《工程热力学》制冷循环
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工程热力学制冷循环课件
价其性能优劣。
影响性能因素分析
蒸发温度与冷凝温度
蒸发温度越低、冷凝温度越高，制冷系数越 低，性能下降。
制冷剂性质
不同制冷剂的热力性质不同，对制冷循环性 能产生显著影响。
过冷度与过热度
适当的过冷度和过热度有利于提高制冷系数， 但过度增加会导致性能下降。
压缩机效率
压缩机效率越高，输入功越小，制冷循环性 能越好。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
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
螺杆式压缩机
利用螺杆的旋转运动，使 制冷剂在压缩腔内受到挤 压和输送。具有高效、低 噪音等特点。
离心式压缩机
通过叶轮的高速旋转，使 制冷剂在离心力作用下获 得动能并压缩。适用于大 型制冷系统。
冷凝器、蒸发器及节流装置
冷凝器
节流装置
将高温高压的制冷剂蒸气冷却为饱和 液体，释放热量给冷却介质。通常采 用风冷或水冷方式。
04 热电偶合式制冷循环
热电偶合式制冷原理
塞贝克效应
利用两种不同材料之间的 温差产生电压。
帕尔贴效应
当有电流通过由两种不同 材料组成的回路时，在结 点处会吸收或放出热量。
汤姆逊效应
当电流通过有温度梯度的 导体时，导体将吸收或放 出热量。
热电偶材料选择与性能
材料选择
选择具有高热电势、低电阻率、高导 热率、良好机械性能和化学稳定性的 材料。
影响性能因素分析
蒸发温度与冷凝温度
蒸发温度越低、冷凝温度越高，制冷系数越 低，性能下降。
制冷剂性质
不同制冷剂的热力性质不同，对制冷循环性 能产生显著影响。
过冷度与过热度
适当的过冷度和过热度有利于提高制冷系数， 但过度增加会导致性能下降。
压缩机效率
压缩机效率越高，输入功越小，制冷循环性 能越好。
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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
螺杆式压缩机
利用螺杆的旋转运动，使 制冷剂在压缩腔内受到挤 压和输送。具有高效、低 噪音等特点。
离心式压缩机
通过叶轮的高速旋转，使 制冷剂在离心力作用下获 得动能并压缩。适用于大 型制冷系统。
冷凝器、蒸发器及节流装置
冷凝器
节流装置
将高温高压的制冷剂蒸气冷却为饱和 液体，释放热量给冷却介质。通常采 用风冷或水冷方式。
04 热电偶合式制冷循环
热电偶合式制冷原理
塞贝克效应
利用两种不同材料之间的 温差产生电压。
帕尔贴效应
当有电流通过由两种不同 材料组成的回路时，在结 点处会吸收或放出热量。
汤姆逊效应
当电流通过有温度梯度的 导体时，导体将吸收或放 出热量。
热电偶材料选择与性能
材料选择
选择具有高热电势、低电阻率、高导 热率、良好机械性能和化学稳定性的 材料。
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--13 制冷循环
= 面积5345
蒸汽喷射制冷循
→→
→喷射器起到了压缩蒸汽的作用，而这部分蒸汽的压缩是靠正循环中那部分蒸汽的膨胀作为补偿才得以实现的。
从整个装置来看，低温热之所以能转移到温度较高的大气中去，是以锅炉获得的更高温度的热能最终也转移到大气中作
起到的压缩气体的作用
制冷剂被吸收剂吸收时会放出热量，蒸气发生器中的溶液制冷剂挥发
吸收器必须加以冷却
制冷剂被吸收剂吸收时会放出热量
经节流阀进入吸收器的溶液又具有较高的温度
Q 2
吸收式制冷装置的热利用系数比较低，但由于设备简单，造价低廉（不需要昂贵的压气机）、不消耗功、可以利用温度不很高的热能，因此常用在有余热可以利用的场合。
Q 2。
工程热力学第九章_制冷循环
3 常用制冷剂应用
氟里昂 现状：早期常用氟里昂12(CFC12），目前将逐 渐由不完全卤化氟烃化合物HFC134a替代。 应用：广泛应用于冰箱、冰柜和汽车空调系统
五 制冷剂及其性质
4 制冷剂参数的确定
1）制冷剂的热力学性质表 饱和蒸汽性质表和过热蒸汽表 结构以及参数的查取方法与水蒸汽相同
