第11章 制冷循环
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库-制冷循环(圣才出品)
第11章制冷循环一、选择题1．供热系数ζ可以是（）。
A．大于1 B．等于1 C．小于1【答案】A2．压缩气体制冷循环中，随循环增压比提高，制冷系数（），循环制冷量（）。
A．增大，增大B．增大，下降C．下降，增大D．下降，下降【答案】C【解析】压缩气体制冷循环的经济性指标，所以循环增压比越大．制冷系数越小。
但增压比越大，单位质量工质的制冷量也越大。
因此，为了提高压缩气体制冷装置的制冷量，常采用加大制冷工质的质量流量。
3．与采用可逆膨胀机相比，压缩蒸气制冷循环中采用节流阀简化了系统设备，（）了制冷量，（）了制冷系数。
A．增加，提高B．增加，降低C．降低，提高D．降低，降低【答案】D【解析】压缩蒸气制冷循环中采用节流阀后，由于节流过程不可逆，熵增大，所以与采用可逆膨胀机相比，制冷量减少，失去了可以从膨胀机得到的功，循环的制冷系数下降，但简化了系统设备，提高了系统工作的稳定性，同时可以较方便地控制蒸发器中压力，所以压缩蒸汽制冷系统几乎毫无例外地采用节流阀。
4．工程上，压缩蒸气制冷装置中常常采用使制冷工质在冷凝器中冷凝后继续降温，即所谓的过冷工艺，以达到（）制冷量，（）制冷系数。
A．增加，提高B．增加，降低C．降低，提高D．降低，降低【答案】A【解析】采用过冷工艺后，制冷工质在蒸发器内的吸热量由增加到使循环制冷量增大，同时并不改变压缩耗功，达到了提高循环制冷量和循环制冷系数的目的。
5．制冷循环的工作好坏是以（）来区分的。
A．制冷系数的大小B．制冷能力的大小C．耗功量的大小D．A和B 【答案】D6．（多选）制冷系数ε可以是（）。
A．大于1 B．等于1 C．小于1【答案】ABC二、判断题1．房间温度增加会使冰箱的制冷系数降低。
（）【答案】对2．一台制冷机，在对低温热源制冷的同时对高温热源进行供热，则其供热系数始终比制冷系数大1。
（）【答案】对3．制冷系数是大于1的数。
（）【答案】错【解析】制冷系数是指制冷循环中制冷量与消耗功的比值，可能大于1，也可能小于1。
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：
膨 胀 阀
压缩机
w
4
q2
1
蒸发器
1-2: 2-3: 3-4: 4-1:
制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程 制冷剂在冷凝器中的定压放热过程 制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程 制冷剂在蒸发器中的定压定温气化过程
4 1 3 2
q2 wnet
单位质量制冷剂在冷凝器中放热量：
T
2
q1＝ h2-h3
单位质量制冷剂在蒸发器中吸热量：
1 h
过冷度愈大,制冷系数增加愈多。制冷剂液体离开冷凝 器的温度取决于冷却介质的温度,过冷度一般很小。多数制冷
装置专设一回热器,使从冷凝器出来的制冷剂液体通过回热器 进一步冷却,增大过冷度。回热器的冷却介质通常为离开蒸发 器的低温低压蒸气。
3 4 1
2
热泵供热原理
在所有制冷装置的工作过程中，热从冷藏室取 出并传给较高温度的环境。因此，实现制冷循环的 结果不仅使放出热量的物体被冷却，而且使吸收热 量的物体被加热。根据这个原理，可利用逆循环实 现将热从低温冷源向高源热源的输送。这种目的在 于输送热量给被加热对象(如室内供暖)的装置称为 热泵。向高温热源输送的热量qH，等于取自低温冷 源(如大气环境)的热量qL与实现逆循环从外界输入 功量wnet 之和，即qH=qL+wnet 。热泵就其实质来看， 和制冷装置完全一样，只是两者工作的温度范围不 同。制冷装置工作的上限温度为大气环境温度，其 目的系从冷藏室吸热，以保持冷藏室低温(下限温度) 恒冷；热泵工作的下限温度为大气环境温度，其目 的是向暖室放热，以保持暖室温度(上限温度)恒暖。
工程热力学与传热学11)蒸汽压缩制冷循环
(11-13)
qv
h1' h5 v1'
qv
？
(3)理论比功
w0 h2' h1' (4)单位冷凝热 qk qk h2' h4
(5)制冷系数
1'
w0
增加
(11-14)
增加
(h2' h2 ) (h2 h4 )
(11-14)
h h h h
（7）压缩机
在理论循环中，假设压缩过程为等熵过程。 而实际上，整个过程是一个压缩指数 在不断 变化的多方过程。另外，由于压缩机气缸中有 余隙容积的存在，气体经过吸、排气阀及通道 出有热量交换及流动阻力，这些因素都会使压 缩机的输气量减少，制冷量下降，消耗的功率 增大。
p
4
pk
3 0
2 2 s
5
p0
(11-11)
在蒸发温度和冷凝温度相同的条 件下：
制冷系数愈大 (6)压缩终温 经济性愈好
t2
影响到制冷剂的分解和润滑油结炭。
(7)热力完善度
单级压缩蒸气制冷机理论循环的热 力完善度按定义可表示为
0 h1 h4 1 h1 h4 Tk T0 c h2 h1 Tk 1 h2 h1 T0
q0
单位制冷量可按式（11-5）计算。单位制 冷量也可以表示成汽化潜热r0和节流后的干度 x5的关系：
q0 r0 (1 x5 )
(11-6)
由式（11-6）可知，制冷剂的汽化潜热越 大，或节流所形成的蒸气越少（x5越小）则单 位制冷量就越大。
(2)单位容积制冷量
qv
(11-7)
q0 h1 h4 qv v1 v1
第11章 制冷循环要点
第十一章 制 冷 循 环
1．基本概念
制冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境的温度，并维持这个低温称为。
空气压缩式制冷：将常温下较高压力的空气进行绝热膨胀，获得低温低压的空气。
蒸汽喷射制冷循环：用引射器代替压缩机来压缩制冷剂，以消耗蒸汽的热能作为补偿来实现制冷的目的。
蒸汽喷射制冷装置：由锅炉、引射器(或喷射器)、冷凝器、节流阀、蒸发器和水泵等组成。
吸收式制冷：利用制冷剂液体气化吸热实现制冷，它是直接利用热能驱动，以消耗热能为补偿将热量从低温物体转移到环境中去。
吸收式制冷采用的工质是两种沸点相差较大的物质组成的二元溶液，其中沸点低的物质为制冷剂，沸点高的物质为吸收剂。
热泵：是一种能源提升装置，以消耗一部分高位能(机械能、电能或高温热能等)为补偿，通过热力循环，把环境介质(水、空气、土壤)中贮存的不能直接利用的低位能量转换为可以利用的高位能。
影响制冷系数的主要因素：降低制冷剂的冷凝温度(即热源温度)和提高蒸发温度（冷源温度），都可使制冷系数增高。
2．常用公式
制冷系数： 2
10
q w ε=
=收获消耗 空气压缩式制冷系数
112
21
11111
T p T p κκ
ε-=
=
-⎛⎫- ⎪⎝⎭
或 1
121
T T T ε=-
卡诺循环的制冷系数：
1
1,31
c T T T ε=
-
3．重要图表
图11-7蒸发温度对制冷系数的影响
图11-11蒸汽喷射制冷循环。
工程热力学思考题答案,第十一章
第十一章 制冷循环1、家用冰箱的使用说明书上指出,冰箱应放置在通风处,并距墙壁适当距离,以及不要把冰箱温度设置过低,为什么？答:为了维持冰箱的低温,需要将热量不断地传输到高温热源(环境大气),如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去,会使高温热源温度升高,从而使制冷系数降低,所以为了维持较低的稳定的高温热源温度,应将冰箱放置在通风处,并距墙壁适当距离。
在一定环境温度下,冷库温度愈低,制冷系数愈小,因此为取得良好的经济效益,没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。
2、为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？答:由于空气定温加热与定温放热不易实现,故不能按逆向卡诺循环运行。
在压缩空气制冷循环中,用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。
3、压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机,压缩空气制冷循环就是否也可以采用这种方法？为什么？答:压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。
工质在节流阀中的过程就是不可逆绝热过程,不可逆绝热节流熵增大,所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。
而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中,因为工质的干度很小,所以能得到的膨胀功也极小。
而增加一台膨胀机,既增加了系统的投资,又降低了系统工作的可靠性。
因此,为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。
4、压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何？答:压缩空气制冷循环的制冷系数为:()()142314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε===(a) (b) 压缩空气制冷循环状态参数图空气视为理想气体,且比热容为定值,则:()()142314T T T T T T ε-=--- 循环压缩比为:21p p π=过程1-2与3-4都就是定熵过程,因而有:1322114k k T T P T P T -⎛⎫== ⎪⎝⎭ 代入制冷系数表达式可得:111k k επ-=- 由此式可知,制冷系数与增压比有关。
第十一章 制冷循环3ppt课件
吸收式制冷装置—依靠高温热源向环 境传递热量作为代价而实现制冷的装置。
吸收式制冷装置—采用吸收器、蒸气 发生器和泵来取代蒸气压缩式制冷装置 的压气机。
常用工质：氨（制冷剂）＋水（吸收剂） 水（制冷剂）＋溴化锂 （吸收剂）
工作过程（氨＋水）：吸收器中，氨水溶液吸收来自蒸发器的 氨蒸气。由于氨溶解时产生溶解热，为了保持溶液的吸收能力，要 用冷却水冷却吸收器。泵浓溶液加压后送入蒸气发生器。蒸气发生 器加热浓溶液，使其中所溶解的氨蒸发产生氨气。
析说明之。
11-4 压缩式制冷依靠消耗机械功而实现制冷，吸收式及喷射 式制冷则是依靠消耗高温的热能而实现制冷，试根据热力学第二 定律说明两者的一致性。
11-5 高增压比的空气压缩制冷装置采用回热措施而降低增压 比时，若考虑到压气机及膨胀机中的不可逆损失，是否不论采用 回热与否循环的制冷系数仍相同？
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装置的发展较快，常用来作为大型空气调节装置的制冷设备。
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11-5 制冷剂及其热力学性质
