气体制冷循环
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气体制冷与液化循环
T s
图
有预冷的林德循环流程图及T-s 图
有预冷的空气液化系统流程图
4.1.3 二次节流循环
二次节流循环也叫林德双压循环（Dual-Pressure Process） 它是在循环中，将高压气体节流到某一中间压力后，分成两部分，一
部分回收其冷量后再回到高压压缩机（这部分气体称为循环气体）， 以提高高压压缩机的进气压力，减少功耗；另一部分气体从中压再次 节流到低压并获得液体。这种具有部分循环气体的液化循环，称为二 次节流循环
第四章 气体制冷与液化循环
有些应用低温的场合，只是利用液化气体来冷却某些装置或器件，即 仅是利用低温液体的气化热来冷却部件和补偿外界的漏热，称之为低 温液体制冷机。在这些情况下，低温液体蒸发后蒸气的显热（从沸点 升温至室温所吸收的热量）并不加以利用，这是不经济的
在有些场合，使用低温液体是不方便的（例如在空间飞行器上的电子 元件的冷却等），人们设计了在一定温度下得到一定冷量，但并不生 产低温液体的制冷机，用它来直接冷却需保持在低温的部件。因此， 对于那些以制取冷量为目的的制冷循环，没有液态产品从制冷机中输 出，称之为低温气体制冷机
（4-5）
同样，当该系统用作液化循环时，对换热器、节流阀和贮液槽进行能 量平衡，得
q m h 2 q m q m h 1 f q m h ff
（4-6）
设液化率 yqm f/qm ，则由式（4-6）可得
y h1 h2 h1 h f
式中：hf —— 被液化气体的比焓 qmf ——从贮液槽中移出的液体流量
在上述讨论中，都假定两个参数不变。但在实际过程中，三个参数之间是相 互制约的，因此在确定循环参数时要综合考虑，才能得到最佳值
与上述等熵膨胀概念对应的是西蒙氦液化器
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。
第五章 蒸汽压缩式制冷循环
链烯烃及其卤代烃：R１（ ）（ ） （ ）。后面数字书写规则同氟利昂。
三、常用制冷剂的特性
1、水（R718)
2ห้องสมุดไป่ตู้氨（R717）
氨属于无机化合物制冷剂，具有良好的 热力学性能，单位质量制冷量大。沸点：33.4℃.R717有较强的溶水性，对钢铁不腐 蚀，但含水时会腐蚀铜及其合金（磷青铜除 外），属于微溶于润滑油的制冷剂。缺点是 毒性大，有强烈的刺激性气味，会燃烧、会 爆炸。
（1）R12 分子式：CCl2F2 沸点：-29.8℃，凝固点-
155℃ （2）R22 分子式：CHClF2 沸点：-40.8℃，凝固点-
160℃ （3）R134a分子式： C2H2F4 沸点：-29.8℃，
凝固点-155℃
四、关于CFCS的替代 1、使用替代制冷剂的原因
O3+Cl→ClO+O2 ClO+O→Cl+O2 2、替代制冷剂时必须考虑的因素 （1）制冷剂在大气中存在的寿命； （2）臭氧损耗潜能ODP； （3）在逆使用的用途中，变暖影响总单量 TEWI；
具有液体过冷的制冷循环
二、吸气过热的影响
1、定义：制冷剂蒸气的温度高于同一压力下 的饱和蒸气温度称为过热。两者之间的温 差称为过热度。
2、p-h图
3、“无效”过热：制冷剂蒸气过热吸收的热 量全部来自蒸发器外。在实际制冷装置中， 为了减少有害过热，一般在吸气管道上包 扎一层隔热材料。
4、“有效”过热：制冷剂蒸气过热吸收的热 量全部来自蒸发器内被冷却介质。
主要用于大型制冷装置中。
3、氟利昂
氟利昂制冷剂是应用最广泛的制冷剂。 它无色、无味、不燃烧、毒性小。含氯原子 的氟利昂与明火接触产生剧毒的光气 （COCl2）渗透性强，单位容积制冷量小。
三、常用制冷剂的特性
1、水（R718)
2ห้องสมุดไป่ตู้氨（R717）
氨属于无机化合物制冷剂，具有良好的 热力学性能，单位质量制冷量大。沸点：33.4℃.R717有较强的溶水性，对钢铁不腐 蚀，但含水时会腐蚀铜及其合金（磷青铜除 外），属于微溶于润滑油的制冷剂。缺点是 毒性大，有强烈的刺激性气味，会燃烧、会 爆炸。
（1）R12 分子式：CCl2F2 沸点：-29.8℃，凝固点-
155℃ （2）R22 分子式：CHClF2 沸点：-40.8℃，凝固点-
