制冷原理與設(shè)備緒論、第一章

1、Tianjin University of Commerce緒論緒論Tianjin University of Commerce二、實現(xiàn)人工制冷的方法二、實現(xiàn)人工制冷的方法1.利用物質(zhì)的相變來吸熱制冷；利用物質(zhì)的相變來吸熱制冷； Tianjin University of Commerce2.利用氣體膨脹產(chǎn)生低溫利用氣體膨脹產(chǎn)生低溫 氣體等熵膨脹時溫度總是降低的，產(chǎn)生氣體等熵膨脹時溫度總是降低的，產(chǎn)生冷效應(yīng)冷效應(yīng)。Tianjin University of Commercev根據(jù)制冷溫度的不同，制冷技術(shù)可大體上根據(jù)制冷溫度的不同，制冷技術(shù)可大體上劃分三大類：劃分三大類：普通冷凍：普通冷凍：12

2、0K深度冷凍：深度冷凍：120K20K低溫和超低溫：低溫和超低溫：20K。t=T-273.15 (t, ; T, Kelvin 開）開）T=273+tTianjin University of Commerce第一章第一章 制冷方法制冷方法 v常用制冷的方法有：常用制冷的方法有：v液體氣化制冷液體氣化制冷v氣體膨脹制冷氣體膨脹制冷v渦流管制冷渦流管制冷v熱電制冷熱電制冷Tianjin University of Commerce液體蒸發(fā)制冷循環(huán)必須具備以下四個基本過液體蒸發(fā)制冷循環(huán)必須具備以下四個基本過程：程：v制冷劑液體在低壓下汽化產(chǎn)生低壓蒸氣，制冷劑液體在低壓下汽化產(chǎn)生低壓蒸氣， v將低壓

3、蒸氣抽出并提高壓力變成高壓氣，將低壓蒸氣抽出并提高壓力變成高壓氣，v 將高壓氣冷凝成高壓液體，將高壓氣冷凝成高壓液體，v高壓液體再降低壓力回到初始的低壓狀態(tài)。高壓液體再降低壓力回到初始的低壓狀態(tài)。按照實現(xiàn)循環(huán)所采用的方式之不同，液體蒸按照實現(xiàn)循環(huán)所采用的方式之不同，液體蒸發(fā)制冷有發(fā)制冷有蒸氣壓縮式制冷蒸氣壓縮式制冷蒸氣吸收式制冷蒸氣吸收式制冷蒸氣噴射式制冷蒸氣噴射式制冷吸附式制冷等吸附式制冷等Tianjin University of Commerce圖1-1蒸氣壓縮式制冷循環(huán)流程圖蒸氣壓縮制冷.exeTianjin University of Commerce工作原理：工作原理：v制冷劑在蒸

4、發(fā)器中吸收被冷卻對象的熱量制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻對象的熱量而蒸發(fā)，產(chǎn)生的低壓蒸氣被壓縮機吸入，而蒸發(fā)，產(chǎn)生的低壓蒸氣被壓縮機吸入，經(jīng)壓縮機壓縮后制冷劑壓力升高，壓縮機經(jīng)壓縮機壓縮后制冷劑壓力升高，壓縮機排出的高壓蒸氣在冷凝器中被常溫冷卻介排出的高壓蒸氣在冷凝器中被常溫冷卻介質(zhì)冷卻，凝結(jié)成高壓液體。高壓液體經(jīng)膨質(zhì)冷卻，凝結(jié)成高壓液體。高壓液體經(jīng)膨脹閥節(jié)流，變成低壓、低溫濕蒸氣，進入脹閥節(jié)流，變成低壓、低溫濕蒸氣，進入蒸發(fā)器，低壓液體在蒸發(fā)器中再次汽化蒸蒸發(fā)器，低壓液體在蒸發(fā)器中再次汽化蒸發(fā)。如此周而復(fù)始。發(fā)。如此周而復(fù)始。 Tianjin University of Commerce1-21

5、-2. 蒸氣吸收式制蒸氣吸收式制冷冷v系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成：發(fā)生器、吸收器、冷凝發(fā)生器、吸收器、冷凝器、蒸發(fā)器、溶液熱交器、蒸發(fā)器、溶液熱交換器、溶液泵、冷劑泵換器、溶液泵、冷劑泵等等圖1-2 吸收式制冷流程圖工質(zhì)對：制冷劑與吸收劑 常用：氨水溶液 溴化鋰水溶液 吸收式制冷機消耗的熱源，可以是廢熱、廢氣、蒸汽、熱水或燃油、燃氣等。吸收式制冷.exeTianjin University of Commerce工作原理（工作過程）：工作原理（工作過程）：v.溴化鋰溶液在發(fā)生器中被熱源加熱沸騰，產(chǎn)生溴化鋰溶液在發(fā)生器中被熱源加熱沸騰，產(chǎn)生出制冷劑蒸汽在冷凝器被冷凝成冷劑水。冷劑水出制冷劑蒸汽在冷凝器被冷

