1、第十二章 制 冷 循 环,Refrigeration cycle,12-1 压缩空气制冷循环,一、空气压缩式致冷工作原理,1-2 压缩机内定熵压缩 2-3 冷却器中定压放热 3-4 膨胀机中定熵膨胀 4-1 冷室换热器中定压吸热,二、制冷循环,致冷系数：,2,1,4,3,5,6,s,T,空气在回热器中被加热升温,绝热压缩,定压放热,空气在回热器中冷却降温,三、回热式空气制冷循环,定熵膨胀,定压吸热,为什么要引入回热循环呢？,它与没有回热的空气压缩制冷循环相比，优点是在单位质量工质的制冷量和向环境放热量都相同的情况下，使循环的压力比从原来的p2/p1 降到p2, /p1,12-2 压缩蒸气制冷循
2、环,空气压缩制冷循环的制冷系数低和单位工质的制冷能力小.,蒸汽压缩制冷循环利用制冷剂在定温定压下液化和汽化的相变性质，可以实现定温定压吸热或放热过程，而原则上可以实现逆卡诺循环.,比较压缩空气制冷循环与压缩蒸气制冷循环,a 6 b 7 s,c,2,3,1,5,8,4,T,一、 实际压缩式制冷循环,定熵压缩,定压定温冷凝放热,定熵膨胀,定压定温汽化吸热,1-2 绝热压缩,2-3 定压冷却,3-4 定压定温凝结,4-5 绝热节流（不可逆图中用虚线表示）,5-1 定压定温吸热汽化,二、 制冷剂的焓熵图,蒸气压缩式制冷循环各热力过程,1-2 绝热压缩 2-3-4 定压冷却 4-5 绝热节流 5-1 定
3、压蒸发,制冷量,冷凝放热量,三、 制冷循环能量分析及制冷系数,制冷系数为,制冷剂质量流量,压缩机所需功率,冷凝器热负荷,四、影响制冷系数的主要因素,1. 冷凝温度,比较两循环，新循环压缩即所消耗的功减少了(h2 h2) ,制冷量增加了(h5-h5) 因而致冷系数得到提高。,注意：冷凝温度的高低完全取决于冷却介质的温度，而冷却介质的温度不能任意降低，它受到环境温度的限制。,2. 蒸发温度,比较两循环，新循环压缩功减少(h1-h1)，制冷量增加了(h1-h5)-(h1-h5)因而也提制冷系数。,蒸发温度主要由制冷的要求确定，因此在能够满足需要的条件下，应尽可能采取较高的蒸发温度，而不应不必要地降低
4、蒸发温度。,五、 制冷剂的热力学性质,逆卡诺循环的制冷系数仅是冷源、热源的温度的函数，与制冷剂的性质无关。但是，在实际的制冷装置中，压缩机的所需功率，蒸发器，冷凝器的尺寸及材料等都与制冷剂的性质有关, 制冷剂应满足的要求：,1. 在大气压力下，制冷剂的饱和温度（沸点）要低，一般低于,2. 蒸发温度所对应的饱和压力不应过低，以稍高于大气压力最为适宜。以免空气漏入系统；冷凝温度所对应的饱和压力不宜过高，以降低对设备耐压和密封的要求 3. 在工作温度（冷凝温度与蒸发温度）的范围内，汽化潜热值要大，这样可使单位质量制冷剂具有较大的制冷能力。 4. 液化比热要小。,5. 临界温度应远高于环境温度，使循环
5、不在临界点附近运行。而在较大可资利用的汽化潜热范围内运行以提高经济性。 6. 凝固点要低，以免在低温凝固而阻塞管路。同时饱和气的比容要小，以减小设备的体积。,常用制冷剂,空气，水(H2O)，氨 (NH3)，各种氟里昂，二氧化碳，二氧化硫等,12-3 蒸汽喷射制冷循环,蒸汽喷射制冷循环的主要特点是用引射器代替压缩机来压缩制冷剂，它以消耗蒸汽的热能作为补偿来实现制冷目的。,由锅炉出来的工作蒸汽（状态1）在喷射器的喷管中膨胀增速（状态2）在喷管出口的混合室内形成低压，将冷室蒸发器内的蒸汽（状态）不断吸入混合室。工作蒸汽与致冷蒸汽混合成一股气流变成状态，经过扩压管减速；增压至状态。,然后在冷凝器中定压
