制冷循环的热力学原理概要
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。
制冷的热力学原理
制冷的热力学原理
制冷是一种将热量从低温区域转移到高温区域的过程，其基本原理是依靠热力学的第二定律。
根据第二定律，热量自然地从高温物体传递到低温物体，使热源的温度下降。
制冷系统通过利用压缩和膨胀的原理，将低温区域的热量通过传热介质（通常是冷媒）转移到高温区域。
制冷系统中最基本的组件是压缩机。
压缩机接收低温低压的冷媒气体，并将其压缩成高温高压气体。
这个过程需要消耗功，使压缩机的外界温度升高。
高温高压气体通过传热器，将热量传递给外界，使其冷却。
接下来，高温高压的冷媒进入膨胀阀，由于膨胀阀的作用，冷媒压力和温度急剧下降，进入低温低压状态。
此时，冷媒通过蒸发器，吸收外界低温低压区域的热量，使其温度升高，冷媒自身发生汽化。
在蒸发器中，冷媒从液体态转变为气体态。
蒸发过程中，冷媒吸收了大量的热量，使得低温区的温度继续下降。
蒸发后的冷媒气体再次进入压缩机，重复上述循环，实现了连续的制冷作用。
制冷系统的性能通常用制冷量和制冷效率来衡量。
制冷量是指单位时间内从低温区域吸收的热量，制冷效率则表示单位输入功的情况下，制冷系统能够实现的制冷量。
综上所述，制冷系统利用压缩和膨胀的原理，通过传热介质的
循环流动，将热量从低温区域转移到高温区域，实现了制冷的目的。
蒸汽压缩式制冷的热力学原理
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第四节 液体过冷、蒸汽过热及回热循环
• 二、蒸汽过热循环
• 蒸汽过热是指制冷剂蒸汽的温度高于蒸发温度的状态.两者温度之差 称为过热度,用Δt-r表示.具有蒸汽过热的循环就称为蒸汽过热循环.图 １-７为蒸汽过热循环的压焓图.图中１-２-３-４-１为基本理论循环, 而１-１′-２′-２-３-４-１为有过热的循环.其中,１-１′为制冷剂蒸汽的 过热过程,１′-２′为压缩机中的压缩过程,２′-２-３为冷凝器中的冷却 、冷凝过程.
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饱和蒸汽线的交点来确定. • 点２:制冷剂离开压缩机(进入冷凝器)的状态.由通过１点的等熵线与
压力为pk 的等压线的交点来确定.
工程热力学课件第十二章制冷循环
由于吸收式制冷循环使用低品位热能 ，因此特别适合于使用余热或废热等 低品位热源的场合。
Part
05
热电制冷循环
热电制冷循环的工作原理
热电制冷循环基于塞贝克效应或皮尔 兹效应，通过热电转换材料将热能转 换为电能，从而实现制冷效果。
将多个制冷设备集成在一个模块中，实现 集中控制和统一管理，提高系统效率和可 靠性。
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工程热力学课件第十 二章制冷循环
• 制冷循环概述 • 制冷剂的特性 • 压缩制冷循环 • 吸收式制冷循环 • 热电制冷循环 • 制冷循环的节能与环保
目录
Part
01
制冷循环概述
制冷循环的定义和目的
定义
制冷循环是指通过一系列热力学过程，将热量从低温处转移到高温处，从而实现制冷效 果的系统。
目的
制冷循环的主要目的是在需要冷却的物体或环境中，创造一个低温环境，以维持其所需 的温度和湿度条件。
参数，实现节能运行。
制冷循环的环保要求
01
02
03
04
减少温室气体排放
通过采用高效制冷技术和环保 制冷剂，减少制冷循环中温室
气体的排放。
防止臭氧层破坏
选择不含有CFCs（氯氟烃） 的制冷剂，以保护臭氧层。
控制污染物排放
确保制冷循环产生的废水、废 气和固体废弃物得到妥善处理
