第十一章制冷致冷循环
工程热力学课件11 制冷循环
理想气体
p 2‘
T
2‘
绝热膨胀，温度降低
1 6 1 2 4 3 v 2 s
5
T
转回温度曲线
实际气体
TH
冷效应区
N
热效应区
TL p pN
p
经济性指标最高的逆向循环是同温限 间的逆向卡诺循环。通常制冷循环以环境 为高温热源（T1=T0），因此在以T0为高 温热源、Tc为低温热源间的逆向卡诺循环 的制冷系数：
膨 胀 阀
压缩机
w
4
q2
1
蒸发器
1-2: 2-3: 3-4: 4-1:
制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程 制冷剂在冷凝器中的定压放热过程 制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程 制冷剂在蒸发器中的定压定温气化过程
4 1 3 2
q2 wnet
单位质量制冷剂在冷凝器中放热量：
T
2
q1＝ h2-h3
单位质量制冷剂在蒸发器中吸热量：
1 h
过冷度愈大,制冷系数增加愈多。制冷剂液体离开冷凝 器的温度取决于冷却介质的温度,过冷度一般很小。多数制冷
装置专设一回热器,使从冷凝器出来的制冷剂液体通过回热器 进一步冷却,增大过冷度。回热器的冷却介质通常为离开蒸发 器的低温低压蒸气。
3 4 1
2
热泵供热原理
在所有制冷装置的工作过程中，热从冷藏室取 出并传给较高温度的环境。因此，实现制冷循环的 结果不仅使放出热量的物体被冷却，而且使吸收热 量的物体被加热。根据这个原理，可利用逆循环实 现将热从低温冷源向高源热源的输送。这种目的在 于输送热量给被加热对象(如室内供暖)的装置称为 热泵。向高温热源输送的热量qH，等于取自低温冷 源(如大气环境)的热量qL与实现逆循环从外界输入 功量wnet 之和，即qH=qL+wnet 。热泵就其实质来看， 和制冷装置完全一样，只是两者工作的温度范围不 同。制冷装置工作的上限温度为大气环境温度，其 目的系从冷藏室吸热，以保持冷藏室低温(下限温度) 恒冷；热泵工作的下限温度为大气环境温度，其目 的是向暖室放热，以保持暖室温度(上限温度)恒暖。
制冷循环PPT课件
11-2 压缩蒸气制冷循环
（The vapor-compression cycle）
一、压缩蒸气制冷循环设备流程
16
二、循环T-s 图和制冷系数 ε
qC h1 h5 h1 h4
q1 h2 h4
wnet h2 h1
？ qC h1 h4 T1 T4 wnet h2 h1 T2 T1
制冷系数及1kg空气的制冷量；(2)若 保持不变而采用回热，
理想情况下压缩比是多少? 解 (1) 无回热
T1 TC 253.15K T3 T0 293.15K
p2 0.5MPa 5
p1 0.1MPa
1/
T2 T1
p2 p1
T3 T4
1
1.41
T2 T1 253.15K 5 1.4 401.13K
藏库的温度为-10℃，而周围环境温度为30 ℃。试计算： 1）吸收式制冷装置的COPmax
2）如果实际的热量利用系数为0.4 COPmax，而要达到制冷能 力为2.8105kJ/h，求需提供湿饱和蒸汽的质量流率qm是多少。
解 据压力p = 0.2MPa，从饱和水蒸气表中查得饱和温度 ts=120.23℃120 ℃，汽化潜热
总循环
1 kg蒸汽制冷量
q2 = q7-3 = h3-h7 1 kg蒸汽冷凝器放出热量
q冷= q5-6= h6-h5 1 kg工作蒸汽吸热量
q1= q8-1= h1-h8
29
2. 能量利用系数
Q2 Q
m1h3 h7 m2 h1 h8
工作蒸汽能量及输入功最终均以热量形式在冷凝器中向环 境散失，构成能质下降以弥补制冷蒸汽循环中蒸汽能质提高 的过程。
制冷循环课件
半封闭马达的排热量
废热 总的排热量
2058.60 1848.24 1646.88 1444.52 1244.16 1041.80 843.44 655.08 453.72
238.36 18.00 13.28 19.20 21.35 37.80 48.75 56.00 63.75 61.20 43.75
87F / 30.5C
89F / 31.7C
0.592kW/Ton
0.618kW/Ton
