1、1,第十一章 制冷循环Refrigeration cycle,11-1 概述,11-2 压缩气体制冷循环,11-3 压缩蒸气制冷循环,11-4 制冷剂性质,*11-5 其他制冷循环,11-6 热泵循环,工程热力学的研究内容,1、能量转换的基本定律,2、工质的基本性质与热力过程,3、热功转换设备、工作原理,4、化学热力学基础,11-1 概况,本章主要以制冷循环为研究对象，分析循环特点，各参数的变化关系，计算热量、功量和效率。,动力循环与制冷（热泵)循环, 制冷(热泵)循环输入功量（或其他代价），从低温热源取热，向高温热源供热, 动力循环 输入热,通过循环输出功,正循环,逆循环,制冷循环和制冷系数
2、,Coefficient of Performance,T0环境,T2冷库,逆卡诺循环,q1,q2,w,深冷1,普冷1,热泵循环和供热系数,Coefficient of Performance,逆卡诺循环,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)。,商业上常用冷吨来表示。,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,1美国冷吨=3.517 kJ/s,吨的含义：国际单位指1000kg，美国和英国是指2000磅,制冷循环种类,9,1
3、1-2 压缩气体制冷循环,一、压缩气体制冷循环（Gas-compression refrigeration cycle）,1 2 绝热压缩,2 3 等压冷却,3 4 绝热膨胀,4 1 等压吸热,s,s,p,p,10,制冷系数（the coefficient of performance COP）,定比热（invariable specificheat capacity）,循环制冷量,11,讨论：1）,相同温度的T 0和TC,2）,T1不变T2增大,12,导出以空气为工质的斯特林制冷机的工作系数。,解：,A361255,返回,空气压缩制冷循环的特点,优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。,2. q2=
4、cp(T1-T4)， (T1-T4)不能太大， q2 很小。,3. 活塞式压缩流量m小，制冷量Q2=m q2小,可使用叶轮式压缩，加上回热,14,二、回热式空气制冷循环压缩空气制冷，qC较小，且随上升，下降，为兼顾Qc及，采用大流量叶轮压缩机并回热。,15,回热后： 阴影面积12nm1=面积45gk4 从冷库吸热不变qc=面积1mg61 向环境放热不变q1=面积34kn3=面积35gm3,相等下降,例,回热循环优点:,（1）同样制冷系数下，增压比下降，这为采用大流量的叶轮式压气机和膨胀机提供可能； （2）增压比减小，使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小。,16,例111,压缩空气制冷循环
5、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，进入冷却器。离开冷却器时空气的温度为t3=20。若tC = -20，t0 = 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1kg空气的制冷量；(2)若 保持不变而采用回热，理想情况下压缩比是多少?,解：(1)无回热,17,压缩机耗功,膨胀机作出的功,空气在冷却器中放热量,1kg空气在冷库中的吸热量即为1kg空气的制冷量,循环的净功,18,循环的净热量,循环的制冷系数,(2) 有回热时的压力比,同样冷库温度和环境温度条件下逆向卡诺循环的制冷系数是6.33，远大
6、于本例计算值，这是由于压缩空气制冷循环中定压吸、排热偏离定温吸、排热甚远之故，但这是工质性质决定了的。,压力比减小，对使用叶轮式机械有利。,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,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,11-3 压缩蒸气制冷循环（The vapor-compression cycle）,21,一、设备流程及T-s图,压缩蒸气制冷循环,T,s,1,2,3,4,5,6,7,比较逆卡
7、诺循环3467,73 湿蒸气压缩“液击”现象,12 既安全，又增加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,1. 损失功量,a,b,面积a84ba,面积a86ba,面积8468,缺点：,1. 省掉膨胀机，简化设备,2. 控制膨胀阀开度，易调节蒸发温度,利弊,24,二、制冷系数,三、状态参数确定,1. T-s图和logp-h图,两个等压过程，热与功均与焓有关,lnp-h图及计算,T,s,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,26,lnp-h图,27,氨的lnp-h图,28,某压缩蒸汽制冷装置
8、用氨作制冷剂，制冷率105 kJ/h若已知冷凝温度为27，蒸发温度为-5 ，试求：制冷剂的质量流量；压缩机功率及增压比；冷凝器放热量及循环制冷系数。,A466166,29,解： 查logp-h图，确定,返回,四、实际压缩蒸气制冷循环过程、过冷措施,不变,工程上常用,31,11-4 制冷剂(Refrigerants)的性质,一、制冷剂热力性质1. 对应制冷装置工作温度的饱和压力适中，蒸发器中稍大于大气压，冷凝器中不太高； 2. 汽化潜热大；3.沸点低（tb10C），临界温度应高于环境温度，三相点低于制冷循环下限温度；4. 蒸汽比体积小，导热系数大；5. 上、下界限线（在T-s图）陡峭，使冷凝更接
9、近定温放热及减少节流引起制冷能力损失。,32,二、制冷剂其他性质1.对环境友善；2.安全无毒；3.溶油性好，化学稳定性好，等等。,三、常见制冷剂-蒙特利尔协定书,氨（NH3） 氟里昂CFC12(R12)、CFC11(R11) 、 HCFC22(R22) 含氢氟代烃物质（HCFC134a）,制冷剂的命名,Cm Hx Fy Clz,R(m-1)(x+1)y,例：R12CF2Cl2,氯氟烃,C,F,F,Cl,Cl,R22CHF2Cl,H,90+n,R12= 1 0 2,C,H,F,制冷剂的命名,R134a C2H2F4Cl2,R134,R134a,同素异构体,混合物制冷剂的命名,R400,R600,
10、R500,非共沸混合物,共沸混合物,HC,R700,其它,甲烷,丁烷,ASHRAE,American Society of Heating, Refrigerating Air-Conditioning Engineers,36,11-6 热泵循环(heat pump),一、简介,与制冷循环差别在于，热泵工作时环境为低温热源T0,供暖,化工,温度提升,节能,37,二、 供热系数,工业锅炉：,电厂热效率：,热泵供暖系数：,热泵lnp-h图及计算,T,s,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,39,华北某市热电厂排出水温30以上，余热量 ,如以热泵回收，能满足1千万m2建筑物采暖，一年节煤100万吨。,使用限制： 1.与TR-T0反比，所以北方T0低比较小 2.制冷、供暖联合运行对工质性质要求较高 3.环境热源空气、水、土壤分别存在小、凝固、腐蚀等,三、热泵供暖,下一章,