6、凝成冷劑水。冷劑水經(jīng)經(jīng)U型管節(jié)流進入蒸發(fā)器，在低壓下蒸發(fā)，產(chǎn)生型管節(jié)流進入蒸發(fā)器，在低壓下蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。制冷效應(yīng)。v.發(fā)生器中出來的濃溶液，經(jīng)熱交換器降溫、降發(fā)生器中出來的濃溶液，經(jīng)熱交換器降溫、降壓后進入吸收器，與吸收器中的稀溶液混合為中壓后進入吸收器，與吸收器中的稀溶液混合為中間濃度的溶液。中間熱度的溶液被吸收器泵輸送間濃度的溶液。中間熱度的溶液被吸收器泵輸送并噴淋，吸收從蒸發(fā)器中產(chǎn)生的冷劑蒸汽，形成并噴淋，吸收從蒸發(fā)器中產(chǎn)生的冷劑蒸汽，形成稀溶液。稀溶液由發(fā)生器泵輸送到發(fā)生器，重新稀溶液。稀溶液由發(fā)生器泵輸送到發(fā)生器，重新被熱源加熱，形成濃溶液。被熱源加熱，形成濃溶液。Tianji

7、n University of Commerce氨水吸收式制冷循環(huán)工作原理：氨水吸收式制冷循環(huán)工作原理：v在發(fā)生器中的氨水濃溶液被熱源加熱至沸騰，產(chǎn)在發(fā)生器中的氨水濃溶液被熱源加熱至沸騰，產(chǎn)生的蒸氣（氨氣中含有一小部分水蒸汽）經(jīng)精餾生的蒸氣（氨氣中含有一小部分水蒸汽）經(jīng)精餾塔精餾后（得到幾乎是純氨的蒸氣），進入冷凝塔精餾后（得到幾乎是純氨的蒸氣），進入冷凝器放出熱量后被冷凝成液體，經(jīng)節(jié)流機構(gòu)節(jié)流，器放出熱量后被冷凝成液體，經(jīng)節(jié)流機構(gòu)節(jié)流，進入蒸發(fā)器，低壓液體制冷劑，吸收被冷卻物體進入蒸發(fā)器，低壓液體制冷劑，吸收被冷卻物體的熱量而蒸發(fā)，達到制冷的目的，產(chǎn)生的低壓蒸的熱量而蒸發(fā)，達到制冷的目的，產(chǎn)

8、生的低壓蒸氣進入吸收器。而發(fā)生器中發(fā)生后的稀溶液，降氣進入吸收器。而發(fā)生器中發(fā)生后的稀溶液，降壓后也進入吸收器，吸收由蒸發(fā)器來的制冷劑蒸壓后也進入吸收器，吸收由蒸發(fā)器來的制冷劑蒸氣，濃溶液經(jīng)溶液泵加壓后送入發(fā)生器。如此不氣，濃溶液經(jīng)溶液泵加壓后送入發(fā)生器。如此不斷循環(huán)。斷循環(huán)。 單級氨水實際循環(huán).swfTianjin University of Commercev整個系統(tǒng)包括兩個回路：制冷劑回路，整個系統(tǒng)包括兩個回路：制冷劑回路，溶液回路。溶液回路。v系統(tǒng)中使用制冷劑和吸收劑作為工作系統(tǒng)中使用制冷劑和吸收劑作為工作流體，稱為吸收式制冷的工質(zhì)對。流體，稱為吸收式制冷的工質(zhì)對。v吸收劑對制冷劑氣體

9、有很強的吸收能吸收劑對制冷劑氣體有很強的吸收能力。吸收劑吸收了制冷劑氣體后形成力。吸收劑吸收了制冷劑氣體后形成溶液。溶液經(jīng)加熱又能釋放出制冷劑溶液。溶液經(jīng)加熱又能釋放出制冷劑氣體。因此，可以用溶液回路取代壓氣體。因此，可以用溶液回路取代壓縮機的作用，構(gòu)成蒸氣吸收式制冷循縮機的作用，構(gòu)成蒸氣吸收式制冷循環(huán)。環(huán)。 Tianjin University of Commercev制冷劑回路由冷凝器制冷劑回路由冷凝器 、制冷劑節(jié)流、制冷劑節(jié)流閥閥 、蒸發(fā)器、蒸發(fā)器 組成。組成。v高壓制冷劑氣體在冷凝器中冷凝，高壓制冷劑氣體在冷凝器中冷凝，產(chǎn)生的高壓制冷劑液體經(jīng)節(jié)流后到產(chǎn)生的高壓制冷劑液體經(jīng)節(jié)流后到蒸發(fā)器

10、蒸發(fā)制冷。蒸發(fā)器蒸發(fā)制冷。 v溶液回路由發(fā)生器溶液回路由發(fā)生器 、吸收器、吸收器 、溶、溶液節(jié)流閥液節(jié)流閥 、溶液熱交換器、溶液熱交換器 和溶液和溶液泵泵 組成。組成。 Tianjin University of Commercev在吸收器中，吸收劑吸收來自蒸發(fā)器的低壓制在吸收器中，吸收劑吸收來自蒸發(fā)器的低壓制冷劑蒸氣，形成富含制冷劑的溶液，將該溶液冷劑蒸氣，形成富含制冷劑的溶液，將該溶液用泵送到發(fā)生器，經(jīng)加熱使溶液中的制冷劑重用泵送到發(fā)生器，經(jīng)加熱使溶液中的制冷劑重新以高壓氣態(tài)發(fā)生出來，送入冷凝器。新以高壓氣態(tài)發(fā)生出來，送入冷凝器。v另一方面，發(fā)生后的溶液，經(jīng)冷卻、節(jié)流后成另一方面，發(fā)生后的