0.641kW/Ton
冷却水进水温度
制冷循环
38
压头
压力
降低冷却水进水温度
减低压头
冷凝器
压头
压缩机
减小压缩机功耗
蒸发器
减少能量损耗
焓
制冷循环
39
冷却水出水温度 (F) 冷却水进水温度 (F) 500TR 冷水机组型号 PD蒸发器 (ft) PD 冷凝器(ft) 水泵 kW 蒸发器 水泵 kW 冷凝器 冷水机组 Kw/Ton 冷水机组输入 kW 机组价格 (US$)
马达效率 = 95.2%
制冷循环
35
该表格表明为什么开式马达的效率高于半封闭式马达值
负荷
% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
冷量
kW
Ton
1759 500
1583 450
1407 400
1231 350
1055 300
879
250
703
200
528
150
352
100
176
马达效率
% 94% 95% 92% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30%
工程热力学第十一章制冷循环教案
第十一章制冷循环学习重点:1.掌握各种制冷装置循环设备及其工作流程。
2.掌握将实际质量循环抽象和抽象为理想循环的一般方法。
3.掌握各种制冷循环的制冷量、放热量、耗功量及制冷系数等的分析和计算方法。
4.了解分析影响各种制冷循环的制冷系数的主要因素及提高制冷系数的途径。
制冷（热泵)循环输入功量（或其他代价），从低温热源取热11-1 空气压缩制冷循环实际制冷装置并不是按逆向卡诺循环工作的，而是根据制冷装置所采用的工质性质，按不同的制冷循环工作。
空气可用作为制冷装置的工质。
空气压缩制冷装置主要由四个热力设备组成：压气机、冷却器、膨胀机和冷库换热器。
空气压缩制冷装置的理想循环由四个可逆过程组成，即绝热压缩过程1-2、定压放热过程2-3、绝热膨胀过程3-4和定压吸热过程4-1。
循环制冷量为4-1中工质吸取的热量：循环消耗的净功为因此，可得空气压缩制冷循环制冷系数的表达式为如取空气的比热容为定值，则有按绝热过程1-2及3-4，可以得到各状态参数之间的关系式为代入上式，可得空气压缩制冷循环的制冷系数的计算式即提高增压比可获得较低温度，如图中循环1-3‘-5'-6-1所示，但使压气机和膨胀机的负荷加重。
为此可采用回热器，用空气在回热器中的预热过程代替一部分绝热压缩过程，从而降低增压比。
回热式空气压缩制冷装置的循环：1-2为空气在回热器中的定压预热；2-3为压气机中空气的绝热压缩；3-4为冷却器中空气的定压放热；4-5为回热器中空气的定压回热；5-6为膨胀机中空气的绝热膨胀；6-1为冷藏库的换热器中空气定压吸热。
由图线对比可见，与提高增压比的办法相比，采用回热措施后，制冷量、放热量、制冷系数均可不变。
但是，采用回热器的空气压缩制冷装置中，压气机的增压比小得多，因而大大减轻了压气机的负荷。
正是由于这个优点，使得采用回热器的空气压缩制冷装置在深度冷冻及气体液化中获得实际应用。
11-2 蒸气压缩制冷循环如采用湿饱和蒸气为工质，就可容易地实现定温吸热和定温放热，从而可以按逆向卡诺循环工作，以便在一定的冷库温度及环境温度下获得最高的制冷系数。
工程热力学思考题答案,第十一章
第十一章 制冷循环1、家用冰箱的使用说明书上指出,冰箱应放置在通风处,并距墙壁适当距离,以及不要把冰箱温度设置过低,为什么？答:为了维持冰箱的低温,需要将热量不断地传输到高温热源(环境大气),如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去,会使高温热源温度升高,从而使制冷系数降低,所以为了维持较低的稳定的高温热源温度,应将冰箱放置在通风处,并距墙壁适当距离。
在一定环境温度下,冷库温度愈低,制冷系数愈小,因此为取得良好的经济效益,没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。
2、为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？答:由于空气定温加热与定温放热不易实现,故不能按逆向卡诺循环运行。