例 11-5 一台氨蒸气压缩制冷装置，其冷库 温度为－10℃，冷凝器中冷却水温度为20℃， 试求单位质量工质的制冷量、装置消耗的功、 冷却水带走的热量以及制冷系数。
解: 按题意 T1=T4=263 K T3=293 K32 34
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4
思考题
11-1 当冷库温度及环境温度一定时，试证明逆向卡诺循环具 有最大的制冷系数。
11-2 空气压缩制冷为何不能像蒸气压缩制冷那样采用节流阀 降压，而要采用膨胀机降压膨胀。
11-3 当冷库温度及环境温度一定时，为增加单位质量的制冷
量，空气压缩制冷循环的制冷系数总要有所降低，试用T-s图分
沈维道《工程热力学》(第4版)名校考研真题-制冷循环(圣才出品)
第11章制冷循环一、选择题1．在T-s图上，任意一个制冷循环其（）。
[南京航空航天大学2008研]A．吸热大于放热B．吸热等于放热C．吸热小于放热D．吸热与放热关系不定【答案】C【解析】依据公式：，吸热小于放热。
2．某制冷剂的制冷系数等于4，则该制冷剂作为热泵用时，其制热系数等于（）。
[湖南大学2007研]A．6B．5C．4D．无法确定【答案】B【解析】制冷系数，所以作为热泵时，制热系数，所以选B。
二、判断题1．判断题：蒸汽压缩制冷循环采用比热小的工质作制冷剂可以降低节流损失。
（）[同济大学2005研]【答案】对2．在相同工况下，供暖系数一定大于制冷系数。
（）[天津大学2004研]【答案】对3．若热源与冷源的温差愈大，则循环热效率愈大，且制冷系数也愈大。
（）[东南大学2002研]【答案】错【解析】因为如果温差越大，低温热源的温度越低，则制冷系数越小4．压缩空气制冷装置循环的制冷系数ξ越大，其制冷量越小。
（）[湖南大学2007研]【答案】错【解析】制冷系数，一般越大，吸热量越大，制冷量大。
三、名词解释制冷量。
[东南大学2004年考研试题]答：制冷量是指在1个制冷循环中制冷剂从低温热源吸收的热量。
四、简答题1．试从热力学角度分析，空调器的制冷和制热的机理。
[北京航空航天大学2004、2006研]解：机理如图11-1所示。
图11-1空调制冷、制热均利用热机的逆卡诺循环，外界对热机作功，从低温热源吸热，向高温热源放热。
制冷时，室内作为高温热源，热量被吸走，降温，达到制冷目的；制热时，室内作为低温热源，吸收热量，升温，达到制热目的。
2．试画出蒸气压缩式热泵下的T-s图，并用各状态点的焓表示出其制热系数。
[天津大学2005研]解：蒸气压缩式热泵下的T-s图如图11-2图所示：图11-2制热系数为：。
3．实际空气制冷循环不可逆损失主要来自哪里？如何减少？[同济大学2005年考研试题]解：（1）空气压缩式制冷是利用常温下将较高压力下的空气进行绝热膨胀将获得低温低压的空气这一原理获得所需的低温，其工作原理图如11-3所示，p-V、T-S图如图11-4所示。
第十一章制冷系统辅助设备
工作原理：混合气体进入空气 分离器后，氨气在套管内的空间中 冷却凝结，空气等不凝性气体则被 分离出来，凝结的氨液通过器外支 管路节流后回收部分冷量，冷凝混 合气体，分离出来的空气与其他不 凝性气体由空气分离器筒体上的放 空气管通过盛水容器放入大气 ，蒸 发出的氨气进入制冷系统的回气管 路。
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位置：一般位于冷凝器之后， 安装必须保证冷凝器内液体能借其 液位差流入高压储液器中。 结构： 氨系统使用； 氟系统使用。
容器装有安全阀。
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氨用
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Байду номын сангаас
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对于只有一个蒸发器的小型制冷 装置，特别是氟利昂制冷装置，因气密 性较好，高压储液器容量可选择得较小， 或者不采用高压储液器，仅在冷凝器下 部储存少量液体。
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三、填料式油分离器 填料式氨油分离器中，由特殊 导流片作用，高压氨气中的油在离 心力作用下初步分离后，通过不锈 钢填料层，使油得到进一步分离。 气体在分离器内经过填料层不 断改变流动方向，且流速减慢，使 油滴分离出来，存于容器底部。
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四、过滤式油分离器
是干式 油分离器的 一种，用于 小型氟利昂 系统，分油 效果较好。
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五、集油器 作用：是氨制冷系统中收集从油分 离器、冷凝器、储液器、中间冷却器、 蒸发器和排液桶等设备放出的润滑油的 设备；并使润滑油在低压状态下排放至 油处理系统，同时减少氨的损耗。 结构：由容器钢板筒体及封头组 焊接而成的一种储存设备，其上设有 进油口、放油口、抽汽口及压力表。
11工程热力学第十一章 制冷循环
蒸气压缩制冷循环的制冷量可表示为
q 2 = h1 h4
循环净功,即压气机消耗的轴功则可表示为 循环净功,
w0 = ( ws ) c = (h2 h1 )
