工程熱力學(xué)制冷循環(huán)課件

制冷循環(huán)RefrigerationCycles1

§

11-1

空氣壓縮制冷循環(huán)

本章主要內(nèi)容§11-2蒸氣壓縮制冷循環(huán)

§11-3制冷劑本章基本知識點1.熟悉空氣和蒸汽壓縮制冷循環(huán)的組成、制冷系數(shù)的計算及提高制冷系數(shù)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Refrigeration循環(huán)輸入功量（或其他代價），從低溫?zé)嵩慈?/p>

?熱泵HeatPump循環(huán)輸入功量（或其他代價），向高溫?zé)嵊脩艄岬蜏乩鋬鍪遥╝）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)和制冷系數(shù)CoefficientofPerformanceT0環(huán)境T2冷庫卡諾逆循環(huán)q1q2wTsT2T0T0不變,T2

εCT2不變,T0

εCReversedCarnotcycle熱泵循環(huán)和供熱系數(shù)CoefficientofPerformance卡諾逆循環(huán)wTsT2T0T1不變,T0

εCT0不變,T1

εCT1制冷能力和冷噸生產(chǎn)中常用制冷能力來衡量設(shè)備產(chǎn)冷量大小制冷能力：制冷設(shè)備單位時間內(nèi)從冷庫取走的熱量(kJ/s)。1冷噸：1噸0°C飽和水在24小時內(nèi)被冷凍到0°C的冰所需冷量。水的凝結(jié)（熔化）熱

r=334kJ/kg1冷噸=3.86

kJ/sCoolingCapacityandTonofRefrigeration制冷循環(huán)種類

空氣壓縮制冷壓縮制冷蒸氣壓縮制冷

吸收式制冷制冷循環(huán)

吸附式制冷蒸汽噴射制冷示例

半導(dǎo)體制冷

熱聲制冷,磁制冷Vapor-compressionGascompressionRefrigerationCycle

§11－1

空氣壓縮制冷循環(huán)冷卻水膨脹機壓縮機冷藏室冷卻器3214空氣壓縮制冷循環(huán)過程四個主要部件；工質(zhì)：空氣1

2絕熱壓縮p

T2

3等壓冷卻向環(huán)境放熱，T3

4絕熱膨脹T<T1（冷庫）4

1等壓吸熱T

T1理想化處理：①理氣；

②定化熱;

③可逆；pv圖和Ts圖1

2絕熱壓縮2

3等壓冷卻3

4絕熱膨脹4

1等壓吸熱

pv3214TsT2T01234逆勃雷登循環(huán)ssppReversedBraytonCycle制冷系數(shù)Ts1234pv圖和Ts圖

pv3214TsT2T01234同溫限卡諾制冷循環(huán)？空氣壓縮制冷循環(huán)特點

優(yōu)點：工質(zhì)無毒，無味，不怕泄漏。

缺點：1.無法實現(xiàn)T，

<

C2.q2=cp(T1-T4)，空氣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，壓縮空氣制冷想提高制冷能力，空氣的流量就要很大，如應(yīng)用活塞式壓氣機和膨脹機，不經(jīng)濟。那么怎么改善這點呢？利用回?zé)嵩聿⒉捎萌~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?zé)嶂评溲h(huán)回?zé)崾娇諝鈮嚎s制冷裝置T2T01RTs2R53R41R2R134253R1空氣回?zé)嶂评渑c非回?zé)岬谋容^T2T0Ts1R2R134253R吸熱量（收益）：q2=cp(T1-T4)放熱量：q1=cp(T2-T3)

=cp(T2R-T5)非回?zé)峄責(zé)岵蛔兿嗤責(zé)幔?/p>

非回?zé)徇m用于小壓比大流量的葉輪式壓氣機空氣制冷系統(tǒng)空氣壓縮制冷的根本缺陷1.無法實現(xiàn)T，

低，經(jīng)濟性差2.q2=cp(T1-T4)小，制冷能力q2很小。

汽化潛熱大，制冷能力可能大

蒸氣在兩相區(qū)易實現(xiàn)T§11-2蒸氣壓縮制冷循環(huán)