4 制冷剂参数的确定
2 吸收式制冷循环
热水型溴化锂两级吸 收式制冷机主要由： 蒸发器、低压吸收器、 低压发生器、高压吸 收器、高压发生器、 冷凝器、低压溶液热 交换器、高压溶液热 交换器和溶液泵组成。
2 吸收式制冷循环
制冷循环过程为：来自高压发生器的水蒸在冷凝器中凝结 成水，经膨胀阀（U型管）进入蒸发器膨胀蒸发，带走管 内冷冻的热量，达到制冷的目的。蒸发器中产生的水蒸汽 进入低压吸收器，被浓溴化锂溶液所吸收，吸收了水蒸汽 的稀溴化锂溶液，经溶液泵升压，经低压溶液热交换器进 入低压发生器，在低压发生器中，稀溶液被热源加热浓缩， 产生的水蒸汽进入高压吸收器，而浓溶液靠低压发生器与 低压吸收器之间的压差，经低压溶液热交换器，重新进入 低压吸收器，如此形成低压级的溶液循环。 在高压吸收器中来自高压发生器的浓溶液吸收在低压发生 器中产生的水蒸汽，失去吸收能力的稀溶液同样经溶液泵 升压后，经高压溶液热交换器进入高压发生器，在热源的 加热下，稀溶液得到再次浓缩，产生的水蒸汽进入冷凝器， 而浓溶液依靠高压发生器与高压吸收器之间的压差，经高 压溶液热交换器重新进入高压吸收器 ，形成高压级的循 环。
2 逆向卡诺循环
T
T1
3
T1 s3 s2 q1 T1 C wnet T1 T2 s3 s2 T1 T2 2
T2
4
1 s
工程热力学课件第十二章制冷循环
吸收式制冷循环在工业、商业和民用 等领域有广泛的应用，如化工、制药 、食品加工、宾馆和民用空调等。
由于吸收式制冷循环使用低品位热能 ，因此特别适合于使用余热或废热等 低品位热源的场合。
Part
05
热电制冷循环
热电制冷循环的工作原理
热电制冷循环基于塞贝克效应或皮尔 兹效应，通过热电转换材料将热能转 换为电能，从而实现制冷效果。
将多个制冷设备集成在一个模块中，实现 集中控制和统一管理，提高系统效率和可 靠性。
THANKS
感谢您的观看
工程热力学课件第十 二章制冷循环
• 制冷循环概述 • 制冷剂的特性 • 压缩制冷循环 • 吸收式制冷循环 • 热电制冷循环 • 制冷循环的节能与环保
目录
Part
01
制冷循环概述
制冷循环的定义和目的
定义
制冷循环是指通过一系列热力学过程，将热量从低温处转移到高温处，从而实现制冷效 果的系统。
目的
制冷循环的主要目的是在需要冷却的物体或环境中，创造一个低温环境，以维持其所需 的温度和湿度条件。
参数，实现节能运行。
制冷循环的环保要求
01
02
03
04
减少温室气体排放
通过采用高效制冷技术和环保 制冷剂，减少制冷循环中温室
气体的排放。
防止臭氧层破坏
选择不含有CFCs（氯氟烃） 的制冷剂，以保护臭氧层。
控制污染物排放
确保制冷循环产生的废水、废 气和固体废弃物得到妥善处理
和处置。
资源回收利用
对制冷设备进行回收和再利用 ，减少资源浪费和环境污染。
制冷剂在压缩机中被压缩，压力升高，温度也随之升高，然后进入冷凝器，在冷凝 器中放热给冷却水，自身温度降低并液化。
由于吸收式制冷循环使用低品位热能 ，因此特别适合于使用余热或废热等 低品位热源的场合。
Part
05
热电制冷循环
热电制冷循环的工作原理
热电制冷循环基于塞贝克效应或皮尔 兹效应，通过热电转换材料将热能转 换为电能，从而实现制冷效果。
将多个制冷设备集成在一个模块中，实现 集中控制和统一管理，提高系统效率和可 靠性。
THANKS
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工程热力学课件第十 二章制冷循环
• 制冷循环概述 • 制冷剂的特性 • 压缩制冷循环 • 吸收式制冷循环 • 热电制冷循环 • 制冷循环的节能与环保
目录
Part
01
制冷循环概述
制冷循环的定义和目的
定义
制冷循环是指通过一系列热力学过程，将热量从低温处转移到高温处，从而实现制冷效 果的系统。
目的
制冷循环的主要目的是在需要冷却的物体或环境中，创造一个低温环境，以维持其所需 的温度和湿度条件。
参数，实现节能运行。
制冷循环的环保要求
01
02
03
04
减少温室气体排放
通过采用高效制冷技术和环保 制冷剂，减少制冷循环中温室
气体的排放。
防止臭氧层破坏
选择不含有CFCs（氯氟烃） 的制冷剂，以保护臭氧层。
控制污染物排放
确保制冷循环产生的废水、废 气和固体废弃物得到妥善处理
