工程热力学-制冷循环

T1 3 '
2'
耗耗净净功功ww00
T0 4 '
1'
吸热量q2
sa
q1
w0
sb s
卡诺供暖系数
q1 T1sab T1
w0 T1 T0 sab T1 T0
例题 夏季某计算机房内需保持温度在20℃。计算机散热量为
1.5×10５kJ/h， 外界大气向机房内传热0.1×105kJ/h，室外环 境温度为35℃，问所用的制冷空调机所耗的最小电功率是多少？
3.制冷循环与热泵循环的比较
T T1
3
2
T0
耗净功w0
T2 4
1 制冷量q2
制冷循环
s
T
3'
2'
耗净功w0
4 ' 供热量q1 1'
吸热量q2
热泵循环
s
4.制冷循环的计算内容
制冷量—1kg制冷剂从低温物体吸收的热量
q2 T2sab
T
循环放热量 q1 T0sab
3
T0
2
循环耗净功
耗净功w0
w0 q1 q2 T0 T2 sab
m Q2
Q2
q2 cp (T1 T4 ).
3 1
4 4’
s
0.8106 2.49104 kg/h=6.92kg/s 1.005(263 231)
压气机耗功率 Pc mcp (T2 T1) 6.921.005 (381 263) 821kW 膨胀机输出功率 PT mcp (T3 T4 ) 6.921.005 (298 231) 466kW 装置耗功率 P0 Pc PT 821 466 355kW
Q2
置
示
Q1
意
Pump
Expansion valve
8
图
6
蒸汽喷射制冷T－s图
T
泵6-7
7 6
锅炉7-1 冷凝器5-6
热利用系数 Q2
Q
1
喷管1-2
5 扩压管4-5
8
膨胀阀6-8 蒸发器8-3
3
2
4
混合器2-4. 3-4
s
Condenser Q1
Expansion valve
Evaporator
12-2 空气压缩制冷循环 (GAS REFRIGERATION CYCLES)
WARM environment
q1
wout
Turbine
Heat exchanger Heat exchanger
win
Compressor
q2
COLD refrigerated space
空气压缩制冷循环的p-v图和T-s图
制冷系数
T2 4
1
制冷量 制冷系数 =
循环耗净功
制冷量q2
表达式 q2
sa
w0
卡诺制冷系数
c
q2 w0
T2sab
T2
T0 T2 sab T0 T2
sb
s
卡诺制冷系数
c
q2 w0
T2 T0 T2
结论：
T2是高好 还是低好？
1)逆向卡诺循环的制冷系数只与热源和冷源的
温度有关，而与工质的性质无关。
制冷循环—从冷库取出 热量并输送到环境中， 使冷库温度始终低于环
境温度。
Warm house
Q1=desired output
2.Heat pump
Q1 Q2 W0
HP
W0=required input
热泵供暖循环—从环境
Q2
提取热量并输送到暖，
COLD environment
其效果就是维持暖房温 度始终高于环境温度。
2、
增 压 比 对 制 冷 系 数 的 影 响
T
T3
T0
3
2
2”
2’
3”
3’
T1
1
4’
4” 4
s
相同大气温度和冷藏室温度范围内的卡诺逆循环的
制冷系数为
c
T1 T3 T1
与
T1 T2 T1
1
1
比较可
1
知在相同温度范围内，卡诺逆循环的制冷系数最大。
2
、2、 增 压 比 对 制 冷 系 数 的 影 响
解 空调机的制冷量
Q2 QJ Qh 1.5105 0.1105 1.6105 kJ/h
在给定机房20℃和室外35℃的范围内，卡诺制冷机的制
冷系数最大
max
T2 T0 T2
20 273 35 20
19.5
所消耗的功率
Nmin
Q2
max
1.6105 19.5 3600
2.28kW
12-3 空气压缩制冷循环，冷库温度-10℃,环境温度25℃，压
气机增压比为3,压气机效率为0.82,膨胀机相对内效率为0.84,
制冷量为0.8×106kJ/h。
2’
Ｔ
2
解 各点的温度
T1 263K T3 298K T2 360.K
T4 218K T2' 381K T4' 231K
循环空气量
7 Heat exchanger
4
8
q1
WARM environment
5 6
Turbine
Compressor
2)具有回热的空气压缩制冷循环的计算
理论循环5-6-8-4-5
制冷量 qh2 h1 h4 cp T1 T4
T
放热量 qh1 h6 h7 cp T6 T7
耗净功 wh0 q1 q2
House
Evaporator
Q２
Expansion valve Condenser
Q１ Compressor
Win
12-3 空气压缩制冷循环，冷库温度-10℃,环境温度25℃，压 气机增压比为3,压气机效率为0.82,膨胀机相对内效率为0.84, 制冷量为0.8×106kJ/h。
解 各点的温度
2’
p
T
3
2
s s
3 T0
TR
4பைடு நூலகம்
1
4
v
2
p
1
p
s
1. 空气压缩制冷循环的计算
1)制冷量（制冷剂从低温热源吸收的热量）
q2 h1 h4 cp T1 T4
2)制冷剂放给高温热源的热量
T
q1 h2 h3 cp T2 T3
3)制冷循环消耗的净功
w0 q1 q2
2
3 T0
TR
1
4
4)制冷系数 q2 q2
