工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)12制冷

1、第十二章第十二章 制冷循環(huán)制冷循環(huán)制冷循環(huán)制冷循環(huán) 制冷系數(shù)制冷系數(shù) 熱泵循環(huán)熱泵循環(huán) 熱泵系數(shù)熱泵系數(shù) h性能系數(shù)性能系數(shù) COP =收益收益 / 代價(jià)代價(jià) 利用制冷循環(huán)將熱從低溫物體移至利用制冷循環(huán)將熱從低溫物體移至高溫物體和裝置稱為制冷裝置。制高溫物體和裝置稱為制冷裝置。制冷裝置可用于夏季房屋降溫，物品冷裝置可用于夏季房屋降溫，物品冷藏等。冷藏等。制冷裝置目的，也可用于冬季將低制冷裝置目的，也可用于冬季將低溫環(huán)境溫環(huán)境(如大氣如大氣)的熱輸送到室內(nèi)供暖的熱輸送到室內(nèi)供暖或加熱物體。前者常稱之為或加熱物體。前者常稱之為制冷機(jī)制冷機(jī)而后者特稱之為而后者特稱之為熱泵熱泵。制冷機(jī)與熱。制冷機(jī)與熱

2、泵在熱力學(xué)原理上并無(wú)區(qū)別，其工泵在熱力學(xué)原理上并無(wú)區(qū)別，其工作循環(huán)都是逆向循環(huán)，只是使用的作循環(huán)都是逆向循環(huán)，只是使用的目的有所不同而已。目的有所不同而已。pv1226543122Ts絕熱膨脹，溫度降低絕熱膨脹，溫度降低理想氣體理想氣體 TLTTHppN熱效應(yīng)區(qū)熱效應(yīng)區(qū)冷效應(yīng)區(qū)冷效應(yīng)區(qū)Np轉(zhuǎn)回溫度曲線轉(zhuǎn)回溫度曲線實(shí)際氣體的冷、熱效應(yīng)區(qū)實(shí)際氣體的冷、熱效應(yīng)區(qū)第一節(jié)第一節(jié) 蒸氣壓縮制冷循環(huán)蒸氣壓縮制冷循環(huán)一、蒸氣壓縮制冷的理想循環(huán)一、蒸氣壓縮制冷的理想循環(huán)蒸發(fā)器蒸發(fā)器q2壓縮機(jī)壓縮機(jī)q1w冷凝器冷凝器膨脹閥膨脹閥 12341-2: 1-2: 制冷劑在壓縮機(jī)中的絕熱壓縮過(guò)程制冷劑在壓縮機(jī)中的絕熱壓縮

3、過(guò)程2-3: 2-3: 制冷劑在冷凝器中的定壓放熱過(guò)程制冷劑在冷凝器中的定壓放熱過(guò)程3-4: 3-4: 制冷劑在膨脹閥中的絕熱節(jié)流過(guò)程制冷劑在膨脹閥中的絕熱節(jié)流過(guò)程4-1: 4-1: 制冷劑在蒸發(fā)器中的定壓定溫氣化過(guò)程制冷劑在蒸發(fā)器中的定壓定溫氣化過(guò)程1234Ts1234wq2da單位質(zhì)量制冷劑在蒸發(fā)器中吸熱量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量制冷劑在蒸發(fā)器中吸熱量：q q2 2 h h1 1-h-h4 4c壓縮機(jī)消耗的比軸功就是循環(huán)消耗外壓縮機(jī)消耗的比軸功就是循環(huán)消耗外界的比凈功：界的比凈功：12chhww5蒸氣壓縮制冷理想循環(huán)的制冷系數(shù)為蒸氣壓縮制冷理想循環(huán)的制冷系數(shù)為12412hhhhwq二、制冷劑及其二、制冷

4、劑及其- -圖圖1.1.對(duì)制冷劑的熱力學(xué)要求對(duì)制冷劑的熱力學(xué)要求（1 1）在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下制冷劑的飽和溫度（沸點(diǎn)）要低）在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下制冷劑的飽和溫度（沸點(diǎn)）要低，一般應(yīng)低于，一般應(yīng)低于 -10-10。（。（2 2）蒸發(fā)溫度所對(duì)應(yīng)的飽和壓）蒸發(fā)溫度所對(duì)應(yīng)的飽和壓力不應(yīng)過(guò)低，冷凝溫度所對(duì)應(yīng)的飽和壓力不宜過(guò)高。力不應(yīng)過(guò)低，冷凝溫度所對(duì)應(yīng)的飽和壓力不宜過(guò)高。（3 3）在工作溫度（蒸發(fā)溫度和冷凝溫度）范圍內(nèi)，汽）在工作溫度（蒸發(fā)溫度和冷凝溫度）范圍內(nèi)，汽化潛熱要大。（化潛熱要大。（4 4）臨界溫度應(yīng)遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度，使循）臨界溫度應(yīng)遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度，使循環(huán)不在臨界點(diǎn)附近運(yùn)行，而運(yùn)行于具有較大氣化潛熱環(huán)不在臨

