工程熱力學和傳熱學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 / 代價代價 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制冷機而后者特稱之為而后者特稱之為熱泵熱泵。制冷機與熱。制冷機與熱

2、泵在熱力學原理上并無區(qū)別，其工泵在熱力學原理上并無區(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熱效應區(qū)熱效應區(qū)冷效應區(qū)冷效應區(qū)Np轉(zhuǎn)回溫度曲線轉(zhuǎn)回溫度曲線實際氣體的冷、熱效應區(qū)實際氣體的冷、熱效應區(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壓縮機壓縮機q1w冷凝器冷凝器膨脹閥膨脹閥 12341-2: 1-2: 制冷劑在壓縮機中的絕熱壓縮過程制冷劑在壓縮機中的絕熱壓縮

3、過程2-3: 2-3: 制冷劑在冷凝器中的定壓放熱過程制冷劑在冷凝器中的定壓放熱過程3-4: 3-4: 制冷劑在膨脹閥中的絕熱節(jié)流過程制冷劑在膨脹閥中的絕熱節(jié)流過程4-1: 4-1: 制冷劑在蒸發(fā)器中的定壓定溫氣化過程制冷劑在蒸發(fā)器中的定壓定溫氣化過程1234Ts1234wq2da單位質(zhì)量制冷劑在蒸發(fā)器中吸熱量：單位質(zhì)量制冷劑在蒸發(fā)器中吸熱量：q q2 2 h h1 1-h-h4 4c壓縮機消耗的比軸功就是循環(huán)消耗外壓縮機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.對制冷劑的熱力學要求對制冷劑的熱力學要求（1 1）在標準大氣壓下制冷劑的飽和溫度（沸點）要低）在標準大氣壓下制冷劑的飽和溫度（沸點）要低，一般應低于，一般應低于 -10-10。（。（2 2）蒸發(fā)溫度所對應的飽和壓）蒸發(fā)溫度所對應的飽和壓力不應過低，冷凝溫度所對應的飽和壓力不宜過高。力不應過低，冷凝溫度所對應的飽和壓力不宜過高。（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）臨界溫度應遠高于環(huán)境溫度，使循）臨界溫度應遠高于環(huán)境溫度，使循環(huán)不在臨界點附近運行，而運行于具有較大氣化潛熱環(huán)不在臨

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

6、蒸發(fā)器蒸發(fā)器q2壓縮機壓縮機q1冷凝器冷凝器膨脹閥膨脹閥 1234代價收獲12412hhhhwq收獲收獲代價代價三、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象的溫度要求蒸發(fā)溫度主要取決于制冷對象的溫度要求, ,不能隨意變動不能隨意變動, ,但但在制冷對象允許情況下在制冷對象允許情況下, ,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。但在允許選擇冷卻介質(zhì)的溫度時，比如，變動。但在允許選擇冷卻介質(zhì)的溫度時，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),應放置在房間溫度較低的地方。應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, ,過冷度一般很小。多數(shù)制冷過冷度一般很小。多數(shù)制冷裝

8、置專設一回熱器裝置專設一回熱器, ,使從冷凝器出來的制冷劑液體通過回熱器使從冷凝器出來的制冷劑液體通過回熱器進一步冷卻進一步冷卻, ,增大過冷度。回熱器的冷卻介質(zhì)通常為離開蒸發(fā)增大過冷度。回熱器的冷卻介質(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. 提高過冷度提高過冷度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，壓縮機的吸氣溫度，壓縮機的吸氣溫度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、點的各點,并查出各點的焓值如下并查出各點的焓值如下: kgkJh/469.3971kgkJh/0 .4332kgkJhh/084.2244388. 41241hhhh123434ph12412四、單級壓縮雙蒸發(fā)器的制冷循環(huán)四、單級壓縮雙蒸發(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質(zhì)來看，和制冷裝置完全熱泵就其實質(zhì)來看，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帶動熱泵消系數(shù)大。直接用電爐取暖所消耗的能量要比用電機帶動熱泵消耗的能量大得多，這是因為電爐至多只能將電能全部轉(zhuǎn)化為熱耗的能量大得多，這是因為電爐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。 關于熱泵關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：習題：習題2提示：提示：利用利用P288附圖附圖3(1)是可逆絕熱過程；是可逆絕熱過程；（2）是絕熱節(jié)流過程。）是絕熱節(jié)流過程。12. 3) 1 (55. 2)2(kgkJq/1562kgkJq/1482制冷機與熱泵制冷機與熱泵 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，是利用制冷裝置來實現(xiàn)的。制冷裝置的任務是，溫，是利用制冷裝置來實現(xiàn)的。制冷裝置的任務是，通過制冷工質(zhì)通過制冷工質(zhì)(稱制冷劑稱制冷劑)的循環(huán)過程將熱從低溫物的循環(huán)過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)熱力學第二定律可知，熱從低溫物體。根據(jù)熱力學第二定律可知，熱從低溫物體移向