8-2 空气压缩制冷循环
压缩空气制冷循环
压缩空气制冷循环压缩空气制冷循环以空气为工质，其循环的装置简图见图6-21，循环的图和图如图6-22所示。
从冷库出来的空气状态为1，其温度（为冷库温度）压力为，接着进入压缩机进行压缩，升温升压到、，再进入冷却器进行定压放热，温度下降到（=），然后进入膨胀机实现膨胀，使压力下降到，温度进一步下降到最后进（），入冷库进行定压吸热过程完成循环。
循环的最高压力与最低压力之比称作增压比，用表示。
进行循环分析时，为突出主要问题，假定所有的过程都是可逆过程、在压缩机内的压缩过程及膨胀机内的膨胀过程均为可逆绝热过程并且空气可作为比热容取定值的理想气体。
压缩空气理想制冷循环的构成与燃气轮机装置定压加热理想循环一样仅是方向相反？是的，在热力学分析上，压缩空气制冷循环可以视为布雷敦逆循环。
参看图6-22，循环中工质从低温热源（冷库）吸热量亦即循环中工质的制冷量：排向高温热源的热量为压气机消耗的功为膨胀气缸中回收的功为所以，循环消耗的净功是因此，循环的制冷系数为考虑到1-2,3-4都是可逆绝热过程，因而有将之代入制冷系数表达式可得(6-20)上式表明，循环增压比越小，制冷系数越大。
但增压比越小，单位质量工质的制冷量也越小。
当由（/）下降到（/）时制冷量也由面积1-4-4’-1’-1下降为面积1-9-9’-1’-1。
所以，不能太小。
在相同的低温热源（冷库）和高温热源之间工作的卡诺逆循环的制冷系数为与式(6-20)比较，因为，所以，这里再次看到相同温度两热源（和）之间卡诺逆循环的制冷系数最大。
压缩空气制冷循环的制冷量为 (6-21)式中，是循环工质的质流量。
可见制冷量取决于温差和质流量。
压缩空气制冷循环的制冷系数,循环压力比
压缩空气制冷循环的制冷系数,循环压力比
压缩空气制冷循环的制冷系数是与工质的压缩比和膨胀比有关，其表达式为：COP=\frac{T_{4}-T_{1}}{T_{2}-T_{1}}
其中，T_1为外界温度，T_2为压缩前的空气温度，T_4为膨胀后的空气温度。
循环压力比是指膨胀机出口压力与压缩机入口压力之比，即：
PR=\frac{P_{4}}{P_{2}}
其中，P_4为膨胀机出口压力，P_2为压缩机入口压力。
对于压缩空气制冷循环来说，制冷系数和循环压力比之间存在一定的关系，通常情况下随着循环压力比的增加，制冷系数也会有所提高。
但是，循环压力比过高也会导致系统的效率下降和能量消耗的增加，因此需要根据实际情况进行合理的选择。
第8章 习题提示和答案
为 516.6m3 / min ，绝热压缩到 p2 = 1MPa 。由于磨擦作用，使出口气温度达到 350℃。求
以各级消耗的功不相等。
8-17 某高校实验室需要压力为 6.0MPa 的压缩空气。有两人分别提出下述两个方案：
A 方案采用绝热效率为 0.9 的轴流式压气机；B 方案采用活塞式气机，二级压缩。中间冷却，
两缸压缩多变指数均为 1.25。试述上述两个方案的优劣。（设 p0 = 0.1MPa、t0 = 27°C ）
为 0.5MPa ，但压缩过程的指数分别为：n1 =1.4、n2 =1.25、n3 =1，试求各压气机的容积效
率（假设膨胀过程的指数和压缩过程相同）。
1
提示和答案： ηV = 1− σ (π n −1) ，ηV,1 = 0.871 、ηV,2 = 0.843 、ηV,3 = 0.76 。 8-5 某单级活塞式压气机，其增压比为 7，活塞排量为 0.009m3 ，余容比为 0.06，转 速为 750r/min，压缩过程多变指数为 1.3。求（1）容积效率；（2）生产量（ kg/h ）；（3）理 论消耗功率（kW）；（4）压缩过程中放出的热量。已知吸入空气参数为 p1 = 0.1MPa 、
应略大于
185
kW，(190.76 −185)kW 185 kW
=
3.1% ，
其误差尚在可允许范围内，所以实测基本合理。 8-14 以 R134a 为工质的制冷循环装置中，蒸发器温度为-15℃，进入压缩机工质的干
第9章制冷循环
§ 9-3 制冷剂 Refrigerants
制冷剂的选择原则：
（1）具有较高的临界温度，从而使大部分的放热 过程在两相区内定温的进行 （2）操作压力要合适。即冷凝压力（高压）不要 过高，蒸发压力（低压）不要过低。 （3）潜热要大。 （4）化学稳定性、不易燃、不分解、无腐蚀性。 （5）价格低。 （6）冷冻剂对环境应该无公害。
蒸气压缩制冷循环装置
q1
3
4
冷凝器
2
T
2
w
膨胀机
压缩机
wc
4
3
6
6
q2 蒸发器（冷库）
1
1
s
工程中常用节流阀代替膨胀机
4
节 流 阀 q1
3 2
w
T
2 4
压缩机
冷凝器
3
6
1 5
5
q2
蒸发器（冷库）