2)当环境温度一定，制冷系数只与被冷却物体
的温度有关。
3)制冷系数可以大于1,也可以小于1。
5.热泵供暖循环的计算 吸热量 q2 T0sab 供暖量 q1 q2 w0 T1sab 循环耗净功
w0 q1 q2 T1 T0 sab
供暖系数 供暖系数= 供暖量
循环耗净功
T 供暖量w0＋q2
第十二章 制冷循环 12-1 逆向卡诺循环
T
T1 3
2
T2 4
1
s 热力学第二定律表述：热不可能自动地不付代价地从低温
物体传向高温物体。
WARM environment
1.Refrigerator
Q1
W0=required input R
Q1 Q2 W0
Q2=desired output COLD Refrigerated space
w0 q1 q2
s
cp
T2
cp T1 T4 T3 cp T1
T4
T2
T1 T4 T3 T1 T4
1. 空气压缩制冷循环的计算
4)制冷系数
q2 q2
T1 T4
w0 q1 q2 T2 T3 T1 T4
T1
1
T4 T1
T2
1
T3 T2
T1
1
T4 T1
计算机散热量1.5×105kJ/h 20℃
35℃
大气传热量 0.1×105kJ/h
计算机散热Qj=1.5×10５kJ/h 大气传热量 Qh=0.1×105kJ/h
室内空气 制冷量Q2
例题 夏季某计算机机房内需保持20℃，计算机散热量为 1.5×10５kJ/h， 外界大气向机房内传热0.1×105kJ/h，室 外环境温度为35℃，问所用的制冷空调机所耗的最小电功 率是多少？
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
量越大。
2.蒸汽压缩制冷装置中采用节流阀可简化设备，同
lnp t
s C
3
2
v
4
1
t x
h
蒸汽压缩制冷装置流程简图
3
Expansion Valve
4
Condenser
q1
Compressor
2
1 Vapor-liquid separator
Evaporator q2
蒸汽压缩制冷循环的计算
制冷量 q2 h1 h4
T
放热量 q1 h2 h3
耗净功 w0 q1 q2
12-3 空气压缩制冷循环，冷库温度-10℃,环境温度25℃，压
气机增压比为3,压气机效率为0.82,膨胀机相对内效率为0.84,
制冷量为0.8×106kJ/h。
Ｔ
解 各点的温度
T1 263K T3 298K T4 218K T2' 381K
T2 360.K T4' 231K
3 4 4’
3.具有回热的空气压缩制冷循环
T
2'
6’
2
6
T2
3 T0
7
5
T1
8
1
4’ 4 4”
s
单位制冷量不变,而 Q2 mq2 采用叶轮式压气机后气体流量增大,…
1) 具有回热的空气压缩制冷装置系统图
COLD refrigerated space
q2
Heat exchanger
Regenerator 1
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？
T1
T
T2 T1
1
1
T0
3
1
T3
2
2”
2’
3”
3’
T1
1
4’
4” 4
s
上式表明，增压比越小，制冷系数越大。 但增压比越小循环中单位工质的制冷量也越小。
Q2
“Compressor”
Evaporator
氨
吸
收
Q
Heating Pump
式
Valve
制
冷
原
理
Absorber
图
Q1’
—制冷剂(氨) —吸收剂（水）
供暖系统示意图
House
Condenser
Q1
Expansion valve Evaporator
Q2 Compressor
Win
制冷系统示意图
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
T
2
3
T1
2’
4’
T2
4
ab
1 1’
ds
12-3 蒸汽压缩制冷循环
压焓图lnp-h图(见P333附图2、P334附图3)
T2
制冷系数
h
q2 w0
q2 q1 q2
3 T
实际循环 5 6 8 4 5
制冷量 q2h h1 h4 cp T1 T4 T1
8
放热量 qh1 h6 h7 cp T6 T7
耗净功 wh0 q1 q2
制冷系数
h
q2 w0
q2 q1 q2
4 4
6
2
6
7
5
1
s
4、有回热与无回热两循环的比较 P258
Ｔ
2
T1 263K T3 298K
1
1.41
T2 T1 2633 1.4 360.K
T4
T3
T1 T2
298 263 360
218K
3 1
4 4’
s
T2'
T1
T2 T1
cs
263
360 263 0.82
381K
T4' T3 oi (T3 T4 ) 298 0.84 (298 218) 231K
3
制冷系数 q2 q2
w0 q1 q2
T2 4
2
1 s
蒸发器
冷 藏 室
过滤器
冷 凝 器
压 缩 机
家用冰箱系统图
“Compressor”
Jet tube Mixing chamber
蒸
1
汽
2
3
引
4
射
Steam boiler Diffuser
Q
制
Evaporator
冷
5
装
7
Condenser
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。