第十一章制冷循环解析
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。
制冷循环原理详解
制冷循环原理蒸气紧缩式制冷原理若是制冷工质的状态转变跨越液、气两态，那么制冷循环称为蒸气紧缩制冷循环。
蒸气紧缩制冷装置是目前利用最普遍的一种制冷装置，绝大多数家用冰箱、空调机、冷柜等都是采纳蒸气紧缩式制冷。
单级蒸气紧缩制冷循环分析家用冰箱、空调机、冷柜等制冷装置的功能、结构形式、整体布局尽管不同，其要紧部件都包括紧缩机、冷凝器、膨胀阀（或称节流阀）和蒸发器四部份。
通过简化如图3-1所示。
图3-1是蒸气紧缩制冷装置制冷循环示用意。
其工作循环如下：通过膨胀阀（毛细管）绝热节流，降压降温至状态4的湿蒸气进入蒸发器（冷库），进行定压蒸发吸热，离开蒸发器时已成为干饱和蒸气；从蒸发器出来的状态1的干饱和蒸气被吸入紧缩机进行紧缩，升压、升温至过热蒸气状态2；进入冷凝器，进行定压放热，凝结为液体3；从冷凝器出来的液体通过膨胀阀（毛细管）节流降压至湿蒸气状态4进入蒸发器（冷库），从而完成了一个循环4-1-2-3-4。
蒸气紧缩式制冷循环可归纳为四个进程。
①蒸发进程4-1 低温低压的液体制冷剂从冷库中以汽化潜热方式吸收被冷却物热量后，变成低温低压的制冷剂蒸气。
②紧缩进程1-2 为了维持必然的蒸发温度，制冷剂蒸气必需不断地从蒸发器引出，从蒸发器出来的制冷剂蒸气被紧缩机吸入并被紧缩成高压气体，且由于在紧缩进程中，紧缩机要消耗必然的机械功，机械能又在此进程中转换为热能，因此制冷剂蒸气的温度有所升高，制冷剂蒸气呈过热状态。
③冷凝进程2-3从制冷紧缩机排出的高温高压过热的制冷剂蒸气，进入冷凝器后受到冷却物（如冷却水、空气等）的冷却而变成液体。
④节流进程3-4从冷凝器出来的制冷剂液体通过降压设备（如节流阀、膨胀阀等）减压到蒸发压力。
节流后的制冷剂温度也下降到蒸发温度，并产生部份闪蒸气体。
节流后的气液混合物进入蒸发器进行蒸发进程。
上述四个进程依次不断进行循环，从而达到持续制冷的目的。
单级紧缩式制冷循环在压-焓图上的表示单级紧缩式制冷循环要紧由紧缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器四大件所组成，这四大件由管道连接起来，便组成了一个最简单的制冷系统（如图3-1所示）。
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
第十一章 制冷循环
制冷循环 吸附式制冷 Adsorption
蒸汽喷射制冷 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 冷却器
2
膨胀机
冷藏室
压缩机
4
1
p
3
pv图和Ts图
T
2
3
Reversed Brayton Cycle
逆勃雷登循环
2
T0
1
4
1
4
T2
1 2
2 3
v 绝热压缩 s 等压冷却 p
3 4
s 4 绝热膨胀 s 1 等压吸热 p
制冷系数
T
2
q2 q2 COP w q1 q2 cp (T1 T4 ) cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 )
3
4
1
1 1 1 1 k 1 k 1 T2 T2 T3 1 p2 k 1 k -1 T1 T1 T4 -1 p1
第十一章
制冷（致冷）循环
动力循环与制冷（热泵)循环
• 动力Power循环 —正循环 输入热,通过循环输出功 • 制冷Refrigeration循环—逆循环 输入功量（或其他代价），从低温 热源取热 • 热泵Heat Pump循环 —逆循环 输入功量（或其他代价），向高温 热用户供热
制冷循环和制冷系数
空气压缩制冷循环装置
冷却水
3 冷却器
2
膨胀机
冷藏室
压缩机
4
1
蒸气压缩制冷空调装置
4
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
5
蒸气压缩制冷循环
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。
制冷循环的工作原理
制冷循环的工作原理