在压缩空气制冷循环中,用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。
3、压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机,压缩空气制冷循环就是否也可以采用这种方法？为什么？答:压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。
工质在节流阀中的过程就是不可逆绝热过程,不可逆绝热节流熵增大,所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。
而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中,因为工质的干度很小,所以能得到的膨胀功也极小。
而增加一台膨胀机,既增加了系统的投资,又降低了系统工作的可靠性。
因此,为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。
4、压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何？答:压缩空气制冷循环的制冷系数为:()()142314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε===(a) (b) 压缩空气制冷循环状态参数图空气视为理想气体,且比热容为定值,则:()()142314T T T T T T ε-=--- 循环压缩比为:21p p π=过程1-2与3-4都就是定熵过程,因而有:1322114k k T T P T P T -⎛⎫== ⎪⎝⎭ 代入制冷系数表达式可得:111k k επ-=- 由此式可知,制冷系数与增压比有关。
第十一章 制冷循环3ppt课件
吸收式制冷装置—依靠高温热源向环 境传递热量作为代价而实现制冷的装置。
吸收式制冷装置—采用吸收器、蒸气 发生器和泵来取代蒸气压缩式制冷装置 的压气机。
常用工质：氨（制冷剂）＋水（吸收剂） 水（制冷剂）＋溴化锂 （吸收剂）
工作过程（氨＋水）：吸收器中，氨水溶液吸收来自蒸发器的 氨蒸气。由于氨溶解时产生溶解热，为了保持溶液的吸收能力，要 用冷却水冷却吸收器。泵浓溶液加压后送入蒸气发生器。蒸气发生 器加热浓溶液，使其中所溶解的氨蒸发产生氨气。
析说明之。
11-4 压缩式制冷依靠消耗机械功而实现制冷，吸收式及喷射 式制冷则是依靠消耗高温的热能而实现制冷，试根据热力学第二 定律说明两者的一致性。
11-5 高增压比的空气压缩制冷装置采用回热措施而降低增压 比时，若考虑到压气机及膨胀机中的不可逆损失，是否不论采用 回热与否循环的制冷系数仍相同？
完整版PPT课件
装置的发展较快，常用来作为大型空气调节装置的制冷设备。
完整版PPT课件
2
11-5 制冷剂及其热力学性质
例 11-5 一台氨蒸气压缩制冷装置，其冷库 温度为－10℃，冷凝器中冷却水温度为20℃， 试求单位质量工质的制冷量、装置消耗的功、 冷却水带走的热量以及制冷系数。
解: 按题意 T1=T4=263 K T3=293 K32 34
1
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4
思考题
11-1 当冷库温度及环境温度一定时，试证明逆向卡诺循环具 有最大的制冷系数。
11-2 空气压缩制冷为何不能像蒸气压缩制冷那样采用节流阀 降压，而要采用膨胀机降压膨胀。
11-3 当冷库温度及环境温度一定时，为增加单位质量的制冷
量，空气压缩制冷循环的制冷系数总要有所降低，试用T-s图分
11工程热力学第十一章 制冷循环
蒸气压缩制冷循环的制冷量可表示为
q 2 = h1 h4
循环净功,即压气机消耗的轴功则可表示为 循环净功,
w0 = ( ws ) c = (h2 h1 )