1
s 4-5：绝热节流 5-1：定压吸热蒸发
1-2：定熵压缩 2-3-4：定压放热冷凝
用节流阀代替膨胀机优缺点
吸附式制冷 半导体制冷 热声制冷
基本知识点
• 1. 熟练空气和蒸汽压缩制冷循环的组
成、图示、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。
§9－1 空气压缩制冷循环
理想化处理： ①理气； ②定比热; ③ 可逆； 逆勃雷登循环 p
3 2
T
2 3
T0 = T3 T1 = Tc
换热器 冷却水
吸 收 器
泵
蒸发器 QL
吸收式制冷循环流程动画演示
吸收式制冷循环特点
优点：
直接利用低品位的热能 环境性能好
缺点：
设备体积大，启动时间长
制冷循环
目录一、制冷循环的工作原理 (1)二、压缩式制冷 (3)三．吸收式制冷 (5)四、其他制冷方式 (6)1、蒸汽喷射制冷 (6)2、空气压缩制冷 (7)3、声能(热声效应)制冷技术 (8)4、热管式制冷技术 (10)5、磁制冷技术 (10)6、吸附式制冷 (11)7、热电制冷 (12)浅谈制冷循环生活中，存在着各种制冷循环，电冰箱、空调、汽车等，它与我们的生活密切相关。
通过对制冷循环的研究与改进，可以有效地实现节能降耗。
一、制冷循环的工作原理与动力装置相反，制冷循环装置是通过外界对系统提供能量，使制冷工质将热量从低温物体（如冷库等）移向高温物体（如大气环境）的循环过程，从而将物体冷却到低于环境温度，并维持此低温。
制冷循环由压缩过程、冷凝过程、膨胀过程、蒸发过程组成。
就是利用有限的制冷剂在封闭的制冷系统中，反复地将制冷剂压缩、冷凝、膨胀、蒸发，不断的在蒸发器处吸热汽化，进行制冷降温。
逆卡诺循环是理想制冷循环，它的工作过程如下：绝热压缩过程1'—2'，制冷剂的温度由T0'升至Tk'，外界输入功w ；等温冷凝过程2'—3'，制冷剂在等温Tk'向高温热源放出热量qk'；绝热膨胀过程3'—4'，制冷剂的温度由Tk‘降至T0’，膨胀机输出功we ；等温蒸发过程4'—1'，制冷剂在等温T0'吸收低温热源中的热量q0'制冷循环的重要参数是制冷系数， 制冷系数是指单位功耗所能获得的能量，也称制冷性能系数，用符号COP 表示，它是制冷系统（制冷机）的一项重要技术经济指标。
制冷性能系数大，表示制冷系统（制冷机）能源利用效率高。
逆卡诺循环的制冷系数： )0/(0))(0/()(0/q0'''''''c T Tk T S S T Tk S S T W b a b a c -=---==ε在一定的环境温度下，冷库温度越低，制冷系数就越小。
工程热力学 第十章 制冷循环
制冷剂其他性质
❖对环境友善 ❖安全无毒 ❖ 溶油性好，化学稳定性好
36
制冷剂种类
（1）无机化合物：氨R717、水R718、二氧 化碳R744、二氧化硫R764等。
（2）氟里昂：氟里昂是饱和碳氢化合物（饱 和烃类）的卤族衍生物的总称，最常用的 有R12、R22、R14和R134a等。
（3）混合溶液：由两种或两种以上不同的制 冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。 主要有R502（R22和R115）、R407C （R32/R125/R134a）。
2-3 为过 热 蒸 气 在 冷 凝 器 中定压放热被冷凝的过程；
3-4 为饱 和 液 体 在 节 流 阀 中节流、降压、降温的过 程；
4-1 为湿 饱 和 蒸 气 在 蒸 发
器中定压吸热、汽化的过
程。
22
制冷系数
c
qo wnet
qo h1-h3 qk-qo h2-h1
T1 T4 T2 T1
20
压缩蒸气制冷循环
用低沸点物质（大气压 下的沸点低于0℃）作为工 质（制冷剂），利用其在 定压下汽化和凝结时温度 不变的特性实现定温放热 和定温吸热，可以大大提 高制冷系数；制冷剂的汽 化潜热较大，因此制冷量 大。
21
压缩蒸气制冷循环
1-2 为从 蒸 发 器 中 出 来 的 蒸气在压缩机中被可逆绝 热压缩的过程；
（4）碳氢化合物：碳氢化合物制冷剂有甲烷、
乙烷、丙烷、乙烯、丙烯和异丁烷R600a
等。
37
课后思考题
❖压缩蒸气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？
❖对逆向卡诺循环而言，冷、热源温差越大， 制冷系数是越大还是越小？为什么？
工程热力学第11讲-第6章热力循环
2
2'
s
乏汽压力对朗肯循环热效率的影响
t1 , p1不变，p2 ↓
T
1
优点： •T2 ↓ ηt ↑ 4
5
6
缺点： 3 •p2↓ 受环境限制 •现在大型机组p2为3.5~5kPa， 相应的饱和 温度约为27~ 33℃ ，已接近可能达到的最低 限度。 •冬天热效率高