和处置。
资源回收利用
对制冷设备进行回收和再利用 ，减少资源浪费和环境污染。
制冷剂在压缩机中被压缩，压力升高，温度也随之升高，然后进入冷凝器，在冷凝 器中放热给冷却水，自身温度降低并液化。
热力学循环热机和制冷机的工作原理
热力学循环热机和制冷机的工作原理热力学循环热机和制冷机是以热力学定律为基础，通过热能传递与转化，实现能量转换的设备。
它们分别用于产生功或者提供冷却效果，被广泛应用于工业生产和生活中。
本文将介绍热力学循环热机和制冷机的工作原理。
热力学循环热机：热力学循环热机是以热能转化为机械能的装置，常见的例子有汽车发动机和蒸汽机。
它们依靠工质在不同温度下的热力变化来完成循环过程。
热力学循环热机的工作原理可以通过以下步骤来描述：1. 压缩：在这一步骤中，工质接收外界的功，使其体积减小，同时温度升高。
这是通过将工质置于高压环境中，并用活塞或涡轮等装置进行压缩来实现的。
2. 加热：在这一步骤中，经过压缩的工质与高温热源接触，吸收热量并进行热交换。
这使得工质温度进一步升高，同时增加了其内能。
3. 膨胀：在这一步骤中，经过加热的工质使活塞或涡轮等装置运动，产生机械功。
同时，工质的体积增大，温度下降。
4. 冷却：在这一步骤中，工质接触冷却介质，将部分热量传递给冷却介质，使工质温度进一步降低。
通过以上步骤的循环，热力学循环热机可以不断将热能转化为机械能，实现能量的转换。
它们的效率通常由工质的性质和循环过程的优化程度决定。
制冷机：制冷机是以外界的能量为驱动力，将热量从低温环境吸收并放出到高温环境的装置。
它们常被用于冷藏冷冻、空调等领域。
制冷机的工作原理可以通过以下步骤来描述：1. 蒸发：在蒸发器中，制冷剂吸收低温环境的热量并蒸发，从而使低温环境的温度降低。
这是由于制冷剂的特性，在较低温度下吸收热量时会发生物理状态的变化。
2. 压缩：经过蒸发的制冷剂成为低温低压气体，进入压缩机。
在压缩机中，制冷剂吸收外界的功，并被压缩成高温高压气体。
3. 冷凝：高温高压的制冷剂通过冷凝器，与较高温度的环境接触，放出热量并冷凝成液体。
4. 膨胀：压缩过程后的制冷剂进入膨胀阀，使其压力降低，进而降低温度。
通过以上步骤的循环，制冷剂不断吸收热量并释放热量，在低温环境和高温环境之间实现热量转移。
用热力学知识解释空调制冷的原理
用热力学知识解释空调制冷的原理空调是现代家庭和办公室不可缺少的电器之一。
空调的制冷原理实际上就是利用热力学原理进行的。
这篇文章将为你详细介绍空调制冷的原理和相关知识。
空调制冷原理的基本概念就是“蒸发吸热，冷凝放热”，即利用制冷剂在蒸发和冷凝过程中的物理变化引起温度变化。
制冷剂在冷凝器中压缩变为高温高压气体，经过膨胀阀变为低温低压气体，进入蒸发器后吸收室内热量后变为低温低压蒸汽，再次进入压缩机就开始了新一轮循环。
当制冷剂进入蒸发器时，受到室内空气的吹拂和相互接触，制冷剂会迅速吸收周围的热量，同时自身会发生蒸发，使得周围的气体温度降低。
这就是蒸发吸热的过程。
在冷凝器里，高温高压气体在经过膨胀阀后变成低温低压气体，进入冷凝器时会释放出吸收的热量，即放热。
这样就实现了制冷的目的。
不同的制冷剂具有不同的物理性质和特点。
一般来说，制冷剂应该具有较低的沸点，才能够在低温下蒸发。
同时还应该具有高的蒸发潜热和低的冷凝潜热，才能够在蒸发和冷凝过程中吸收或释放大量的热量，以达到较好的制冷效果。
常用的制冷剂包括氟利昂、七氟丙烷和氯化甲烷等。
除了制冷剂以外，空调制冷还需要一些重要的部件。
首先就是压缩机，它是整个系统的关键。
通过压缩机来把制冷剂变成高温高压气体，起着空气流动的作用，以便整个空调系统能够顺利工作。
其次还有冷凝器，通过高温高压气体在冷凝器内冷凝释放热量，实现放热的目的。
