0为高 温热源、Tc为低温热源间的逆向卡诺循环 的制冷系数：
4 q2
蒸发器
1
2-3：制冷剂在冷凝器中的定压放热过程 3-4：制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程 4-1：制冷剂在蒸发器中的定压定温汽化过程
p
3 2 4 1 h
q2 h1 h4 wnet h2 h1
收获
代价
三、影响制冷系数ε的主要因素
p
1. 提高蒸发温度
3 4’ 4 1’
2’ 2
qc qc c wnet q0 qc Tc 1 ＝ T0 Tc T0 1 Tc
q0 T0 wnet Tc qc
制冷循环种类
空气压缩制冷
压缩制冷 吸收式制冷
√ 蒸汽压缩制冷 √
制冷循环 吸附式制冷
蒸汽喷射制冷 半导体制冷 热声制冷
第一节
3
压缩空气制冷循环
冷却水
2 冷却器
膨胀机
T
工程热力学与传热学11)蒸汽压缩制冷循环
减小
(11-15)
h1 h5
h2' h1'
三、 回热器对循环性能的影响
利用回热使节流前的制冷剂液体与压缩机吸 入前的制冷剂蒸气进行热交换，使液体过冷、 蒸气过热，称之为回热。 若不计回热器与环境空气之间的热交换，则 液体过冷的热量等于使蒸气过热的热量，其 热平衡关系为
h4 h4 h1 h1
(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
(11-8)
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。
(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
①制冷剂液体在低压（低温）下蒸发， 成为低压蒸气 ②将该低压蒸气提高压力为高压蒸气 ③将高压蒸气冷凝，使之成为高压液体 ④高压液体降低压力重新变为低压液体， 返回到①从而完成循环。
压缩机: 压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发 器中低压、冷凝器中高压，是整个 系统的心脏。
冷凝器: 输出热量的设备，将制冷剂在蒸发 器中吸收的热量和压缩机消耗功所 转化的热量排放给冷却介质。
（11-34）
上式中点2状态的焓值用下式计算
h2 (h2 s h1 ) i h1
工程热力学制冷循环课件页PPT文档
4
2
5
1
1-2：绝热压缩过程 2-4：定压放热过程 4-5：绝热节流过程 5-1：定压吸热过程
蒸气压缩制冷循环
比较逆卡诺循环3467 T
c
4
逆卡诺 73 湿蒸气压缩
“液击”现
实际 12 既安象全，又
65
增加了单位质量
工质的制冷量71
节流阀代替了膨胀机
2 3
1 7
s
节流阀代替膨胀机分析
缺点：
T
q2h1h5h1h4
4
冷凝器中放热量
2 3
q1 h2 h4
1
制冷系数
5
q 2 h 1 h 4
h 1 h 4 q 2 s
q 1 q 2 (h 2 h 4 ) (h 1 h 4 ) h 2 h 1 w
两个等压，热与功均与焓有关 lnp-h图
lnp-h图及计算
lnp
1
p2 p1
k1
k
k1
1 k
1
2 1
s
空气压缩制冷循环特点
优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。
缺点：
1. 无法实现 T ， < C
2. q2=cp(T1-T4)，空气cp很小， (T1-T4)不 能太大， q2 很小。
若(T1-T4)
3. 活塞式流量m小，制冷量Q2=m q2小，
工程热力学课件ppt
热力学在工程中的应用
热力发动机
热力发动机原理
热力发动机利用燃料燃烧产生的 热能转化为机械能，通过活塞、 转子或涡轮等机构输出动力。
热力发动机类型
热力发动机有多种类型，如内燃 机、蒸汽机和燃气轮机等，每种 类型都有其特点和应用领域。
热力发动机效率
提高热力发动机效率是重要的研 究方向，通过优化设计、改善燃 烧过程和减少热量损失等方法可 以提高效率。
热力能源的合理利用与节能