于是蒸气压缩制冷循环的制冷系数可按下式计算 于是蒸气压缩制冷循环的制冷系数可按下式计算 制冷系数 q2 h1 h4 ε= = h2 h1 w0 计算制冷循环时经常利用lnp-h线图.在 线图. 计算制冷循环时经常利用 线图 该图上能方便地表示定压过程,定焓过程, 该图上能方便地表示定压过程,定焓过程, 且极易确定各点的焓值. 且极易确定各点的焓值. 图示为lnp-h图上的蒸气压缩制冷循环的 图示为 图上的蒸气压缩制冷循环的 循环曲线: 为定熵过程 为定熵过程; 为定压过程 为定压过程; 循环曲线:1-2为定熵过程;2-3为定压过程; 3-4为节流过程,其初终两态的焓相等;4-1 为节流过程,其初终两态的焓相等; 为定压过程.书后附有氨的lnp-h图. 为定压过程.书后附有氨的 图
如果逆循环工作的目的是向"高温"环境供热,册该循环称为 如果逆循环工作的目的是向"高温"环境供热, 热泵循环.热泵循环工作有效程度的评价指标是供热系数 热泵循环.热泵循环工作有效程度的评价指标是供热系数ζ,为向 高温物体提高的热量与所消耗的净功之比, 高温物体提高的热量与所消耗的净功之比,即
ζ =
蒸汽喷射制冷装置是以高温热源向环境传递一定的热量作为代 价而实现制冷的, 价而实现制冷的,因此采用所得到的制冷量和高温热源所给出的热 量的比值来表示制冷循环工作的有效程度,称为热量利用系数 热量利用系数, 量的比值来表示制冷循环工作的有效程度,称为热量利用系数,用 ξ表示,即 表示,
Q2 ξ= Q
按绝热过程1-2及3-4,可以得到各状态参数之间的关系式为 p 3 (κ 1) / κ T3 T2 p 2 (κ 1) / κ =( ) =( ) = T1 p1 p4 T4 代入上式, 代入上式,可得空气压缩制冷循环的制冷系数的计算式
制冷循环工作原理
制冷循环工作原理
制冷循环是一种常用于制冷和空调设备中的运行原理，它通过循环流动的制冷剂来吸收空气中的热量，并将其排放到室外。
制冷循环的工作原理如下：
1. 蒸发器：制冷循环的第一步是将制冷剂注入蒸发器中。
蒸发器通常位于需要冷却的区域内部。
当制冷剂进入蒸发器时，它处于液态，并且通过与周围空气接触，吸收室内的热量。
这个过程将导致制冷剂从液态变为气态。
2. 压缩机：当制冷剂从蒸发器中蒸发后，它以气态进入压缩机。
压缩机起到将制冷剂压缩的作用，使其成为高压高温的气体。
这个过程需要消耗一定的能量。
3. 冷凝器：高压高温的制冷剂接下来进入冷凝器。
冷凝器位于室外，其内部有一些细小的管道或片状散热器。
当制冷剂通过冷凝器时，它与环境的空气进行热交换，并排放掉吸收的热量。
这个过程将导致制冷剂从气态变为液态。
4. 膨胀阀：从冷凝器出来的制冷剂经过膨胀阀的节流作用，降低其压力和温度。
这使得制冷剂能够再次进入蒸发器，并重新开始循环。
通过不断重复上述循环，制冷循环能够从室内吸收热量并排放到室外，从而实现了制冷或空调的效果。
此外，制冷剂在循环过程中经历相态变化，从液态到气态再到液态，这使得系统能
够高效地吸收和释放热量。
制冷循环工作原理的基本原理和组成部分类似于常见的冷冻冷藏设备或汽车空调系统。
《工程热力学》第十一章制冷循环
粘度
粘度小的制冷剂流动性好，有 利于传热。
密度
密度决定了制冷剂在相同体积 下的质量，密度越大，质量越
大，制冷效果越好。
制冷剂的热力学特性
压缩系数
压缩系数决定了制冷剂在压缩过 程中的体积变化，压缩系数越小，
体积变化越小，有利于提高制冷 效率。
热导率
热导率决定了制冷剂的传热效率， 热导率越大，传热效率越高。
制冷剂在蒸发器中蒸发成气体后被压缩机吸入，再次压缩，完成一个循环。
压缩式制冷循环的主要设备
压缩机
用于压缩制冷剂，提高 其压力和温度。
冷凝器
用于将高温高压的制冷 剂冷却成液体，释放出
潜热。
膨胀阀
用于将高压的液态制冷 剂减压至适合蒸发吸热
的低压状态。
蒸发器
用于使液态制冷化
未来的制冷系统将更加注重多功能化，除了温度调节外， 还将具备湿度控制、空气净化等功能，提高室内环境的舒 适度和健康性。
高效化
随着能源价格的上涨和节能减排的需求，制冷循环将更加 注重能效提升，采用先进的节能技术和优化算法，降低运 行成本和提高能源利用效率。
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吸收式制冷循环利用制冷剂在溶液中的溶解特性，通过制冷剂在溶液中 的蒸发和冷凝，实现制冷效果。
吸收式制冷循环中，常用的制冷剂有氨和水、溴化锂和水的混合溶液等， 这些制冷剂在吸收剂的作用下被吸收，再通过加热解吸，释放出冷量。
吸收式制冷循环的工作原理基于热力学第二定律，通过消耗热能实现制 冷效果，相比压缩式制冷循环，具有更高的能效比。
强化换热器设计
优化换热器的结构和设计，提高换热 效率。
引入智能控制技术
利用先进的控制算法和传感器技术， 实现制冷系统的智能控制，提高运行 效率。
工程热力学思考题答案,第十一章
