工程热力学制冷循环.ppt
制冷循环制冷循环Refrigeration Cycles 11-1 空气压缩制冷循环空气压缩制冷循环本章主要内容本章主要内容 11-2 蒸气压缩制冷循环蒸气压缩制冷循环 11-3 制冷剂制冷剂本章基本知识点本章基本知识点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循环与热泵循环 制冷制冷Refrigeration循环循环 输入功量（或其他代价），从低温输入功量（或其他代价），从低温热源取热热源取热 热泵热泵Heat Pump循环循环 输入功量（或其他代价），向高温输入功量（或其他代价），向高温热用户供热热用户供热 低温冷冻室（a）冰箱高温环境低温环境高温房间（b）热泵QLWNQHQLQHWN制冷循环和制冷制冷循环和制冷系数系数Coefficient of PerformanceT0环境环境T2冷库冷库卡诺逆循环卡诺逆循环q1q2wTsT2T0T0不变不变,T2 CT2不变不变,T0 CReversed Carnot cycle热泵循环和供热热泵循环和供热系数系数Coefficient of Performance卡诺逆循环卡诺逆循环wTsT2T0T1不变不变,T0 CT0不变不变,T1 CT1制冷能力和冷吨制冷能力和冷吨生产中常用生产中常用制冷能力制冷能力来衡量设备产冷量大小来衡量设备产冷量大小制冷能力：制冷能力：制冷设备单位时间内从冷库取制冷设备单位时间内从冷库取 走的热量走的热量(kJ/s)。1冷吨：冷吨：1吨吨0C饱和饱和水水在在24小时内被冷冻小时内被冷冻 到到0C的的冰冰所需冷量。所需冷量。水的凝结（熔化）热水的凝结（熔化）热 r=334 kJ/kg1冷吨冷吨=3.86 kJ/sCooling Capacity and Ton of Refrigeration制冷循环种类制冷循环种类 空气压缩制冷空气压缩制冷 压缩制冷压缩制冷 蒸气压缩制冷蒸气压缩制冷 吸收式制冷吸收式制冷 制冷循环制冷循环 吸附式制冷吸附式制冷 蒸汽喷射制冷蒸汽喷射制冷 示例示例 半导体制冷半导体制冷 热声制冷热声制冷,磁制冷磁制冷Vapor-compressionGas compressionRefrigeration Cycle 111 空气压缩制冷循环空气压缩制冷循环冷却水冷却水膨胀机膨胀机压缩机压缩机冷藏室冷藏室冷却器冷却器3214pv图和图和Ts图图1 2 绝热压缩绝热压缩2 3 等压冷却等压冷却3 4 绝热膨胀绝热膨胀4 1 等压吸热等压吸热 pv3214TsT2T01234逆勃雷登循环逆勃雷登循环ssppReversed Brayton Cycle制冷系数制冷系数Ts1234空气压缩制冷循环特点空气压缩制冷循环特点 优点：优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。工质无毒，无味，不怕泄漏。缺点：缺点：1.无法实现无法实现 T ，弊弊蒸气压缩制冷循环的计算蒸气压缩制冷循环的计算Ts12345蒸发器中吸热量蒸发器中吸热量 冷凝器中放热量冷凝器中放热量 制冷系数制冷系数 两个等压，热与功均与焓有关两个等压，热与功均与焓有关 lnlnp p-h h图图lnlnp p-h h图及计算图及计算Ts12345lnph12345压焓图压焓图 P-h diagram过冷措施过冷措施Ts12345lnph1234554不变不变45工程上常用工程上常用 11-3 制冷剂制冷剂refrigerant 蒸气压缩制冷，要尽可能利用工质两相蒸气压缩制冷，要尽可能利用工质两相区，因此与工质性质密切相关。区，因此与工质性质密切相关。对热物性要求：对热物性要求：1.沸点低，沸点低，tb10C2.压力适中，蒸发器中稍大于大气压，冷凝器中压力适中，蒸发器中稍大于大气压，冷凝器中不太高；不太高；3.汽化潜热大，大冷冻能力；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；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、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。油溶性、材料相容性、环境性能、安全性能好。boiling point例例1 1 一台氨蒸气压缩制冷装置，其冷库温度一台氨蒸气压缩制冷装置，其冷库温度为为10，冷凝器中冷却水温度为，冷凝器中冷却水温度为20，试，试求单位质量工质的制冷量、装置消耗的功、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。冷却水带走的热量以及制冷系数。Ts12345解解:按题意按题意 T1=T5=263 K T3=T4=293 K由氨的由氨的压焓图压焓图（热力性质表（热力性质表)查得查得Ts12345故单位质量工质的致冷量故单位质量工质的致冷量q2=h1-h4=1430.8-274.3=1156.5 kJ/kgh1=1430.8kJ/kg(263K的饱和蒸气）的饱和蒸气）h4=274.3 kJ/kg（293K的饱和液）压力的饱和液）压力857.5KPah2=1587.6kJ/kg (1,2定熵过程）定熵过程）s1=5.4673装置消耗的功装置消耗的功|w0|=h2-h1=1587.6 1430.8=156.8 kJ/kg致冷系数致冷系数冷却水带走的热量冷却水带走的热量|q2|=h2-h4=1587.6 274.3=1313.3 kJ/kg例例2 2 假定空气假定空气进进入入压压气机气机时时的状的状态态为为p1=0.1MPa，t1=-20，在，在压压气机气机内定内定熵压缩熵压缩到到p2=0.5MPa，然后，然后进进入入冷却器。离开冷却器冷却器。离开冷却器时时空气的温度空气的温度为为t3=20。若。若tc=-20，t0=20，空气，空气视为视为定比定比热热容的理想气体，容的理想气体，=1.4。试试求：求：(1)无回无回热时热时的制冷系数的制冷系数及每及每kgkg空气的制冷量空气的制冷量(2)(2)保持制冷系数不变而采用回热，保持制冷系数不变而采用回热，理想情况下压缩比理想情况下压缩比(1)(1)求无回求无回热时热时的的和和空气在冷却器中放热量为空气在冷却器中放热量为 每每kg空气在冷库中的吸热量即为每空气在冷库中的吸热量即为每kg空气空气的制冷量：的制冷量：循环的净热量为循环的净热量为 故循环的制冷系数为故循环的制冷系数为 (2)求有回热时的压力比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。3.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；在工作温度下汽化潜热要大；临界温度应高于环境温度，制冷剂在T-S图的上下界限要陡峭；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。4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。1234