160℃ （3）R134a分子式： C2H2F4 沸点：-29.8℃，
凝固点-155℃
四、关于CFCS的替代 1、使用替代制冷剂的原因
O3+Cl→ClO+O2 ClO+O→Cl+O2 2、替代制冷剂时必须考虑的因素 （1）制冷剂在大气中存在的寿命； （2）臭氧损耗潜能ODP； （3）在逆使用的用途中，变暖影响总单量 TEWI；
具有液体过冷的制冷循环
二、吸气过热的影响
1、定义：制冷剂蒸气的温度高于同一压力下 的饱和蒸气温度称为过热。两者之间的温 差称为过热度。
2、p-h图
3、“无效”过热：制冷剂蒸气过热吸收的热 量全部来自蒸发器外。在实际制冷装置中， 为了减少有害过热，一般在吸气管道上包 扎一层隔热材料。
4、“有效”过热：制冷剂蒸气过热吸收的热 量全部来自蒸发器内被冷却介质。
主要用于大型制冷装置中。
3、氟利昂
氟利昂制冷剂是应用最广泛的制冷剂。 它无色、无味、不燃烧、毒性小。含氯原子 的氟利昂与明火接触产生剧毒的光气 （COCl2）渗透性强，单位容积制冷量小。
第9章制冷循环
§ 9-3 制冷剂 Refrigerants
制冷剂的选择原则：
（1）具有较高的临界温度，从而使大部分的放热 过程在两相区内定温的进行 （2）操作压力要合适。即冷凝压力（高压）不要 过高，蒸发压力（低压）不要过低。 （3）潜热要大。 （4）化学稳定性、不易燃、不分解、无腐蚀性。 （5）价格低。 （6）冷冻剂对环境应该无公害。
蒸气压缩制冷循环装置
q1
3
4
冷凝器
2
T
2
w
膨胀机
压缩机
wc
4
3
6
6
q2 蒸发器（冷库）
1
1
s
工程中常用节流阀代替膨胀机
4
节 流 阀 q1
3 2
w
T
2 4
压缩机
冷凝器
3
6
1 5
5
q2
蒸发器（冷库）
1
s 4-5：绝热节流 5-1：定压吸热蒸发
1-2：定熵压缩 2-3-4：定压放热冷凝
用节流阀代替膨胀机优缺点
吸附式制冷 半导体制冷 热声制冷
基本知识点
• 1. 熟练空气和蒸汽压缩制冷循环的组
成、图示、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。
§9－1 空气压缩制冷循环
理想化处理： ①理气； ②定比热; ③ 可逆； 逆勃雷登循环 p
3 2
T
2 3
T0 = T3 T1 = Tc
换热器 冷却水
吸 收 器
泵
蒸发器 QL
吸收式制冷循环流程动画演示
吸收式制冷循环特点
优点：
直接利用低品位的热能 环境性能好
缺点：
设备体积大，启动时间长
第四章 气体制冷与液化循环
部的辅助冷却剂进行预冷，以提高循环的经济性
对于空气节流液化循环，一般采用二氧化碳、氨、氮利昂（或替代工 质）制冷机组进行预冷，可使高压空气的温度降低至–40~–50℃，再
进入换热器。采用的辅助预冷剂的临界温度，应高于环境温度，以使
制冷剂与室温下的空气或冷却水换热后能冷凝 由于氖、氢和氦的转化温度分别为250K、205K和45K，因此液氮是H2 和Ne液化系统的最佳预冷剂，液氢可用作氦液化系统的预冷剂
当me和T3一定时，提高高压气体压力p2 ，等温节流效应和膨胀机的单位
制冷量均增大，液化率或制冷量增大。但过分提高，会造成冷量过剩， 冷损增大，进而使能耗增大 当p2和me一定时，提高膨胀前气体温度T3 ，膨胀机焓降即单位制冷量增 大，膨胀后气体的温度也同时提高。节流部分的高压气体出第二换热器 的温度与有关，若太高，膨胀机产生的较多冷量不能全部传给高压气体， 导致冷损增大，甚至会破坏第二换热器的正常工作
4.3 等焓膨胀和等熵膨胀的组合循环
采用节流阀膨胀在热力学上是一个不可逆过程
采用膨胀机的等熵膨胀，可获得比等焓膨胀低得多的温度 现在工业上应用的大多数制冷和液化装置都采用等焓膨胀和等熵膨胀
的组合循环，以期在贮液器中获得更多的低温液体。这通常是为了避
免因膨胀机中生成液体而带来麻烦 克劳持循环就是典型的具有等焓膨胀和等熵膨胀的组合循环
在克劳特循环中，高压气体压力 p2，进入膨胀机的气量 me，以及进膨胀机的 高压气体温度 T3 等参数，不仅影响循环的性能指标制冷量、液化率和需用功 等，还会影响系统中换热器的工况。现讨论如下： 当p2和T3不变时，增大膨胀量me ，膨胀机的产冷量随之增大，循环的制 冷量及液化率相应增加。但过分增大时，由于进入节流阀的气量太少， 会导致制冷量过剩，使第二换热器偏离正常工况，或造成不必要的冷量 损失