和处置。
资源回收利用
对制冷设备进行回收和再利用 ，减少资源浪费和环境污染。
制冷剂在压缩机中被压缩，压力升高，温度也随之升高，然后进入冷凝器，在冷凝 器中放热给冷却水，自身温度降低并液化。
工程热力学制冷循环课件页PPT文档
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，
• 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
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
制冷能力：制冷设备单位时间内从冷库取 走的热量(kJ/s)。
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空C气y压cl缩e 制冷 压缩制冷 Gas compression
• 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。
工程热力学 第十章 制冷循环
35
制冷剂其他性质
❖对环境友善 ❖安全无毒 ❖ 溶油性好，化学稳定性好
36
制冷剂种类
（1）无机化合物：氨R717、水R718、二氧 化碳R744、二氧化硫R764等。
（2）氟里昂：氟里昂是饱和碳氢化合物（饱 和烃类）的卤族衍生物的总称，最常用的 有R12、R22、R14和R134a等。
（3）混合溶液：由两种或两种以上不同的制 冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。 主要有R502（R22和R115）、R407C （R32/R125/R134a）。
2-3 为过 热 蒸 气 在 冷 凝 器 中定压放热被冷凝的过程；
3-4 为饱 和 液 体 在 节 流 阀 中节流、降压、降温的过 程；
4-1 为湿 饱 和 蒸 气 在 蒸 发
器中定压吸热、汽化的过
程。
22
制冷系数
c
qo wnet
qo h1-h3 qk-qo h2-h1
T1 T4 T2 T1
20
压缩蒸气制冷循环
用低沸点物质（大气压 下的沸点低于0℃）作为工 质（制冷剂），利用其在 定压下汽化和凝结时温度 不变的特性实现定温放热 和定温吸热，可以大大提 高制冷系数；制冷剂的汽 化潜热较大，因此制冷量 大。
21
压缩蒸气制冷循环
1-2 为从 蒸 发 器 中 出 来 的 蒸气在压缩机中被可逆绝 热压缩的过程；
（4）碳氢化合物：碳氢化合物制冷剂有甲烷、
乙烷、丙烷、乙烯、丙烯和异丁烷R600a
等。
37
课后思考题
❖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？
❖对逆向卡诺循环而言，冷、热源温差越大， 制冷系数是越大还是越小？为什么？
制冷剂其他性质
❖对环境友善 ❖安全无毒 ❖ 溶油性好，化学稳定性好
36
制冷剂种类
（1）无机化合物：氨R717、水R718、二氧 化碳R744、二氧化硫R764等。
（2）氟里昂：氟里昂是饱和碳氢化合物（饱 和烃类）的卤族衍生物的总称，最常用的 有R12、R22、R14和R134a等。
（3）混合溶液：由两种或两种以上不同的制 冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。 主要有R502（R22和R115）、R407C （R32/R125/R134a）。
2-3 为过 热 蒸 气 在 冷 凝 器 中定压放热被冷凝的过程；
3-4 为饱 和 液 体 在 节 流 阀 中节流、降压、降温的过 程；
4-1 为湿 饱 和 蒸 气 在 蒸 发
器中定压吸热、汽化的过
程。
22
制冷系数
c
qo wnet
qo h1-h3 qk-qo h2-h1
T1 T4 T2 T1
20
压缩蒸气制冷循环
用低沸点物质（大气压 下的沸点低于0℃）作为工 质（制冷剂），利用其在 定压下汽化和凝结时温度 不变的特性实现定温放热 和定温吸热，可以大大提 高制冷系数；制冷剂的汽 化潜热较大，因此制冷量 大。
21
压缩蒸气制冷循环
1-2 为从 蒸 发 器 中 出 来 的 蒸气在压缩机中被可逆绝 热压缩的过程；
（4）碳氢化合物：碳氢化合物制冷剂有甲烷、