再次就是蒸发器，它起着吸热的作用，通过制冷剂蒸发吸收周围热量，让室内空气温度降低。
最后还有膨胀阀，它可以控制制冷剂流量，使得制冷剂能够在冷凝器和蒸发器之间进行循环。
在空调制冷的过程中，要注意一些问题。
首先要保证空调的清洁和光滑，避免循环的制冷剂受到污染，导致空调功率下降或出现故障。
另外，要经常检查和维护空调设备，定期更换制冷剂和过滤网，防止系统中的杂质影响其工作效率。
总之，空调制冷原理是基于热力学基础原理的，采用蒸发吸热，冷凝放热的工作原理，并通过制冷剂的物理变化来实现制冷的目的。
空调制冷循环的工作原理
空调制冷循环的工作原理空调是我们日常生活中常见的电器设备之一，它的重要功能之一就是进行制冷。
那么，空调是如何实现制冷的呢？这就涉及到了空调制冷循环的工作原理。
本文将从空调制冷循环的原理、制冷剂的运作、主要部件的作用等方面进行介绍。
一、空调制冷循环的工作原理是基于热力学的原理，主要包括四个过程：蒸发、压缩、冷凝和膨胀。
首先是蒸发过程。
空调中的制冷剂通过蒸发器（或者称为蒸发器圈）吸热并蒸发，使得室内热量被吸收，使室内温度下降。
在这个过程中，制冷剂从液态转变为气态。
接下来是压缩过程。
制冷剂以气态形式通过压缩机被压缩，导致其压力和温度上升。
通过压缩，制冷剂的分子被靠拢并增加了分子间相互作用力，从而增加了制冷剂的温度和压力。
然后是冷凝过程。
高温和高压的制冷剂通过冷凝器散热，使其温度下降到室外温度，并将热量排放到室外空气中。
在这个过程中，制冷剂从气态转变为液态。
最后是膨胀过程。
制冷剂通过膨胀阀（也称为节流阀）进入蒸发器，形成低温低压的环境，再次吸收室内的热量，重复执行制冷循环。
二、制冷剂的运作制冷剂在空调制冷循环中扮演着至关重要的角色。
具体而言，制冷剂在不同过程中承担不同的功能。
首先，在蒸发过程中，制冷剂吸收室内的热量，使室内温度下降，同时由液态转变为气态。
然后，在压缩过程中，制冷剂被压缩，并通过压缩机增加其压力和温度。
接着，在冷凝过程中，高温和高压的制冷剂通过冷凝器散热，从气态转变为液态，并将热量排放出去。
最后，在膨胀过程中，制冷剂进入蒸发器，形成低温低压的环境，再次吸收室内的热量，从而实现循环制冷。
三、主要部件的作用空调中有几个主要的部件，它们各自起着关键的作用。
首先是蒸发器。
蒸发器起到吸热换热的作用，将室内热量吸收，使空气温度下降。
其次是压缩机。
压缩机起到将制冷剂进行压缩的作用，将制冷剂的温度和压力提高，使其能够在冷凝器中放出热量。
然后是冷凝器。
冷凝器通过散热将制冷剂的温度降低，并将热量排放到室外环境中。
制冷循环系统的热力学分析
制冷循环系统的热力学分析第一章、引言制冷循环系统是一种热力学循环系统，它将热能从一个热源转移到一个冷源，从而实现制冷的目的。
制冷循环系统广泛应用于空调、冰箱、冷柜、汽车空调等领域。
热力学分析是研究制冷循环系统性能的一种重要方法，可以帮助人们深入了解制冷循环系统的工作原理和热力学性能，从而进行优化设计。
本文将从理论和实际应用的角度，对制冷循环系统的热力学分析进行深入探讨。
第二章、制冷循环系统的基本原理制冷循环系统的基本工作原理是通过压缩、冷凝、膨胀和蒸发等过程，将制冷剂在低温环境下液化，然后通过压缩、冷凝器和膨胀阀控制，将其在高温环境下蒸发，从而吸收热量来达到降温的目的。
制冷循环系统的基本组成部分包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等元件。
第三章、制冷循环系统的热力学分析方法3.1 热力学循环分析法热力学循环分析法是分析制冷循环系统热力学性能的一种基本方法。
它基于热力学循环的一些基本定律和关系，通过对制冷循环系统的卡诺效率和热力学参数进行分析，来评估制冷循环系统的性能。