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。
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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。
制冷循环
目录一、制冷循环的工作原理 (1)二、压缩式制冷 (3)三．吸收式制冷 (5)四、其他制冷方式 (6)1、蒸汽喷射制冷 (6)2、空气压缩制冷 (7)3、声能(热声效应)制冷技术 (8)4、热管式制冷技术 (10)5、磁制冷技术 (10)6、吸附式制冷 (11)7、热电制冷 (12)浅谈制冷循环生活中，存在着各种制冷循环，电冰箱、空调、汽车等，它与我们的生活密切相关。
通过对制冷循环的研究与改进，可以有效地实现节能降耗。
一、制冷循环的工作原理与动力装置相反，制冷循环装置是通过外界对系统提供能量，使制冷工质将热量从低温物体（如冷库等）移向高温物体（如大气环境）的循环过程，从而将物体冷却到低于环境温度，并维持此低温。
制冷循环由压缩过程、冷凝过程、膨胀过程、蒸发过程组成。
就是利用有限的制冷剂在封闭的制冷系统中，反复地将制冷剂压缩、冷凝、膨胀、蒸发，不断的在蒸发器处吸热汽化，进行制冷降温。
逆卡诺循环是理想制冷循环，它的工作过程如下：绝热压缩过程1'—2'，制冷剂的温度由T0'升至Tk'，外界输入功w ；等温冷凝过程2'—3'，制冷剂在等温Tk'向高温热源放出热量qk'；绝热膨胀过程3'—4'，制冷剂的温度由Tk‘降至T0’，膨胀机输出功we ；等温蒸发过程4'—1'，制冷剂在等温T0'吸收低温热源中的热量q0'制冷循环的重要参数是制冷系数， 制冷系数是指单位功耗所能获得的能量，也称制冷性能系数，用符号COP 表示，它是制冷系统（制冷机）的一项重要技术经济指标。
制冷性能系数大，表示制冷系统（制冷机）能源利用效率高。
逆卡诺循环的制冷系数： )0/(0))(0/()(0/q0'''''''c T Tk T S S T Tk S S T W b a b a c -=---==ε在一定的环境温度下，冷库温度越低，制冷系数就越小。
《制冷循环原理》课件
吸收式制冷循环
优点
对环境友好、能源消耗低、维护 方便。
缺点
效率较低、制冷量较小、调节困 难。
吸附式制冷循环
总结词
利用固体吸附剂吸附气体，产生低温，从而达到制冷效果。
详细描述
吸附式制冷循环是利用固体吸附剂吸附气体，产生低温，从而达到制冷效果的一种循环 方式。其原理是利用吸附剂在吸附过程中放出热量，然后通过冷凝器将热量传递给周围
实现制冷系统的快速响应和高效运行。
制冷技术在新能源领域的应用
新能源领域
随着新能源技术的不断发展，制冷技术在新能源领域 的应用也越来越广泛，如太阳能、风能等可再生能源 的利用，需要制冷技术作为支撑和保障。
技术融合
制冷技术与新能源技术的融合，可以实现能源的高效 利用和节能减排，推动能源结构的优化和可持续发展 。
掌握制冷循环原理是深入理解制冷技术、提高制冷设备性能和能效、解决实际 问题的关键。
01
制冷循环的基本原 理
制冷循环的组成
01
02
03
04
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。
膨胀阀
用于将高压液态制冷剂节流成 低温低压的湿蒸汽。
蒸发器
用于将低温低压的湿蒸汽吸热 ，使其蒸发成气体，从而降低
技术挑战
新型制冷技术的研发面临技术挑战，如材料 性能、系统稳定性、制造成本等问题，需要 科研人员不断探索和改进。
制冷技术的智能化与自动化
智能化
制冷技术的智能化是未来的发展趋势，通过 引入人工智能、物联网等技术，实现制冷系 统的自适应调节、远程监控和故障诊断等功 能，提高系统的稳定性和能效。
自动化
制冷循环原理
制冷循环原理3.1 蒸气压缩式制冷原理如果制冷工质状态变化跨越液、气两态，则制冷循环称为蒸气压缩制冷循环。
蒸气压缩制冷装置是目前使用最广泛一种制冷装置，绝大多数家用冰箱、空调机、冷柜等都是采用蒸气压缩式制冷。
3.1.1 单级蒸气压缩制冷循环分析家用冰箱、空调机、冷柜等制冷装置功能、结构形式、整体布局虽然不同，其主要部件都包括压缩机、冷凝器、膨胀阀（或称节流阀）和蒸发器四部分。
