工程热力学 第十一章 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。
工程热力学制冷循环课件
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。
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。
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
11第十一讲制冷循环
四. 3．蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算
目的：
单位质量或容积制冷能力的制冷能力， 制冷剂流量 制冷功率 排热功率 压缩机功率 COP
lg p
pk
p0 3 4 q0 qk 2' 1 wc 2 h
ô ¢ Â È Õ · Î ¶ T0 ý ä Â È ¸ À Î ¶ ä ý Â È À Ä Î ¶ Tk ø Â È Å Æ Î ¶ T2
T0
1 1" 1' b
进气阀节流
管道摩擦、吸热
S
五．蒸汽压缩式制冷的实际循环
3．实际过程的COP
风冷式机组：2.5~3.3 (理论一般5以上)
单级水冷式机组：3.8~5.5 (理论一般6以上)
窗 式 空 调 器 原 理
六．其它制冷循环
劳伦斯（Lorenz) 循环 Tk
由两个等熵过程
T
T
3 w=wc-we
两级压缩制冷循环
两级压缩一级节流中间完全冷却
两级压缩两级节流中间完全冷却 两级压缩一级节流中间不完全冷却 两级压缩两级节流中间不完全冷却
七．多级压缩制冷循环和复叠式循环
4 ä ý ÷ À Ä Æ 3 ß ¸ · Ñ ¸ õ ú Ñ Ë º 2' 2 ò Í § Å Õ · 5 ô ¢ ÷ Õ ·Æ 1 Í ¸ µ Ñ ¸ õ ú Ñ Ë º
第十一讲
制冷技术概述和 基本原理
一．概述
制冷机房
一．概述
1．制冷技术按制制冷温度分类
普通制冷：–120℃以上，用于空气调节和食品储藏。本
课程仅涉及普通制冷
深度制冷：
20K~-120℃，工业过程，化工过程
低温和超低温： 20K以下，低温超导，宇宙空间模拟，半导体激光等
《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.。
西安交大工程热力学 第十一章 制冷循环
T4 = T3π
κ −1 κ
κ −1 − κ
T2 p2 = T1 p1
=
T3 T4
= 253.15K × 5
= 293.15K × 5
1.4 −1 1.4
qC = h1 − h4 = c p (T1 − T4 )
= 401.13K
= 185.01K
= 1.005kJ/(kg ⋅ K) × (253.15 − 185.01)K = 68.48kJ/kg
2 3
ε < εc
逆卡诺 73 湿蒸气压缩 “液击”现象 实际 12 既安全， 既安全，又 增加了单位质量 工质的制冷量71
6 5
7
1
h5 − h6 = h4 − h6 面积8468
8
1 6 5 a b
s
h4 − h8 − ( h6 − h8 )
节流阀代替了膨胀机
面积a84ba 面积a86ba 利>弊 ，设备简化； 省掉膨胀机 设备简化； 优点： ： 1. 省掉膨胀机， 思考题： ：压缩空气制冷 优点 思考题 2. 节流阀开度， 节流阀开度，易调节蒸发温度； 易调节蒸发温度；
2.0 2.5 3.0
p T2 = 2 T1 p1
k −1 k
k −1
2 3
4
1
1 2
v 2 绝热压缩 s 3 等压冷却 p
3 4
s 4 绝热膨胀 s 1 等压吸热 p
=
1 1 1 1 = = = k −1 k −1 T2 T2 − T3 − 1 p2 k −1 π k −1 T1 T1 − T4 −1 p
= 3.0
循环的制冷系数
ε=
工程热力学与传热学第11章蒸气压缩制冷循环
第十一章蒸气压缩制冷循环(Vapor Compression Refrigeration Cycles )第一节制冷剂表和p-h图主题1：制冷剂表冷是指物体或某一空间区域的温度低于周围环境。
制冷是使物体或某一空间区域的温度低于周围环境温度，并维持这一低温的过程。
制冷装置的任务是通过制冷工质（制冷剂）的循环过程，将热从低温物体传向高温物体。
蒸气压缩制冷装置利用低沸点物质氟里昂、氨作为工质，常用的制冷剂有氟里昂12、氟里昂22、氨等。
制冷剂蒸气表分为饱和液体与饱和蒸气表、过热蒸气表。
表中的比焓和比熵都是以0℃时饱和液体的比焓规定为h´=200 kJ／kg，比熵规定为s´=1 kJ／(kg·K)制订的。
一、饱和液体与饱和蒸气表R12饱和液体和饱和蒸气表，见附表6所列。
当已知温度t时，可以从表中查得相应的状态参数。
与水蒸气表一样，表中标有´的参数表示饱和液体的参数，标有"的参数表示饱和蒸气的参数。