11、溶液，經(jīng)冷卻、節(jié)流后成為具有吸收能力的吸收液，進入吸收器，吸收為具有吸收能力的吸收液，進入吸收器，吸收來自蒸發(fā)器的低壓制冷劑蒸氣。來自蒸發(fā)器的低壓制冷劑蒸氣。v吸收過程中伴隨釋放吸收熱，為了保證吸收的吸收過程中伴隨釋放吸收熱，為了保證吸收的順利進行，需要用冷卻的方法帶走吸收熱，以順利進行，需要用冷卻的方法帶走吸收熱，以免吸收液溫度升高。免吸收液溫度升高。 Tianjin University of Commercev如果將吸收式制冷系統(tǒng)與壓縮式制如果將吸收式制冷系統(tǒng)與壓縮式制冷系統(tǒng)做個對比：冷系統(tǒng)做個對比：v吸收器好比壓縮式制冷系統(tǒng)中壓縮吸收器好比壓縮式制冷系統(tǒng)中壓縮機的吸入側(cè)；機的吸入側(cè)；v

12、發(fā)生器好比壓縮機的排出側(cè)；發(fā)生器好比壓縮機的排出側(cè)；v對發(fā)生器內(nèi)溶液的加熱，提供提高對發(fā)生器內(nèi)溶液的加熱，提供提高制冷劑蒸氣壓力的能量。制冷劑蒸氣壓力的能量。 Tianjin University of Commercev普遍應(yīng)用的工質(zhì)對有兩種：溴化鋰普遍應(yīng)用的工質(zhì)對有兩種：溴化鋰-水（制冷劑是水）水（制冷劑是水） ，氨，氨-水（制冷劑水（制冷劑是氨）是氨） 。v溴化鋰吸收式制冷機用于制取溴化鋰吸收式制冷機用于制取 7-10 的冷水；的冷水；v氨水吸收式制冷機能夠制冷的溫度達氨水吸收式制冷機能夠制冷的溫度達 20 或更低?；蚋?。Tianjin University of Commerce1-

13、3 1-3 .蒸氣噴射式制冷蒸氣噴射式制冷圖1-4蒸氣噴射式制冷循環(huán)流程圖Tianjin University of Commercev系統(tǒng)組成：系統(tǒng)組成：噴射器、冷凝器、蒸發(fā)噴射器、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥、泵。器、節(jié)流閥、泵。v噴射器由噴嘴、吸入室、擴壓器組成。噴射器由噴嘴、吸入室、擴壓器組成。v循環(huán)流程圖如圖循環(huán)流程圖如圖1-4所示。所示。蒸氣噴射式制冷原理.swfTianjin University of Commerce工作原理工作原理v 高壓的工作蒸氣進入噴嘴，膨脹并以高壓的工作蒸氣進入噴嘴，膨脹并以1000m/s以以上的流速流動，于是在噴嘴出口處造成很低的壓上的流速流動，于是在噴嘴

14、出口處造成很低的壓力，這就為蒸發(fā)器中水在低溫下汽化創(chuàng)造了條件。力，這就為蒸發(fā)器中水在低溫下汽化創(chuàng)造了條件。由于水的汽化吸熱，而使未汽化的水的溫度下降，由于水的汽化吸熱，而使未汽化的水的溫度下降，為空調(diào)系統(tǒng)提供低溫冷水。蒸發(fā)器中產(chǎn)生的冷劑為空調(diào)系統(tǒng)提供低溫冷水。蒸發(fā)器中產(chǎn)生的冷劑水蒸氣與工作蒸氣在噴嘴出口處混合，一起進入水蒸氣與工作蒸氣在噴嘴出口處混合，一起進入擴壓器。在擴壓器中由于流速降低而使壓力升高，擴壓器。在擴壓器中由于流速降低而使壓力升高，進入冷凝器，放出熱量后被冷凝成為液體，液態(tài)進入冷凝器，放出熱量后被冷凝成為液體，液態(tài)水分兩路：一路經(jīng)過節(jié)流閥降壓后送回蒸發(fā)器，水分兩路：一路經(jīng)過節(jié)流閥

15、降壓后送回蒸發(fā)器，繼續(xù)蒸發(fā)制冷；另一路用泵加壓后送入鍋爐。繼續(xù)蒸發(fā)制冷；另一路用泵加壓后送入鍋爐。Tianjin University of Commerce圖1-5蒸氣噴射式制冷機理論循環(huán)的溫熵圖蒸氣噴射式制冷機理論循環(huán)的溫熵圖Tianjin University of Commerce循環(huán)熱力分析：循環(huán)熱力分析：v制冷量：制冷量：v Q0=qm0(h3-h6) kWv式中：式中： qm0被引射蒸氣的質(zhì)量流量，被引射蒸氣的質(zhì)量流量，kg/s；v h3制冷劑流出蒸發(fā)器時的焓值，制冷劑流出蒸發(fā)器時的焓值，kJ/kg；v h6凝結(jié)水出冷凝器時的焓值凝結(jié)水出冷凝器時的焓值,kj/kg。v鍋爐熱負荷鍋