通过简化如图3-1所示。
图3-1是蒸气压缩制冷装置制冷循环示意图。
其工作循环如下：经过膨胀阀（毛细管）绝热节流，降压降温至状态4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；从蒸发器出来状态1干饱和蒸气被吸入压缩机进行压缩，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；从冷凝器出来液体经过膨胀阀（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。
蒸气压缩式制冷循环可概括为四个过程。
①蒸发过程4-1 低温低压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，变成低温低压制冷剂蒸气。
②压缩过程1-2 为了维持一定蒸发温度，制冷剂蒸气必须不断地从蒸发器引出，从蒸发器出来制冷剂蒸气被压缩机吸入并被压缩成高压气体，且由于在压缩过程中，压缩机要消耗一定机械功，机械能又在此过程中转换为热能，所以制冷剂蒸气温度有所升高，制冷剂蒸气呈过热状态。
③冷凝过程2-3从制冷压缩机排出高温高压过热制冷剂蒸气，进入冷凝器后受到冷却物（如冷却水、空气等）冷却而变为液体。
④节流过程3-4从冷凝器出来制冷剂液体经过降压设备（如节流阀、膨胀阀等）减压到蒸发压力。
节流后制冷剂温度也下降到蒸发温度，并产生部分闪蒸气体。
节流后气液混合物进入蒸发器进行蒸发过程。
上述四个过程依次不断进行循环，从而达到连续制冷目。
3.1.2单级压缩式制冷循环在压-焓图上表示单级压缩式制冷循环主要由压缩机、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，便构成了一个最简单制冷系统（如图3-1所示）。
Chapter4：气体的制冷与液化循环
ha h1
− −
hd hf
⎟⎟⎠⎞
单位质量主气流需用压缩功
−W qm
= [T1 (s1
− s2 )− (h1 − h2 )]+
qmr qm
[Ta (sa
− sb ) − (ha
− hb )]
11
Chapter 4.1节流循环
二次节流循环（林德双压循环）
液化率比简单林德循环稍 小，但单位液体功耗低
这种低压循环所以能实 现，是因为采用了绝热效率 高的透平膨胀机，通常可达 0.8~0.82，以及采用了高效 的蓄冷器(或可逆式换热器) 进行换热，并同时清除空气 中的水分和二氧化碳。
18
Chapter 4.3 等焓膨胀和等熵膨胀的组合循环
双压克劳特循环
通过节流阀的气流从低压压缩 到高压；进入膨胀机的气流压缩 至中压，减少了单位液化气体的 需用功。 对于氮液化系统，当进入膨胀 机的气体为总气量的75％时，氮 气 从 0.101MPa 压 缩 到 3.5MPa 时 可获得最佳性能。 当采用克劳特循环时，其液化 率较之林德双压循环可成倍增 加，单位质量的功耗可减半。
23
课堂小测验（4）
• 有一台空-空热泵空调以热力膨胀阀作为节流元 件， 并一直在气温0℃下运行，试分析当气温从 0℃上升到5℃时，以下参数如何变化？（室温保 持20℃不变） 1）房间得热量； 2）冷凝温度； 3）通过膨胀阀的制冷剂流量； 4）压缩机电功率； 5）系统运行COP。
24
T-s图
一次节流循环(简单林德循环) 液化循环时，对换热器、节流阀和 贮液槽进行能量平衡
( ) qmh2 = qm − qmf h1 + qmf hf
液化率
y = qmf = h1 − h2 qm h1 − h f
第七章 压缩、膨胀、动力循环与制冷循环
7.1 气体的压缩与膨胀
2015-5-5
7.1 气体的压缩与膨胀
例 7-1现有1kmol的空气，其压力为0.1013MPa，温 度为27℃，如果压缩至0.5 MPa，求下列情况下压缩 空气终态的温度、压缩机消耗的轴功与压缩使气体放 出的热量（近似按可逆压缩过程计算）。
(1)等温压缩;
(2)绝热压缩; (3)多变压缩n=1.25;
2015-5-5
7.1 气体的压缩与膨胀
1.气体压缩－就压缩型式而言 压缩过程—将体积从 V2 压缩到V1，有如下三种途径：
(1) 一次等外压压缩
在外压为P1下，一次从V2压缩
到V1 ，环境对体系所作的功为：
W压缩 p （ ） 1 V 1 V2
