最新工程熱力學制冷循環(huán)課件

1、制冷循環(huán)制冷循環(huán)refrigeration cycles 11-1 空氣壓縮制冷循環(huán)空氣壓縮制冷循環(huán)本章主要內容本章主要內容 11-2 蒸氣壓縮制冷循環(huán)蒸氣壓縮制冷循環(huán) 11-3 制冷劑制冷劑本章基本知識點本章基本知識點1.熟悉空氣和蒸汽壓縮制冷循環(huán)的組成、制冷系數的計算及提高制冷系數的方法和途徑。2.了解吸收制冷、蒸汽噴射制冷及熱泵原理。 制冷循環(huán)與熱泵循環(huán)制冷循環(huán)與熱泵循環(huán) 制冷制冷refrigeration循環(huán)循環(huán) 輸入功量（或其他代價），從低輸入功量（或其他代價），從低溫溫熱源取熱熱源取熱 熱泵熱泵heat pump循環(huán)循環(huán) 輸入功量（或其他代價），向高溫輸入功量（或其他代價），向高溫

2、熱用戶供熱熱用戶供熱 低溫冷凍室（a）冰箱高溫環(huán)境低溫環(huán)境高溫房間（b）熱泵qlwnqhqlqhwn制冷循環(huán)和制冷制冷循環(huán)和制冷系數系數coefficient of performance2copqwt0環(huán)境環(huán)境t2冷庫冷庫卡諾逆循環(huán)卡諾逆循環(huán)222c1202qqtwqqttq1q2wtst2t00211ttt0不變不變, t2 ct2不變不變, t0 creversed carnot cycle熱泵循環(huán)和供熱熱泵循環(huán)和供熱系數系數coefficient of performance1copqw卡諾逆循環(huán)卡諾逆循環(huán)1111210cqqtwqqttwtst2t00111ttt1不變不變, t0

3、ct0不變不變, t1 ct1制冷能力和冷噸制冷能力和冷噸生產中常用生產中常用制冷能力制冷能力來衡量設備產冷量大小來衡量設備產冷量大小制冷能力：制冷能力：制冷設備單位時間內從冷庫取制冷設備單位時間內從冷庫取 走的熱量走的熱量(kj/s)。1冷噸：冷噸：1噸噸0c飽和飽和水水在在24小時內被冷凍小時內被冷凍 到到0c的的冰冰所需冷量。所需冷量。水的凝結（熔化）熱水的凝結（熔化）熱 r =334 kj/kg1冷噸冷噸=3.86 kj/scooling capacity and ton of refrigeration制冷循環(huán)種類制冷循環(huán)種類 空氣壓縮制冷空氣壓縮制冷 壓縮制冷壓縮制冷 蒸氣壓縮制冷

4、蒸氣壓縮制冷 吸收式制冷吸收式制冷 制冷循環(huán)制冷循環(huán) 吸附式制冷吸附式制冷 蒸汽噴射制冷蒸汽噴射制冷 示例示例 半導體制冷半導體制冷 熱聲制冷熱聲制冷,磁制冷磁制冷vapor-compressiongas compressionrefrigeration cycle 111 空氣壓縮制冷循環(huán)空氣壓縮制冷循環(huán)冷卻水冷卻水膨脹機膨脹機壓縮機壓縮機冷藏室冷藏室冷卻器冷卻器3214空氣壓縮制冷循環(huán)過程空氣壓縮制冷循環(huán)過程四個四個主要部件；工質：主要部件；工質：空氣空氣1 2 絕熱壓縮絕熱壓縮 p t2 3 等壓冷卻等壓冷卻 向環(huán)境放熱，向環(huán)境放熱，t3 4 絕熱膨脹絕熱膨脹 t t1 （冷庫）（冷庫）

5、4 1 等壓吸熱等壓吸熱 t t1理想化處理：理想化處理：理氣；理氣； 定化熱定化熱; 可逆；可逆；pv圖和圖和ts圖圖1 2 絕熱壓縮絕熱壓縮2 3 等壓冷卻等壓冷卻3 4 絕熱膨脹絕熱膨脹4 1 等壓吸熱等壓吸熱 pv3214tst2t01234逆勃雷登循環(huán)逆勃雷登循環(huán)ssppreversed brayton cycle2212p14p23p142314cop()()()11qqwqqc ttc ttc tttttt制冷系數制冷系數ts1234111111111212kkkkppttpv圖和圖和ts圖圖 pv3214tst2t01234同溫限卡諾同溫限卡諾制冷循環(huán)？制冷循環(huán)？空氣壓縮制冷循