16、爐熱負荷：v Qh=qm1(h1-h6) kWv式中：式中： qm1工作蒸氣的質(zhì)量流量，工作蒸氣的質(zhì)量流量，kg/s；v h1工作蒸氣出鍋爐時的焓值，工作蒸氣出鍋爐時的焓值，kJ/kg。Tianjin University of Commercev冷凝器熱負荷冷凝器熱負荷：v Qk=(qm0+qm1)(h5-h6) kWv式中：式中： h5混合蒸氣進冷凝器時的焓值，混合蒸氣進冷凝器時的焓值，kJ/kg。v循環(huán)熱平衡循環(huán)熱平衡：v Q0+Qh=Qkv噴射系數(shù)噴射系數(shù)：每公斤工作蒸氣所引射的制冷蒸氣的量（：每公斤工作蒸氣所引射的制冷蒸氣的量（kg），），即即 v u=qm0/qm1v理論噴射系數(shù)理

17、論噴射系數(shù)：v u= qm0/qm1=(h1-h5)/(h5-h3)Tianjin University of Commercev熱源：只要保證能夠交替地加熱和冷卻吸附床，熱源：只要保證能夠交替地加熱和冷卻吸附床，使沸石周期性地解吸和吸附，都能達到制冷的使沸石周期性地解吸和吸附，都能達到制冷的目的。目的。 v吸附制冷屬于液體汽化制冷。吸附制冷屬于液體汽化制冷。v吸附床起到壓縮機的作用。吸附床起到壓縮機的作用。v只有一個吸附器的系統(tǒng)只能間歇制冷。只有一個吸附器的系統(tǒng)只能間歇制冷。v當吸附器處于吸附過程中產(chǎn)生冷效應(yīng)。當吸附器處于吸附過程中產(chǎn)生冷效應(yīng)。v為了連續(xù)制冷，可以采用兩個吸附器。為了連續(xù)制冷

18、，可以采用兩個吸附器。v美國學者喬納斯美國學者喬納斯(Jones)還提出用三個或四個吸還提出用三個或四個吸附器進行系統(tǒng)循環(huán)，不僅實現(xiàn)連續(xù)制冷，還可附器進行系統(tǒng)循環(huán)，不僅實現(xiàn)連續(xù)制冷，還可以利用一個吸附床的排熱去加熱另一個吸附床，以利用一個吸附床的排熱去加熱另一個吸附床，從而使熱能充分利用。從而使熱能充分利用。 Tianjin University of Commerce1-51-5、熱電制冷、熱電制冷-(溫差電制冷、半導(dǎo)體制冷）溫差電制冷、半導(dǎo)體制冷）v令直流電通過半導(dǎo)體熱電堆，即可在一端產(chǎn)生冷效應(yīng)，另令直流電通過半導(dǎo)體熱電堆，即可在一端產(chǎn)生冷效應(yīng)，另一端產(chǎn)生熱效應(yīng)。一端產(chǎn)生熱效應(yīng)。半導(dǎo)體熱電

19、堆：一塊半導(dǎo)體熱電堆：一塊N型半導(dǎo)體（電子型）和一塊型半導(dǎo)體（電子型）和一塊P型型半導(dǎo)體（空穴型）聯(lián)接成的熱電偶。半導(dǎo)體（空穴型）聯(lián)接成的熱電偶。NP+-冷結(jié)點冷結(jié)點熱結(jié)點熱結(jié)點圖圖1-7 熱電制冷的原理圖熱電制冷的原理圖熱電制冷.exeTianjin University of Commercev原理：利用熱電效應(yīng)的一種制冷方法。原理：利用熱電效應(yīng)的一種制冷方法。v帕爾帖效應(yīng)：帕爾帖效應(yīng)：1834年，法國物理學家帕爾帖在銅年，法國物理學家帕爾帖在銅絲的兩頭各接一根鉍絲，再將兩根鉍絲分別接到絲的兩頭各接一根鉍絲，再將兩根鉍絲分別接到直流電源的正、負極上，通電后，發(fā)現(xiàn)一個接頭直流電源的正、負極上

20、，通電后，發(fā)現(xiàn)一個接頭變熱；另一個接頭變冷。這個現(xiàn)象稱為帕爾帖效變熱；另一個接頭變冷。這個現(xiàn)象稱為帕爾帖效應(yīng)。應(yīng)。v熱電制冷元件：由熱電制冷元件：由P型和型和N型半導(dǎo)體組成型半導(dǎo)體組成 。vN型（電子型）半導(dǎo)體，型（電子型）半導(dǎo)體，P型（空穴型）半導(dǎo)體。型（空穴型）半導(dǎo)體。用銅板和銅導(dǎo)線將用銅板和銅導(dǎo)線將N，P半導(dǎo)體和低壓直流電源連半導(dǎo)體和低壓直流電源連接成一個回路，銅板和導(dǎo)線只起導(dǎo)電作用。接通接成一個回路，銅板和導(dǎo)線只起導(dǎo)電作用。接通電流時，一個結(jié)點變冷，另一個結(jié)點變熱。改變電流時，一個結(jié)點變冷，另一個結(jié)點變熱。改變電流方向，冷熱結(jié)點也隨著改變。電流方向，冷熱結(jié)點也隨著改變。Tianjin