热力能源的合理利用是指通过提高能 源利用效率、减少能源浪费和降低能 耗等方式，实现能源的有效利用。
热电联产是一种有效的节能方式，它 通过将发电和供热结合起来，提高了 能源利用效率。
节能措施包括采用高效能设Βιβλιοθήκη Baidu、优化 工艺流程、加强设备维护和能源管理 等。
余热回收是将工业生产中产生的余热 进行回收再利用，从而提高能源利用 效率并减少能源浪费。
可持续性
01
可持续性是指在满足当前人类需求的同时，不损害未来世代满
足自身需求的能力。
可再生能源
02
可再生能源是指可以持续利用的能源，如太阳能、风能、水能
等。
热力学在可再生能源中的应用
03
热力学在可再生能源的开发和利用中发挥着重要作用，如太阳
能热利用、风能转换等。
06
工程热力学的发展趋势与 未来挑战
热力发动机
热力发动机原理
热力发动机利用燃料燃烧产生的 热能转化为机械能，通过活塞、 转子或涡轮等机构输出动力。
热力发动机类型
热力发动机有多种类型，如内燃 机、蒸汽机和燃气轮机等，每种 类型都有其特点和应用领域。
热力发动机效率
提高热力发动机效率是重要的研 究方向，通过优化设计、改善燃 烧过程和减少热量损失等方法可 以提高效率。
热力能源的合理利用与节能
热力能源的合理利用是指通过提高能 源利用效率、减少能源浪费和降低能 耗等方式，实现能源的有效利用。
热电联产是一种有效的节能方式，它 通过将发电和供热结合起来，提高了 能源利用效率。
节能措施包括采用高效能设Βιβλιοθήκη Baidu、优化 工艺流程、加强设备维护和能源管理 等。
余热回收是将工业生产中产生的余热 进行回收再利用，从而提高能源利用 效率并减少能源浪费。
可持续性
01
可持续性是指在满足当前人类需求的同时，不损害未来世代满
足自身需求的能力。
可再生能源
02
可再生能源是指可以持续利用的能源，如太阳能、风能、水能
等。
热力学在可再生能源中的应用
03
热力学在可再生能源的开发和利用中发挥着重要作用，如太阳
能热利用、风能转换等。
06
工程热力学的发展趋势与 未来挑战
工程热力学详解课件
热力学第二定律的应用
热机效率
热力学第二定律指导我们如何提高热机的效率， 例如采用回热器、多级压缩等措施。
制冷机效率
根据热力学第二定律，我们可以优化制冷机的设 计，提高其效率。
热力循环优化
通过应用热力学第二定律，我们可以优化热力循 环过程，提高能源利用效率。
热力过程
总结词
热力过程的定义与分类
详细描述
制冷和空调技术类型 制冷和空调技术包括压缩式制冷、吸收式制冷和 热电制冷等，每种类型都有其特定的应用场景和 优缺点。
制冷和空调技术能效比 能效比是衡量制冷和空调技术能源利用效率的重 要指标，影响因素包括制冷剂选择、系统设计、 运行环境等。
热力泵和压缩机
热力泵和压缩机原理
01
热力泵和压缩机利用热能或电能驱动，通过压缩气体或液体来
热力发动机类型
热力发动机包括内燃机、蒸汽机和燃气轮机等，每种类型都有其特 定的应用场景和优缺点。
热力发动机效率
热力发动机的效率是衡量其能量转化效率的重要指标，影响因素包 括燃烧效率、机械效率、热力学循环等。
制冷和空调技术
1 2 3
制冷和空调技术原理 制冷和空调技术利用制冷剂在循环过程中吸收和 释放热量，实现制冷、制热和除湿等功能。
热力学第二定律的实质
01
热力过程的方向性
热力学第二定律揭示了热力过程 的不可逆性，即热力过程具有方 向性。
工程热力学 课件 第十二章 制冷循环
第七页，共29页。
▪ 同样的冷库温度和环境温度条件下，逆向卡诺循 环的制冷系数为T1/(T3-T1)，大于压缩空气制冷循 环的制冷系数
▪ 循环增压比π愈小，制冷系数ε愈大， π愈大，ε愈 小。但π减小会导致制冷量减小
▪ 压缩空气制冷循环的主要(zhǔyào)缺点是制冷量不大， 在普冷范围（tc> -50℃）内，除飞机空调外很少 应用
▪ 由于π减小使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失 的影响减小
第九页，共29页。
第十页，共29页。