于是蒸气压缩制冷循环的制冷系数可按下式计算 于是蒸气压缩制冷循环的制冷系数可按下式计算 制冷系数 q2 h1 h4 ε= = h2 h1 w0 计算制冷循环时经常利用lnp-h线图.在 线图. 计算制冷循环时经常利用 线图 该图上能方便地表示定压过程,定焓过程, 该图上能方便地表示定压过程,定焓过程, 且极易确定各点的焓值. 且极易确定各点的焓值. 图示为lnp-h图上的蒸气压缩制冷循环的 图示为 图上的蒸气压缩制冷循环的 循环曲线: 为定熵过程 为定熵过程; 为定压过程 为定压过程; 循环曲线:1-2为定熵过程;2-3为定压过程; 3-4为节流过程,其初终两态的焓相等;4-1 为节流过程,其初终两态的焓相等; 为定压过程.书后附有氨的lnp-h图. 为定压过程.书后附有氨的 图
如果逆循环工作的目的是向"高温"环境供热,册该循环称为 如果逆循环工作的目的是向"高温"环境供热, 热泵循环.热泵循环工作有效程度的评价指标是供热系数 热泵循环.热泵循环工作有效程度的评价指标是供热系数ζ,为向 高温物体提高的热量与所消耗的净功之比, 高温物体提高的热量与所消耗的净功之比,即
ζ =
蒸汽喷射制冷装置是以高温热源向环境传递一定的热量作为代 价而实现制冷的, 价而实现制冷的,因此采用所得到的制冷量和高温热源所给出的热 量的比值来表示制冷循环工作的有效程度,称为热量利用系数 热量利用系数, 量的比值来表示制冷循环工作的有效程度,称为热量利用系数,用 ξ表示,即 表示,
Q2 ξ= Q
按绝热过程1-2及3-4,可以得到各状态参数之间的关系式为 p 3 (κ 1) / κ T3 T2 p 2 (κ 1) / κ =( ) =( ) = T1 p1 p4 T4 代入上式, 代入上式,可得空气压缩制冷循环的制冷系数的计算式
第十一章 制冷循环1
按绝热过程1-2及3-4，可以得到各状态参数之间的关系式为 p3 ( 1) / T3 T2 p 2 ( 1) / ( ) ( ) T1 p1 p4 T4 代入上式，可得空气压缩制冷循环的制冷系数的计算式Biblioteka 1 T2 1 T1
1 T3 1 T4
即
1 p 2 ( 1) ( ) 1 p1
提高增压比可获得较低温度，如图中循环1-3‘-5’-6-1所示，但 使压气机和膨胀机的负荷加重。 为此可采用回热器，用空气在回热器中的预热过程代替一部分 绝热压缩过程，从而降低增压比。 由图线对比可见，与提高增压比的办法相比，采用回热措施后， 制冷量、放热量、制冷系数均可不变。但是，采用回热器的空气压 缩制冷装置中，压气机的增压比小得多，因而大大减轻了压气机的 负荷。正是由于这个优点，使得采用回热器的空气压缩制冷装置在 深度冷冻及气体液化中获得实际应用。
q 2 T2 (s 3 s 2 )
过程4-1中，工质向环境放出的热量为 q1 T1 ( s 4 s1 ) 循环中消耗的净功
w0 q1 q 2
制冷循环的工作有效程度的评价指标是制冷系数（制冷性能系 数）ε，为从低温物体吸收的热量与所消耗的净功之比，即 q2 q2 q1 w0 q1 q 2 因此，逆向卡诺循环的制冷系数可表示为 T2 1 T1 T2 T1 1 T2 根据此式，逆向卡诺循环所消耗的净功可表示为 q2 T1 w0 q 2 ( 1) T2
因此，可得空气压缩制冷循环制冷系数的表达式为 q2 (h1 h4 ) w0 (h2 h1 ) (h3 h4 ) 如取空气的比热容为定值，则有 c p 0 (T1 T4 ) c p 0 (T2 T1 ) c p 0 (T3 T4 ) T4 T1 (1 ) T1 T3 T4 T2 (1 ) T1 (1 ) T2 T1
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水 R22 R134a THR01
100°C - 40.8°C - 26.1°C - 30.18°C
空气压缩制冷循环装置
冷却水
3
2
冷却器
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
蒸气压缩制冷循环的计算
蒸发器中吸热量
T
q2h1h5h1h4
4
冷凝器中放热量
2 3
q1 h2 h4 制冷系数
1 5
s
q 2 h 1 h 4 h 1 h ) h 2 h 1 w
冻 水的凝结到（0熔°化C的）冰热所r需=3冷34量k。J/kg
1冷吨=3.86 kJ/s 1美国冷吨=3.517 kJ/s
制冷循环种类
冷
制冷循环
√ 空气压缩制
压缩制冷
√
√蒸汽压缩制冷