制冷循环是一种通过能量转移的方式，将热量从低温区域转移到高温区域的过程。
该循环基于一系列的物理原理和技术，下面将详细介绍其工作原理。
1. 蒸发器：制冷循环的开始是在蒸发器内部，蒸发器是一个热交换器，它通常位于制冷设备的室内部分。
在蒸发器内，制冷剂以低温、低压的液体形式进入，当与室内空气接触时，吸收空气中的热量并蒸发成气体。
2. 压缩机：蒸发完毕后，制冷剂以压缩气体的形式进入压缩机。
压缩机的主要作用是将制冷剂气体压缩成高压、高温的状态。
通过增加制冷剂的压力和温度，可以增加其能量，为后续的冷凝器提供热源。
3. 冷凝器：制冷剂进入冷凝器后，会在这里释放热量。
冷凝器通常位于室外，例如空调器的外部部分。
在冷凝器中，制冷剂散热并冷却，从高温气体变为高压液体。
该过程中释放的热量会通过散热器和风扇等技术手段被排出。
4. 膨胀阀：高压液体制冷剂通过膨胀阀进入蒸发器，该阀门使得制冷剂的压力骤然降低，从而使其成为低压液体，为下一循环做准备。
5. 回到蒸发器：经过膨胀阀的制冷剂重新进入蒸发器，准备进行下一轮的制冷过程。
通过以上循环过程，制冷循环不断地将热量从低温区域吸收，然后通过压缩和冷凝的过程，将热量释放到高温区域。
这样就能够实现对低温区域的制冷效果。
制冷循环的性能和效率取决于压缩机的功率和制冷剂的特性。
同时，制冷循环还可以通过调整压缩机的容积比、制冷剂的种类和量等因素来进行优化。
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。
制冷循环ppt
0
可靠性。因此，为了装置的简化及运行的 8
5
6
Tc
71
可靠性等实际原因，压缩蒸气制冷循环均
不采用卡诺逆循环，而采用右图所示循环 8’0’6’5’
7’ 1’ s
1-2-3-4-5-1。
图11-6 压缩蒸气制冷循环T-s图
即使存在不可逆损失，但是节流阀简单、可靠， 且可以控制蒸发器中的压力
其工作过程为：从冷库（蒸发器）出来的
二、回热式空气制冷循环
低温工程大温差制冷，需提高 增压比，但使压气机和膨胀机的
冷却水 冷却器
负荷加重。为此可采用回热器， 用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
4 膨胀机
2
3
低增压比。
回热器
5
回热器就是一个换热器, 空气在 其中的放热量(过程4-5)等于被预 6
冷库
1 压气机
热空气在其中的吸热量(过程1-2)。
图11-3 回热式压缩空气制冷装置流 程图
从冷库出来的空气（T1＝TC）先进入回热器 T
升温到高温热源温度T2（通常等于环境温度
3`
3 Tmax
T0），接着进入叶轮式压缩机进行压缩，升
5`
4
温、升压到T3、p3。再进入冷却器，实现定
T0 2
压放热，温度降至T4（理论上可以达到高温
5
Tc
热源温度T2），随后进入回热器进一步降温
这样，蒸发器中单位工质的吸热量增加了(h5-h5')，而压缩机耗功未 变，所以制冷系数有所提高。
T
4 4’
T0
T0
Tc 5’ 5
2 2s 3
1
s
lg p
4’4 p2
制冷循环原理
制冷循环原理
制冷循环原理是通过一系列的过程来实现冷却效果的。
这个循环过程主要涉及到四个基本组件，即压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。
首先，制冷循环开始于压缩机。
压缩机的作用是将低压低温的制冷剂气体抽入并压缩，使其变为高压高温的气体。
通过使用电力或者机械力，压缩机会进行压缩工作。
接下来，高温高压的制冷剂气体会被送入冷凝器。
冷凝器是一个换热器，它通过散热的方式将制冷剂气体中的热量释放出去。
在这个过程中，制冷剂气体会被冷却并转变为高压液体。
冷凝器通常通过外界的冷凝介质（如空气或水）来实现热量的散发。
然后，高压液体制冷剂会通过膨胀阀进入蒸发器。
膨胀阀的作用是将高压液体制冷剂迅速放松，使其在压力下降的同时，温度也随之降低。
在蒸发器中，制冷剂会吸收外界的热量来进行蒸发，从而形成低温低压的蒸汽。
最后，低温低压的制冷剂蒸汽会返回压缩机，开始下一循环。
此时，制冷剂蒸汽再次经过压缩，形成高压气体，以便再次进入冷凝器。
通过不断地循环，制冷循环可以提供持续的冷却效果。
