工程熱力學(xué)制冷循環(huán)

工程熱力學(xué)制冷循環(huán)課件第1頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

§

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制冷劑第2頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本章基本知識(shí)點(diǎn)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(jì)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。第3頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月制冷循環(huán)與熱泵循環(huán)?制冷Refrigeration循環(huán)輸入功量（或其他代價(jià)），從低溫?zé)嵩慈?/p>

?熱泵HeatPump循環(huán)輸入功量（或其他代價(jià)），向高溫?zé)嵊脩艄岬?頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月低溫冷凍室（a）冰箱高溫環(huán)境低溫環(huán)境高溫房間（b）熱泵QLWNQHQLQHWN第5頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月制冷循環(huán)和制冷系數(shù)CoefficientofPerformanceT0環(huán)境T2冷庫(kù)卡諾逆循環(huán)q1q2wTsT2T0T0不變,T2

εCT2不變,T0

εCReversedCarnotcycle第6頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熱泵循環(huán)和供熱系數(shù)CoefficientofPerformance卡諾逆循環(huán)wTsT2T0T1不變,T0

εCT0不變,T1

εCT1第7頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月制冷能力和冷噸生產(chǎn)中常用制冷能力來(lái)衡量設(shè)備產(chǎn)冷量大小制冷能力：制冷設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)從冷庫(kù)取走的熱量(kJ/s)。1冷噸：1噸0°C飽和水在24小時(shí)內(nèi)被冷凍到0°C的冰所需冷量。水的凝結(jié)（熔化）熱

r=334kJ/kg1冷噸=3.86

kJ/sCoolingCapacityandTonofRefrigeration第8頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月制冷循環(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

半導(dǎo)體制冷

熱聲制冷,磁制冷Vapor-compressionGascompressionRefrigerationCycle

第9頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§11－1空氣壓縮制冷循環(huán)冷卻水膨脹機(jī)壓縮機(jī)冷藏室冷卻器3214第10頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空氣壓縮制冷循環(huán)過(guò)程四個(gè)主要部件；工質(zhì)：空氣1

2絕熱壓縮p

T2

3等壓冷卻向環(huán)境放熱，T3

4絕熱膨脹T<T1（冷庫(kù)）4

1等壓吸熱T

T1理想化處理：①理氣；

②定化熱;

③可逆；第11頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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

pv3214TsT2T01234逆勃雷登循環(huán)ssppReversedBraytonCycle第12頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月制冷系數(shù)Ts1234第13頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月pv圖和Ts圖

pv3214TsT2T01234同溫限卡諾制冷循環(huán)？第14頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空氣壓縮制冷循環(huán)特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：工質(zhì)無(wú)毒，無(wú)味，不怕泄漏。

缺點(diǎn)：1.無(wú)法實(shí)現(xiàn)T，

<

C2.q2=cp(T1-T4)，空氣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，第15頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(jī)和膨脹機(jī)，不經(jīng)濟(jì)。那么怎么改善這點(diǎn)呢？利用回?zé)嵩聿⒉捎萌~輪式壓氣機(jī)和膨脹機(jī)，去改善壓縮空氣制冷的主要缺點(diǎn)。第16頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空氣回?zé)嶂评溲h(huán)回?zé)崾娇諝鈮嚎s制冷裝置T2T01RTs2R53R41R2R134253R1第17頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空氣回?zé)嶂评渑c非回?zé)岬谋容^T2T0Ts1R2R134253R吸熱量（收益）：q2=cp(T1-T4)放熱量：q1=cp(T2-T3)

=cp(T2R-T5)非回?zé)峄責(zé)岵蛔兿嗤責(zé)幔?/p>

非回?zé)徇m用于小壓比大流量的葉輪式壓氣機(jī)空氣制冷系統(tǒng)第18頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空氣壓縮制冷的根本缺陷1.無(wú)法實(shí)現(xiàn)T，