吸收式制冷
吸附式制冷
蒸汽喷射制冷
半导体制冷
热声制冷
§11－1 空气压缩制冷循环
冷却水
3
2
冷却器
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
s
q2 h1 h4'
w h2 h1
工程上常用
§ 11-3 热泵
q1 q2 w ww
T0
T1
q1
制冷
w
热泵
q1 w
q2
q2
T2
T0
制冷 系数
q2 w
制热 系数
' q1 1
w
热泵lnp-h图及计算
lnp
4
q1
3
T
2
4
2 3
1
5
q2
w
h
q2h1h5h1h4
q1 h2 h4
1 5
s
' q1 h2 h4
pv图和Ts图
p T
3
2
3
4
1
4
2
T0
1 T2
1
v 2 绝热压缩
s
s
2 3 等压冷却 p
3 4 绝热膨胀 s
逆勃雷登循环
4 1 等压吸热
p
k 1
k 1
制冷系数 T 2
T1
p2 p1
k
p3 p4
k
T3 TT4
C OTP2 T3
q2
T2
1 q2
T3 T2
T2
3
2
T1 T4
两个等压，热与功均与焓有关 lnp-h图
lnp-h图及计算
lnp
4
q1
3
T
2
4
2 3
1
5
q2
w
h
q2h1h5h1h4
q1 h2 h4
1 5
s
q2 h1 h4
w h2 h1
过冷措施
lnp
4’ 4
5’ 5
q2 h1 h5 q1 h2 h4'
T
32 4
4’ 1
5’ 5
2 3
1
h wh2 h1 不变
§ 11-4 吸收式制冷循环
压缩制冷循环以消耗机械功为代价 吸收式制冷以消耗热量为代价 利用溶液性质
溶液T 溶液T
溶液 = 溶剂 + 溶质
溶剂吸收溶质的能力 溶液浓度 溶剂吸收溶质的能力 溶液浓度
氨（溶质） + 水（溶剂）溶液 溴化锂（溶剂） + 水（溶质）溶液
吸收式制冷循环特点
优点：
直接利用热能 可用低品质热 环境性能好
w h2 h1
主要供暖方式
燃煤、燃气 锅炉 集中供热
热用户
直接电采暖 （蓄热锅炉、 地板辐射、 电热膜）
热泵（空气 源、水源）
能量利用系数
直接电 100%
发电33%
房间33%
电厂 损失67%
锅炉 100%
效率70%
房间70%
锅炉 损失30%
热泵
100%
发电33% 热 COP=3 泵
房间99%
电厂 损失67% 66%
第十一章制冷致冷循环
本章基本知识点
• 1. 熟练空气和蒸汽压缩制冷循环的组
成、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、蒸汽喷射制冷及热泵
的原理。·
热泵循环和供热系数
Coefficient of Performance
1
COP ' q1
w
T1房间1
T0 T1
T
w
c
T
p
q1 (1T1
1
q
2
T
4
T 4 )T 1
T1
4
1
cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 )
s
1 T2 T3 1 T1 T4
1
T2 1
T1
1
k1
p2 p1
k
1
k1
k
空气压缩制冷循环特点
• 优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。
• 缺点：
1. 无法实现 T ， < C
2. q2=cp(T1-T4)，空气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，
• 使用叶轮式，再回热则可用。
§ 11-2 蒸气压缩制冷循环
水能用否？ 0°C以下凝固不能流动。 一般用低沸点工质，如氟利昂、氨
沸点：Ts(p1atm)
卡诺逆循环
q1T1
w
Cqw1 q1q1q2
T1 T1T0
T1不变, T0 εC
T0 qT2 2
T0不变, T1 εC
q1 wq2
s
制冷能力和冷吨
生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小
制冷能力：制冷设备单位时间内从冷库取 走的热量(kJ/s)。
商业上常用冷吨来表示。 1冷吨：1吨0°C饱和水在24小时内被冷
缺点：
设备体积大，启动时间长
用于大型 空调、中央空调。