21、University of Commerce1-6 1-6 .渦流管制冷渦流管制冷v渦流管制冷是使壓縮氣體產(chǎn)生渦流運動并分離成渦流管制冷是使壓縮氣體產(chǎn)生渦流運動并分離成冷、熱兩部分氣流，冷氣流的溫度可達冷、熱兩部分氣流，冷氣流的溫度可達-10-50,熱氣流的溫度可達熱氣流的溫度可達100130。v1933年，法國的蘭克（年，法國的蘭克（Ranque）發(fā)明蘭克管?？桑┌l(fā)明蘭克管。可以使壓縮氣體產(chǎn)生渦流、并將其流分成冷、熱兩以使壓縮氣體產(chǎn)生渦流、并將其流分成冷、熱兩部分，分別從管的兩端流出。部分，分別從管的兩端流出。v渦流管制冷裝置結(jié)構(gòu)圖如圖所示。渦流管制冷裝置結(jié)構(gòu)圖如圖所示。v組成：噴嘴、渦流室

22、、孔板、管子和控制閥。組成：噴嘴、渦流室、孔板、管子和控制閥。圖1-9 渦流管制冷裝置結(jié)構(gòu)圖 渦流管制冷原理.swfTianjin University of Commercev渦旋管是一個構(gòu)造比較簡單的管子，渦旋管是一個構(gòu)造比較簡單的管子，它主要是由噴嘴、渦流室、分離孔它主要是由噴嘴、渦流室、分離孔板及冷熱兩端的管子組成。氣體分板及冷熱兩端的管子組成。氣體分離成兩部分是在渦流管的渦流室內(nèi)離成兩部分是在渦流管的渦流室內(nèi)進行。渦流室內(nèi)部形狀為阿基米德進行。渦流室內(nèi)部形狀為阿基米德螺線，噴嘴沿切線方向裝在渦流室螺線，噴嘴沿切線方向裝在渦流室的邊緣，其連接可以有不同的方法。的邊緣，其連接可以有不同的

23、方法。 Tianjin University of Commercev在渦流室的一側(cè)裝有一個分離孔板，其在渦流室的一側(cè)裝有一個分離孔板，其中心孔徑約為管子內(nèi)徑的一半（或稍小中心孔徑約為管子內(nèi)徑的一半（或稍小一些）一些） ，它與噴嘴中心線的距離大約為，它與噴嘴中心線的距離大約為管子內(nèi)徑之半。分離孔板之外即為冷端管子內(nèi)徑之半。分離孔板之外即為冷端管子。熱端裝在分離孔板的另一側(cè)，在管子。熱端裝在分離孔板的另一側(cè)，在其外端裝有一個控制閥，控制閥離開渦其外端裝有一個控制閥，控制閥離開渦流室的距離約為管子內(nèi)徑的流室的距離約為管子內(nèi)徑的 10 倍。倍。Tianjin University of Commer

24、cev渦流管可以同時得到冷熱兩種效應(yīng)。渦流管可以同時得到冷熱兩種效應(yīng)。v根據(jù)試驗，當高壓氣體的溫度為室溫時，根據(jù)試驗，當高壓氣體的溫度為室溫時，冷氣流的溫度可達（冷氣流的溫度可達（-50 -10），熱，熱氣流的溫度可達（氣流的溫度可達（100130），控制閥，控制閥用來改變熱端管子中氣體的壓力，因而用來改變熱端管子中氣體的壓力，因而可調(diào)節(jié)兩部分氣流的流量比，以改變它可調(diào)節(jié)兩部分氣流的流量比，以改變它們的溫度。們的溫度。Tianjin University of Commerce工作原理：工作原理：v經(jīng)過壓縮并冷卻到常溫的氣體（空氣、經(jīng)過壓縮并冷卻到常溫的氣體（空氣、co2、N2等等氣體）進入噴

25、嘴，在噴嘴中膨脹并加速到音速，氣體）進入噴嘴，在噴嘴中膨脹并加速到音速，從切線方向射入渦流室，形成自由渦流。自由渦從切線方向射入渦流室，形成自由渦流。自由渦流的旋轉(zhuǎn)角速度離中心越近就越大。由于角速度流的旋轉(zhuǎn)角速度離中心越近就越大。由于角速度不同，在環(huán)形氣流的層與層之間產(chǎn)生摩擦，中心不同，在環(huán)形氣流的層與層之間產(chǎn)生摩擦，中心層部分的氣流角速度逐漸降低；外層氣流的角速層部分的氣流角速度逐漸降低；外層氣流的角速度逐漸升高，因此存在著由中心向外層的動量流。度逐漸升高，因此存在著由中心向外層的動量流。內(nèi)層氣體失去能量，從孔板流出時具有較低的溫內(nèi)層氣體失去能量，從孔板流出時具有較低的溫度；外層氣體吸收能量