乙烷、丙烷、乙烯、丙烯和异丁烷R600a
等。
37
课后思考题
❖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？
❖对逆向卡诺循环而言，冷、热源温差越大， 制冷系数是越大还是越小？为什么？
工程热力学 课件 第十二章 制冷循环
▪ 在一定环境温度下，冷库温度Tc愈低，制冷系数就 愈小
▪ 工程上也将制冷系数称为制冷装置的工作性能系数
COP qc q0 qc
▪ 制冷循环包括(bāokuò)压缩式制冷循环、吸收式制冷 循环、吸附式制冷循环、蒸汽喷射制冷循环及半导 体制冷
▪ 压缩式制冷循环分为压缩气体制冷循环和压缩蒸汽 制冷循环
第二十五页，共29页。
▪ 制冷剂在T-s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(liánghǎo)的相容性，安全无毒，价 格低廉
第二页，共29页。
12-2 压缩空气制冷循环
➢ 压缩空气制冷循环
▪ 在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程代替逆 向卡诺循环的两个定温过程
▪ 压缩空气制冷循环的制冷系数 循环中空气排向高温热源的热量(rèliàng)为
q0 h2 h3
自冷库的吸热量（制冷量）为
qc h1 h4
第三页，共29页。
第十二章 制冷 循环 (zhìlěng)
12-1 概况
➢ 制冷循环
▪ 逆向循环的一种，从低温热源(rèyuán)(如冷库)取走热 量，以维持其低温
▪ 制冷系数：在大气环境温度T0与温度为Tc的低温热 源（如冷库）之间的逆向循环的制冷系数以逆向卡
诺循环为最大
c
qc q0 qc
Tc T0 Tc
第一页，共29页。
▪ 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
工程热力学13-制冷循环
T3 T0
r0 1
r01
T4
T3
p4 p3
r0
T0
1
r0
则 制冷系数可得
即
在相同的大气温度和冷库温度下，逆向卡诺循环的 制冷系数为
C
1 T0 1
TR
显然，由于 T2 > T0，所以
从式 制冷系数表达式可以看出：增压比愈大(或T2愈 高)，空气压缩制冷循环的冷系数愈小。反之，增压 比减少，空气压缩制冷循环的制冷系数提高。
第十三章 制冷循环
随着冰箱、冰柜和空调设备大量进入人们 的生活，制冷装置已得到十分广泛的应用
13-1 逆向卡诺循环
热功转换装置
热能转换为机械能—— 动力装置 热能从温度较低的物体转移到温度较高的
物体的装置，这就是制冷机和热泵
在制冷机（或热泵）中进行的循环，其方 向正好和动力循环相反，这种逆向循环称 为制冷循环（或供热循环）
3）如果考虑到压气机和膨胀机中过程的不可逆 性，那么因采用回热，压气机少消耗的功将不 是等于而是大于膨胀机少作的功。因此，制冷 机实际消耗的净功将因采用回热而减少。
8-3 蒸汽压缩制冷循环
1、湿蒸汽逆向卡诺循环
理论上，利用一 些低沸点物质作 制冷剂，在其饱 和区中可以实现 逆向卡诺循环
演示
两点不利
4' - 1' 定压吸热 （冷 库）
制冷系数
理论 实际
式中 为压气机的绝热效率
蒸汽压缩式制冷机优点
蒸汽压缩制冷循环可以实现定温吸热过程和定温 放热过程，因此制冷系数比较大。
制冷剂在循环中有相变，吸热能力较大，因此每 千克制冷剂的制冷量较大，设备比较紧凑。
工程热力学 制冷循环
s
热泵循环和供热系数
Coefficient of Performance
1
COP ' q1
w
T1房间1
T0 T1
T
卡诺逆循环
q1T1
w
Cqw1 q1q1q2
T1 T1T0
T1不变, T0 εC
T0 qT2 2
T0不变, T1 εC
q1 wq2 s
制冷能力和冷吨
生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小
热泵（空气 源、水源）
能量利用系数
直接电 100%
发电33%
房间33%
电厂 损失67%
锅炉 100%
效率70%
房间70%
锅炉 损失30%
热泵
100%
发电33% 热 COP=3 泵
房间99%
电厂 损失67% 66%
§ 11-4 吸收式制冷循环
