热力学第11章 制冷循环

30
例题3
解： 查logp-h图，确定
h4 h5 450 kJ/kg p1 0.35 MPa h1 1 570 kJ/kg p4 p2 1.1 MPa h2 1 770 kJ/kg
qc h1 h5 1 570 kJ/kg 450 kJ/kg 1 120 kJ/kg
1.41 1.4
401.13K
185.01K
27
1
1.41 1.4
例题2
压缩机耗功
wC h2 h1 c p (T2 T1 ) 1.005kJ/(kg K) (401.13 253.15)K 148.72 kJ/kg
膨胀机作出的功
wT h3 h4 c p (T3 T4 ) 1.005kJ/(kg K) (293.15 185.01)K 108.68kJ/kg
1105 kJ/h qm 0.024 8 kg/s qC 3 600 1 120 kJ/s
P qm h2 h 1 0.024 8 kg/s 1 770 1 570 kJ/kg 4.96 kW
qQ1 qm h4 h2 0.024 8 kg/s 450 1 770 kJ/kg 32.7 kW
循环的净功
wnet wc wT 148.72kJ/kg 108.68kJ/kg 40.04kJ/kg
28
例题2
循环的净热量
qnet q0 qC 108.52kJ/kg 68.48kJ/kg 40.04kJ/kg
循环的制冷系数

qc 68.48kJ/kg 1.71 wnet 40.04kJ/kg
(2) 有回热时的压力比
T3 p3 T2 p2
1
T3' 401.13K
T R 3 T2
/ 1
T2 293.15K
/ 1
R
1
T 3' T0
401.13K 293.15K
2.制冷，供暖联合运行工质性质要求苛刻。 3.环境热源土壤，水，空气分别存在λ小、凝固、 腐蚀等。
21
22
23
24
25
例题1
导出以空气为工质的斯特林制冷机的工作系数。 解：
wnet w12 w34
v1 v1 RgT0 ln RgTC ln v2 v2
v1 Rg ln T0 TC v2 v1 qc TC s34 TC Rg ln v2 qC TC c wnet T0 TC
二、制冷剂其他性质
1.对环境友善； 2.安全无毒； 3.溶油性好，化学稳定性好，等等。
三、蒙特利尔协定书
CHCC
HCHC R134a
19
11-6 热泵循环(heat pump)
一、简介
二、 供热系数
wnet q2 q2 ' 1 1 wnet wnet
工业锅炉： 电厂热效率：
B 0.7
判断初始参数对循环效率的影响 --- 初温t1
T 1 T 2不 变 t
or 循环1t2t3561t =循环123561+循环11t2t21
t 1 1t 2 t 2 1 t 1 2 3 5 6 1
t
提高steam温度，材料耐热性限制
第十章内容回顾 - -水蒸气朗肯循环
t 0.35
Q QaB 0.7Qa
热泵供暖系数：
' 3
Q Qat ' 1.05Qa
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三、热泵供暖
华北某市热电厂排出水温30℃以上，余热量 3.4 109 kJ/h ,
如以热泵回收，能满足1千万m2建筑物采暖，一年节煤 100万吨。
使用限制：
1.ε'与TR-T0反比，所以北方ε'比较低。
wnet h2 h1 h3 h4 h2 h3 h1 h4
qC h1 h4 T1 T4 wnet h2 h3 h1 h4 T2 T3 T1 T4