2015-5-5
(2) 多次等外压压缩
化工生产中常用的压气机：
压缩机，鼓风机等。
虽然机构和工作原理不尽相同，但从热力学观点来看，气体 状态变化过程并无本质区别，都是消耗电能或机械能使气体 压缩生压的过程。 从热力学的角度又可分为:
2015-5-5
等温、绝热、多变三种过程。
7.1 气体的压缩与膨胀
在正常工况下都可视为稳流过程。因此压缩过程的 理论轴功可用稳流体系的热力学第一定律来描述（一般 忽略动能和势能）：
k 1 k p2 k Ws ( r ) RT1 1 (7 5) k 1 p1
或
k 1 k k p2 (7 6) Ws ( r ) pV 1 1 1 p1 k 1
p2 p1 p3 或 p2 p3 p1 p2
如采用m级压缩，各级压力分别为p1，p2， p3， ……，pm，pm+1，每级中间冷却器都将气体冷却到 初始温度，则使压缩机消耗的总功最小的各中间压力 满足： 2015-5-5
制冷技术 单级蒸气压缩式制冷循环
仅供教材参考，请勿他用
理论制冷循环与理想循环(逆卡诺循环）相比有两个特点
1.用膨胀阀(节流机构）代替膨胀机
2.干压缩代替湿压缩 汽液分离 蒸气过热
利：防止液滴进入压缩机气缸，产生液击、冲缸事故，损坏压缩机。 油裂解结碳
弊：造成压缩机排气温度升高，导致 轴承烧坏
1.蒸汽压缩式制冷循环的实现－四大部件的作用
逆卡诺循环实现的困难
1）压缩过程在湿蒸气区中进行的，危害性很大。（ 什么是湿压缩，湿压缩的危害？？）
2）膨胀机等熵膨胀不经济，不现实。因此，在实际 蒸气压缩式制冷循环中采用膨胀阀（也称节流阀 ）代替膨胀机。
3）无温差的传热实际上是不可能的。因为冷凝器和 蒸发器不可能有无限大的传热面积。所以实际循 环只能使蒸发温度低于被冷却物体的温度，冷凝 温度高于冷却剂的温度。
1.85
2)已知R22的压力为0.1MPa，温度为10℃。求该状 态下R22的比焓、比熵和比体积。
2.1单级蒸汽压缩式制冷的理论循环 1.蒸汽压缩式制冷循环的实现－四大部件的作用； 2.压焓（lgp-h)图和温熵(T-S)图； 3.在特性图上表示制冷循环； 4.理论制冷循环计算。
计算题
有一逆卡诺循环，其被冷却物体(冷源）的温度恒 定为5℃，热源温度为40℃,求其制冷系数。
有一理想制冷循环，被冷却物体(冷源）的温度恒 定为5℃，环境介质(热源）的温度为25℃，两个传 热过程的传热温差均为5℃，试问： a) 逆卡诺循环的制冷系数为多少？ b) 当考虑传热温差时，制冷系数又是多少?
计算题
两台制冷机的冷热源温度同为T0=260K，Tk=300K ，其制冷系数为E1=5.0，E2=4.0，试问哪台制冷机 的经济性好？若两台制冷机的冷热源温度不同：分 别为T01=260K，Tk1=300K， T02=240K， Tk2=300K，试问哪台制冷机的经济性好？
理论制冷循环与理想循环(逆卡诺循环）相比有两个特点
1.用膨胀阀(节流机构）代替膨胀机
2.干压缩代替湿压缩 汽液分离 蒸气过热
利：防止液滴进入压缩机气缸，产生液击、冲缸事故，损坏压缩机。 油裂解结碳
弊：造成压缩机排气温度升高，导致 轴承烧坏
1.蒸汽压缩式制冷循环的实现－四大部件的作用
逆卡诺循环实现的困难
1）压缩过程在湿蒸气区中进行的，危害性很大。（ 什么是湿压缩，湿压缩的危害？？）
2）膨胀机等熵膨胀不经济，不现实。因此，在实际 蒸气压缩式制冷循环中采用膨胀阀（也称节流阀 ）代替膨胀机。
3）无温差的传热实际上是不可能的。因为冷凝器和 蒸发器不可能有无限大的传热面积。所以实际循 环只能使蒸发温度低于被冷却物体的温度，冷凝 温度高于冷却剂的温度。
1.85
2)已知R22的压力为0.1MPa，温度为10℃。求该状 态下R22的比焓、比熵和比体积。
2.1单级蒸汽压缩式制冷的理论循环 1.蒸汽压缩式制冷循环的实现－四大部件的作用； 2.压焓（lgp-h)图和温熵(T-S)图； 3.在特性图上表示制冷循环； 4.理论制冷循环计算。
计算题
有一逆卡诺循环，其被冷却物体(冷源）的温度恒 定为5℃，热源温度为40℃,求其制冷系数。
有一理想制冷循环，被冷却物体(冷源）的温度恒 定为5℃，环境介质(热源）的温度为25℃，两个传 热过程的传热温差均为5℃，试问： a) 逆卡诺循环的制冷系数为多少？ b) 当考虑传热温差时，制冷系数又是多少?