水能用否？0°C以下凝固不能流動。一般用低沸點工質(zhì)，如氟利昂、氨沸點：水100°CR22-40.8°CR134aTHR01-26.1°C-30.18°CVapor-compressionrefrigerationcycle壓縮制冷劑蒸氣，提高壓力和溫度放熱，使高壓高溫制冷劑蒸氣冷卻、冷凝成高壓常溫的制冷劑液體得到低溫低壓制冷劑制冷劑液體吸熱、蒸發(fā)、制冷蒸氣壓縮制冷空調(diào)裝置蒸氣壓縮制冷空調(diào)裝置1-2：絕熱壓縮過程2-4：定壓放熱過程4-5：絕熱節(jié)流過程5-1：定壓吸熱過程5124蒸氣壓縮制冷循環(huán)Ts1234567比較逆卡諾循環(huán)346773濕蒸氣壓縮“液擊”現(xiàn)象

12既安全，又增加了單位質(zhì)量工質(zhì)的制冷量71逆卡諾實際節(jié)流閥代替了膨脹機節(jié)流閥代替膨脹機分析Ts12345682.少從冷庫取走熱量優(yōu)點：1.損失功量ab面積a84ba面積a86ba面積8468缺點：1.省掉膨脹機，設(shè)備簡化；2.節(jié)流閥開度，易調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度；84越陡越好利>弊蒸氣壓縮制冷循環(huán)的計算Ts12345蒸發(fā)器中吸熱量

冷凝器中放熱量

制冷系數(shù)

兩個等壓，熱與功均與焓有關(guān)

lnp-h圖lnp-h圖及計算Ts12345lnph12345壓焓圖

P-hdiagram27過冷措施Ts12345lnph123455’4’不變4’5’工程上常用§11-3制冷劑refrigerant

蒸氣壓縮制冷，要盡可能利用工質(zhì)兩相區(qū)，因此與工質(zhì)性質(zhì)密切相關(guān)。對熱物性要求：1.沸點低，tb<10oC2.

壓力適中，蒸發(fā)器中稍大于大氣壓，冷凝器中不太高；3.汽化潛熱大，大冷凍能力；4.T-S圖上下界線陡峭：上界陡峭，冷凍更接近定溫，下界線陡，節(jié)流損失??；5.凝固點低，價廉，無毒，不腐蝕，不爆，性質(zhì)穩(wěn)定、油溶性、材料相容性、環(huán)境性能、安全性能好。boilingpoint例1一臺氨蒸氣壓縮制冷裝置，其冷庫溫度為－10℃，冷凝器中冷卻水溫度為20℃，試求單位質(zhì)量工質(zhì)的制冷量、裝置消耗的功、冷卻水帶走的熱量以及制冷系數(shù)。Ts12345解:按題意

T1=T5=263K

T3=T4=293K由氨的壓焓圖（熱力性質(zhì)表)查得Ts12345故單位質(zhì)量工質(zhì)的致冷量q2=h1-h4=1430.8-274.3=1156.5kJ/kgh1=1430.8kJ/kg(263K的飽和蒸氣）h4=274.3kJ/kg（293K的飽和液）壓力857.5KPah2=1587.6kJ/kg(1,2定熵過程）s1=5.4673裝置消耗的功|w0|=h2-h1=1587.6–1430.8=156.8kJ/kg致冷系數(shù)冷卻水帶走的熱量|q2|=h2-

h4=1587.6–274.3=1313.3kJ/kg例2假定空氣進入壓氣機時的狀態(tài)為p1=0.1MPa，t1=-20℃，在壓氣機內(nèi)定熵壓縮到p2=0.5MPa，然后進入冷卻器。離開冷卻器時空氣的溫度為t3=20℃。若tc=-20℃，t0=20℃，空氣視為定比熱容的理想氣體，κ=1.4。試求：(1)無回?zé)釙r的制冷系數(shù)及每kg空氣的制冷量(2)保持制冷系數(shù)不變而采用回?zé)?，理想情況下壓縮比(1)求無回?zé)釙r的和空氣在冷卻器中放熱量為

每kg空氣在冷庫中的吸熱量即為每kg空氣的制冷量：

循環(huán)的凈熱量為

故循環(huán)的制冷系數(shù)為

(2)求有回?zé)釙r的壓力比思考題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)是否也可以采用這種方法？為什么？2.壓縮空氣制冷系數(shù)采用回?zé)岽胧┖笫欠裉岣咂淅碚撝评湎禂?shù)？能否提高其實際制冷系數(shù)？為什么？3.作制冷劑的工質(zhì)應(yīng)具備哪些性質(zhì)？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(zhì)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(zhì)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?zé)岷鬀]有提高其理論制冷系數(shù)但能夠提高其世紀(jì)制冷系數(shù)。因為采用回?zé)岷蠊べ|(zhì)的壓縮比變小，使壓縮過程和