第十一章制冷循环1.家用冰箱的使用说明书上指出,冰箱应放置在通风处,并距墙壁适当距离,以及不要把冰箱温度设置过低,为什么答：为了维持冰箱的低温,需要将热量不断地传输到高温热源环境大气,如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去,会使高温热源温度升高,从而使制冷系数降低,所以为了维持较低的稳定的高温热源温度,应将冰箱放置在通风处,并距墙壁适当距离.在一定环境温度下,冷库温度愈低,制冷系数愈小,因此为取得良好的经济效益,没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低.2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环答：由于空气定温加热和定温放热不易实现,故不能按逆向卡诺循环运行.在压缩空气制冷循环中,用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程.3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机,压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法为什么答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机.工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程,不可逆绝热节流熵增大,所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量.而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中,因为工质的干度很小,所以能得到的膨胀功也极小.而增加一台膨胀机,既增加了系统的投资,又降低了系统工作的可靠性.因此,为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流.4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何 答：压缩空气制冷循环的制冷系数为：()()142314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε=== 空气视为理想气体,且比热容为定值,则：()()142314T T T T T T ε-=---循环压缩比为：21p p π=过程1-2和3-4都是定熵过程,因而有：1322114k kT T P T P T -⎛⎫==⎪⎝⎭ 代入制冷系数表达式可得：111k kεπ-=-由此式可知,制冷系数与增压比有关.循环压缩比愈小,制冷系数愈大,但是循环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小,如图b 中循环1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-3-4-1的小,其制冷量面积199′1′1小于循环1-2-3-4-1的制冷量面积144′1′1.T sO 4′ 9′1′Ov ab压缩空气制冷循环状态参数5.压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提高其理论制冷系数能否提高其实际制冷系数为什么答：采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其实际制冷系数.因为采用回热后工质的压缩比减小,使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小,因此提高实际制冷系数.6.按热力学第二定律,不可逆节流必然带来做功能力损失,为什么几乎所有的压缩蒸气制冷装置都采用节流阀答：压缩蒸气制冷循环中,湿饱和蒸气在绝热膨胀过程中,因工质中液体的含量很大,故膨胀机的工作条件很差.为了简化设备,提高装置运行的可靠性,所以采用节流阀.7.参看图 5,若压缩蒸汽制冷循环按1-2-3-4-8-1 运行,循环耗功量没有变化,仍为h2-h1,而制冷量却从h1-h5.增大到h1-h8,显见是“有利”的.这种考虑可行么为什么答：过程4-8熵减小,必须放热才能实现.而4 点工质温度为环境温度T,要想放热达到温度Tc 8点,必须有温度低于Tc的冷源,这是不存在的.如果有,就不必压缩制冷了.8.作制冷剂的物质应具备哪些性质你如何理解限产直至禁用氟利昂类工质,如R11、R12答：制冷剂应具备的性质：对应于装置的工作温度,要有适中的压力；在工作温度下气化潜热要大；临界温度应高于环境温度；制冷剂在T-s 图上的上下界限线要陡峭；工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度；比体积要小；传热特性要好；溶油性好；无毒等.限产直至禁用R11 和R12 时十分必要的,因为这类物质进入大气后在紫外线作用下破坏臭氧层使得紫外线直接照射到地面,破坏原有的生态平衡.9.本章提到的各种制冷循环有否共同点若有是什么答：各种制冷循环都有共同点.从热力学第二定律的角度来看,无论是消耗机械能还是热能都是使熵增大,以弥补热量从低温物体传到高温物体造成的熵的减小,从而使孤立系统保持熵增大.10.为什么同一装置即可作制冷剂又可作热泵答：因为热泵循环与制冷循环的本质都是消耗高质能以实现热量从低温热源向高温热元的传输.热泵循环和制冷循环的热力学原理相同.。
第11章制冷循环
制冷系数：
qC h1h6
q0qC (h3h4)(h1h6)
第11章制冷循环
回热后：
qc=cp(T1-T6） 不变 q0=cp(T3’-T5’) 非回热 q0=cp(T3-T4) 回热
相等
1）可以采用叶轮机械，提高空 气质量流量，提高制冷量；
2）压缩机的功耗减小，压缩过 程及膨胀过程中的不可逆损失 减小。
试求：(1)无回热时的制冷系数及1kg空气的制冷量；
(2)若 保持不变而采用回热，理想情况下压缩比是多少?