第十一页，共29页。
第十二页，共29页。
第十三页，共29页。
第十四页，共29页。
12-3 压缩蒸气制冷循环
➢ 压缩蒸气制冷循环
▪ 采用低沸点物质作制冷剂，利用在湿蒸气区定压 即定温的特性，在低温下定压气化吸热制冷，可 以克服压缩空气制冷循环的缺点
第二十八页，共29页。
内容(nèiróng)总结
第十二章 制冷循环。其中wC和wT分别是压气机消耗的功和膨胀机输出的功。由于π减小使压缩 过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小。对应于装置的工作温度（蒸发温度、冷凝温度）要有适 中的压力。工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度，以免(yǐmiǎn)造成凝固栓塞。蒸气的比体 积要小，工质的传热特性要好，以使装置更紧凑
但减小会导致制冷量减小压缩空气制冷循环的主要缺点是制冷量不大在普冷范围t在压缩空气制冷设备中应用回热原理并采用叶轮式压气机和膨胀机克服了压缩空气制冷的缺点与没有回热的循环相同但循环增压比降低为采用叶轮式压气机和膨胀机提供了可能之间的温差很大要求压气机有很高的叶轮式压气机很难满足采用回热解决了这一困难由于减小使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小15123压缩蒸气制冷循环压缩蒸气制冷循环采用低沸点物质作制冷剂利用在湿蒸气区定压即定温的特性在低温下定压气化吸热制冷可以克服压缩空气制冷循环的缺点理论上可以实现压缩蒸气的逆向卡诺制冷循环但为利于压缩及增加制冷量使工质气化到干度更大的状态为简化设备提高装置运行的可靠性采用节流阀代替膨胀机压缩蒸气制冷循环的制冷系数工质自冷库吸收的热量为工质向外界排出的热量为压缩机耗功即循环净功为制冷系数压缩蒸气制冷循环的吸热量即制冷量放热量和功量均与过程的比焓差有关因此对蒸气压缩制冷循环进行分析计算时常采用压焓图实际压缩蒸气制冷循环中压缩过程不可逆状态2的确定与压气机绝热效率有关实际循环中采用过冷的方法在不增加耗功的情况下增加制冷量提高制冷装置的制冷系数25124制冷剂的性质制冷剂热力性质的主要要求对应于装置的工作温度蒸发温度冷凝温度要有适中的压力在工作温度下汽化潜热要大使单位质量工质具备较大的制冷能力临界温度应高于环境温度使冷凝过程能更多地利用定温排热制冷剂在ts图上的上下界限线要陡峭使冷凝过程更接近定温放热过程并减少节流引起的制冷能力下降工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度以免造成凝固栓塞蒸气的比体积要小工质的传热特性要好以使装置更紧凑制冷剂溶油性好化学性质稳定与金属材料及密封材料有良好的相容性安全无毒价格低廉27126热泵循环热泵将热能从低温物系如环境大气向加热对象高温热源如室内空气输送的装置热泵循环的供暖系数热泵循环的能量平衡方程为net为供给系统的净功net28热泵循环的经济性指标供暖系数?或热泵工作性能系数cop?供暖系数与制冷系数的关系式?永远大于1热泵循环不仅把消耗的能量如电能等转化成热能输向加热对象而且把低温热源的热量泵送到高温热源是一种合理的供暖装置net
11 工程热力学第十一章- 制冷循环-2018——工程热力学课件PPT
蒸汽压缩制冷可解决以上问题： • 蒸气在两相区易实现
等温吸热、放热。 • 汽化潜热大，制冷能力可能大
作业 11-1, 11-2
P105, 5-6题
蒸气压缩制冷空调装置
1-2：绝热压缩过程
4
2-4：定压放热过程
4-5：绝热节流过程
5-1：定压吸热过程
5
冷却水
3
2
冷却器
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
蒸汽压缩制冷循环
工程热力学
Engineering Thermodynamics
北京航空航天大学
第十一章 制冷循环
空气压缩制冷循环 蒸汽压缩制冷循环 改进的蒸汽压缩制冷循环 蒸汽喷射制冷循环 吸收式制冷循环 热泵 气体的液化