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 利用溶液性质
p TT4
C OTP2 T3
q2
T2
1 q2
T3 T2
T2
3
2
T1
T4
w
c Tp (1qT11
1
q
2
T4
T4 )T 1
T1
4
1
cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 )
s
1
T2 T3 1 T1 T4
1
T2 1
T1
1
k1
蒸发器中吸热量
T
q2h1h5h1h4
4
冷凝器中放热量
2 3
q1 h2 h4 制冷系数
1 5
s
q 2 h 1 h 4 h 1 h 4 q 2 q 1 q 2 (h 2 h 4 ) (h 1 h 4 ) h 2 h 1 w
热泵循环和供热系数
Coefficient of Performance
1
COP ' q1
w
T1房间1
T0 T1
T
卡诺逆循环
q1T1
w
Cqw1 q1q1q2
T1 T1T0
T1不变, T0 εC
T0 qT2 2
T0不变, T1 εC
q1 wq2 s
制冷能力和冷吨
生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小
热泵（空气 源、水源）
能量利用系数
直接电 100%
发电33%
房间33%
电厂 损失67%
锅炉 100%
效率70%
房间70%
锅炉 损失30%
热泵
100%
发电33% 热 COP=3 泵
房间99%
电厂 损失67% 66%
§ 11-4 吸收式制冷循环
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 利用溶液性质
p TT4
C OTP2 T3
q2
T2
1 q2
T3 T2
T2
3
2
T1
T4
w
c Tp (1qT11
1
q
2
T4
T4 )T 1
T1
4
1
cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 )
s
1
T2 T3 1 T1 T4
1
T2 1
T1
1
k1
蒸发器中吸热量
T
q2h1h5h1h4
4
冷凝器中放热量
2 3
q1 h2 h4 制冷系数
1 5
s
q 2 h 1 h 4 h 1 h 4 q 2 q 1 q 2 (h 2 h 4 ) (h 1 h 4 ) h 2 h 1 w
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
《工程热力学》第十一章制冷循环
剂无法被压缩液化。
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。
THANKS
感谢观看
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。
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。
THANKS
感谢观看
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ch12 制冷循环
更多利用定温排热）； 4、工质的三相点要高于循环的下限温度； 5、蒸气的比体积小，工质的传热性好。
• 常见制冷剂：
氨（NH3） 氟里昂（氯氟烃，含氢氯氟烃） CFC12(R12)、CFC11(R11)
HCFC22(R22) 含氢氟代烃物质（HCFC134a）
12－6 热泵循环
循环过程与制冷循环类似，差别在于热泵工
作时，环境作为低温热源（T0）
热泵循环供暖系数 ：
' qH qL wnet
wnet
wnet
' 1
第十二章 制冷循环
12－1 概况
本章主要以制冷循环为研究对象，分析循环的特 点，各参数的变化关系及计算热量、功量和效率。
制冷循环类型：
压缩气体制冷 吸附式制冷循环 蒸气喷射制冷循环 半导体制冷
经济性指标最高的逆向循环是同温限 间的卡诺循环。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
空气的定压比热小 活塞式压缩机和膨胀机工质流率小
二、回热式空气制冷循环 • 回热式空气制冷循环的原理
• 回热循环优点:
1、同样制冷系数下，增压比下降，这为采 用大流量的叶轮式压气机和膨胀机提供 可能；
2、增压比减小，使压缩过程和膨胀过程的 不可逆损失的影响减小。
12-3压缩蒸气制冷循环
• 压缩蒸气制冷循环原理
源、Tc为低温热源间的逆向卡诺循环的制 冷系数：
c
qc wnet
qc q0 qc
Tc T0 Tc
工作性能参数： cop qc q0 qc
12-2 压缩空气制冷循环
一、压缩空气制冷循环
➢ 压缩空气制冷循环分析
qc h1 h4 q1 h2 h3
• 常见制冷剂：
氨（NH3） 氟里昂（氯氟烃，含氢氯氟烃） CFC12(R12)、CFC11(R11)
HCFC22(R22) 含氢氟代烃物质（HCFC134a）
12－6 热泵循环
循环过程与制冷循环类似，差别在于热泵工
作时，环境作为低温热源（T0）
热泵循环供暖系数 ：
' qH qL wnet
wnet
wnet
' 1
第十二章 制冷循环
12－1 概况
本章主要以制冷循环为研究对象，分析循环的特 点，各参数的变化关系及计算热量、功量和效率。
制冷循环类型：
压缩气体制冷 吸附式制冷循环 蒸气喷射制冷循环 半导体制冷
经济性指标最高的逆向循环是同温限 间的卡诺循环。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
空气的定压比热小 活塞式压缩机和膨胀机工质流率小
二、回热式空气制冷循环 • 回热式空气制冷循环的原理
• 回热循环优点:
1、同样制冷系数下，增压比下降，这为采 用大流量的叶轮式压气机和膨胀机提供 可能；
2、增压比减小，使压缩过程和膨胀过程的 不可逆损失的影响减小。
12-3压缩蒸气制冷循环
• 压缩蒸气制冷循环原理
源、Tc为低温热源间的逆向卡诺循环的制 冷系数：
c
qc wnet
qc q0 qc
Tc T0 Tc
工作性能参数： cop qc q0 qc
12-2 压缩空气制冷循环
一、压缩空气制冷循环
➢ 压缩空气制冷循环分析
qc h1 h4 q1 h2 h3
工程热力学15 制冷循环
15． 制冷循环15.1制冷与逆卡诺循环将物体冷却到低于周围环境的温度，并且维持这一低温，称为制冷。
为实现这一目的，需要将热量从低温物体（如冷藏室）移向高温物体（如环境）。
由热力学第二定律可知，这一过程不能自发实现，必须消耗外部可用能，通常是消耗机械能或高温热源所提供的热能。
因此制冷循环是一种逆向循环。
如果循环的目的是从低温物体取走热量，以维持物体的低温状态，称之为制冷循环。
前已述及，在两个恒温热源间的动力循环中，卡诺循环的热效率最高。
按照图15-1，由两个定温过程和两个定熵过程按照与卡诺循环相反方向（逆时针）运行的循环称为逆卡诺循环。
可以证明在两个恒温热源间，逆卡诺循环的制冷系数最大，为L H L T T T -=max ε （15-1）式中，H T 和L T 分别是高温热源与低温热源的温度。
L H L L Q Q Q W Q -==ε ← LL H H T Q T Q ≤ 从式中可以看出，和卡诺循环一样，逆卡诺循环的制冷系数也只与高温热源与低温热源的温度有关。
15.2 空气压缩式制冷循环 利用空气作为制冷工质构成空气压缩制冷循环——逆布雷顿循环。
和下节将要讲到的蒸汽制冷循环不同的是：在空气制冷循环中，工质不会发生相变，而是依靠显热在定压情况下吸收和放出热量，因此制冷量较小，偏离逆卡诺循环较远，经济性较低。
鉴于空气定温吸热、放热不易实现，改用两个定压过程代替，因而压缩空气制冷循环实为逆向的布雷顿循环。
分析：低温热源（冷库）吸热 412h h q -=高温热源（环境）放热 321h h q -=耗功 ()()413221hh h h q q w ---=-=制冷系数 ()()()()1141324132414132412---=----=----==T T T T T T T T T T h h h h h h w q ε 过程1-2、 3-4 定熵， 4311212T T p p T T =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-κ → κκπ1124132-==--T T T T T T 故 111-=-κκπε （15-2） 可见 ↑→↓επ 减小增压比，可使 制冷系数提高，但这会使 膨胀温降减小，制冷量下降。