4'
2
3'
2'
s
提高循环热效率的途径
' 2
' h2 h2
t,RG t
物理意义： kg工质100%利用,1- kg工质效率未变。
蒸汽抽汽回热循环的特点
优点： 提高热效率 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面 可兼作除氧器 缺点： 循环比功减小，汽耗率增加 增加设备复杂性 回热器投资 小型火力发电厂回热级数一般为1～3级，中大型火力发电厂 一般为 4～8级。
蒸汽回热循环热效率计算
T 吸热量： 1
1kg
6 kg a
q1,RG h1 h5 h1 ha'
放热量：
4
3
5
(1- )kg 2
q2,RG 1 h2 h2'
净功： s
wRG h1 ha 1 ha h2
热效率：
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤 气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好环保性能， 是一种有发展前景的洁净煤发电技术。
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
双级压缩,与复叠式制冷循环
基本要求：
1．采用双级和复叠式蒸气压缩制冷循环的原因。 2 ．一次节流、中间完全冷却和中间不完全冷却的 系统图、压焓图、热力计算方法。(中间压力的确定方
法，中间冷却器的工作原理温度变动时制冷机的特性)
3 ．复叠式蒸气压缩制冷循环系统图、压焓图及特 点。(了解复叠式制冷机启动时的注意事项，膨胀容器的工作原理)
系数下降。 2．压缩机运行时的压力 比增大，容积效率下 降。
由于压缩机余隙容积的存在，压力比提高到一定数值 后，压缩机的容积系数变为零，压缩机不再吸气，制 冷机虽然在不断运行，制冷量却变为零。
补充：余隙容积的影响
一、余隙容积
实际的活塞式压气机中，当 活塞处于左止点时，活塞顶面与 缸盖之间必须留有一定的空隙， 称为余隙容积。图具有余隙容积 的压气机理论示功图，图中容积 V3就是余隙容积。 由于余隙容积的存在，活塞就 不可能将高压气体全部排出，排 气终了时仍有一部分高压气体残 留在余隙容积内。因此，活塞在 下一个吸气行程中，必须等待余 隙容积中残留的高压气体膨胀到 进气压力p1（即点4）时，才能 从外界吸入气体。
按节流方式又可分为一级节流循环与两级 节流循环。如果将高压液体先从冷凝压力 Pk 节流到中间压力 Pm ，然后再由 Pm 节 流降压至蒸发压力P0 ，称为两级节流循环。 如果制冷剂液体由冷凝压力Pk 直接节流至 蒸发压力 P0 ，则称为一级节流循环。 一级节流循环虽经济性较两级节流稍差， 但它利用节流前本身的压力可实现远距离 供液或高层供液，故被广泛采用。
第二节
双级压缩式制冷循环
两级压缩制冷循环中，制冷剂的压缩过程 分两个阶段进行，即将来自蒸发器的低压制冷 剂蒸气（压力为p0 ）先进入低压压缩机，在其 中压缩到中间压力pm ，经过中间冷却后再进入 高压压缩机，将其压缩到冷凝压力pk ，排入冷 凝器中。这样，可使各级压力比适中，由于经 过中间冷却，又可使压缩机的耗功减少，可靠 性、经济性均有所提高。
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T
T2 T0
3
逆卡诺循环： c
1 T0 1
c
4
结论：
TR
2 T0
1 TR
s
1、空气制冷循环效率小于卡诺循环。由于空气比热小， 往往T2高于T0很多，制冷效率低。
2、为提高制冷系数，T2越小越好，增压比越小越好。 但这会减少工质制冷量。考虑实际损失后，可能导致
实际制冷效率降低。
5
空气压缩制冷循环
T
制冷系数：
q2 q2
(h1 h4 )
w0 q1 q2 (h2 h3 ) (h1 h4 )
3
取空气的比热容为定值：
cp0 (T1 T4 )
1
cp0 (T2 T3 ) cp0 (T1 T4 ) T2 T3 1
4
1
空气压缩制冷循环
空气压缩制冷循环
常温冷却水
定压可实现
3
2
冷却器
膨胀机 4
冷库
压气机 1
设备组成：
压气机、冷却器、膨胀机、冷库换热器
2
空气压缩制冷循环
循环过程：
1→2:定熵压缩 2→3:定压放热 3→4:定熵膨胀 4→1:定压吸热
类似布雷顿循环
p 3
4 T
3
4
3
2
1 v 2 T0 TR 1 s
1
定熵：T2
T1
p2 p1
p3 p4
T3 T4
T1 T4
(
p2 p1
1
0 1
) 0
1
1
0 1 0
1
1 T2 1 T1
1 T2 1 TR
4
2 T0
1
TR
s
空气压缩制冷循环
空气制冷循环：
1 T2 1
TR