解：(1)无回热
T
2
T 1 T C 2 5 3 .1 5 KT 3 T 0 2 9 3 .1 5 K 3
t0
p2 0.5MPa 5
p1 0.1MPa
1/
T2 T1
p2 p1
T3 T4
3 压缩机
4 1
4，绝热膨胀，T <T1 1 等压吸热，T T1
理想化处理：①理气； ②定比热; ③ 可逆；
第11章制冷循环
pv图和Ts图
p
3
T
2
3
2
T0
4
1
v
4
1 Tc 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
逆布雷顿循环
循环增压比
第11章制冷循环
p2 p1
第11章 制冷循环
11－1 概述 11－2 压缩气体制冷循环 11－3 压缩蒸汽制冷循环
11－4 制冷剂的性质
11－5 其他制冷循环
11－6 热泵循环
第11章制冷循环
基本内容
制冷空调装置
第11章制冷循环
热力学第十一章
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
制冷系数
T
2
3
COP q2 q2
w q1 q2
cp (T1 T4 )
4
cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 )
1
s
T2 T1
1 T3 T4
1
1 T2 1 T1
逆卡诺循环3467
T
4
逆卡诺
7-3 湿蒸气压缩“液击”
现象
65
实际循环
12 既安全，又增加了单位 质量工质的制冷量71
节流阀代替了膨胀机, 等焓过程
2 3
1 7
s
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
蒸气压缩制冷，要尽可能利用工质 两相区，因此与工质性质密切相关。
对热物性要求：
1. 压力适中: 蒸发压力稍大于大气压,冷凝压 力不太高.
2. 三相点低于制冷循环下 限温度。 3. 临界温度应高于环境温度； 4. 汽化潜热大，大冷冻能力； 5. T-S图上下界线陡峭：上界陡峭，冷冻更
接近定温，下界线陡，节流损失小； 6. 蒸汽比体积小，导热系数大.
四个主要部件；工质：空气
冷却水 1- 2 绝热压缩 p T
3
2 2-3 等压冷却向环境放热，T
冷却器
3-4 绝热膨胀 T <T1 （冷库）
膨胀机
冷藏室
第11章 习题提示和答案
h1 xh1 (1 x)h1 1 358.95 kJ/kg ，qc h1 h5 1 060.7 kJ/kg ，可用T s 图上面积 155'1'1
表示， wnet
h2 h1 184.0
kJ/kg ，
qc wnet
5.77 ， qm
qQc qc
wnet
wC wT
65.25
kJ/kg ，
qc wnet
0.916 ， I
T0sg
T0 c p
ln
T2 ' T2
11.83
kJ/kg 。
11-6 某采用理想回热的压缩气体制冷装置（循环示意见图 11-3），工质为某种理想气体，
循环增压比为 5 ，冷库温度 Tc 40 C ，环境温度为 300K，若输入功率为 3kW，试计算：
qc,a cp (T1 T4,a ) 71.2 kJ/kg ， qc,b cp (T1 T4,b ) 110.7 kJ/kg 。
11-4 若题 11-3 中压气机绝热效率C,s 0.82 ，膨胀机相对内效率T 0.85 ，（1）分别
计算1 kg 工质的制冷量，循环净功及循环性能系数；（2）若取空气比热容是温度的函数，再
氟利昂 12。今有以氟利昂 134a 为工质的制冷循环，其冷凝温度
为 40℃，蒸发器温度为-20℃（图 11-4），求：（1）蒸发器和冷
凝器的压力；（2）循环的制冷系数。
提示和答案：若非特别说明制冷剂离开蒸发器进入压缩机时
的状态可近似为温度为蒸发器内温度的干饱和蒸气，离开冷凝器
图 11-4
时的状态为冷凝器内温度的饱和液；节流过程焓值不变。据 t1 20 C 、 t3 40 C ，查氟
工程热力学制冷循环
例A461277
8
11-3 压缩蒸气制冷循环
（The vapor-compression cycle）
一、设备流程及T-s图
9
二、制冷系数ε
qC h1 h5 h1 h4
q1 h2 h4
wnet h2 h1
三、状态参数确定
1. T-s图和logp-h图
qC h1 h4 T1 T4 wnet h2 h1 T2 T1
c
TC T0 TC
T1 T2 T1
例A361255
6
三、回热式压缩空气制冷循环
压缩空气制冷，qC较小，且随π上升，ε下降，为兼 顾Qc及ε，采用大流量叶轮压缩机并回热。
7