该方法可以帮助系统设计者了解制冷系统的理论性能上限，并指导制冷系统的优化设计。
3.2 热力学分析软件模拟法热力学分析软件模拟法是一种基于数值计算方法的热力学分析方法。
它通过建立制冷循环系统的热力学数值模型，然后使用计算机运行模型，模拟制冷循环系统的热力学过程和性能变化，从而对制冷系统的性能进行分析。
该方法具有计算精度高、效率快等优点，并且可以通过不同的输入参数改变模型来研究和分析不同工况下制冷系统的性能。
第四章、制冷循环系统的热力学性能分析4.1 制冷循环系统的热载荷分析热载荷是指一定时间内传递给制冷循环系统的热量。
制冷循环系统的热载荷分析是对制冷系统工作环境温度和制冷需求的分析。
根据热载荷大小的不同，制冷系统的工作状态和性能也会不同，因此热载荷分析是制冷系统热力学性能分析的重要基础。
4.2 制冷循环系统的性能系数分析性能系数是制冷循环系统性能的重要指标之一。
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第一节制冷循环的热力学原理
一、常用术语
1、物质
具有一定质量并占据空间的任何物体称为物质。
物质通常以固、液、气三态存在。
蒸气压缩式制冷机都依靠内部循环流动的工作物质来实现制冷过程。
制冷机中的工作物质称为制冷剂。
制冷装置中用来传递冷量的工作物质称为载冷剂。
2、温度
温度是物体冷热程度的量度。
它是物质分子热运动剧烈程度的标志尺度。
常用的温度度量单位有摄氏温标t和开氏温标T(绝对温标)。
T(k)=t(℃)+273.15
图2-1 两种常用温标的比较
3、热量
物体在热过程中所放出或吸收的能量称为热量。
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。
4、比热（specific heat）
比热是一个物性参数，意为单位度量的物质温度变化1k时所吸进或放出的热量。
体积比热Cv(J/m3.k) 摩尔比热Cp(J/mol.k)
5、显热和潜热
不改变物质的形态而引起其温度变化的热量称为显热。
不改变物质的温度而引起其形态变化的热量称为潜热。
制冷剂的汽化潜热有何要求？
表1-1 几种制冷物质的汽化潜热(kJ/kg)
物质水氨R12 R22 氯甲
烷
二氧
化硫
R114 R502
汽化热2256.8 1369 167.5 234.5 427.1 397.8 137.9
6
150.0
2
6、压力
垂直作用在单位面积上的力称为压力p(压强)。
p是确定物质状态的基本参数之一。
1bar=105Pa，饱和压力Ps与饱和温度ts 的对应
关系。
7、比容v和密度
比容：每千克物质所占有的容积。
v是基本状态参数。
v=1 8、导热系数
表示材料传导热量的能力，是一个物性参数。
数值上等于：1m 厚的材料两边温差1k时在1小时内通过1m2表面积所传导的热量。
单位：w/m.k
9、压-焓图(lgp-h)
物质的热力状态性质可以绘制成曲线图的形式。
制冷剂性质曲线图有多种形式。
行业中最常用的是lgp-h图。
lgp-h图的构成可以总结为一个临界点、二条饱和线、三个状态区、六组等值线。
等压线—水平线
等焓线—垂直线
等干度线x —湿蒸汽区域内
等熵线—向右上方倾斜
等容线—向右上方倾斜
等温线—垂直线（未）→水平线（湿）
→向右下方弯曲（过）
由于制冷装置中，制冷剂的实际压力并不太高，lgp-h图靠近临界点的高压部分和湿蒸汽区域的中间部分在热力计算中很少用到，为了使图面清晰简捷，往往将这两部分截去。
课后练习：lgp-h图中状态点参数的查取。
二、理想制冷循环 1、热力学基本定律
热力学第零定律: 如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。