动力循环和热效率
热效率
t
w q1
q1 q2 1 q2
q1
q1
卡诺循环 热效率
实际循环
逆卡诺循环
lnp-h图及计算
lnp
4
T
32 4
1 5
5
h
2 3
1
s
t,C
1 T2 s2 s1 T1 s2 s1
1 T2 T1
T
T0 制冷 T2
T1 制热
动力
T1 T2
s
制冷循环和制冷系数
制冷系数
1
等温吸热、放热。 • 汽化潜热大，制冷能力可能大
作业 11-1, 11-2
P105, 5-6题
蒸气压缩制冷空调装置
1-2：绝热压缩过程
4
2-4：定压放热过程
4-5：绝热节流过程
5-1：定压吸热过程
5
冷却水
3
2
冷却器
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
蒸汽压缩制冷循环
工程热力学
Engineering Thermodynamics
北京航空航天大学
第十一章 制冷循环
空气压缩制冷循环 蒸汽压缩制冷循环 改进的蒸汽压缩制冷循环 蒸汽喷射制冷循环 吸收式制冷循环 热泵 气体的液化
动力循环和热效率
热效率
t
w q1
q1 q2 1 q2
q1
q1
卡诺循环 热效率
实际循环
逆卡诺循环
lnp-h图及计算
lnp
4
T
32 4
1 5
5
h
2 3
1
s
t,C
1 T2 s2 s1 T1 s2 s1
1 T2 T1
T
T0 制冷 T2
T1 制热
动力
T1 T2
s
制冷循环和制冷系数
制冷系数
1
《工程热力学》第十一章制冷循环
压缩式制冷循环的能耗分析
01
能耗分析主要包括压缩 机、冷凝器、膨胀阀和 蒸发器的能耗。
02
压缩机的能耗主要取决 于其效率和制冷负荷的 大小。
03
冷凝器和蒸发器的能耗 主要取决于其换热效率 和传热温差。
04
膨胀阀的能耗较小，但 其对制冷循环的效率和 稳定性有重要影响。
04
吸收式制冷循环
吸收式制冷循环的工作原理
01
02
03
热电转换器件
热电偶或热电堆，是实现 温差发电和温差电制冷的 核心元件。
散热器
用于将热电转换器件产生 的热量散发到环境中，保 持器件的正常工作温度。
控制器
用于控制制冷循环的启动、 停止和运行状态，实现温 度的自动调节和控制。
热电制冷循环的能耗分析
01
热电制冷循环的能耗主要来自于 热电转换器件的电能消耗，以及 散热器散发热量所需的辅助能耗 。
可以分为单级制冷循环和多级制冷循 环。
根据工作原理的不同
可以分为等温制冷循环、绝热制冷循 环等。
02
制冷剂的选择与特性
制冷剂的物理特性
01
02
03
04
沸点
制冷剂的沸点决定了制冷循环 的蒸发温度，沸点越低，蒸发 温度越低，制冷效果越好。
临界温度
临界温度是制冷剂在常压下的 最高温度，高于此温度，制冷
《工程热力学》课件
交通运输
工程热力学在交通运输领域的应 用包括汽车、航空和船舶等，涉 及到内燃机、喷气发动机和蒸汽 轮机等热力设备。
工程热力学的发展历程
早期的热学研究
工程热力学的发展可以追溯到古 代人类对火的认识和应用，以及 文艺复兴时期的科学家对热学的
研究。
热力学的形成
19世纪中叶，科学家们开始系统 地研究热力学的基本定律和原理 ，并逐渐形成了工程热力学的学
《工程热力学》ppt课件
目录
• 工程热力学概述 • 热力学基本概念 • 热力学第一定律 • 热力学第二定律 • 气体性质与理想气体定律 • 热力循环与热机效率 • 传热学基础
01
工程热力学概述
定义与特点
定义
工程热力学是研究热能与其他形式能 量之间转换规律的学科，主要涉及热 力学的基本定律、热力学过程和热力 循环等。
科体系。
现代工程热力学
随着科技的发展和工业的进步， 工程热力学在能源利用、环境保 护和可持续发展等领域的应用越 来越广泛，推动了工程热力学的
不断发展和完善。
02
热力学基本概念
热力系统与状态
热力系统分类
简单系统、封闭系统、敞开系 统、隔离系统等。
状态参数
压力、温度、体积、内能、熵 等。
状态方程
描述热力系统状态关系的数学 表达式。
效率影响因素
工程热力学制冷与热泵循环