26、，動能增加，又因為與管度；外層氣體吸收能量，動能增加，又因為與管壁摩擦，將部分動能變成熱能，使得從控制閥流壁摩擦，將部分動能變成熱能，使得從控制閥流出的氣體具有較高的溫度。出的氣體具有較高的溫度。Tianjin University of Commerce1-7.1-7.空氣（氣體）膨脹制冷空氣（氣體）膨脹制冷v單一氣體工質(zhì)的布雷頓制冷循環(huán)單一氣體工質(zhì)的布雷頓制冷循環(huán) v布雷頓布雷頓(Brayton)制冷循環(huán)又稱逆向焦耳循制冷循環(huán)又稱逆向焦耳循環(huán)，其工作過程包括等熵壓縮，等壓冷卻，環(huán)，其工作過程包括等熵壓縮，等壓冷卻，等熵膨脹及等壓吸熱四個過程，這與蒸氣等熵膨脹及等壓吸熱四個過程，這與蒸氣壓縮

27、式制冷機的四個工作過程相近，壓縮式制冷機的四個工作過程相近， 兩者兩者的區(qū)別在于工質(zhì)在布雷頓制冷循環(huán)中不發(fā)的區(qū)別在于工質(zhì)在布雷頓制冷循環(huán)中不發(fā)生集態(tài)改變。生集態(tài)改變。v歷史上第一次實現(xiàn)的氣體制冷機是以空氣歷史上第一次實現(xiàn)的氣體制冷機是以空氣作為工質(zhì)的，稱為空氣制冷機。作為工質(zhì)的，稱為空氣制冷機。Tianjin University of Commercev組成：壓縮機、膨脹機、空氣冷卻器和冷組成：壓縮機、膨脹機、空氣冷卻器和冷室。室。v其循環(huán)是開式的。其循環(huán)是開式的。v工質(zhì)在循環(huán)過程中沒有相變。工質(zhì)在循環(huán)過程中沒有相變。 v制冷劑還可以是制冷劑還可以是CO2，O2，N2，He 等理想等理想氣體

28、。氣體。v構(gòu)成這種制冷方式的循環(huán)系統(tǒng)稱為理想氣構(gòu)成這種制冷方式的循環(huán)系統(tǒng)稱為理想氣體的逆向循環(huán)系統(tǒng)。體的逆向循環(huán)系統(tǒng)。v其循環(huán)型式主要有定壓循環(huán)、有回熱的定其循環(huán)型式主要有定壓循環(huán)、有回熱的定壓循環(huán)和定容循環(huán)。壓循環(huán)和定容循環(huán)。Tianjin University of Commerce一、無回熱氣體制冷機循環(huán) 布雷頓循環(huán).exeTianjin University of CommerceTianjin University of CommerceTianjin University of Commerce工作原理：工作原理：v從壓縮機排出的高溫高壓從壓縮機排出的高溫高壓(T2、p2)氣體進入

29、氣體進入冷卻器，在定壓冷卻器，在定壓p2下被冷卻到溫度下被冷卻到溫度T3，然后，然后進入膨脹機，等熵膨脹到冷室的壓力進入膨脹機，等熵膨脹到冷室的壓力p1(一一般為般為1個大氣壓個大氣壓)，同時溫度降到，同時溫度降到T4，成為低，成為低溫低壓的冷氣流，冷氣流進入冷室，使被溫低壓的冷氣流，冷氣流進入冷室，使被冷卻對象降溫，而空氣本身因吸收了熱量，冷卻對象降溫，而空氣本身因吸收了熱量，溫度回升到溫度回升到T1，這個過程是在低壓，這個過程是在低壓p1下的等下的等壓吸熱過程。離開冷室的空氣（壓吸熱過程。離開冷室的空氣（p1，T1）被）被壓縮機吸入，等熵壓縮后，狀態(tài)達到壓縮機吸入，等熵壓縮后，狀態(tài)達到p2

30、，T2完成一個循環(huán)。完成一個循環(huán)。 Tianjin University of Commercev圖圖 1 示出無回熱氣體制冷機系統(tǒng)圖。氣體由壓力示出無回熱氣體制冷機系統(tǒng)圖。氣體由壓力 p0 被壓縮到較高的壓力被壓縮到較高的壓力 pc，然后進入冷卻器中被，然后進入冷卻器中被冷卻介質(zhì)（水或循環(huán)空氣）冷卻，放出熱量冷卻介質(zhì)（水或循環(huán)空氣）冷卻，放出熱量 Qc，而后氣體進入膨脹機，經(jīng)歷絕熱膨脹過程，達到而后氣體進入膨脹機，經(jīng)歷絕熱膨脹過程，達到很低的溫度，又進入冷箱吸熱制冷。很低的溫度，又進入冷箱吸熱制冷。v在理想情況下，我們假定壓縮過程和膨脹過程均在理想情況下，我們假定壓縮過程和膨脹過程均為理想絕