计算题
两台制冷机的冷热源温度同为T0=260K，Tk=300K ，其制冷系数为E1=5.0，E2=4.0，试问哪台制冷机 的经济性好？若两台制冷机的冷热源温度不同：分 别为T01=260K，Tk1=300K， T02=240K， Tk2=300K，试问哪台制冷机的经济性好？
《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。
湖南大学 工程热力学 第十二章 制冷循环
第十二章 制 冷 循 环
Refrigeration cycle
12-1 压缩空气制冷循环
一、空气压缩式致冷工作原理
冷却器 a 膨胀机 换热器 c d 冷室 b 压缩机
二、制冷循环
1-2 压缩机内定熵压缩
p
3
2
2-3 冷却器中定压放热
3-4 膨胀机中定熵膨胀
4 P-v 图
T
冷却器 3 膨胀机 2 压缩机
冷却水 蒸发器
减 压 阀
Q1 溶液泵 吸收器
相 当 于 压 缩 机
Q2 空调用冷冻水 冷却水
吸收式制冷两个循环
制冷剂循环: 高压制冷 剂(氨) 冷凝放热 冷凝器 膨胀阀
节流
蒸发器 溶液循环:
吸热气化
低压制冷剂
加压
低压制冷剂 吸收器 溶液泵 发生器
吸收式制冷机所用溶液:
氨水溶液 +1~-45 ℃ 工艺生产中
五、 制冷剂的热力学性质
逆卡诺循环的制冷系数仅是冷源、热源的温度的函数， 与制冷剂的性质无关。但是，在实际的制冷装置中，压缩 机的所需功率，蒸发器，冷凝器的尺寸及材料等都与制冷 剂的性质有关
制冷剂应满足的要求：
1. 在大气压力下，制冷剂的饱和温度（沸点）要低，一般 低于 10o C
2. 蒸发温度所对应的饱和压力不应过低，以稍高于大 气压力最为适宜。以免空气漏入系统；冷凝温度所对 应的饱和压力不宜过高，以降低对设备耐压和密封的 要求 3. 在工作温度（冷凝温度与蒸发温度）的范围内，汽 化潜热值要大，这样可使单位质量制冷剂具有较大的 制冷能力。 4. 液化比热要小。
下，保持其压力大于该温下的饱和压力，转变为液体的.即液
例题 一热泵功率为10kw,从温度为 -13 C的周
Refrigeration cycle
12-1 压缩空气制冷循环
一、空气压缩式致冷工作原理
冷却器 a 膨胀机 换热器 c d 冷室 b 压缩机
二、制冷循环
1-2 压缩机内定熵压缩
p
3
2
2-3 冷却器中定压放热
3-4 膨胀机中定熵膨胀
4 P-v 图
T
冷却器 3 膨胀机 2 压缩机
冷却水 蒸发器
减 压 阀
Q1 溶液泵 吸收器
相 当 于 压 缩 机
Q2 空调用冷冻水 冷却水
吸收式制冷两个循环
制冷剂循环: 高压制冷 剂(氨) 冷凝放热 冷凝器 膨胀阀
节流
蒸发器 溶液循环:
吸热气化
低压制冷剂
加压
低压制冷剂 吸收器 溶液泵 发生器
吸收式制冷机所用溶液:
氨水溶液 +1~-45 ℃ 工艺生产中
五、 制冷剂的热力学性质
逆卡诺循环的制冷系数仅是冷源、热源的温度的函数， 与制冷剂的性质无关。但是，在实际的制冷装置中，压缩 机的所需功率，蒸发器，冷凝器的尺寸及材料等都与制冷 剂的性质有关
制冷剂应满足的要求：
1. 在大气压力下，制冷剂的饱和温度（沸点）要低，一般 低于 10o C
2. 蒸发温度所对应的饱和压力不应过低，以稍高于大 气压力最为适宜。以免空气漏入系统；冷凝温度所对 应的饱和压力不宜过高，以降低对设备耐压和密封的 要求 3. 在工作温度（冷凝温度与蒸发温度）的范围内，汽 化潜热值要大，这样可使单位质量制冷剂具有较大的 制冷能力。 4. 液化比热要小。
下，保持其压力大于该温下的饱和压力，转变为液体的.即液
例题 一热泵功率为10kw,从温度为 -13 C的周
制冷装置的原理
制冷装置的原理制冷是指通过某种物理或化学方式，将热量从一个物体或空间转移到另一个物体或空间，以达到降低温度的目的。
制冷装置是实现制冷过程的工具，它们以各种原理和技术运作，为我们提供了在炎热夏天或其他需要降温的环境中舒适度和便利性。
一、制冷循环基本原理制冷装置的运行基于热力学循环原理，主要包括蒸发、压缩、冷凝和膨胀四个过程。
1. 蒸发过程：制冷装置中的工质在蒸发器中加热，从而吸收外部环境中的热量。
这个过程中，工质由液态转变为气态，并带走热量，实现了降温效果。
2. 压缩过程：经过蒸发，工质变为气体状态后，进入压缩机。
压缩机对气体进行压缩，将气体的体积缩小，同时压缩机的工作也对气体施加外部功，使其温度升高。
3. 冷凝过程：高温高压的气体通入冷凝器，此时与周围环境进行热交换。
在这个过程中，气体失去热量，冷凝成液体状态，温度降低。
4. 膨胀过程：冷凝后的液体通过膨胀阀进入蒸发器，气体压力降低，从而使得工质的温度进一步降低，重新开始蒸发过程。
整个制冷循环是一个持续循环进行的过程，通过不断重复上述四个过程，实现物体或空间的降温。
二、不同类型的制冷装置原理在工程实践中，制冷装置可以根据使用场景和需求采用不同的原理和技术。