{"code":"InvalidRange","message":"The requested range cannot be satisfied.","requestId":"2bad9228-6e46-45cபைடு நூலகம்-b35f-b92617166267"}
湖南大学 工程热力学 第十二章 制冷循环
蒸汽喷射制冷循环的主要特点是用引射器代替压缩机来压缩 制冷剂，它以消耗蒸汽的热能作为补偿来实现制冷目的。
Qo 4
冷凝器
水泵
扩压管
１ ２ 喷射器
节流阀 ５
5
2
锅炉
Q1
1
工作原理图
喷管
混合室
Qo
4 冷凝器 节流 阀 １ ５
5
水 泵
２
2
扩压管 喷射 器
混合 室
Q1
锅 炉
1
由锅炉出来的工作蒸汽（状态1’）在 喷射器的喷管中膨胀增速（状态2’） 在喷管出口的混合室内形成低压，将 冷室蒸发器内的蒸汽（状态１）不断 吸入混合室。工作蒸汽与致冷蒸汽混 合成一股气流变成状态２，经过扩压 管减速；增压至状态３。 然后在冷凝器中定压放热而凝结（过 程３-４）。由冷凝器流出的饱和液体 分成两路：一路经水泵提高压力后 （状态5’）送入蒸汽锅炉再加热汽化变 成较高压力的工作蒸汽（状态1’），完 成了工作蒸汽的循环1’-2’-3-4-5’-1’；另 一路作为致冷工质经节流阀降压， 降温（过程4-5），然后，在冷室蒸发 器中吸热汽化变成低温低压的蒸汽 （状态１），从而完成了致冷循环１ －２－３－４－５－１。
例题 一热泵功率为10kw,从温度为 -13 C的周
围环境向用户供热,要求供热温度为95 C.若热泵 按卡诺循环工作,求供热量。 解:由题意:t1=95 C,t2=-13 C T1 273 95 3.41 则 2 T1 T2 (273 95) (273 13) 而 Q W 3.4110 34.1kJ / s
工程热力学PPT课件
热力学第一定律的表述
01
热力学第一定律的表述是：能量既不能凭空产生，也不能凭空 消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体
传递给另一个物体。
02
热力学第一定律也可以表述为：在封闭系统中，能量守恒。
03
热力学第一定律也可以表述为：系统总能量的变化等于系 统与环境之间传递的热量和系统对外界所做的功之和。
02
在制冷技术中，热力学第二定律指导我们如何设计和改进制冷系统，提高制冷 效果和能效比。例如，在空调系统中，利用热力学第二定律可以优化制冷剂的 循环和冷凝器的设计，提高制冷效果和能效比。
03
在化工领域，热力学第二定律指导我们如何设计和改进化学反应过程，提高反 应效率和产率。例如，在石油化工中，利用热力学第二定律可以优化油品的加 工和分离过程，提高油品的品质和产率。
热力学第一定律的应用
在能源转换中，热力学第一定律可以帮助我们 分析能源的利用效率和能量损失，从而优化能
源利用。
在制冷技术中，热力学第一定律可以帮助我们分析制 冷设备的性能，从而优化制冷技术。
热力学第一定律在工程领域中有着广泛的应用 ，例如在能源转换、热力机械、制冷技术等领 域。
在热力机械中，热力学第一定律可以帮助我们分 析机械设备的效率，从而优化机械设计。
新型热力设备的研发与推广
高效热力发动机
研发更高效、更环保的热力发动机， 替代传统的内燃机。
《工程热力学》课件
《工程热力学》 PPT课件
目 录
• 工程热力学概述 • 基本概念与定律 • 热力过程与循环 • 热力学在工程中的应用 • 热力学与其他学科的联系 • 工程热力学前沿研究领域
01
CATALOGUE
工程热力学概述
定义与特点
定义
工程热力学是一门研究热能与机 械能相互转换的学科，主要探讨 热力系统中的能量转换规律和热 力设备的工作原理。
高效热能转换与利用技术
高效热能转换技术
随着能源需求的不断增加，高效热能转换与利用技术 成为研究的重点。例如，高效燃气轮机、超临界蒸汽 轮机等高效热能转换设备的研发和应用，能够提高能 源利用效率和减少污染物排放。
热能利用技术