回热后： 面积12nm1=面积45gk4 qc=面积1mg61 q1=面积34kn3=面积3’5’gm3’
ε相等，π下降
一、 压缩气体制冷循环（Gas-compression refrigeration cycle）简介
4
二、制冷系数（the coefficient of performance COP） qC qC wnet q1 qC
q1 h2 h3
qC h1 h4
wnet h2 h1 h3 h4 h2 h3 h1 h4
10
11
例A466166
12
11-4 制冷剂(Refrigerants)性质
一、制冷剂热力性质
1. 对应制冷装置工作温度的饱和压力适中； 2. 汽化潜热大； 3. 临界温度应高于环境温度； 4. 蒸汽比体积小，导热系数大； 5. 蒸发压力不低于环境压力，三相点低于制冷循环下
限温度。 6. 上、下界限线（在T-s图）陡峭，使冷凝更接近定温
理想条件下
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空气在回热器中的预热过程代替一部分绝热压缩过程，从
而降低增压比。
1-2为空气在回热器中的定压预热；2-3为压气机中空气的绝热压缩；34为冷却器中空气的定压放热；4-5为回热器中空气的定压回热；5-6为 膨胀机中空气的绝热膨胀；6-1为冷藏库的换热器中空气定压吸热。
非回热循 环 循环 过程 制冷 量q2 放热 量q1 净耗 功w 0 13’5’61 h1-h6 h3’-h5’ (h3’-h1)(h5 ’-h6)= (h3’- h5 ’)(h1 -h6) Q2 / w 0 P3’/p1
k 1 k
p3 p4
k 1 k
T3 T4
1 T2 1 T1 T1 T2 T1
T2 T3 T2 T1 T4 T1
cop
思考题
1.能获得的最低冷室温度是多少？ T1
2.冷却水的最高温度为多少？ T3 3.使用同样的冷却水、获得同样的冷室温度时，逆卡诺循 环T-S图怎样？制冷系数为多少？ T1
2
绝热压缩过程1-2 定压放热过程2-3 绝热膨胀过程3-4 定压吸热过程4-1
4
1
2.制冷系数
q2 q2 COP w0 q1 q2
1 T2 T3 1 T1 T4
cp (T1 T4 ) cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 )
T2 p2 T1 p1
T 2 4 3 3’ 2’
4’
1 5’ 5 s
2.提高蒸发温度
此时，耗功减少： （h2-h1）-(h2-h1’)=h1’- h1
T 2 3
4
冷量增大：
（h1’-h5’)-(h1-h5)
显然制冷系数增大
5’ 5
1’ 1 s
五、对制冷剂的要求
1.蒸发温度下，压力不宜过低，以稍高于大气压为宜，以免内漏空气。
(2)
h1' h3 h1 h5 h3 h1 h1' h5 '
四、优缺点：
优点：可直接利用热能制冷；
缺点：只能获得0℃以上的冷媒；性能系数较低。
第三节 吸收式制冷循环
（absorption refrigeration） 1.特点及基本原理
原理：溶液温度升高，溶剂吸收溶质的能力下降；反之亦然。 特点：压缩制冷循环以消耗机械功为代价吸收式制冷以消耗热量为代价 常用工质对：①氨（溶质） + 水（溶剂） ②溴化锂（溶剂） + 水（溶质）
二、理论蒸气压缩制冷循环
1.特点: 干压缩代替湿压缩 ；节流阀代替膨胀机(即绝热节流）。
2.原理 T
2 3 3’ 1
4
S
3.能量分析 蒸发器中吸热量（即制冷量）
T
2 4 3 1
q2 h1 h5
5
冷凝器中放热量
S
q1 h2 h4
制冷系数
h1 h5 h1 h5 q2 q2 q1 q2 (h2 h4 ) (h1 h5 ) h2 h1 w0
T
2
循环
1’345’1’
1’3451’ 3
制冷 量 q2
耗功 w0 制冷 系数ε
H1’-h5’
h1’-h5
减小 (h5-h5’)
增加 (h4-h5’) 减小 7 6
4
(h3-h1’)(h4-h5’) q2/w0
h3-h1’
5’
5
1’
1
q2/w0
S
8 9 10 11
问题：节流阀代替膨胀机后制冷量的减少2.制冷理图第五节热 泵
热泵又称热量采掘机，它以高品质的电能为代价，自低温环境中采掘热 量，并将热量提供给高温的环境。它是按逆循环工作的。
一、工作原理
与制冷循环相同，只是目的不同，目的是为房间提供热量
房间
Q1
T0
Q2
T0
二、能量分析
lnp
q1
4
T 3 2 2 4 3
5
1
q2
w
h
1 5 s
q2 h1 h5
2.冷凝温度下，压力不宜过高，以降低设备对密封及耐压的要求。 3.工作温度范围内，汽化潜热较大，以减少之后的循环量。