6、環(huán)特點空氣壓縮制冷循環(huán)特點 優(yōu)點：優(yōu)點：工質無毒，無味，不怕泄漏。工質無毒，無味，不怕泄漏。 缺點：缺點： 1. 無法實現(xiàn)無法實現(xiàn) t ， c2. q2=cp(t1-t4)，空氣，空氣cp很小，很小， (t1-t4)不不能太大，能太大， q2 很小。很小。 若若(t1-t4)3. 活塞式流量活塞式流量m小，制冷量小，制冷量q2=m q2小，小，壓縮空氣制冷想提高制冷能力，空氣的流量就要很大，如應用活塞式壓氣機和膨脹機，不經濟。那么怎么改善這點呢？利用回熱原理并采用葉輪式壓氣機和膨脹機，去改善壓縮空氣制冷的主要缺點?？諝饣責嶂评溲h(huán)空氣回熱制冷循環(huán) 回熱式空氣壓縮制冷裝置t2t01rts2r53

7、r41r2r134253r1空氣回熱制冷與非回熱的比較空氣回熱制冷與非回熱的比較t2t0ts1r2r134253r吸熱量（收益）：吸熱量（收益）：q2=cp(t1-t4)放熱量：放熱量：q1=cp(t2-t3) =cp(t2r-t5)非回熱非回熱回熱回熱不變不變相同相同 回熱回熱 非回熱非回熱2r21r1pppp弊弊蒸氣壓縮制冷循環(huán)的計算蒸氣壓縮制冷循環(huán)的計算ts12345蒸發(fā)器中吸熱量蒸發(fā)器中吸熱量 21514qhhhh冷凝器中放熱量冷凝器中放熱量 124qhh制冷系數制冷系數 21414212241421()()qhhhhqqqhhhhhhw兩個等壓，熱與功均與焓有關兩個等壓，熱與功均與焓

8、有關 lnlnp p- -h h圖圖lnlnp p- -h h圖及計算圖及計算ts12345lnph123452q1qw21514qhhhh124qhh21421qhhwhh p-h diagram501001502002503003504004505005506006500.010.1110 x=1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.1x=0.00.00070.000750.00080.000850.00090.000950.0010.00110.00120.00130.00140.00150.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090

9、.010.0150.02m3/kg0.0250.030.040.050.060.070.080.090.10.150.20.30.40.50.60.7m3/kg0.80.91.01.52.02.53.02.4kj/(kg k)2.32.22.12.0kj/(kg k)1.91.81.71.61.51.41.31.21.11.0kj/(kg k)0.90.80.7250oc240230220210200190180170160150140130120110100908070605040302010t=0-10-20-30-40-50-60 p(mpa)h(kj/kg)過冷措施過冷措施ts1234

10、5lnph12345215qhh21421qhhwhh5421whh不變不變45124qhh工程上常用工程上常用 11-3 制冷劑制冷劑refrigerant 蒸氣壓縮制冷，要盡可能利用工質兩相蒸氣壓縮制冷，要盡可能利用工質兩相區(qū)，因此與工質性質密切相關。區(qū)，因此與工質性質密切相關。對熱物性要求：對熱物性要求：1. 沸點低，沸點低，tb10c2. 壓力適中，蒸發(fā)器中稍大于大氣壓，冷凝器中壓力適中，蒸發(fā)器中稍大于大氣壓，冷凝器中不太高；不太高；3. 汽化潛熱大，大冷凍能力；汽化潛熱大，大冷凍能力；4. t-s圖上下界線陡峭：上界陡峭，冷凍更接近圖上下界線陡峭：上界陡峭，冷凍更接近定溫，下界線陡，

11、節(jié)流損失?。欢?，下界線陡，節(jié)流損失?。?. 凝固點低，價廉，無毒，不腐蝕，不爆，性質穩(wěn)定、凝固點低，價廉，無毒，不腐蝕，不爆，性質穩(wěn)定、油溶性、材料相容性、環(huán)境性能、安全性能好。油溶性、材料相容性、環(huán)境性能、安全性能好。boiling point例例1 1 一臺氨蒸氣壓縮制冷裝置，其冷庫溫度一臺氨蒸氣壓縮制冷裝置，其冷庫溫度為為10，冷凝器中冷卻水溫度為，冷凝器中冷卻水溫度為20，試，試求單位質量工質的制冷量、裝置消耗的功、求單位質量工質的制冷量、裝置消耗的功、冷卻水帶走的熱量以及制冷系數。冷卻水帶走的熱量以及制冷系數。ts12345解解: : 按題意按題意 t1=t5=263 k t3=t