以下是几种常见的制冷装置原理：1. 压缩式制冷压缩式制冷是目前最常见和广泛应用的一种制冷方式。
它使用压缩机将冷媒压缩，实现冷热媒之间的温度差来实现制冷效果。
2. 吸收式制冷吸收式制冷利用工质对溶液的吸收性能，在化学反应中吸热来实现制冷。
其中，溶液的吸收性能和化学反应的放热量扮演着重要角色。
3. 热泵技术热泵技术是一种综合应用制冷和供热的技术。
通过逆转制冷循环，将室外低温热量转移到室内空间，实现加热效果。
这种技术既能提供制冷，又能提供加热，具有能效高的特点。
4. 负温度系数材料负温度系数材料，如热电偶和热电堆，根据热电效应来实现制冷效果。
通过施加电场或温度差，材料的热电效应会导致温度降低。
5. 透平制冷透平制冷是利用透平机械原理实现制冷的一种方式。
第四章 气体制冷与液化循环
循环过程4
过程4—5：对液氢抽空，使压力降低到其三相点以下，内容器及 其15MPa的氦气被进一步冷却到10~12K。
循环过程5
过程5—6：最后，开启氦气排放阀，将氦的压力从15MPa降低至 0.101MPa。由于保留在容器中的氦对排放出的氦气做功，该过程
基本上是等熵膨胀过程，能使容器中80%~100%的氦气液化。
压缩热，在图上简单地用等温线1—2表示
压缩气体在换热器内被节流后的返流气体冷却到点3，这是一个等压 冷却过程，在图上用等压线2—3表示 高压气体经节流阀节流膨胀至点4，此时有部分气体被液化。在图上 节流过程用等焓线3—4表示 节流后末被液化的气体及作为制冷机时由于吸收热负荷后气化的气体， 从贮液器（g点）引出，流经换热器被进入系统的压缩气体加热到常 温（点1），返回到压缩机入口。其复热过程在图上用g-1等压线表示
在上述讨论中，都假定两个参数不变。但在实际过程中，三个参数之间是相
互制约的，因此在确定循环参数时要综合考虑，才能得到最佳值
在克劳特循环中，高压气体压力 p2，进入膨胀机的气量 me，以及进膨胀机的 高压气体温度 T3 等参数，不仅影响循环的性能指标制冷量、液化率和需用功 等，还会影响系统中换热器的工况。现讨论如下： 当p2和T3不变时，增大膨胀量me ，膨胀机的产冷量随之增大，循环的制 冷量及液化率相应增加。但过分增大时，由于进入节流阀的气量太少， 会导致制冷量过剩，使第二换热器偏离正常工况，或造成不必要的冷量 损失
（Combination of Isenthalpic and Isentropic Expansion ）
克劳特循环
1902年，法国的克劳特首先实现了带有活塞式膨胀机的空气液化循环 在克劳特系统中，气体首先被压缩到大约 4MPa 的压力，然后进入第 一换热器 A。从第一换热器出来的主流气中，大约有60%~80%的气体 分流到膨胀机，膨胀后的气体在第二换热器 B 后面与返流气汇合。待 液化气体则连续通过 B、C 换热器，最后通过节流阀进入贮液器。贮
蒸汽压缩式制冷循环
另外：
qmg h6 qmg qmd h3 qmd h2
h6 qmg h3 qmd (h2 h3 ) qmg
可得：
h2 h4 h3 (h2 h3 ) h3 h4
高压压缩机消耗的理论功率：
Qo h3 h4 Ptg qmg wg (h7 h6 ) h1 h4 h3 h9
中间不完全冷却的两级循环的理论制冷系数为
h1 h4 h3 h4 (h2 h1 ) (h7 h6 ) h3 h9
三、具有中温冷却器的中间完全冷却、两级节流 的两级压缩循环 进行高压级压缩机制冷剂流量计算时，应该加 上流经中温蒸发器的制冷剂流量qmm。
qmm
Qm h3 h4
最后可得：
h1 h4 h2 h4 h2 h1 (h7 h3 ) h3 h9
二、两级节流、中间完全冷却的两级压缩循环
单位制冷量：
p 9 8
q0 h1 h4
低压级理论功：
pk
7
wd h2 h1
qmd Q0 Qo q0 h1 h4
4 10
pm
p0
通常被限制在 2～4
单级蒸气压缩制冷的典型循环
1．朗肯循环
空调、制冷、食品冷藏温度范 围大量使用的循环
基本朗肯循环 有回热的朗肯循环
T
朗肯循环图例
2
3
4
1 s
图4-1
基本朗肯循环
循环T—s图：1—2 压缩过程 2—3 冷却冷凝过程
3—4 节流过程 4—1 蒸发吸热过程
T
3 3’
2
4
1’ 1
图4-2 有回热的朗肯循环 T—S图： 1’—2 压缩过程 2—3 冷凝过程 3—3’ 液体过冷过程 3’—4 节流过程 4 —1 蒸发过程 1—1’ 吸气过热过程
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逆卡诺循环 2个等熵（压缩和膨胀）和2个等温（吸热和放热）过程组成。
热力学 效率
i
Qc Q0 Qc
Tc Ta Tc
p2 p1
1
1
1
气体制冷循环
逆卡诺循环 卡诺循环典型的热力学效率所需的压比（Ta=300K）