除了高效热能转换技术外，热能利用技术的进步也是工 程热力学领域的重要发展方向。例如，热电转换技术、 热光转换技术等新型热能利用技术，为能源的可持续利 用提供了新的解决方案。
特点
工程热力学以热力学基本原理为 基础，注重理论与实践相结合， 强调对实际问题的分析和解决。
工程热力学的应用领域
能源动力
工程热力学在能源转换、燃烧 、内燃机、燃气轮机等领域有
广泛应用。
化工与制药
在化工流程、分离过程、制药 工艺等领域Fra Baidu bibliotek工程热力学为流 程设计、优化和节能提供理论 支持。
建筑环境
工程热力学在建筑节能、暖通 空调、供热供冷等领域发挥重 要作用，为改善室内环境提供 技术支持。
目 录
• 工程热力学概述 • 基本概念与定律 • 热力过程与循环 • 热力学在工程中的应用 • 热力学与其他学科的联系 • 工程热力学前沿研究领域
01
CATALOGUE
工程热力学概述
定义与特点
定义
工程热力学是一门研究热能与机 械能相互转换的学科，主要探讨 热力系统中的能量转换规律和热 力设备的工作原理。
高效热能转换与利用技术
高效热能转换技术
随着能源需求的不断增加，高效热能转换与利用技术 成为研究的重点。例如，高效燃气轮机、超临界蒸汽 轮机等高效热能转换设备的研发和应用，能够提高能 源利用效率和减少污染物排放。
热能利用技术
除了高效热能转换技术外，热能利用技术的进步也是工 程热力学领域的重要发展方向。例如，热电转换技术、 热光转换技术等新型热能利用技术，为能源的可持续利 用提供了新的解决方案。
特点
工程热力学以热力学基本原理为 基础，注重理论与实践相结合， 强调对实际问题的分析和解决。
工程热力学的应用领域
能源动力
工程热力学在能源转换、燃烧 、内燃机、燃气轮机等领域有
广泛应用。
化工与制药
在化工流程、分离过程、制药 工艺等领域Fra Baidu bibliotek工程热力学为流 程设计、优化和节能提供理论 支持。
建筑环境
工程热力学在建筑节能、暖通 空调、供热供冷等领域发挥重 要作用，为改善室内环境提供 技术支持。
工程热力学-第10章制冷循环
10-6 制冷循环工质
10
原理
原理：利用空 气绝热膨胀时 温度降低来获 得低温。
11
循环各过程
1－2为空气在压气机中的绝热压缩过程；
2－3为热空气在冷却器中的定压放热过程；
3－4为空气在膨胀机中可逆绝热膨胀过程；
4－1为空气在冷藏室中定压吸热过程。
12
空气制冷循环原理
13
制冷系数
单位质量工质向高温热源排放的热量为：
热源供热
5
工质循环的两种方式
a）正向循环（动力循环） b）逆向循环（制冷或热泵循环）
6
第10章 制冷循环
10-1 概述 10-2 逆向卡诺循环 10-3 压缩空气制冷循环 10-4 压缩蒸气制冷循环 10-5 热泵
10-6 制冷循环工质
7
逆向卡诺循环
绝热压缩过程1-2，制冷剂温度由To升至Tk，外界输入功wc； 等温冷凝过程2-3，制冷剂等温向高温热源Tk放出热量qk； 绝热膨胀过程3-4，制冷剂温度由Tk降至To，膨胀机输出功we， 为压缩机所利用； 等温蒸发过程4-1，制冷剂等温从低温热源To吸收热量qo
T1 T4 T2 T1
23
状态参数确定：p-h图
c
qo wnet
qo qk - qo
h1 - h3 h2 - h1
24
25
26
❖例题:某压缩氨制冷循环，压气机入口为 t1=-10℃的饱和氨气状态，冷凝器出口为 t2=20℃的饱和液态氨状态，若氨气流量为 0.5kg/s，求： （1）压气机增压比；（2） q1、q2、wnet、 制冷系数；（3）制冷功率（kW）
10
原理
原理：利用空 气绝热膨胀时 温度降低来获 得低温。
11
循环各过程
1－2为空气在压气机中的绝热压缩过程；
2－3为热空气在冷却器中的定压放热过程；
3－4为空气在膨胀机中可逆绝热膨胀过程；
4－1为空气在冷藏室中定压吸热过程。
12
空气制冷循环原理
13
制冷系数
单位质量工质向高温热源排放的热量为：
热源供热
5
工质循环的两种方式
a）正向循环（动力循环） b）逆向循环（制冷或热泵循环）
6
第10章 制冷循环