5、界點(diǎn)附近運(yùn)行，而運(yùn)行于具有較大氣化潛熱的范圍之內(nèi)。（的范圍之內(nèi)。（5 5）凝固點(diǎn)要低，以免在低溫下凝固阻）凝固點(diǎn)要低，以免在低溫下凝固阻塞管路。而且飽和氣的比容要小，以減少設(shè)備的體積塞管路。而且飽和氣的比容要小，以減少設(shè)備的體積。2. 2. 制冷劑的制冷劑的p-hp-h 圖圖ph1-21-2：制冷劑在壓縮機(jī)中的絕熱壓縮過(guò)程：制冷劑在壓縮機(jī)中的絕熱壓縮過(guò)程12342-32-3：制冷劑在冷凝器中的定壓放熱過(guò)程：制冷劑在冷凝器中的定壓放熱過(guò)程3-43-4：制冷劑在膨脹閥中的絕熱節(jié)流過(guò)程：制冷劑在膨脹閥中的絕熱節(jié)流過(guò)程4-14-1：制冷劑在蒸發(fā)器中的定壓定溫汽化過(guò)程：制冷劑在蒸發(fā)器中的定壓定溫汽化過(guò)程

6、蒸發(fā)器蒸發(fā)器q2壓縮機(jī)壓縮機(jī)q1冷凝器冷凝器膨脹閥膨脹閥 1234代價(jià)收獲12412hhhhwq收獲收獲代價(jià)代價(jià)三、影響制冷系數(shù)三、影響制冷系數(shù)的主要因素的主要因素1. 1. 提高蒸發(fā)溫度提高蒸發(fā)溫度34ph124121241hhhh1241hhhh原循環(huán)的制冷系數(shù)原循環(huán)的制冷系數(shù) 新循環(huán)的制冷系數(shù)新循環(huán)的制冷系數(shù) 蒸發(fā)溫度主要取決于制冷對(duì)象的溫度要求蒸發(fā)溫度主要取決于制冷對(duì)象的溫度要求, ,不能隨意變動(dòng)不能隨意變動(dòng), ,但但在制冷對(duì)象允許情況下在制冷對(duì)象允許情況下, ,取取2. 2. 降低冷凝溫度降低冷凝溫度34ph121241hhhh原循環(huán)的制冷系數(shù)原循環(huán)的制冷系數(shù) 新循環(huán)的制冷系數(shù)新循環(huán)

7、的制冷系數(shù) 2341241hhhh 冷凝溫度取決于冷卻介質(zhì)冷凝溫度取決于冷卻介質(zhì)(大氣或冷卻水等大氣或冷卻水等)的溫度的溫度,不能隨意不能隨意變動(dòng)。但在允許選擇冷卻介質(zhì)的溫度時(shí)，比如，變動(dòng)。但在允許選擇冷卻介質(zhì)的溫度時(shí)，比如，冰箱、冰柜從提冰箱、冰柜從提高制冷系數(shù)出發(fā)高制冷系數(shù)出發(fā),應(yīng)放置在房間溫度較低的地方。應(yīng)放置在房間溫度較低的地方。一般冷凝溫度要一般冷凝溫度要高于冷卻介質(zhì)溫度高于冷卻介質(zhì)溫度,以保證必要的傳熱溫差。以保證必要的傳熱溫差。 。制冷劑液體離開冷凝。制冷劑液體離開冷凝器的溫度取決于冷卻介質(zhì)的溫度器的溫度取決于冷卻介質(zhì)的溫度, ,過(guò)冷度一般很小。多數(shù)制冷過(guò)冷度一般很小。多數(shù)制冷裝