工程热力学-第10章制冷循环
27
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
28
热泵工作原理
热泵装置与制冷装置的工作原理相同，只是 工作目的不同，前者为了供热，后者为了制冷。
29
热泵系数
热泵循环的经济性用供热系数（或称为热泵系 数、供暖系数）来表示。
8
制冷系数
❖制冷循环的性能指标——制冷系数εc
c
qo wnet
To (sa sb ) (Tk To )(sa sb )
To Tk To
逆向卡诺循环的制冷系数εc与制冷剂性质 无关，仅取决于高、低温热源温度。
9
第10章 制冷循环
1气制冷循环 10-4 压缩蒸气制冷循环 10-5 热泵
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）
10-6 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
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
28
热泵工作原理
热泵装置与制冷装置的工作原理相同，只是 工作目的不同，前者为了供热，后者为了制冷。
29
热泵系数
热泵循环的经济性用供热系数（或称为热泵系 数、供暖系数）来表示。
8
制冷系数
❖制冷循环的性能指标——制冷系数εc
c
qo wnet
To (sa sb ) (Tk To )(sa sb )
To Tk To
逆向卡诺循环的制冷系数εc与制冷剂性质 无关，仅取决于高、低温热源温度。
9
第10章 制冷循环
1气制冷循环 10-4 压缩蒸气制冷循环 10-5 热泵
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）
10-6 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
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
工程热力学-制冷循环
3 4 4’
循环空气量 m 6.92kg/s
2’ 2
1 s
压气机耗功率 Pc 821kW
膨胀机输出功率 PT 466kW 装置耗功率 P0 355kW
制冷系数 Q2 0.8106 0.626
W0 3600355
思考
1.空气压缩制冷装置循环的制冷系数越大，其制冷
6
2
6
7
5
1
s
4、有回热与无回热两循环的比较 P258
① 理论循环的比较
制冷量 制冷系数 增压比
q2 qh2
h
h
② 实际循环的比较
制 冷 量 q2 qh2 制冷系数 h
增 压 比
T
T2
3 T
2' 2
7
T1
8
1
4 4 4
6
6 5
s
12-3 蒸汽压缩制冷循环
量越大。
2.蒸汽压缩制冷装置中采用节流阀可简化设备，同
时增加了制冷量。
3.将热量从低温物体传到高温物体，只能靠消耗
功才能实现。
4.制冷循环与热泵循环的工作原理是相同，工作的
温度范围却不同。
T1
1
T4 T1
T2
1
T3 T2
T1
1
T4 T1
T 2
3 T0
因 s23 s14
得 T3 T4
T2 T1
TR
1
4
代入上式
T1
T2 T1
1 T2 1 T1
1 1
1
s
上式表明，增压比越小，制冷系数越大。制冷量呢？
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更多利用定温排热）； 4、工质的三相点要高于循环的下限温度； 5、蒸气的比体积小，工质的传热性好。
• 常见制冷剂：
氨（NH3） 氟里昂（氯氟烃，含氢氯氟烃） CFC12(R12)、CFC11(R11) HCFC22(R22) 含氢氟代烃物质（HCFC134a）
12－6 热泵循环
循环过程与制冷循环类似，差别在于热泵工
1. 空气的定压比热小 2. 活塞式压缩机和膨胀机工质流率小
二、回热式空气制冷循环 • 回热式空气制冷循环的原理
• 回热循环优点:
1、同样制冷系数下，增压比下降，这为采 用大流量的叶轮式压气机和膨胀机提供 可能；
2、增压比减小，使压缩过程和膨胀过程的 不可逆损失的影响减小。