这种原理常被应用于家用空调、冰箱等制冷设备中，以提供舒适的室内环境和保鲜食品的需要。
第十一章 制冷循环1
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 p3 ( 1) / T3 T2 p 2 ( 1) / ( ) ( ) T1 p1 p4 T4 代入上式，可得空气压缩制冷循环的制冷系数的计算式Biblioteka 1 T2 1 T1
1 T3 1 T4
即
1 p 2 ( 1) ( ) 1 p1
提高增压比可获得较低温度，如图中循环1-3‘-5’-6-1所示，但 使压气机和膨胀机的负荷加重。 为此可采用回热器，用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。 由图线对比可见，与提高增压比的办法相比，采用回热措施后， 制冷量、放热量、制冷系数均可不变。但是，采用回热器的空气压 缩制冷装置中，压气机的增压比小得多，因而大大减轻了压气机的 负荷。正是由于这个优点，使得采用回热器的空气压缩制冷装置在 深度冷冻及气体液化中获得实际应用。
q 2 T2 (s 3 s 2 )
过程4-1中，工质向环境放出的热量为 q1 T1 ( s 4 s1 ) 循环中消耗的净功
w0 q1 q 2
制冷循环的工作有效程度的评价指标是制冷系数（制冷性能系 数）ε，为从低温物体吸收的热量与所消耗的净功之比，即 q2 q2 q1 w0 q1 q 2 因此，逆向卡诺循环的制冷系数可表示为 T2 1 T1 T2 T1 1 T2 根据此式，逆向卡诺循环所消耗的净功可表示为 q2 T1 w0 q 2 ( 1) T2
因此，可得空气压缩制冷循环制冷系数的表达式为 q2 (h1 h4 ) w0 (h2 h1 ) (h3 h4 ) 如取空气的比热容为定值，则有 c p 0 (T1 T4 ) c p 0 (T2 T1 ) c p 0 (T3 T4 ) T4 T1 (1 ) T1 T3 T4 T2 (1 ) T1 (1 ) T2 T1
《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 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
蒸汽压缩式制冷装置的工作原理
解：该循环的压焓图如下所示：
根据R22的热力性质表，查出处于饱和线上 pk 的有关状态参数值：
h1=401.555 kJ/kgቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
v1=0.0653 m3/kg
po
h3=h4=243.114 kJ/kg
p0=0.3543 MPa pk=1.3548 MPa
由图可知：h2=435.2 kJ/kg
压焓图：
压焓图的结构如下图2所示。以绝对压力为纵坐标（为了缩小图的尺寸 ，提高低压区域的精度， 通常纵坐标取对数坐标），以焓值为横坐标。
武汉理工大学 轮机工程系
临界点K左边的粗实线为饱和液体线，线上的任 何一点代表一个饱和液体状态，干度 x=0。
临界点K右边的粗实线为饱和蒸气线，线上任何 一点代表一个饱和蒸气状态，干度 x=1。
点4表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸发器时的状态。
过程线3-4表示制冷剂在通过节流阀时的节流过程。在这一过程中，制冷剂的压 力由冷凝压力降到 蒸发压力 ，温度由冷凝温度降到蒸发温度 ，并进入两相区 。由于节流前后制冷剂的焓值不变，因此由点3作等焓线与蒸发压力的等压线 的交点即为点4的状态。由于节流过程是一个不可逆过程，所以用一虚线表示34过程。
(5) 制冷系数
按定义，在理论循环中，制冷系 数可用下式表示
（11） 在下一页我们通过一个例题来讲 解热力计算过程
武汉理工大学 轮机工程系
Ｐ Ｑ
例题：假定循环为单级压缩蒸气制冷的理论循环，蒸发温度t0=－10℃, 冷凝温度tk为35℃，工质为R22，循环的制冷量Q0=55kw,试对该循环 进行热力计算。
武汉理工大学 轮机工程系
Ｐ Ｑ
单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算
