工程热力学制冷循环课件

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
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/kg
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
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)
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
0.015
0.02m3/kg 0.0250.03
0.04
0.05
0.06
0.07 0.09
0.08 0.1
0.15 0.2
0.3
0.4
0.5 0.6 0.7m3/kg 0.80.9 1.0
1.5
2.0 2.5 3.0
300 350 400 450 500 550 600 650
h(kJ/kg)
lnp
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
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
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
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
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
• 3.作制冷剂的工质应具备哪些性质？ • 4.本章提到的各种制冷循环有否共同点？若有
是什么？
思考题答案
• 1.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，及增加了系统的投资，有降 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。
• 2.采用回热后没有提高其理论制冷系数 但能够提高其世纪制冷系数。因为采用 回热后工质的压缩比变小，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。
• 3.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 度下汽化潜热要大；临界温度应高于环 境温度，制冷剂在T-S图的上下界限要陡 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。
(2)保持制冷系数不变而采用回热， 理想情况下压缩比 R
(1)求无回热时的
和 qc
T1 Tc 253.15K
T3 T0 293.15K
T3 T0 293.15K
p2 0.5MPa 5
p1 0.1MPa
T2 T1
p2 p1
1/
T3 T4
1
1.41
T2 T1 253.15K 5 1.4 401.13K
150
200
250
0.00090.00095 0.001
0.0011 0.0012 0.00130.0014 0.0015 150℃160℃170℃180℃21009℃0℃ 210℃ 220℃ 230℃
0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01
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
致冷系数 q2 1156 .6 7.38
| w0 | 156 .8
冷却水带走的热量 |q2|=h2 - h4=1587.6 – 274.3=1313.3 kJ/kg
例2 假定空气进入压气机时的状态 为p1=0.1MPa，t1=-20 ℃，在压气机 内定熵压缩到p2=0.5MPa，然后进入 冷却器。离开冷却器时空气的温度为 t3=20℃。若tc=-20℃，t0=20℃，空气 视为定比热容的理想气体，κ=1.4。试 求：(1)无回热时的制冷系数及每kg空 气的制冷量
循环的净热量为
qnet q0 qc 108.52kJ/kg 68.48kJ/kg 40.04kJ/kg
故循环的制冷系数为
qc 68.48kJ/kg 1.71
wnet 40.04kJ/kg
(2) 求有回热时的压力比 R
T3' 401.13K T2 293.15K
T3 T2
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。
4’ 4
5’ 5
q2 h1 h5' q1 h2 h4'
过冷措施
T
32
工程上常用
2
4
3
4’ 1
1 5’ 5
h
w h2 h1
不变
s
q2 h1 h4'
w h2 h1
§ 11-3 制冷剂refrigerant
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：
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