r是比汽化潜热，等于饱和蒸气的比焓与饱和液体的比焓之差。
对于湿蒸气，从附表6中查出饱和液体和饱和蒸气的状态参数值后，再由给定的干度x，由公式（10-1）计算出湿蒸气的相应状态参数。
二、过热蒸气表见附表7所列，为R12过热蒸气表。
若已知压力和温度两个参数，就能在附表7上查得过热蒸气的状态参数。
主题2：制冷剂的压-焓图（p-h图）制冷剂P-h图是根据蒸气表绘制的，是以logp为纵坐标，以h为横坐标的半对数坐标图，采用logp作坐标，可以使压力从0.001～0.01，从0.01～0.1,从0．1～1 MPa所占的坐标高度相同，这样低压区图线面积增大，查阅读数也就准确。
由于实际蒸气压缩制冷循环常用的制冷剂工作压力范围都远低于临界压力，所以工程使用的p-h图没有绘制较高压力的部分。
图11-1为制冷剂p-h图的结构示意图。
与水蒸气的T-s图一样，p-h图上也有一点、二线、三区、五态的特征，图中有图线：1．饱和液体线和饱和蒸气线饱和液体线与饱和蒸气线，交于临界点C。
《工程热力学》热力学第十一章
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
面积a84ba 面积a86ba 优点： 1. 省掉膨胀机，设备简化；
利>弊
2. 膨胀阀开度，易调节蒸发温度；
T2 T0 T2
T0不变, T2 εC
T0 qT2 2
T2不变, T0 εC
s
热泵循环和供热系数
Coefficient of Performance
COP ' q1
w
T
1 1 T0 T1
卡诺逆循环
T1
w
' C
q1 w
q1 q1 q2
T1 T1 T0
T0
T1不变, T0 εC T0不变, T1 εC
w h2 h1
§ 11-3 热泵Heat pump q1 q2 w
ww
T0
T1
q1
制冷
w
热泵
q1 w
q2
q2
T2
T0
制冷 系数
q2 w
制热 系数
' q1 1
w
蒸气压缩式热泵装置
房间
供暖 化工
温度提升 节能
T0
热泵lnp-h图及计算
lnp
4
q1 3
T
2
4
2 3
1 5
q2 w
h
q2 h1 h5 h1 h4 q1 h2 h4
冷却水
3
2
冷却器
膨胀机 4
工程热力学第十一章制冷循环作业
第11 致冷循环例1压缩空气制冷循环运行温度，，如果循环增压分别为 3 和 6 ，分别计算它们的循环性能系数和每 kg 工质的制冷量。
假定空气为理想气体，此热容取定值。
解：由1 1.411.4111 2.712131a k kεπ--===--1 1.411.4211 1.496161b k kεπ--===--11 1.414 1.44.30311()()300()219.183k k k k aa p T T T Kp π---===⨯=11.411.44.011()300()179.816k kb bT T Kπ--==⨯=11 1.412 1.42.111()2903396.93k k kk a a p T T T Kp π---===⨯=1 1.411.42.12906483.86k kb bT T Kπ--==⨯=.141() 1.005(290219.18)71.2/c a p a q c T T kJ kg=-=⨯-=.141() 1.005(290179.81)110.7/c bp b q c T T kJ kg=-=⨯-=例2 一理想蒸汽压缩制冷系统，制冷量为20冷吨，以氟利昂22为制冷剂，冷凝温度为30℃，蒸发温度为-30℃。
求：（1）1公斤工质的制冷量q 0;(2)循环制冷量；（3）消耗的功率；（4）循环制冷系数；（5）冷凝器的热负荷。
解 参考图10.2示：STT 0T c421ρ3ρ2138(3)压缩机所消耗的功及功率5.111475.15812=-=-=h h w kcal/kg2.199735.118.1736=⨯==mw W kcal/h22.238602.19973==th N kW(4)循环制冷系数3.35.113800====εσw q W Q （5）冷凝器热负荷Q K因h 4=h s ,Q k =mq k =m(h 2-h 4)=1736.8×(158.5-109)=85971.6 kcal/h8．某空气致冷装置。
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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空调
冰箱
冷藏柜
压缩器
冷凝器
毛细管
蒸发器
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。
制冷装置
能够维持物体温度低于 周围环境温度的设备。
高温热源
放热Q0
制冷 装置
Wnet
制冷循环是一种逆向循环。
吸热Qc
低温热源
经济性指标最高的逆向循环是逆向卡 诺循环。通常制冷循环以环境为高温热源