原理解析空调制冷循环
原理解析空调制冷循环空调制冷循环的原理解析一、概述空调制冷循环是通过一系列工艺过程，将热从室内移至室外，实现对室内温度的控制。
本文将对空调制冷循环的原理进行详细解析。
二、制冷循环的基本流程空调制冷循环包括蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀四个主要部件，其基本流程如下：1. 蒸发器蒸发器是制冷循环的起始点，通过它实现了室内空气的冷却。
室内的暖空气经过蒸发器内的蒸发管道，与内外循环的制冷剂进行热交换，使得制冷剂从液态转变为气态。
这个过程中，室内空气中的热被吸收，从而使室内温度下降。
2. 压缩机压缩机位于蒸发器之后，它负责将蒸发器中的低温低压气体压缩成高温高压气体。
经过压缩，制冷剂的温度和压力提高，使其能够更加有效地释放热量。
3. 冷凝器冷凝器位于压缩机之后，其作用是将高温高压的制冷剂冷却至高温高压液体状态。
在冷凝器中，制冷剂释放出的热量通过散热器传导至室外环境，使得制冷剂温度下降。
4. 节流阀节流阀位于冷凝器之后，它的作用是减压制冷剂，使其温度和压力降低。
通过节流阀的减压过程，制冷剂变为低温低压的液体，并回到蒸发器。
这样，制冷循环就完成了一次循环，不断地通过蒸发和冷凝的过程，实现对室内温度的控制。
三、制冷循环中的热交换过程空调制冷循环的核心是热交换，它通过蒸发器和冷凝器的工作，实现了对室内外热量的传递。
1. 蒸发器中的热交换在蒸发器内，制冷剂从液态转变为气态的过程中，吸收了室内空气中的热量，使得室内空气的温度下降。
同时，制冷剂变为高温高压气体后，进入压缩机。
2. 压缩机中的热交换压缩机通过对制冷剂的压缩，使其温度和压力升高。
在这个过程中，制冷剂释放出热量，压缩机本身也会升温。
在压缩机之后，高温高压气体进入冷凝器。
3. 冷凝器中的热交换冷凝器中，高温高压的制冷剂通过散热器散发热量，使得制冷剂冷却至高温高压液体状态。
同时，室外的空气吸收了冷凝器中制冷剂释放的热量，温度升高。
四、制冷循环的控制在空调制冷循环中，温度和压力是关键的控制参数。
第十一章 制冷循环3PPT课件
精选ppt课件2021
5
11-6 是否可以设想，使蒸气压缩制冷装置中工质冷凝放热的 过程一直延伸到接近冷库温度，以得到更大的制冷量？
11-7 如果利用制冷产生的低温物质作热机的低温热源，是否 可以提高热机的循环热效率？这样做是否合理？
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6
吸收式制冷装置
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。
致冷系数 q2 11057.67
冷却水带走的热|量w|0q|e|=h12 -5h03=精1选6pp0t课0件-2032010=1300 kJ/kg
3
2 3
4
1
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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。
用余热。
近年来，以溴化锂作吸收剂，以水蒸气作制冷剂的吸收式制冷
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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2
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。
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湿蒸汽的压缩容易造成液滴的猛烈冲击， 以致损伤压缩机。同时，在 4-6 的膨胀过 T
2
T0 5 6 Tc 7
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
4 0 8
3
可靠性。因此，为了装置的简化及运行的
可靠性等实际原因，压缩蒸气制冷循环均 不采用卡诺逆循环，而采用右图所示循环 1-2-3-4-5-1。
1 s
8’ 0’ 6’5’
7’ 1’