12、4=293 k由氨的由氨的壓焓圖壓焓圖（熱力性質表（熱力性質表)查得查得ts12345故單位質量工質的致冷量故單位質量工質的致冷量q2=h1-h4=1430.8 -274.3=1156.5 kj/kgh1=1430.8kj/kg (263k的飽和蒸氣）的飽和蒸氣）h4=274.3 kj/kg （293k的飽和液）壓力的飽和液）壓力857.5kpah2=1587.6kj/kg (1,2定熵過程）定熵過程）s1=5.4673裝置消耗的功裝置消耗的功|w0|=h2 - - h1=1587.6 1430.8=156.8 kj/kg致冷系數致冷系數冷卻水帶走的熱量冷卻水帶走的熱量|q2|=h2 - -

13、h4=1587.6 274.3=1313.3 kj/kg38. 78 .1566 .1156|02wq例例2 2 假定空氣進入壓氣機時的狀態(tài)假定空氣進入壓氣機時的狀態(tài)為為p1=0.1mpa，t1=-20 ，在壓氣機，在壓氣機內定熵壓縮到內定熵壓縮到p2=0.5mpa，然后進入，然后進入冷卻器。離開冷卻器時空氣的溫度為冷卻器。離開冷卻器時空氣的溫度為t3=20。若。若tc=-20，t0=20，空氣，空氣視為定比熱容的理想氣體，視為定比熱容的理想氣體，=1.4。試求：試求：(1)無回熱時的制冷系數無回熱時的制冷系數及每及每kgkg空氣的制冷量空氣的制冷量(2)(2)保持制冷系數不變而采用回熱，保持

14、制冷系數不變而采用回熱，理想情況下壓縮比理想情況下壓縮比rcq(1)(1)求無回熱時的求無回熱時的和和130253.15k293.15kctttt210.5mpa50.1mpapp1/322114ttptpt1.4 111.421253.15k 5401.13ktt130253.15k293.15kctttt1.4 111.443293.15k 5185.01ktt空氣在冷卻器中放熱量為空氣在冷卻器中放熱量為 02323()1.005kj/(kg k) (401.13293.15)k108.52kj/kgpqhhc tt每每kg空氣在冷庫中的吸熱量即為每空氣在冷庫中的吸熱量即為每kg空氣空氣的

15、制冷量：的制冷量： 1414()1.005kj/(kg k) (253.15 185.01)k68.48kj/kgcpqhhc tt循環(huán)的凈熱量為循環(huán)的凈熱量為 0108.52kj/kg68.48kj/kg40.04kj/kgnetcqqq故循環(huán)的制冷系數為故循環(huán)的制冷系數為 68.48kj/kg1.7140.04kj/kgcnetqw(2) 求有回熱時的壓力比求有回熱時的壓力比 r32401.13k293.15ktt1/1/3322rtptp/1/11.4/1.4 13320401.13k3.0293.15krtttt 思考題1.壓縮蒸汽制冷循環(huán)采用節(jié)流閥來代替膨脹機，壓縮空氣制冷循環(huán)是否也

16、可以采用這種方法？為什么？2.壓縮空氣制冷系數采用回熱措施后是否提高其理論制冷系數？能否提高其實際制冷系數？為什么？3.作制冷劑的工質應具備哪些性質？4.本章提到的各種制冷循環(huán)有否共同點？若有是什么？思考題答案1.壓縮空氣制冷循環(huán)不能采用節(jié)流閥來代替膨脹機。工質在節(jié)流閥中的過程是不可逆絕熱過程，不可逆絕熱節(jié)流熵增大，所以不但減少了制冷量也損失了可逆絕熱膨脹可以帶來的功量。而壓縮蒸氣制冷循環(huán)在膨脹過程中，因為工質的干度很小，所以能得到的膨脹功也極小。而增加一臺膨脹機，及增加了系統(tǒng)的投資，有降低了系統(tǒng)工作的可靠性。因此，為了裝置的簡化及運行的可靠性等實際原因采用節(jié)流閥作絕熱節(jié)流。2.采用回熱后沒有提高其理論制冷系數但能夠提高其世紀制冷系數