8、置專設(shè)一回?zé)崞餮b置專設(shè)一回?zé)崞? ,使從冷凝器出來(lái)的制冷劑液體通過(guò)回?zé)崞魇箯睦淠鞒鰜?lái)的制冷劑液體通過(guò)回?zé)崞鬟M(jìn)一步冷卻進(jìn)一步冷卻, ,增大過(guò)冷度。回?zé)崞鞯睦鋮s介質(zhì)通常為離開蒸發(fā)增大過(guò)冷度?；?zé)崞鞯睦鋮s介質(zhì)通常為離開蒸發(fā)器的低溫低壓蒸氣。器的低溫低壓蒸氣。3. 3. 提高過(guò)冷度提高過(guò)冷度34ph1234例例12-1 以以R22為制冷劑的制冷裝置，制冷劑的蒸發(fā)溫度為制冷劑的制冷裝置，制冷劑的蒸發(fā)溫度t4 -20，壓縮機(jī)的吸氣溫度，壓縮機(jī)的吸氣溫度t1-20，冷凝溫度，冷凝溫度t320，試求該循環(huán)的制冷系數(shù)。，試求該循環(huán)的制冷系數(shù)。 3ph412解解 由附圖由附圖3的的-圖上找出給定圖上找出給定的各

9、點(diǎn)的各點(diǎn),并查出各點(diǎn)的焓值如下并查出各點(diǎn)的焓值如下: kgkJh/469.3971kgkJh/0 .4332kgkJhh/084.2244388. 41241hhhh123434ph12412四、單級(jí)壓縮雙蒸發(fā)器的制冷循環(huán)四、單級(jí)壓縮雙蒸發(fā)器的制冷循環(huán) 熱泵供熱原理熱泵供熱原理熱泵就其實(shí)質(zhì)來(lái)看，和制冷裝置完全熱泵就其實(shí)質(zhì)來(lái)看，和制冷裝置完全一樣，只是兩者工作的溫度范圍不同。一樣，只是兩者工作的溫度范圍不同。制冷裝置工作的上限溫度為大氣環(huán)境溫制冷裝置工作的上限溫度為大氣環(huán)境溫度，其目的系從冷藏室吸熱，以保持冷度，其目的系從冷藏室吸熱，以保持冷藏室低溫藏室低溫(下限溫度下限溫度)恒冷；熱泵工作的恒

10、冷；熱泵工作的下限溫度為大氣環(huán)境溫度，其目的是向下限溫度為大氣環(huán)境溫度，其目的是向暖室放熱，以保持暖室溫度暖室放熱，以保持暖室溫度(上限溫度上限溫度)恒暖。恒暖。 熱泵傳給高溫物體的熱量包括由消耗的機(jī)械功變成的熱量熱泵傳給高溫物體的熱量包括由消耗的機(jī)械功變成的熱量。所以，熱泵的供熱系數(shù)比工作在相同條件下制冷裝置的制冷。所以，熱泵的供熱系數(shù)比工作在相同條件下制冷裝置的制冷系數(shù)大。直接用電爐取暖所消耗的能量要比用電機(jī)帶動(dòng)熱泵消系數(shù)大。直接用電爐取暖所消耗的能量要比用電機(jī)帶動(dòng)熱泵消耗的能量大得多，這是因?yàn)殡姞t至多只能將電能全部轉(zhuǎn)化為熱耗的能量大得多，這是因?yàn)殡姞t至多只能將電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，而熱泵循

11、環(huán)不僅如此，還可將取自環(huán)境的熱量一起送到需能，而熱泵循環(huán)不僅如此，還可將取自環(huán)境的熱量一起送到需要取暖的房間。要取暖的房間。 關(guān)于熱泵關(guān)于熱泵制冷裝置制冷裝置從低溫處吸收熱量，保持低溫。從低溫處吸收熱量，保持低溫。熱泵熱泵向高溫處提供熱量。向高溫處提供熱量。121WWQWQh供熱系數(shù)供熱系數(shù)逆循環(huán)逆循環(huán)作業(yè)作業(yè)P150：習(xí)題：習(xí)題2提示：提示：利用利用P288附圖附圖3(1)是可逆絕熱過(guò)程；是可逆絕熱過(guò)程；（2）是絕熱節(jié)流過(guò)程。）是絕熱節(jié)流過(guò)程。12. 3) 1 (55. 2)2(kgkJq/1562kgkJq/1482制冷機(jī)與熱泵制冷機(jī)與熱泵 將物體冷卻到低于周圍環(huán)境溫度，并維持此低將物體冷卻到低于周圍環(huán)境溫度，并維持此低溫，是利用制冷裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。制冷裝置的任務(wù)是，溫，是利用制冷裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。制冷裝置的任務(wù)是，通過(guò)制冷工質(zhì)通過(guò)制冷工質(zhì)(稱制冷劑稱制冷劑)的循環(huán)過(guò)程將熱從低溫物的循環(huán)過(guò)程將熱從低溫物體體(即制冷空間，例如冷藏室即制冷空間，例如冷藏室)移向高溫物體移向高溫物體(例如大例如大氣環(huán)境氣環(huán)境)。根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱從低溫物體。根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱從低溫物體移向