图11-6 压缩蒸气制冷循环T-s图
即使存在不可逆损失，但是节流阀简单、可靠， 且可以控制蒸发器中的压力 其工作过程为：从冷库（蒸发器）出来的
做功ωnet
制冷 装置/ 热泵
为制冷剂。制冷循环和热泵都是消耗外功或
热能而实现热由低温传向高温的逆向循环。 制冷循环的目的是获得低温，热泵的目的是 获得高温。
吸热q2
低温热源
• 逆向循环是指循环中压缩过 程所消耗的功大于膨胀过程 所作的功，循环的总效果不
q1
w
是产生功而是消耗外界功。
消耗的功用于将热量由低温
实际压缩蒸汽制冷循环下图中的1-2-3-4-5-1所示。其中，制冷剂的压缩过
程1-2是不可逆绝热过程，且其经过冷库的蒸发温度低于冷库温度TC，其 经过冷凝器的冷凝温度高于环境温度T0。 T 2s 2 lg p
C. P.
4
s
4
T0 Tc
T0
3 p2 1 p1 0
3 2s 2 T0 T2
5
5
1
T1
s
Tc
p
3
2
T
3
2 T 0
wnet
4 o 1 v 4
1
T
c
o
4`
1`
s
布雷顿循环的逆循环
制冷系数:
qc h1 h4 wnet (h2 h3 ) (h1 h4 )
把空气理想化成定比热容的理想气体, 则有：
T4 T1 1 k 1 T3 1 T3 T4 T2 T1 k 1 T4 1
T
5` 5 6 4
3`
3 Tmax
T0 2
Tc
1
数也没有变化。但是循环的增压比却从 p3`/p1
下降到 p 3 /p 1 。这为采用压比不能很高的叶轮 式压气机和膨胀机提供了可能。而叶轮式压气
0
g
km
n
s
机及膨胀机可提供大流量的空气，这样循环既
有较高的制冷系数，又有较大的制冷量。
注意，同温限的吸热量和放热量相等。
压缩蒸汽制冷循环。在此图上也有：p2
等压线、等焓线、等温线、等容线、 等熵线和等干度线。根据过程的关 p1
系（ 1-2 过程定熵， 2-3-4 过程定
压，4-5过程定焓，5-1过程定 压），可以将压缩蒸气制冷循环在 图上表示出来。
0
29
实际上的不可逆因素：
实际压缩蒸气制冷循环
①传热温差与摩阻；
②压缩过程为不可逆的绝热压缩。
•
•
•
复习！逆向循环
制冷是获得并保持低于环境温度的操作。制
消耗功，获得热。
高温热源 工 作 过 程
冷和热泵一样，都是逆向循环的一种。热力
学第二定律指出，热不能自发地由低温物体 传向高温物体。要使非自发过程成为可能， 必须消耗能量。制冷循环中所用的在低温下 吸热和高温下排热的工作物质(简称工质)称
放热q1
3
冷却器
q0 2
四个主要部件：膨胀机是类似燃
气轮机等的动力机；压气机已学 过；冷却器和冷库类似于换热器。
膨胀机 压气机 4 qc 冷库 图11-1 压缩空气制冷循 环装置流程图 1
*循环中几种未介绍过的设备
大 型 冷 凝 器
水 冷
风 冷
节流阀
冷库中用到的几种蒸发器
由于空气的定温加热和定温排热不易实现，故工程上用定压加热和定 压排热代替，可视为布雷顿循环的逆循环，其p - v和T-s图如下图。
实际上很少应 用，除了飞机 机舱的开式压 缩空气制冷。
3. 活塞式流量m小，制冷量Q2=mq2小。
大流量叶轮式压气机和膨胀机+回热！
二、回热式空气制冷循环
低温工程大温差制冷，需提高
冷却水 冷却器
增压比 ，但使压气机和膨胀机的
负荷加重。为此可采用回热器， 用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。 回热器就是一个换热器 , 空气在 其中的放热量(过程4-5)等于被预 热空气在其中的吸热量 (过程1-2)。
在T0～TC之间的制冷循环中，逆向卡诺循环的制冷系数最大。
qc Tc C q0 qc T0 Tc
工程上把制冷系数称为制冷装置的工作性能系数，用COP表示。
qc COP q0 qc
制冷系数 =
制冷量
循环耗净功
压缩式制冷循环 吸收式制冷循环 制冷循环类型 吸附式制冷循环
压缩气体制冷 压缩蒸气制冷
p T
3 定压加热 2
2 3 绝热膨胀
T0
