第一章 蒸气压缩式制冷的热力学原理

建筑环境与设备专业
二、劳伦兹循环(Lorenz Cycle)
T
特点：
• 由两个等熵绝热 过程和两个可逆 多变过程组成可 逆过程。
Tkm Tk
b
c
Sw=wc-we
a
qk
Tom
To
d
qo
sa
S
sc
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1.劳伦兹循环的热量
• 从冷源（被冷却物）吸收的热量
qo Toi ds Tom (sa sd )
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Qr = T△S
5.逆卡诺循环的性能系数
COP (Coefficient of Performance) = 制冷系数 = c =q0/∑w
制冷系数
q0 T '0 Sw T 'k T '0
qk q0 Sw T 'k 1 Sw Sw T 'k T '0
k
pk
c’
☻相同制冷量 时，逆卡诺循 环的耗功量小 于有温差传热 的逆卡诺循环 的耗功量。
p0 ☻有温差传热
a’
b’
Sa
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Sb
Sb’
S
的逆卡诺循环 的制冷系数小 于逆卡诺循环 的制冷系数。
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第一节 理想制冷循环
一、逆卡诺循环
T
高温
T
Q
2 逆向 1 3
高温
Q
2
3
4
卡诺循环——从高温热源吸 逆卡诺循环——将热量从低温热源 中取出，并排放到高温热源 取热量而实现对外做功 制冷循环 热机循环 2008.1.27 建筑环境与设备专业
Q 低温 S
4
低温
Q
1
S
1.逆卡诺循环——理想过程的极限
汇 / 高温热源
第二节 蒸气压缩式制冷的理论循环
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qk
冷凝器
Tk
膨 胀 阀 3 4 气液 分离 器 0
2
压 缩 机 1
T
T’k T’0
3 ωc 0 4’ 4 q0
2’
2
T0
蒸发器
1’
1
q0
蒸气压缩式制冷理论循环
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b’b
a’a
S
蒸气压缩式制冷理论循环
物和冷却剂的温度状况，而与制冷剂 性质无关
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如何才能实现逆卡诺循环？
循环过程 两个定温过程
液体的定压蒸发吸热等温过程 气体的定压冷凝放热等温过程
两个绝热过程
绝热压缩蒸气绝热压缩压缩机 绝热膨胀蒸气绝热膨胀膨胀机
无温差传热 换热面积无穷大 接触时间无限长
理论循环过程
两个等压传热过程（蒸发器、冷凝器） 一个绝热压缩过程（压缩机） 一个绝热节流过程（膨胀阀）
理论循环特点
用膨胀阀代替膨胀机
蒸气的压缩采用干压缩代替湿压缩 存在传热温差
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（1）用膨胀阀代替膨胀机（）
k T Tk
3
wc 4 q0
d
a
• 向热源（冷却剂）放出的热量
qk Tki ds Tkm (sc sb )
b
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c
2.劳伦兹循环的制冷系数
劳伦兹循环的制冷系数
qo qo Tom l w qk qo Tkm Tom
劳仑兹循环的制冷系数取决于被冷却
7.T’0、 T’k哪个对制冷系数影响大？
c T ' ' ' 2 Tk (Tk T0 )
' 0
c T 2 ' T0 T ' T ' k 0
' k
c c ' ' T0 Tk
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即：冷源温度（蒸 发温度）T’0影响更 大一些！！！
T
△U > 0 Qr = 0
W>0
向高温热 源
Qr < 0
4
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1
绝热膨胀 △U < 0 W < 0 T Qr = 0 dS = 0 dS > 0 吸热 从低温
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Qr > 0
4.逆卡诺循环的热和功的计算
等 温 Qr 2-3 = -T2 (S2 – S3)
Qr 4-1 = T1 (S1 – S4) 对整个循环而言（1-2-3-4-1）： △U = 0 W = △U- Q = 0 - (Qr 4-1 + Qr 2-3) W = (S1 – S4)(T2 – T1 )
第一章 蒸气压缩式制冷的热力学原理
本章内容
• • • • • • §1-1 §1-2 §1-3 §1-4 §1-5 §1-6 理想制冷循环 蒸气压缩式制冷的理论循环 蒸气压缩式制冷循环的改善 蒸气压缩式制冷循环热力计算 跨临界循环 蒸气压缩式制冷的实际循环
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本章学习要求
2
T0
膨胀功热量
1
S
有摩擦的过程不可以用实线表示
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用膨胀阀代替膨胀机后各参数变化
• 制冷量
• 耗功量 • 制冷系数
q0 q0 '
Sw we wc
q0 q0 ' q0 q0 ' Sw we wc
减小了

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用膨胀阀后造成的损失
• 节流损失：由于节流阀代替膨胀阀，使制冷系数 下降，降低程度为节流损失 节流不可逆过程降低制冷量； 损失了膨胀功 • 影响节流损失因素： 随Tk－T0的增加而加大； 随pk/p0 的增大而增大； 与制冷剂的物理性质有关。
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（2）干压缩代替湿压缩（ ） p
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制热系数
（与工质无关，仅与冷热源温度有关。）
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6. 逆卡诺循环特点

Q高 > Q 低
ε逆向Carnot =εmax
制冷系数只与冷热源温度有关，与制冷
剂种类无关。

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制冷系数随低温热源温度升高而升高，随 高温热源温度升高而降低。
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掌握理想制冷循环；制冷系数的概念。 掌握理论循环过程组成；理论循环的改善措施。 掌握压焓图的使用；理论循环的热力计算。 熟悉临界循环和跨临界循环。 了解实际循环过程在理论循环基础上有哪 些方面进行了理想化。
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水的沸点
温度
液态
120ºC 100ºC
2 bar
1 bar
. Q Q2 冷凝器
3
膨胀机
2
Wc
压缩机
RM
. Q 源 / 低温热源
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We
P
4
1
蒸发器 Q1
2.逆卡诺循环在T-S图上的表示
T Tk 3 S w=wc-we T0
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2
qk
1 S
4
q0
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3.逆卡诺循环过程分析
1 2 绝热压缩 dS = 0 2 3 放热 dS < 0 3 4
水蒸气
液 +汽
80ºC 0.47 bar
比焓
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液体气化制冷原理
冷凝器
膨胀阀
Remove heat outdoor
Increment pressure
Cooling air / Water
Reduce pressure
压缩机
蒸发器
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可能实现逆卡诺循环的方式！！！
k T pk
湿蒸气作工质， 循环在两相区， 等温过程即等压 过程
wc Tk 3 S w=w c -w e T0 we
2
p0 1
பைடு நூலகம்
4 q0
S
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理想制冷循环在实现时有 相当大的难度，并且也不 是最经济的。
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干压缩代替湿蒸气压缩的损失
• 过热损失：干压缩后，制冷系数下降的程度 • 影响过热损失的因素 制冷剂性质有关；节流损失大则过热损失小 压缩比pk/p0越大，过热损失越大
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（3）有温差传热（）
T Tk T' k T'0 T0
d’
d a c b
k
k T Tk 3 wc T0 4 q0 2'
2
p0
1 S
• 方法：
气液分离器 膨胀阀控制压缩机吸气过热度
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干压缩代替湿压缩各参数变化
• 制冷量
q0 q0 '
• 耗功量
wc wc
q0 q0 ' wc wc
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• 制冷系数