低，經(jīng)濟(jì)性差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

蒸氣在兩相區(qū)易實(shí)現(xiàn)T第19頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§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(dòng)。一般用低沸點(diǎn)工質(zhì)，如氟利昂、氨沸點(diǎn)：水100°CR22-40.8°CR134aTHR01-26.1°C-30.18°CVapor-compressionrefrigerationcycle第20頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月壓縮制冷劑蒸氣，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)裝置第21頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月蒸氣壓縮制冷空調(diào)裝置1-2：絕熱壓縮過(guò)程2-4：定壓放熱過(guò)程4-5：絕熱節(jié)流過(guò)程5-1：定壓吸熱過(guò)程5124第22頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月蒸氣壓縮制冷循環(huán)Ts1234567比較逆卡諾循環(huán)346773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(shí)際節(jié)流閥代替了膨脹機(jī)第23頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月節(jié)流閥代替膨脹機(jī)分析Ts12345682.少?gòu)睦鋷?kù)取走熱量?jī)?yōu)點(diǎn)：1.損失功量ab面積a84ba面積a86ba面積8468缺點(diǎn)：1.省掉膨脹機(jī)，設(shè)備簡(jiǎn)化；2.節(jié)流閥開(kāi)度，易調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度；84越陡越好利>弊第24頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月蒸氣壓縮制冷循環(huán)的計(jì)算Ts12345蒸發(fā)器中吸熱量

冷凝器中放熱量

制冷系數(shù)

兩個(gè)等壓，熱與功均與焓有關(guān)

lnp-h圖第25頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月lnp-h圖及計(jì)算Ts12345lnph12345第26頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月壓焓圖

P-hdiagram第27頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月過(guò)冷措施Ts12345lnph123455’4’不變4’5’工程上常用第28頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§11-3制冷劑refrigerant

蒸氣壓縮制冷，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(duì)熱物性要求：1.沸點(diǎn)低，tb<10oC2.

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?。?.凝固點(diǎn)低，價(jià)廉，無(wú)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。boilingpoint第29頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1一臺(tái)氨蒸氣壓縮制冷裝置，其冷庫(kù)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)。Ts12345第30頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解:按題意

T1=T5=263K

T3=T4=293K由氨的壓焓圖（熱力性質(zhì)表)查得Ts12345故單位質(zhì)量工質(zhì)的致冷量q2=h1-h4=1430.8-274.3=1156.5kJ/kgh1=1430.8kJ/kg(263K的飽和蒸氣）h4=274.3kJ/kg（293K的飽和液）壓力857.5KPah2=1587.6kJ/kg(1,2定熵過(guò)程）s1=5.4673第31頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月裝置消耗的功|w0|=h2-h1=1587.6–1430.8=156.8kJ/kg致冷系數(shù)冷卻水帶走的熱量|q2|=h2-

h4=1587.6–274.3=1313.3kJ/kg第32頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例2假定空氣進(jìn)入壓氣機(jī)時(shí)的狀態(tài)為p1=0.1MPa，t1=-20℃，在壓氣機(jī)內(nèi)定熵壓縮到p2=0.5MPa，然后進(jìn)入冷卻器。離開(kāi)冷卻器時(shí)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(wú)回?zé)釙r(shí)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?zé)幔硐肭闆r下壓縮比第33頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)求無(wú)回?zé)釙r(shí)的和第34頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空氣在冷卻器中放熱量為

每kg空氣在冷庫(kù)中的吸熱量即為每kg空氣的制冷量：

第35頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月循環(huán)的凈熱量為

故循環(huán)的制冷系數(shù)為

第36頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)求有回?zé)釙r(shí)的壓力比第37頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題1.壓縮蒸汽制冷循環(huán)采用節(jié)流閥來(lái)代替膨脹機(jī)，壓縮空氣制冷循環(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?zé)岽胧┖笫欠裉岣咂淅碚撝评湎禂?shù)？能否提高其實(shí)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(diǎn)？若有是什么？第38頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題答案1.壓縮空氣制冷循環(huán)不能采用節(jié)流閥來(lái)代替膨脹機(jī)。工質(zhì)在節(jié)流閥中的過(guò)程是不可逆絕熱過(guò)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(lái)的功量。而壓縮蒸氣制冷循環(huán)在膨脹過(guò)程中，因?yàn)楣べ|(zhì)的干度很小，所以能得到的膨脹功也極小。而增加一臺(tái)膨脹機(jī)，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(jiǎn)化及運(yùn)行的可靠性等實(shí)際原因采用節(jié)流閥作絕熱節(jié)流。第39頁(yè)，課件共46頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.采用回?zé)岷鬀](méi)有提高其理論制冷系數(shù)但能夠提高其世紀(jì)制冷系數(shù)。因?yàn)椴捎没責(zé)岷蠊べ|(zhì)的壓縮比變小，使壓縮過(guò)程和膨脹過(guò)程的不可逆損失的影響減小，因此提高實(shí)際制冷系數(shù)。3.制冷劑應(yīng)具備的性質(zhì)：對(duì)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)境溫度，制冷劑在T-S圖的上下界限要陡峭；工質(zhì)的三相點(diǎn)溫度要