31、熱過程，吸熱和放熱均為理想等壓過程為理想絕熱過程，吸熱和放熱均為理想等壓過程（即沒有壓力損失），并且換熱器出口處沒有端（即沒有壓力損失），并且換熱器出口處沒有端部溫差。這樣假設(shè)后的循環(huán)稱為氣體制冷機的理部溫差。這樣假設(shè)后的循環(huán)稱為氣體制冷機的理論循環(huán)，其論循環(huán)，其 p V圖及圖及T s圖如圖圖如圖 2 所示。圖中所示。圖中 T0 是冷箱中制冷溫度，是冷箱中制冷溫度，Tc是環(huán)境介質(zhì)的溫度，是環(huán)境介質(zhì)的溫度，v12 是等熵壓縮過程，是等熵壓縮過程，23 是等壓冷卻過程，是等壓冷卻過程，34 是等熵膨脹過程，是等熵膨脹過程，41 是在冷箱中的等壓吸是在冷箱中的等壓吸熱過程。熱過程。 Tianjin

32、University of CommerceTianjin University of Commercev由式（由式（7）可以看出，無回熱氣體制冷機理論循環(huán)）可以看出，無回熱氣體制冷機理論循環(huán)的性能系數(shù)與循環(huán)的壓力比或壓縮機的溫度比的性能系數(shù)與循環(huán)的壓力比或壓縮機的溫度比 、膨脹機的溫度比膨脹機的溫度比 有關(guān)。壓力比或者溫度比越大，有關(guān)。壓力比或者溫度比越大，循環(huán)性能系數(shù)越低。因而為了提高循環(huán)的經(jīng)濟性循環(huán)性能系數(shù)越低。因而為了提高循環(huán)的經(jīng)濟性應(yīng)采用較小的壓力比。應(yīng)采用較小的壓力比。 12TT43TTTianjin University of Commercev由于由于Tc 小于小于T2 ，所以

33、無回熱氣體制冷機理論循環(huán)，所以無回熱氣體制冷機理論循環(huán)的性能系數(shù)小于同溫限下的可逆卡諾循環(huán)的性能的性能系數(shù)小于同溫限下的可逆卡諾循環(huán)的性能系數(shù)，即系數(shù)，即cop copc。這是因為在。這是因為在Tc和和T2 不變的不變的情況下，無回熱氣體制冷機理論循環(huán)冷卻器中的情況下，無回熱氣體制冷機理論循環(huán)冷卻器中的放熱過程放熱過程 23 和冷箱中的吸熱過程和冷箱中的吸熱過程 41，具有，具有傳熱溫差，因而存在不可逆損失。壓力比越大則傳熱溫差，因而存在不可逆損失。壓力比越大則傳熱溫差越大，不可逆損失越大，循環(huán)的制冷系傳熱溫差越大，不可逆損失越大，循環(huán)的制冷系數(shù)越小，循環(huán)的熱力完善度也越低。數(shù)越小，循環(huán)的熱力

34、完善度也越低。 Tianjin University of Commercev由式（由式（6）可以看出，當）可以看出，當p c及及p 0 給定時，給定時，cop將將保持不變；但隨著保持不變；但隨著T0的降低（或的降低（或T c的升高）可逆的升高）可逆卡諾循環(huán)的性能系數(shù)卡諾循環(huán)的性能系數(shù)cop c將下降，使氣體制冷機將下降，使氣體制冷機理論循環(huán)的熱力完善度提高。因此，用氣體制冷理論循環(huán)的熱力完善度提高。因此，用氣體制冷機制取較低的溫度時效率較高。機制取較低的溫度時效率較高。 v實際循環(huán)中壓縮機與膨脹機中并非等熵過程，換實際循環(huán)中壓縮機與膨脹機中并非等熵過程，換熱器中存在傳熱溫差和流動阻力損失，這

35、些因素熱器中存在傳熱溫差和流動阻力損失，這些因素使得實際循環(huán)的單位制冷量減小，單位功增大，使得實際循環(huán)的單位制冷量減小，單位功增大，性能系數(shù)與熱力完善度降低，并引起循環(huán)特性的性能系數(shù)與熱力完善度降低，并引起循環(huán)特性的某些變化。某些變化。Tianjin University of Commerce二、定壓回熱氣體制冷機循環(huán)二、定壓回熱氣體制冷機循環(huán) v在分析無回熱氣體制冷機的理論循環(huán)時得出結(jié)論：理論循在分析無回熱氣體制冷機的理論循環(huán)時得出結(jié)論：理論循環(huán)的性能系數(shù)隨壓力比環(huán)的性能系數(shù)隨壓力比pc / p0的減小而增大，所以適當?shù)牡臏p小而增大，所以適當?shù)慕档蛪毫Ρ仁呛侠淼?。但是由于環(huán)境介質(zhì)溫度是一定