绝热压缩 1
Tc
4 定压放热 1
4 v o
o
4`
1`
s
图11-2 压缩空气制冷循环状态参数图
1→2：绝热压缩 p↑,T2↑>T0，压气机耗功WC 2→3：等压冷却 T3↓=T0，向环境放热q0
空 气 压 缩 制 冷 循 环 过 程 3→4：绝热膨胀 T 4↓<Tc ，膨胀机作功WT 4→1：等压吸热 T1↑=Tc，自冷库吸热qC
h
过冷方法只利用环境介质将工质冷却到T4（T4 <T0）,否则需要介质向 人为的低温放热，得不偿失。
实际循环还采用过冷方法:即在冷凝器中将处于状态4的饱和液体 继续冷却到未饱和状态 4’，然后让其经绝热节流膨胀到状态 5’。这 样，蒸发器中单位工质的吸热量增加了(h5-h5')，而压缩机耗功未变， 所以制冷系数有所提高。
2
1
s
8’ 0’ 6’5’
7’ 1’
qc h1 h4 wnet h2 h1
图11-6 压缩蒸气制冷循环T-s图
压缩蒸气制冷循环的lg p-h图
制冷循环过程量（功和热）的
计算与过程前后的比焓差有关，因 此常用压焓（ lg p - h ) 图来分析计算
lg p C. P. 4 3 s 2 T2 5 1 T0 Tc h 图11-7 lg p-h图
q2
物体传向高温物体。
w0 w0
3.制冷循环与热泵循环的比较
T T
T1
3 耗净功w0 2
3'
耗净功w0
2'
T0
4'
供热量q1 吸热量q2
1'
T2
4
制冷量q2
1
制冷循环
s
热泵循环
s
11-1
•
概况
一、制冷循环的经济性评价
1.环境温度一定时，冷库温度越低， 制冷系数就越小—没有必要把冷库温 度定得超乎需要的低，以节约能源。 2.同时保持环境温度不要太高，注意 散热和通风。
√
蒸气喷射制冷循环
半导体制冷 热声制冷 常见制冷剂：
1. 氨（NH3） 2. 氟里昂（氯氟烃，含氢氯氟烃）：CFC12(R12)、CFC11(R11) HCFC22
(R22) 3. 含氢氟代烃物质：（HCFC134a）
11-2 压缩空气制冷循环
一、压缩空气制冷循环
右图是简单的压缩空气制冷 循环装置流程图。
实现定压放热，温度降至 T 4 （理论上可以 达到高温热源温度 T 2 ），随后进入回热器 进一步降温至 T 5 （等于冷库温度 T C ），接 着进入叶轮式膨胀机实现定熵绝热膨胀，降 压、降温至T6、p6，最后进入冷库实现定 压吸热过程，升温到 T 1 ， 完成理想回热循 环1-2-3-4-5-6-1。
Tc
0
g
km
n
s
图11-4 回热式压缩空气制冷循 环T-s图
①在理想情况下， 4-5 过程中空气在回热器中 的放热量（图中面积45gk4表示）恰等于被预 热空气在过程 1-2 中的吸热量（可用图中面积 12nm1表示）。 与不采用回热的循环1-3`-5`-6`-1相比，循环 中工质的吸热量没有变化，都是过程 6-1 吸收 的热量；由于面积34kn3等于面积3`5`gm3`， 故循环放热量也没有变化，所以循环的制冷系
注意， 4-5 的节流过程不可逆，只能用虚 线表示。并且循环的净功和净热量都不能
1
s
8’ 0’ 6’5’
7’ 1’
用闭合曲线的面积来表示。
图11-6 压缩蒸气制冷循环T-s图
单位质量制冷剂在冷凝器中定压放热量： q0＝h2-h4 =面积2346’1’2 单位质量制冷剂在蒸发器中定压吸热量： qc＝h1-h5 ＝h1-h4 =面积155’1’1 压缩机绝热压缩的比轴功就是循环比净功： 0 8 wnet wC h2 h1 其制冷系数： 4 5 6 Tc 7 T0 3 T
T
5` 5 6 4
3`
3 Tmax
T0 2
Tc
1
0
g
km
n
s
逆损失的影响也可减小。
图11-4 回热式压缩空气制冷循 环T-s图
回热式空气制冷循环的优点在于：
1)回热式空气制冷循环使π↓； 2)可用叶轮式压气机使生产量↑；
3)可使压缩和膨胀过程中的不可逆损失↓。
例A461277
11-3
压缩蒸气制冷循环
T 2s 4’ T0 Tc 5’ 2 lg p