热力学第一定律：在任何发生能量传递和转换的热力过程中，传递和转换前后的能量总量维持恒定。
热力学第二定律：能量贬值原理。
热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。
高温物体
外界补偿
热量低温物体
人工制冷：
热力学第三定律：绝对温度的零度是不可能达到。
2、制冷循环的热力学分析
正向循环是使高温热源的工质通过动力装置对外做功，然后再流向低温热源，称为动力循环，即把热量转化为机械功的循环。
所有的热力发动机都是按正向循环工作的，在温-熵或压-焓图上，循环的各个过程都是依次按顺时针方向变化的。
逆向循环，它是使工质(制冷剂)在吸收低温热源的热量后通过制冷装置，并以外功作补偿，然后流向高温热源。
逆向循环是一种消耗功的循环，制冷循环就是按逆向循环进行的，在温-熵或压-焓图上，循环的各个过程都是依次按逆时针方向变化的。
逆向循环又可分为可逆和不可逆两种。
可逆循环是一种理想循环，它不考虑工质在流动和状态变化过程中的各种损失。
如果在工质循环过程中考虑了上述各种损失，即为不可逆循环。
在制冷循环中，不可逆主要来自两个方面：即制冷剂在流动和状态变化时因内部摩擦、不平衡等引起的内部不可逆损失，以及冷凝器、蒸发器等换热器存在传热温差的外部不可逆损失。
3、理想制冷循环——逆卡诺
蒸发器
冷凝器
压缩机
膨胀机
1
2
3
4
T k
冷却介质q k
被冷却介质q 0
T 0
W e
W c
T S
T k T 0
b
a
1
2
3
4
W c W e
q 0
T S
T k T 0
b
a
1
2
3
4
W c W e
q 0
1-2 等熵压缩 → 耗功w1 2-3 等温冷凝 放热qk= (sa-sb) 3-4 等熵膨胀 → 做功w2 4-1 等温蒸发 吸热q0=T0(sa-sb) 3.1逆卡诺循环特点
T0与Tk 对制冷系数的影响是不等价的，To 的影响大于Tk 。
同时，也意味着要实现温度降低的制冷具有更高的难度。
由于逆卡诺循环不考虑各种损失，而且压缩机利用了膨胀机对外输出的功。
因此，在恒定的高、低温热源区间，逆卡诺循环的制冷系数最大，在该温度区间进行的其它各种制冷循环的制冷系数均小于ε ，逆卡诺循环制冷系数可用来评价其它制冷循环的热力完善度。
湿蒸汽区域内进行 湿压缩 设备： 蒸发器 无传热温差 冷凝器 无传热温差
压缩机无摩擦运动
膨胀机不经济，且难以加工4、具有传热温差的逆向可逆循环
Tk’ — 冷却介质的温度；
T0’ — 被冷却介质的温度；
逆卡诺循环：1’-2’-3’-4’-1’；
Tk — 冷凝器中制冷剂的温度；
T0 — 蒸发器中制冷剂的温度；
有传热温差的循环：1-2-3-4-1；
耗功量增加：阴影面积；
制冷量减少：1-1’-4’-4-1。
有传热温差的制冷循环的制冷系数εc’，小于逆卡诺循环的制冷系数εc 。
)()(000000T T T T T T T T T k k k c ∆+∆+'-'∆-'=-='ε
蒸发器传热温差对制冷系数的影响将大于冷凝器传热温差。
热力完善度：工作于相同温度间的实际制冷循环的制冷系数与逆卡诺循环制冷系数的比值。
η ＝ εc’ / εc ≤1
η的大小反映了实际制冷循环接近逆卡诺循环的程度。
5、具有变温热源的理想制冷循环-洛伦兹循环
在制冷装置的实际运行中，高温热源（冷却介质）和低温热源(被冷却介质）的温度通常是不断变化的。
冷凝器中的冷却水的温度是逐步升高，而被冷却介质的温度是不断降低的。
由于制冷剂在冷凝器和蒸发器中保持等温冷凝和蒸发，这样就增大了制冷剂和介质之间的传
热温差，使循环不可逆损失增加，制冷系数和热力完善度下降。
为了减少不可逆传热引起的能量损失，制冷剂与冷却和被冷却介质之间必需保持最小的传热温差，并且所有各点应保持定值。