36、的，降低壓力比是合理的。但是由于環(huán)境介質(zhì)溫度是一定的，降低壓力比將使膨脹后的氣體溫度升高，從而限制了制冷降低壓力比將使膨脹后的氣體溫度升高，從而限制了制冷箱溫度的降低。箱溫度的降低。v應(yīng)用回熱原理，可以既克服了上述缺點，又達到了降低壓應(yīng)用回熱原理，可以既克服了上述缺點，又達到了降低壓力比的目的。力比的目的。v所謂回熱就是把由冷箱返回的冷氣流引入一個熱交換器所謂回熱就是把由冷箱返回的冷氣流引入一個熱交換器回熱器，用來冷卻從冷卻器來的高壓常溫氣流，使其溫度回熱器，用來冷卻從冷卻器來的高壓常溫氣流，使其溫度進一步降低，而從冷箱返回的氣流則被加熱，溫度升高。進一步降低，而從冷箱返回的氣流則被加熱，溫度

37、升高。這樣就使壓縮機的吸氣溫度升高，而膨脹機的進氣溫度降這樣就使壓縮機的吸氣溫度升高，而膨脹機的進氣溫度降低，因而循環(huán)的工作參數(shù)和特性發(fā)生了變化。低，因而循環(huán)的工作參數(shù)和特性發(fā)生了變化。 Tianjin University of Commerce布雷頓制冷機.exeTianjin University of Commercev圖圖 510 為定壓回熱式氣體制冷機的系統(tǒng)圖及其為定壓回熱式氣體制冷機的系統(tǒng)圖及其理論循環(huán)的理論循環(huán)的 T-s 圖。圖中圖。圖中 12 和和 45是壓縮和膨是壓縮和膨脹過程；脹過程；23 和和 56 是在冷卻器中的冷卻過程是在冷卻器中的冷卻過程及冷箱中的吸熱過程；及冷箱

38、中的吸熱過程；34和和 61 是在回熱器中是在回熱器中的回熱過程。的回熱過程。 v圖圖510b 中還表示出了工作于同一溫度范圍內(nèi)具中還表示出了工作于同一溫度范圍內(nèi)具有相同制冷量的無回熱循環(huán)有相同制冷量的無回熱循環(huán)67856。顯然。顯然兩個循環(huán)具有相同的工作溫度和相等的單位制冷兩個循環(huán)具有相同的工作溫度和相等的單位制冷量，但定壓回熱循環(huán)的壓力比，單位壓縮功和單量，但定壓回熱循環(huán)的壓力比，單位壓縮功和單位膨脹功都比無回熱循環(huán)的小得多。位膨脹功都比無回熱循環(huán)的小得多。Tianjin University of CommerceTianjin University of Commercev由式（由式（

39、522）可以看出，回熱循環(huán)）可以看出，回熱循環(huán) 2-2-3-4-5-6 與無回熱與無回熱循環(huán)循環(huán) 6785，兩者不單有相同的工作溫度范圍和相，兩者不單有相同的工作溫度范圍和相等的單位制冷量，而且理論性能系數(shù)的表達式也相同。但等的單位制冷量，而且理論性能系數(shù)的表達式也相同。但這并不能說明兩種循環(huán)是等效的，因為回熱循環(huán)壓力比小，這并不能說明兩種循環(huán)是等效的，因為回熱循環(huán)壓力比小，不僅減小了壓縮機和膨脹機的單位功，而且減小了壓縮過不僅減小了壓縮機和膨脹機的單位功，而且減小了壓縮過程，膨脹過程的不可逆損失，所以回熱循環(huán)實際性能系數(shù)程，膨脹過程的不可逆損失，所以回熱循環(huán)實際性能系數(shù)比無回熱循環(huán)大，特別是

40、應(yīng)用高效透平機械后，制冷機經(jīng)比無回熱循環(huán)大，特別是應(yīng)用高效透平機械后，制冷機經(jīng)濟性大大提高。濟性大大提高。v當制取當制取80以下低溫時，定壓回熱氣體制冷機的熱力完以下低溫時，定壓回熱氣體制冷機的熱力完善度超過了各種型式的蒸氣壓縮式制冷機。但是到目前為善度超過了各種型式的蒸氣壓縮式制冷機。但是到目前為止，定壓回熱氣體制冷機的應(yīng)用還是很不普遍，這是因為止，定壓回熱氣體制冷機的應(yīng)用還是很不普遍，這是因為它的熱交換設(shè)備比較龐大，而且，當應(yīng)用透平機械時只適它的熱交換設(shè)備比較龐大，而且，當應(yīng)用透平機械時只適用于大型的制冷裝置。用于大型的制冷裝置。 Tianjin University of Commerce三、斯特林制冷循環(huán)三、斯特林制冷循環(huán) v1816年斯特林提出了一種由兩個等溫過程和兩個等容回熱年斯特林提出了一種由兩個等溫過程和兩個等容回熱過程組成的閉式熱力學制冷循環(huán)，稱為斯特林制冷循環(huán)，過程組成的閉式熱力學制冷循環(huán)，稱為斯特林制冷循環(huán)，也稱為定容回熱制冷循環(huán)。也稱為定容回熱制冷循環(huán)。v圖圖516 表示了理想的單級斯特林制冷循環(huán)示意圖。圖表示了理想的單級斯特林制冷循環(huán)示意圖