T2 T1 T3 T4
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 放热及减少节流引起制冷能力损失。
18
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。
14
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
15
11-3 压缩蒸气制冷循环 （The vapor-compression cycle）
1.4 /1.4 1
3.0
R 压力比减小，对使用叶轮式机械有利。
同样冷库温度和环境温度条件下逆向卡诺循环的制冷系数 是6.33，远大于本例计算值，这是由于压缩空气制冷循环中定 压吸、排热偏离定温吸、排热甚远之故，但这是工质性质决定 了的。
返回
29
例题3
某压缩蒸汽制冷装置用氨作制冷剂，制冷率105 kJ/h若已知 冷凝温度为27℃，蒸发温度为-5 ℃，试求：制冷剂的质量流 量；压缩机功率及增压比；冷凝器放热量及循环制冷系数。
空气在冷却器中放热量
q0 h2 h3 c p (T2 T3 ) 1.005kJ/(kg K) (401.13 293.15)K 108.52kJ/kg
1kg空气在冷库中的吸热量即为1kg空气的制冷量
qC h1 h4 c p (T1 T4 ) 1.005kJ/(kg K) (253.15 185.01)K 68.48kJ/kg
Siso S0 Sc 0
Siso S0 Sc 0
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二、经济性指标
qc q0 qc
深冷<1 普冷>1
Tc c T0 Tc
工程上也称制冷装置工作性能系数COP。
冷吨– 1 000 kg 0ºC的饱和水在24 h内冷冻成0 º C的冰所需的制冷
量。 1冷吨=3.86kJ/s；（美国1冷吨=3.517kJ/s ）
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w t , p h 4 h3 w net h1 h2 h4 h3
wnet q 2 h1 h2 h4 h3 t 1 q1 q1 h1 h4
若忽略水泵功，同时近似取h4h3，则
第十章内容回顾 - -水蒸气朗肯循环
qQC
返回
1105 kJ/h 5.6 P 3 600 4.96 kW
qQC
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判断初始参数对循环效率的影响 --- 初压力p1
P 1 ,P 2不变 t
但x2下降 且 p 太高造成强度问题
设备强度要很高，较难
第十章内容回顾 - -水蒸气朗肯循环
有摩阻的实际朗肯循环
忽略水泵功：
q1 h1 h3 q 2 h2 act h2 '
不变
t
由于摩阻，少做的功=h2act-h2。不 等于膨胀的做工能力损失
第十章内容回顾 - -水蒸气朗肯循环 a）流程图
b）p-v图，T-s图
水蒸气卡诺循环有可能实现， 但： 1）温限小； 2）膨胀末端x太小；
3）压缩两相物质的困难；
所以，实际并不实行卡诺循环。
1
第十章内容回顾 - -水蒸气朗肯循环
c）朗肯循环的热效率
wnet q2 t 1 q1 q1 w net w t ,T w t , p w t ,T h1 h 2 ? c p T1 T 2
第十章内容回顾 - -水蒸气朗肯循环
再热循环
P1升高后，x2下降，再热可以提高
第十章内容回顾 - -水蒸气朗肯循环
抽汽回热循环
q1 h1 h 0 1' q 2 1 h 2 h 2 '
q2 1 h2 h2 ' t 1 1 q1 h1 h01'
解：(1)无回热
T1 TC 253.15K T3 T0 293.15K
p2 0.5MPa 5 p1 0.1MPa
1/

T2 p2 T1 p1
T3 T4
T2 T1
T4 T3
1

253.15K 5
293.15K 5
1 1
1

1
1
T1 T2 T1
定比热（invariable specific
heat capacity）
12
讨论：
1）相同温度的T 0和TC 2）
c

,
TC T1 T0 TC T2 T1
qC
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三、回热式压缩空气制冷循环
26
例题2
压缩空气制冷循环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，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1kg空气的制冷量；(2)若 保持不变而采用回热， 理想情况下压缩比是多少?
一、设备流程及T-s图
16
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
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11-4 制冷剂(Refrigerants)性质
10
11-2 压缩气体制冷循环
一、 压缩气体制冷循环（Gas-compression refrigeration cycle）简介
11
二、制冷系数（the coefficient of performance COP） qC qC wnet q1 qC
q1 h2 h3
qC h1 h4
抽汽回热ηt上升
第十一章 制冷循环
Refrigeration cycle
11-1 概述 11-2 压缩气体制冷循环 11-3 压缩蒸气制冷循环 11-4 制冷剂性质 11-6 热泵循环
8
11-1 概 述
一、逆向循环的补偿条件
制冷循环
热泵循环
逆向循环
(reverse cycle)
(heat-pump cycle)