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）
氟利昂制冷剂对环境的破坏作用：
1. 破坏臭氧层；
2. 温室效应。
氟利昂替代物的研究成为世界热门研究课题。
12－6 热泵循环
热泵循环与制冷循环类似，差别在 于热泵是为了供暖。
w h2 h1
工程上常用
• 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
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。
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
过冷措施
lnp
4’ 4
5’ 5
q2 h1 h5' q1 h2 h4'
T
32 4
4’ 1
5’ 5
2 3
1
h w h2 h1 不变
s
q2 h1 h4'
热泵循环供暖系数：
' qH qL wnet
wnet
wnet
' 1
逆向卡诺循环
实际循环
• 压缩蒸气制冷循环分析
qc h1 h4 h1 h3 (h3 h4 )
q0 h2 h3
wnet q0 qc h2 h1 wc
c
qc wnet
h1 h4 h2 h1
实际循环
两个等压，热与功均与焓有关
lnp-h图
lnp-h图及计算
lnp
4
q1
3
T
2
T1 T4 (T2 T3 ) (T1 T4 )
1 (T2 T3 ) 1
T1 T4
压缩空气制冷循环分析
对于可逆绝热过程1－2及3－4
T2 T1
1
p2 p1
T2 T3 T1 T4
T3 T4
p3 p4
T2 T3 T1 T4
1
p2 p1
p2 p3 p1
1
1
增压比
p4
1 (T2 T3 ) T1 T4
1
1 T3 1 T4
1
1
1
压缩空气制冷循环分析
压缩空气制冷循环
1 T4 T3 1 T3 T4
T4
逆向卡诺循环
' T1
T3 T1
T1 T4
逆向卡诺循环效率大于压缩空气制冷循环
压缩空气制冷循环分析
缺点：制冷量小
Qc qmcp (T1 T4 )
vx
v''
v0
v'
p t>ts
ts v
a
b
c
d
e
未饱和水 饱和水 湿饱和蒸气 干饱和蒸气 过热蒸气
(v, h, s)
(v, h, s) 过热度
湿饱和蒸气（湿蒸气）的干度x
t ts
x mv
mv-湿蒸气中干饱和蒸气的质量
mw mv mw-湿蒸气中饱和水的质量
水的定压加热过程在p-v图和T-s图上的表示：
压缩空气制冷循环分析
原理：利用空气绝热膨胀时温度降低来获得低温。
压缩空气制冷循环分析
吸热量：qc h?1 h4 放热量：q11 h?2 h3
wwnnett wwCCwEwE (h2? h1) (h3 h4 )
(h2 h3 ) (h1 h4 ) q1 qc
qc wnet
（T1=T0），Tc为低温热源，逆向卡诺循环的制冷ຫໍສະໝຸດ 数：cqc wnet
qc q0 qc
Tc T0 Tc
工作性能参数：cop qc q0 qc
制冷循环类型：
压缩气体制冷
压缩式制冷循环
压缩蒸气制冷
吸收式制冷循环
吸附式制冷循环
蒸气喷射制冷循环
半导体制冷
12-2 压缩空气制冷循环
一、压缩空气制冷循环
回热式空气制冷循环分析
562’4’5为压缩空气制冷循环 5612345为回热式空气制冷循环 理想情况下，ab34a面积等于 cd16c面积
循环制冷量q2、放热量q1相等，
制冷系数相同
增压比减小，可采用增压比小、
流量大的叶轮式压缩机和膨胀机，
提高制冷量。
q1
q2
等压线
q1
• 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；
1. 空气的定压比热小 2. 增压比↑，制冷效率↓ 3. 活塞式压缩机和膨胀机
工质流率小
解决办法：采用流量大的叶轮式压缩机和膨 胀机，并加回热装置，可以增大制冷量。
压缩空气制冷循环分析
习题
二、回热式空气制冷循环
• 回热式空气制冷循环的原理 6－1为定压预热过程； 1－2为绝热压缩过程； 2－3为定压放热过程； 3－4为定压放热过程； 4－5为绝热膨胀过程； 5－6为定压吸热过程；
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
压缩空气制冷循环的优点：工质容易获得、 成本低、无毒安全。
缺点：空气的比热容小，单位质量空气的制 冷量比较小；
吸热、放热均在定压下进行，偏离逆向卡 诺循环较大，经济性差。
水的定压加热过程：
p
p
p
p
t<ts
ts
ts
临界点 饱和蒸汽线 饱和水线
• 压缩蒸气制冷循环分析
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。
• 压缩蒸气制冷循环原理
• 压缩蒸气制冷循环分析 • 压缩蒸气制冷循环原理