4.制冷剂液态比热要小，即T-S图中饱和液线要陡，以减少节流损失。
原因解释
T
q cp t 4 t6
q可用面积46784表示,显然 t4-t6一定时， q小，比热就 小。此时饱和液线越陡。
回热循环 回热循环 与非回热 循环比较 234562 h1-h6 h3-h4 (h3-h2)(h5-h6) 不同 相同 相同 相同 因为 h3’=h3 h5’= h2 h 5 = h1 相同 P3/p2 减小
结论：采用回热循环后，在
制冷效果相同时减小了压比， 从而可采用高效的透平压缩 机以及透平膨胀机
2
2 1
4
1
5
6
S
2.能量分析
制冷量：q2=h1-h4; 散热量：q1=h2-h3; 净耗功：w0=q1-q2=(h2-h3)-(h1-h4) =(h2-h1)-(h3-h4)
p
C
3 4
2 1
q2 h1 h4 ε1 w0 (h2 h1 ) (h3 h4 )
3.思考
5
6
S
压缩机与膨胀机均在两相区工作，故理论上可以，但实 际上是严格禁止的。
T m2 5’ 4 5 m1+ m2 m1 1’
m1
水泵
5
3 2’ 2 1 S
5’
锅炉
二、工质的两个循环 动力循环 制冷循环 1’2’2345’1’ 512345 循环量 m2 循环量 m1
三、能量分析
制冷量
吸热量
T
m2 5’ 4 m1+ m2 1’
Q0 m1 h1 h5
Q1 m2 h1' h5 '
制冷 系数ε 压比 β
第二节 蒸气压缩制冷循环
由于空气压缩制冷有其局限性（单位工质制冷量小、制冷系数小）， 故考虑采用低沸点工质，且在两相区内进行循环，从而两个等压吸、 放热过程便可成为两个等温过程，以使循环接近逆卡诺循环。
一、理想蒸气压缩制冷循环 1.流程图及T-S图
3
冷凝器 膨胀机 蒸发器 压缩机 T C 3 4
4 m2 节流阀 m1 水泵 5’ 锅炉 5 冷凝器
m1+ m2 3
T
扩压管
混合室
m2
1’
1
2 2’ 喷射器
5’
4 5
m1+ m2 m1
3
2’ 2 1
蒸发器
1’
S
对混合器列能量方程
由m1 h1 m2 h1' m1 m2 h3
(2)代入(1)得：
h h3 m1 1' m2 h3 h1
c
4.ε 1与ε c比较大小如何？
T3 T1
5.空气压缩制冷的缺点是什么？
1、ε小 （因无法使工质实现等温吸放热） 2、单位工质制冷量小(因为空气的比热小，因此， 制冷量一定时工值的质量流量大，故设备庞大。
3.回热式空气压缩制冷装置的循环
从循环1-2-3-4来看，如果提高压比可获得较低温度，但 将加重压气机和膨胀机的负荷。为此，可采用回热器，用
h4 h5
4.干压缩代替湿压缩的优缺点
优点：提高了压机的效率和寿命 缺点：引起ε 减小。 5.膨胀阀代替膨胀机的优缺点 优点：系统设备简化，易调节
缺点：引起ε 减小，原因q2减小且w0增大。
6.具体的能量分析（理论循环）
节流阀代替膨胀机的比较
膨胀机 节流阀 节流阀 代替膨 胀机的 结果
q1 h2 h4
2
q1 h2 h4 w0 h2 h1
三、热泵的分类
空气源热泵
水源热泵
土壤源热泵 电动热泵 燃气热泵
与净耗功的增加有什么联系？
制冷量q2的减小：(h5-h5’) 耗功w0的增加：(h4-h5’) T
2
因为 h5 h4
所以：节流阀代替膨胀机后，制 冷量的减小量与耗功的增加量相 同。
4 3
从图中看：
h4 h5 h4 h6 h6 h5 (h4 h6 ) (h5 h6 ) 面积4654
lnp 4
q1
T 3 2 4 2
3
1 s
5
1
q2
w
h
5
q2 h1 h5
w0 h2 h1
q1 h2 h4
q2 h1 h5 w0 h2 h1
四、影响制冷系数的主要因素
制冷系数是评价制冷效果的重要指标，其影响因素主要是冷凝 温度和蒸发温度。 1.冷凝温度
显然，如将冷源温度降低，此时由原循环123451变为 12’3’4’5’1，耗功减少，制冷量增大，因此制冷系数增大， 但受冷却水温度的限制。
6
5’
5
1’
1
S
7 8 9
h5 h5 面积55895
面积55895 面积4654
面积F45‘6被称之为节流损失，并 且饱和液线越陡（制冷剂液态比热 越小），节流损失越小
三、制冷剂的压焓图
因为理论循环是由两个等压过程、一个等熵过程和一个节流过 程组成，而节流过程的前后焓值相等，因此，为进行制冷计算 的方便，通常都采用lnp-h图进行分析和计算。 1、压焓图的介绍
6 4 3
2
5’
5
1’
1
S
7 8 9
5.工作温度应远离临界温度（保持大的汽化潜热）和凝固温度。
6.不燃、不爆、无害、稳定、不腐蚀设备、价格低廉。