工程热力学制冷循环课件

制冷循环RefrigerationCycles1

§

11-1

空气压缩制冷循环

本章主要内容§11-2蒸气压缩制冷循环

§11-3制冷剂本章基本知识点1.熟悉空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、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、蒸汽喷射制冷及热泵原理。制冷循环与热泵循环•制冷Refrigeration循环输入功量（或其他代价），从低温热源取热

•热泵HeatPump循环输入功量（或其他代价），向高温热用户供热低温冷冻室（a）冰箱高温环境低温环境高温房间（b）热泵QLWNQHQLQHWN制冷循环和制冷系数CoefficientofPerformanceT0环境T2冷库卡诺逆循环q1q2wTsT2T0T0不变,T2

εCT2不变,T0

εCReversedCarnotcycle热泵循环和供热系数CoefficientofPerformance卡诺逆循环wTsT2T0T1不变,T0

εCT0不变,T1

εCT1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=334kJ/kg1冷吨=3.86

kJ/sCoolingCapacityandTonofRefrigeration制冷循环种类

空气压缩制冷压缩制冷蒸气压缩制冷

吸收式制冷制冷循环

吸附式制冷蒸汽喷射制冷示例

半导体制冷

热声制冷,磁制冷Vapor-compressionGascompressionRefrigerationCycle

§11－1

空气压缩制冷循环冷却水膨胀机压缩机冷藏室冷却器3214空气压缩制冷循环过程四个主要部件；工质：空气1

2绝热压缩p

T2

3等压冷却向环境放热，T3

4绝热膨胀T<T1（冷库）4

1等压吸热T

T1理想化处理：①理气；

②定化热;

③可逆；pv图和Ts图1

2绝热压缩2

3等压冷却3

4绝热膨胀4

1等压吸热

pv3214TsT2T01234逆勃雷登循环ssppReversedBraytonCycle制冷系数Ts1234pv图和Ts图

pv3214TsT2T01234同温限卡诺制冷循环？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，

<

C2.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，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。那么怎么改善这点呢？利用回热原理并采用叶轮式压气机和膨胀机，去改善压缩空气制冷的主要缺点。空气回热制冷循环回热式空气压缩制冷装置T2T01RTs2R53R41R2R134253R1空气回热制冷与非回热的比较T2T0Ts1R2R134253R吸热量（收益）：q2=cp(T1-T4)放热量：q1=cp(T2-T3)

=cp(T2R-T5)非回热回热不变相同回热＝

非回热适用于小压比大流量的叶轮式压气机空气制冷系统空气压缩制冷的根本缺陷1.无法实现T，

低，经济性差2.q2=cp(T1-T4)小，制冷能力q2很小。

汽化潜热大，制冷能力可能大

蒸气在两相区易实现T§11-2蒸气压缩制冷循环

水能用否？0°C以下凝固不能流动。一般用低沸点工质，如氟利昂、氨沸点：水100°CR22-40.8°CR134aTHR01-26.1°C-30.18°CVapor-compressionrefrigerationcycle压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体得到低温低压制冷剂制冷剂液体吸热、蒸发、制冷蒸气压缩制冷空调装置蒸气压缩制冷空调装置1-2：绝热压缩过程2-4：定压放热过程4-5：绝热节流过程5-1：定压吸热过程5124蒸气压缩制冷循环Ts1234567比较逆卡诺循环346773湿蒸气压缩“液击”现象

12既安全，又增加了单位质量工质的制冷量71逆卡诺实际节流阀代替了膨胀机节流阀代替膨胀机分析Ts12345682.少从冷库取走热量优点：1.损失功量ab面积a84ba面积a86ba面积8468缺点：1.省掉膨胀机，设备简化；2.节流阀开度，易调节蒸发温度；84越陡越好利>弊蒸气压缩制冷循环的计算Ts12345蒸发器中吸热量

冷凝器中放热量

制冷系数

两个等压，热与功均与焓有关

lnp-h图lnp-h图及计算Ts12345lnph12345压焓图

P-hdiagram27过冷措施Ts12345lnph123455’4’不变4’5’工程上常用§11-3制冷剂refrigerant

蒸气压缩制冷，要尽可能利用工质两相区，因此与工质性质密切相关。对热物性要求：1.沸点低，tb<10ºC2.

压力适中，蒸发器中稍大于大气压，冷凝器中不太高；3.汽化潜热大，大冷冻能力；4.T-S图上下界线陡峭：上界陡峭，冷冻更接近定温，下界线陡，节流损失小；5.凝固点低，价廉，无毒，不腐蚀，不爆，性质稳定、油溶性、材料相容性、环境性能、安全性能好。boilingpoint例1一台氨蒸气压缩制冷装置，其冷库温度为－10℃，冷凝器中冷却水温度为20℃，试求单位质量工质的制冷量、装置消耗的功、冷却水带走的热量以及制冷系数。Ts12345解:按题意

T1=T5=263K

T3=T4=293K由氨的压焓图（热力性质表)查得Ts12345故单位质量工质的致冷量q2=h1-h4=1430.8-274.3=1156.5kJ/kgh1=1430.8kJ/kg(263K的饱和蒸气）h4=274.3kJ/kg（293K的饱和液）压力857.5KPah2=1587.6kJ/kg(1,2定熵过程）s1=5.4673装置消耗的功|w0|=h2-h1=1587.6–1430.8=156.8kJ/kg致冷系数冷却水带走的热量|q2|=h2-

h4=1587.6–274.3=1313.3kJ/kg例2假定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，然后进入冷却器。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每kg空气的制冷量(2)保持制冷系数不变而采用回热，理想情况下压缩比(1)求无回热时的和空气在冷却器中放热量为

每kg空气在冷库中的吸热量即为每kg空气的制冷量：

循环的净热量为

故循环的制冷系数为

(2)求有回热时的压力比思考题1.压缩蒸汽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？2.压缩空气制冷系数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？3.作制冷剂的工质应具备哪些性质？4.本章提到的各种制冷循环有否共同点？若有是什么？思考题答案1.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，及增加了系统的投资，有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。2.采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其世纪制冷系数。因为采用回热后工质的压缩比变小，使压缩过程和