1、制冷循环,Refrigeration Cycles, 11-1 空气压缩制冷循环,本章主要内容, 11-2 蒸气压缩制冷循环, 11-3 制冷剂,本章基本知识点,1.熟悉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原理。,制冷循环与热泵循环, 制冷Refrigeration循环 输入功量（或其他代价），从低温热源取热, 热泵Heat Pump循环 输入功量（或其他代价），向高温热用户供热,低温冷冻室,（a）冰箱,高温环境,低温环境,高温房间,（b）热泵,QL,WN,QH,QL,QH,WN,制冷循环和制冷系数,Coefficient
2、 of Performance,T0环境,T2冷库,卡诺逆循环,q1,q2,w,Reversed Carnot cycle,热泵循环和供热系数,Coefficient of Performance,卡诺逆循环,w,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)。,1冷吨：1吨0C饱和水在24小时内被冷冻 到0C的冰所需冷量。,水的凝结（熔化）热 r =334 kJ/kg,1冷吨=3.86 kJ/s,Cooling Capacity and Ton of Refrigeration,制冷循环种类,空气压缩制冷 压缩制冷 蒸气压缩
3、制冷 吸收式制冷 制冷循环 吸附式制冷 蒸汽喷射制冷 示例 半导体制冷 热声制冷,磁制冷,Vapor-compression,Gas compression,Refrigeration Cycle,111 空气压缩制冷循环,冷却水,膨胀机,压缩机,冷藏室,冷却器,3,2,1,4,空气压缩制冷循环过程,四个主要部件；工质：空气,理想化处理：理气； 定化热; 可逆；,pv图和Ts图,1 2 绝热压缩,2 3 等压冷却,3 4 绝热膨胀,4 1 等压吸热,p,v,3,2,1,4,T,s,T2,T0,1,2,3,4,逆勃雷登循环,s,s,p,p,Reversed Brayton Cycle,制冷系数,
4、T,s,1,2,3,4,pv图和Ts图,p,v,3,2,1,4,T,s,T2,T0,1,2,3,4,同温限卡诺制冷循环？,空气压缩制冷循环特点, 优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。,2. q2=cp(T1-T4)，空气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，,压缩空气制冷想提高制冷能力，空气的流量就要很大，如应用活塞式压气机和膨胀机，不经济。那么怎么改善这点呢？利用回热原理并采用叶轮式压气机和膨胀机，去改善压缩空气制冷的主要缺点。,空气回热制冷循环,回热式空气压缩制冷装置,T2,T0,1R,2R,5,3R,4,1R,2R,5,3R,1,空
5、气回热制冷与非回热的比较,T2,T0,1R,2R,5,3R,吸热量（收益）：,q2=cp(T1-T4),放热量：,q1=cp(T2-T3) =cp(T2R-T5),非回热,回热,不变,相同,回热 非回热,适用于小压比大流量的叶轮式压气机空气制冷系统,空气压缩制冷的根本缺陷,2. q2=cp(T1-T4)小， 制冷能力q2 很小。, 汽化潜热大，制冷能力可能大, 11-2 蒸气压缩制冷循环,水能用否？ 0C以下凝固不能流动。一般用低沸点工质，如氟利昂、氨,沸点：,水,100C,R22,- 40.8C,R134a,THR01,- 26.1C,- 30.18C,Vapor-compression r
6、efrigeration cycle,压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度,放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体,得到低温低压制冷剂,制冷剂液体吸热、蒸发、制冷,蒸气压缩制冷空调装置,蒸气压缩制冷空调装置,1-2：绝热压缩过程,2-4：定压放热过程,4-5：绝热节流过程,5-1：定压吸热过程,5,1,2,4,蒸气压缩制冷循环,T,s,1,2,3,4,5,6,7,比较逆卡诺循环3467,73 湿蒸气压缩 “液击”现象,12 既安全，又增加了单位质量工质的制冷量71,逆卡诺,实际,节流阀代替了膨胀机,节流阀代替膨胀机分析,T,s,1,2,3,4,5,6,8,2. 少从冷库取走热量,
7、1. 损失功量,a,b,面积a84ba,面积a86ba,面积8468,缺点：,1. 省掉膨胀机，设备简化；,2. 节流阀开度，易调节蒸发温度；,利弊,蒸气压缩制冷循环的计算,T,s,1,2,3,4,5,蒸发器中吸热量,冷凝器中放热量,制冷系数,两个等压，热与功均与焓有关,lnp-h图及计算,T,s,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,压焓图 P-h diagram,过冷措施,T,s,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,5,4,不变,4,5,工程上常用, 11-3 制冷剂refrigerant,蒸气压缩制冷，要尽可能利用工质两相区，因此与工质性质密切相关。,对热物性要求：,1. 沸点低，
8、tb10C,2. 压力适中，蒸发器中稍大于大气压，冷凝器中不太高；,3. 汽化潜热大，大冷冻能力；,4. T-S图上下界线陡峭：上界陡峭，冷冻更接近定温，下界线陡，节流损失小；,5. 凝固点低，价廉，无毒，不腐蚀，不爆，性质稳定、油溶性、材料相容性、环境性能、安全性能好。,boiling point,例1 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=T5=263 K T3=T4=293 K由氨的压焓图（热力性质表)查得,故单位质量工质的致冷量q2=h1-h4=1430.8 -27
9、4.3=1156.5 kJ/kg,h1=1430.8kJ/kg (263K的饱和蒸气）,h4=274.3 kJ/kg （293K的饱和液）压力857.5KPa,h2=1587.6kJ/kg (1,2定熵过程）s1=5.4673,装置消耗的功|w0|=h2 - h1=1587.6 1430.8=156.8 kJ/kg致冷系数冷却水带走的热量|q2|=h2 - h4=1587.6 274.3=1313.3 kJ/kg,例2 假定空气进入压气机时的状态为p1=0.1MPa，t1=-20 ，在压气机内定熵压缩到p2=0.5MPa，然后进入冷却器。离开冷却器时空气的温度为t3=20。若tc=-20，t0
10、=20，空气视为定比热容的理想气体，=1.4。试求：(1)无回热时的制冷系数及每kg空气的制冷量,(2)保持制冷系数不变而采用回热，理想情况下压缩比,(1)求无回热时的,和,空气在冷却器中放热量为,每kg空气在冷库中的吸热量即为每kg空气的制冷量：,循环的净热量为,故循环的制冷系数为,(2) 求有回热时的压力比,思考题,1.压缩蒸汽制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？2.压缩空气制冷系数采用回热措施后是否提高其理论制冷系数？能否提高其实际制冷系数？为什么？3.作制冷剂的工质应具备哪些性质？4.本章提到的各种制冷循环有否共同点？若有是什么？,思考题答案
11、,1.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，及增加了系统的投资，有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。,2.采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其世纪制冷系数。因为采用回热后工质的压缩比变小，使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小，因此提高实际制冷系数。3.制冷剂应具备的性质：对应于装置的工作温度，要有适中的压力；在工作温度下汽化潜热要大；临界温度应高于环境温度，制冷剂在T-S图的上下界限要陡峭；工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度；比体积要小；传热特性要好；溶油性好；无毒等。,4各种制冷循环都有共同点。从热力学第二定律的角度来看，无论是消耗机械能还是热能都是使熵增大，以弥补热量从低温物体传到高温物体造成的熵的减小，从而使孤立系统保持熵增大。,1,2,3,4,