12-3压缩蒸气制冷循环
作时，环境作为低温热源（T0）
热泵循环供暖系数
：
' qH qL wnet
wnet
wnet
' 1
• 压缩蒸气制冷循环原理
• 压缩蒸气制冷循环分析
qc h1 h4 h1 h3 (h3 h4 ) q0 h2 h3 wnet wc h2 h1
c
qc wnet
h1 h4 h2 h1
• 实际压缩蒸气制冷循环过程
12-4 制冷剂的性质
• 对制冷剂热力性质的要求： 1、对应装置的工作温度，要有适中的压力； 2、在工作温度下，汽化潜热大； 3、临界温度要高于环境温度（冷凝过程可
Tc为低温热源间的逆向卡诺循环的制冷系 数：
c
qc wnet
qc q0 qc
Tc T0 Tc
工作性能参数：cop qc q0 qc
12-2 压缩空气制冷循环
一、压缩空气制冷循环
压缩空气制冷循环分析
qc h1 h4 q1 h2 h3
wnet wC wE (h2 h1) (h4 h3 ) (h2 h3) (h1 h4 ) q1 q2
第十二章 制冷循环
12－1 概况
本章主要以制冷循环为研究对象，分析循环的特 点，各参数的变化关系及计算热量、功量和效率。
制冷循环类型：
压缩气体制冷 吸附式制冷循环 蒸气喷射制冷循环 半导体制冷
经济性指标最高的逆向循环是同温限 间的卡诺循环。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、
qc
T1 T4
wnet (T2 T3 ) (T1 T4 )
压缩空气制冷循环分析
T1 T4
(T2 T3 ) (T1 T4 )
1
1
(T2 T3 ) 1 T2 1
T1 T4
T1
1
1
p2 p1
(k 1)
k
1
(k பைடு நூலகம்)
k
1
压缩空气制冷循环分析
缺点：制冷量小
Qc qmcp (T1 T4 )
• 常见制冷剂：
氨（NH3） 氟里昂（氯氟烃，含氢氯氟烃） CFC12(R12)、CFC11(R11) HCFC22(R22) 含氢氟代烃物质（HCFC134a）
12－6 热泵循环
循环过程与制冷循环类似，差别在于热泵工
1. 空气的定压比热小 2. 活塞式压缩机和膨胀机工质流率小
二、回热式空气制冷循环 • 回热式空气制冷循环的原理
• 回热循环优点:
1、同样制冷系数下，增压比下降，这为采 用大流量的叶轮式压气机和膨胀机提供 可能；
2、增压比减小，使压缩过程和膨胀过程的 不可逆损失的影响减小。
12-3压缩蒸气制冷循环
作时，环境作为低温热源（T0）
热泵循环供暖系数
：
' qH qL wnet
wnet
wnet
' 1
• 压缩蒸气制冷循环原理
• 压缩蒸气制冷循环分析
qc h1 h4 h1 h3 (h3 h4 ) q0 h2 h3 wnet wc h2 h1
c
qc wnet
h1 h4 h2 h1
• 实际压缩蒸气制冷循环过程
12-4 制冷剂的性质
• 对制冷剂热力性质的要求： 1、对应装置的工作温度，要有适中的压力； 2、在工作温度下，汽化潜热大； 3、临界温度要高于环境温度（冷凝过程可
Tc为低温热源间的逆向卡诺循环的制冷系 数：
c
qc wnet
qc q0 qc
Tc T0 Tc
工作性能参数：cop qc q0 qc
12-2 压缩空气制冷循环
一、压缩空气制冷循环
压缩空气制冷循环分析
qc h1 h4 q1 h2 h3
wnet wC wE (h2 h1) (h4 h3 ) (h2 h3) (h1 h4 ) q1 q2
第十二章 制冷循环
12－1 概况
本章主要以制冷循环为研究对象，分析循环的特 点，各参数的变化关系及计算热量、功量和效率。
制冷循环类型：
压缩气体制冷 吸附式制冷循环 蒸气喷射制冷循环 半导体制冷
经济性指标最高的逆向循环是同温限 间的卡诺循环。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、
qc
T1 T4
wnet (T2 T3 ) (T1 T4 )
压缩空气制冷循环分析
T1 T4
(T2 T3 ) (T1 T4 )
1
1
(T2 T3 ) 1 T2 1
T1 T4
T1
1
1
p2 p1
(k 1)
k
1
(k பைடு நூலகம்)
k
1
压缩空气制冷循环分析
缺点：制冷量小
Qc qmcp (T1 T4 )