TC εi p2/p1
100K 0.50 15.59
pV n const
n=k, Carnot循环（等熵） n=±∞, Stirling循环（等容） n=0，Ericsson循环（等压）
多变过程通过 回热器实现
气体制冷循环
Reitlinger循环 Stirling制冷机：气体等温膨胀制冷 1－2：等温压缩
2－3：等容放热
3－4：等温膨胀
4－1：等容吸热
定压回热气体制冷机系统
优点
T
pc 7
Tc
8
2 ph 3
1
T0
4
p0 6
定压回热 理论循环T-s图
5
s
① 回热式空气制冷循环使压比↓； ② 可用叶轮式压缩机使生产量↑； ③ 可使压缩和膨胀过程的不可
逆损失↓
气体制冷循环
思考题
气体制冷循环有哪些基本形式？
气体制冷机 循环
布雷顿循环中的气体工质不发生集聚态改变
膨胀机 4
放热 3
冷却器
冷箱
2 压缩机 1
T
pc
2
Tc
3
T0
1
p0 4
吸热
无回热气体制冷机系统
s
无回热气体制冷机理论循环T-s图
气体制冷循环
定压回热布雷顿气体制冷循环
冷却器 放热 3
透 平 膨 胀 机5
4 回热器
2
透 平 压 缩 机 1
6
吸热 冷箱
西安交通大学
制冷与低温 技术原理
气体制冷循环
气体制冷循环
气体液化循环（下一章介绍）
• 实际气体循环
气体制冷循环（闭式循环）：
理想气体制冷循环 --以Carnot为基础
Reitlinger循环（两个等温+两个多变：0<n<）
Lorenz循环（两个绝热+两个多变：0<n<）
气体制冷循环
气体制冷循环
整体式斯特林制冷机
分置式斯特林制冷机
气体制冷循环
Lorenz循环 （由2个绝热压缩、膨胀过程和2个多变过程组成）
n=±∞，改进型Stirling循环 （等熵与等容）
n=0，布雷顿循环
（等熵与等压）
n=k，Carnot循环
（等熵与等温）
Lorenz循环的T-S图
气体制冷循环
Lorenz循环 布雷顿制冷循环（2等熵+2等压）
80K 0.364 27.2
20K 0.071 871
4.2K 0.014 43120
（氦的等熵指数 k=1.67）
低温制冷机，按照卡诺循环工作不切实际， 压比太大。
气体制冷循环
Reitlinger循环 由2个等温压缩，膨胀过程和2个多变过程组成所组成的热力循环， 能达到与卡诺循环相同的热力学效率。
热力学 效率
i
Qc Q0 Qc
Tc Ta Tc
p2 p1
1
1
1
气体制冷循环
逆卡诺循环 卡诺循环典型的热力学效率所需的压比（Ta=300K）
TC εi p2/p1
100K 0.50 15.59
pV n const
n=k, Carnot循环（等熵） n=±∞, Stirling循环（等容） n=0，Ericsson循环（等压）
多变过程通过 回热器实现
气体制冷循环
Reitlinger循环 Stirling制冷机：气体等温膨胀制冷 1－2：等温压缩
2－3：等容放热
3－4：等温膨胀
4－1：等容吸热
定压回热气体制冷机系统
优点
T
pc 7
Tc
8
2 ph 3
1
T0
4
p0 6
定压回热 理论循环T-s图
5
s
① 回热式空气制冷循环使压比↓； ② 可用叶轮式压缩机使生产量↑； ③ 可使压缩和膨胀过程的不可
逆损失↓
气体制冷循环
思考题
气体制冷循环有哪些基本形式？
气体制冷机 循环
布雷顿循环中的气体工质不发生集聚态改变
膨胀机 4
放热 3
冷却器
冷箱
2 压缩机 1
T
pc
2
Tc
3
T0
1
p0 4
吸热
无回热气体制冷机系统
s
无回热气体制冷机理论循环T-s图
气体制冷循环
定压回热布雷顿气体制冷循环
冷却器 放热 3
透 平 膨 胀 机5
4 回热器
2
透 平 压 缩 机 1
6
吸热 冷箱
西安交通大学
制冷与低温 技术原理
气体制冷循环
气体制冷循环
气体液化循环（下一章介绍）
• 实际气体循环
气体制冷循环（闭式循环）：
理想气体制冷循环 --以Carnot为基础
Reitlinger循环（两个等温+两个多变：0<n<）
Lorenz循环（两个绝热+两个多变：0<n<）
气体制冷循环
气体制冷循环
整体式斯特林制冷机
分置式斯特林制冷机
气体制冷循环
Lorenz循环 （由2个绝热压缩、膨胀过程和2个多变过程组成）
n=±∞，改进型Stirling循环 （等熵与等容）
n=0，布雷顿循环
（等熵与等压）
n=k，Carnot循环
（等熵与等温）
Lorenz循环的T-S图
气体制冷循环
Lorenz循环 布雷顿制冷循环（2等熵+2等压）
80K 0.364 27.2
20K 0.071 871
4.2K 0.014 43120
（氦的等熵指数 k=1.67）
低温制冷机，按照卡诺循环工作不切实际， 压比太大。
气体制冷循环
Reitlinger循环 由2个等温压缩，膨胀过程和2个多变过程组成所组成的热力循环， 能达到与卡诺循环相同的热力学效率。