工程熱力學制冷循環(huán)課件

1、制冷循環(huán),Refrigeration Cycles,§ 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），從低溫熱源取

2、熱,,? 熱泵Heat Pump循環(huán) 輸入功量（或其他代價），向高溫熱用戶供熱,,,,低溫冷凍室,（a）冰箱,,,,高溫環(huán)境,低溫環(huán)境,高溫房間,,,（b）熱泵,,,,,,,,,QL,WN,QH,QL,QH,,WN,,制冷循環(huán)和制冷系數(shù),Coefficient of Performance,,,,T0環(huán)境,,,,,,T2冷庫,,,,卡諾逆循環(huán),q1,q2,w,,Reversed Carnot cycle,熱泵循環(huán)和

3、供熱系數(shù),Coefficient of Performance,卡諾逆循環(huán),w,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 =334 kJ/kg,1冷噸=3.86 kJ/s,Cooling Capacity and T

4、on of Refrigeration,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

5、 半導(dǎo)體制冷 熱聲制冷,磁制冷,,,,,,,,Vapor-compression,Gas compression,Refrigeration Cycle,,§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,,,,,,,,,3,2,1,4,,,,,,,,,空氣壓縮制冷循環(huán)過程,四個主要部件；工質(zhì)：空氣,

6、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,,,,,,,,p,v,3,2,1,4,,,,,,,,,T,s,T2,T0,1,2,3,4,逆勃雷登循環(huán),s,,s,,p,,p,,Reversed Brayton Cycle,制冷系數(shù),,,,,,T,s,1,2,3,4,,,,p

7、v圖和Ts圖,,,,,,,p,v,3,2,1,4,,,,,,,,,T,s,T2,T0,1,2,3,4,,,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。,2. q2=cp(T1-T4)，空氣cp很小， (T1-T4)不能太大， q2 很小。,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？

8、利用回熱原理并采用葉輪式壓氣機和膨脹機，去改善壓縮空氣制冷的主要缺點。,空氣回熱制冷循環(huán),回熱式空氣壓縮制冷裝置,,,,T2,T0,1R,,,,2R,5,3R,4,1R,2R,5,3R,1,空氣回熱制冷與非回熱的比較,,,T2,T0,,,,1R,2R,5,3R,吸熱量（收益）：,q2=cp(T1-T4),放熱量：,q1=cp(T2-T3) =cp(T2R-T5),非回熱,回熱,不變,相同,?回熱＝ ?非回熱,適用于小壓比大流量的

9、葉輪式壓氣機空氣制冷系統(tǒng),,空氣壓縮制冷的根本缺陷,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,,§ 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°C,R22,- 40.8°C,R134a,THR01,- 26.1°C,- 30.18°C,Vapor-co

10、mpression refrigeration cycle,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,,5,1,2,4,蒸氣壓縮制冷循環(huán),,,,,T,s,1,2,3,4,5,6,7,,,,,比較逆卡諾循環(huán)346

11、7,73 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,,,,,T,s,1,2,3,4,5,6,8,,,,2. 少從冷庫取走熱量,1. 損失功量,,,,a,b,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；,利>弊,蒸氣壓縮制冷循環(huán)的計算,,,,,T,s,1,2

12、,3,4,5,,,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圖及計算,,,,,T,s,1,2,3,4,5,,,,,,,1,2,3,4,5,,,,,,,,,壓焓圖 P-h diagram,,,,,,,,,過冷措施,,,,,T,s,1,2,3,4,5,,,,,,,1,2,3,4,5,,,,5’,4’,不變,,,,,,4’,5’,工程上常用,,§ 11-3 制冷劑refrigerant,蒸氣壓

13、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<10ºC,2. 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)流損失小；,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。,boiling point,例1 一臺氨蒸氣壓

14、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)。,解: 按題意 T1=T5=263 K T3=T4=293 K由氨的壓焓圖（熱力性質(zhì)表)查得,故單位質(zhì)量工質(zhì)的致冷量q2=h1-h4=1430.8 -274.3=1156.5 kJ/kg,h1=1430.8kJ/kg (263K的飽和蒸氣）,h4=274.3 kJ/kg （293K的飽和液）壓

15、力857.5KPa,h2=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=156.8 kJ/kg致冷系數(shù)冷卻水帶走的熱量|q2|=h2 - h4=1587.6 – 274.3=1313.3 kJ/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。

16、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)無回熱時的制冷系數(shù)及每kg空氣的制冷量,(2)保持制冷系數(shù)不變而采用回熱，理想情況下壓縮比,(1)求無回熱時的,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) 求有回熱時的壓力比,,,,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

17、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)采用回熱措施后是否提高其理論制冷系數(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

18、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.采用回熱后沒有提高其理論制冷系數(shù)但能夠提高其世紀制冷系數(shù)。因為采用回熱后工質(zhì)的壓縮比變小，使壓縮過程和膨脹過程的不可逆損失的影響減小，因此提高實際制冷系數(shù)。3.制冷劑應(yīng)具備的性質(zhì)：對應(yīng)于裝置的工作溫度，要有適中的壓力；在工作溫度下汽化潛熱要大；臨界溫度應(yīng)高于環(huán)