10-1 概述 10-2 逆向卡诺循环 10-3 压缩空气制冷循环 10-4 压缩蒸气制冷循环 10-5 热泵
10-6 制冷循环工质
7
逆向卡诺循环
绝热压缩过程1-2，制冷剂温度由To升至Tk，外界输入功wc； 等温冷凝过程2-3，制冷剂等温向高温热源Tk放出热量qk； 绝热膨胀过程3-4，制冷剂温度由Tk降至To，膨胀机输出功we， 为压缩机所利用； 等温蒸发过程4-1，制冷剂等温从低温热源To吸收热量qo
T1 T4 T2 T1
23
状态参数确定：p-h图
c
qo wnet
qo qk - qo
h1 - h3 h2 - h1
24
25
26
❖例题:某压缩氨制冷循环，压气机入口为 t1=-10℃的饱和氨气状态，冷凝器出口为 t2=20℃的饱和液态氨状态，若氨气流量为 0.5kg/s，求： （1）压气机增压比；（2） q1、q2、wnet、 制冷系数；（3）制冷功率（kW）
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COP q2
w
T0环境
卡诺逆循环 Reversed CTarnot cycleq1 w
C
q2 w
q2 q1 q2
T2 T0 T2
T0不变, T2 T2不变, T0
εC εC
1 T0 1 T2
q2 T0 T2
热泵循环和供热系数
Coefficient of Performance
COP ' q1
5
1R
1
p2R p2 p1R p1
s 适用于小压比大流量的叶 轮式压气机空气制冷系统
空气压缩制冷的根本缺陷
1. 无法实现 T ， 低，经济性差
2. q2=cp(T1-T4)小， 制冷能力q2 很小。
• 蒸气在两相区易实现 T • 汽化潜热大，制冷能力可能大
§ 11-2 蒸气压缩制冷循环
Vapor-compression refrigeration cycle
制冷循环
Refrigeration Cycles
本章主要内容
§ 11-1 空气压缩制冷循环 § 11-2 蒸气压缩制冷循环 § 11-3 制冷剂
本章基本知识点
• 1.熟悉空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、 制冷系数的计算及提高制冷系数的方法 和途径。
• 2.了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵 原理。
制冷循环与热泵循环
2 3
1 7
s
节流阀代替膨胀机分析
缺点：
T
1. 损失功量 h4 h6 84越陡越好
2. 少从冷库取走热量
4
2 3
h5 h6 h4 h6 面积8468
8 65
1
h4 h8 (h6 h8 )
ab
s
优面点积：a8421b.. 节省a 流掉面阀膨积开胀a度机86，，b易a设调备节简蒸化发；温利度>；弊
蒸气压缩制冷循环的计算
水能用否？ 0°C以下凝固不能流动。 一般用低沸点工质，如氟利昂、氨
沸点：Ts ( p 1atm)
水 100°C R22 - 40.8°C R134a - 26.1°C THR01 - 30.18°C
蒸气压缩制冷空调装置
放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、 冷凝成高压常温的制冷剂液体
压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度
蒸汽喷射制冷 示例 半导体制冷 热声制冷,磁制冷
§11－1 空气压缩制冷循环
冷却水
3
2
冷却器
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
p
3
4
pv图和Ts图
Reversed Brayton Cycle
T
逆勃雷登循环
2
2
3
T0
1
4
1 T2
v
s
1 2 绝热压缩 s 3 4 绝热膨胀 s 2 3 等压冷却 p 4 1 等压吸热 p
空气回热制冷循环
5
3R 4
回热式空气压缩制冷装置
2R 1R 1
T
3
T0 T2 3R
4
2
2R
5
1R
1
s
空气回热制冷与非回热的比较
吸热量（收益）： T
q2=cp(T1-T4) 不变
放热量： 相同
3
q1=cp(T2-T3) 非回热 T0 =cp(T2R-T5) 回热 T2 3R
回热＝ 非回热
4
2
2R
1冷吨：1吨0°C饱和水在24小时内被冷冻 到0°C的冰所需冷量。
水的凝结（熔化）热 r =334 kJ/kgwk.baidu.com
1冷吨=3.86 kJ/s
制冷循环种类
Refrigeration Cycle
空气压缩制冷
压缩制冷 Gas compression
蒸气压缩制冷
Vapor-compression
吸收式制冷
制冷循环 吸附式制冷
得到低温低压制冷剂
制冷剂液体吸热、蒸发、制冷
蒸气压缩制冷空调装置
4
2
5
1
1-2：绝热压缩过程 2-4：定压放热过程 4-5：绝热节流过程 5-1：定压吸热过程
蒸气压缩制冷循环
比较逆卡诺循环3467 T
4
逆卡诺 73 湿蒸气压缩
“液击”现
实际 12 既安象全，又
65
增加了单位质量
工质的制冷量71
节流阀代替了膨胀机
x=0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 x=1.0
w
卡诺逆循环
T
' C
q1 w
q1 q1 q2
T1 T1 T0
T1不变, T0 T0不变, T1
εC εC
1 1 T0 T1
T1 w T0
T2
s
制冷能力和冷吨
Cooling Capacity and Ton of Refrigeration
生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小
制冷能力：制冷设备单位时间内从冷库取 走的热量(kJ/s)。
蒸发器中吸热量
T
q2 h1 h5 h1 h4
4
冷凝器中放热量
2 3
q1 h2 h4
1
制冷系数
5
q2
h1 h4
h1 h4 q2 s
q1 q2 (h2 h4 ) (h1 h4 ) h2 h1 w
两个等压，热与功均与焓有关 lnp-h图
lnp-h图及计算
lnp
4
q1 3
制冷系数
COP q2 q2
w q1 q2
T
cp (T1 T4 )
3
cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 )
T2
1 T3
1
4
T1 T4
1
1
1
T2 T1
1
p2 p1
k 1
k
1
k 1 k
1
2 1
s
空气压缩制冷循环特点
• 优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。
• 缺点：
1. 无法实现 T ， < C
• 制冷Refrigeration循环
输入功量（或其他代价），从低温 热源取热
• 热泵Heat Pump循环
输入功量（或其他代价），向高温 热用户供热
高温环境 QH WN
QL 低温冷冻室 （a）冰箱
高温房间 QL WN
QH 低温环境 （b）热泵
制冷循环和制冷系数
Coefficient of Performance
T
2
4
2 3
1 5
q2 w
h
q2 h1 h5 h1 h4 q1 h2 h4
1 5
s
q2 h1 h4
w h2 h1
压焓图 P-h diagram
p(MPa)
10
1
0.1
0.01 50
100
0.7 0.8 0.9 1.0kJ/(kg·K) 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0kJ/(kg·K) 2.1 2.2 2.3 2.4kJ/(kg·K)
2. q2=cp(T1-T4)，空气cp很小， (T1-T4)不 能太大， q2 很小。
若(T1-T4)
3. 活塞式流量m小，制冷量Q2=m q2小，
• 压缩空气制冷想提高制冷能力，空气的 流量就要很大，如应用活塞式压气机和 膨胀机，不经济。
• 那么怎么改善这点呢？
• 利用回热原理并采用叶轮式压气机和膨 胀机，去改善压缩空气制冷的主要缺点。