6、放热而凝结（过程-）。由冷凝器流出的饱和液体分成两路：一路经水泵提高压力后（状态5）送入蒸汽锅炉再加热汽化变成较高压力的工作蒸汽（状态1），完成了工作蒸汽的循环1-2-3-4-5-1；另一路作为致冷工质经节流阀降压， 降温（过程4-5），然后，在冷室蒸发器中吸热汽化变成低温低压的蒸汽（状态），从而完成了致冷循环。,蒸汽喷射式制冷循环的优点：,不消耗机械功，而是直接消耗热能实现制冷；喷射器简单紧凑，容许通过较大的容积流量，可以利用低压水蒸气作为制冷剂。,由于混合过程的不可逆损失很大，因而热能利用系数较低，制冷温度只能在0以上，适用空调工程中作为冷源。,第四节 吸收式致冷循环, 吸收式制冷也是利用
7、致冷剂液体汽化吸热实现制冷，它是直接利用热能驱动，以消耗热能为补偿将热量从低温物体转到高温物体中去., 吸收式制冷采用的工质是两种沸点相差较大的物质组成的二元溶液，其中沸点低的物质为制冷剂，沸点高的物质为吸收剂,吸收式制冷循环原理, 吸收式制冷两个循环,制冷剂循环:, 溶液循环:,吸收式制冷机所用溶液:氨水溶液 +1-45 工艺生产中溴化锂水溶液 0 空调工程中,吸收式制冷机的效率:热能利用系数 式中 Q2 制冷量（kJ/h） Q1 发生器消耗的热量(kJ/h),设理想的吸收式制冷机，所有的热量传递都是可逆的定温过程，制冷机从蒸发器(温度为T2)吸热Q2，从发生器(T1)吸热Q1,并在吸收器及
8、冷凝器向外界(Ts)放热Qa Qc. 消耗泵功Wp.,热能利用系数的影响因素,对每一循环由热力学第一定律:,泵消耗的功相对其它项很小可忽略,由热力学第二定律得,系统按循环工作,即:,对可逆的吸收式制冷机有:,的乘积直接决定,从上式得:最大热能利用系数由,式中,工作在Ts T2间的可逆卡诺循环致冷系数,工作在T1 Ts间的卡诺循环热效率,式中,工作在Ts T2间的可逆卡诺循环致冷系数,工作在T1 Ts间的卡诺循环热效率,式中,工作在T1 Ts间的卡诺循环热效率,式中,工作在Ts T2间的可逆卡诺循环制冷系数,式中,吸收式制冷装置优点,吸收式制冷可利用较低温度的热能如低压蒸汽、热水、烟气以及某些工
9、艺气体的余热或太阳能等，对综合利用热能有实际意义,第五节 热泵 Heat Pump,热泵实质是一种能源采掘机械,它以消耗一部分高质能为补偿,通过热力循环,把环境介质中储存的低质能量加以发掘进行利用.,热泵与制冷机,相同点：工作原理(均是逆循环),不同点:, 热泵：从自然环境中吸热，送到所需的温度较高的物体中去,制冷机:将低温物体的热量传给自然环境,以造成低温环境,热泵工作原理和T-s图,热泵的经济性以供热系数来衡量,供热系数:消耗单位功量得到的供热量式中:q1 热泵的供热量(kJ/kg);w0 热泵消耗的功量(kJ/kg), 供热系数与致冷系数的关系,故循环系数越高,供热系数越高而且 总是大于
10、1,致冷系数,供热量中有24.1/34.1=70.7%是从周围吸收而来,可见这种供热方式是经济的。,解:由题意:t1=95 C,t2=-13 C 则 而 热泵在周围吸热Q2=Q1-W0=24.1kJ/s,第六节 气体的液化,工业生产、科学研究、医疗卫生等许多场合需要一些特殊的液态物质：如核动力厂液氢(H2)，医疗中液氮(N2)，超低温技术中液氦(He)等，石油及天然气也常液态运输储存。这些液态物都是由相应气体经过适当的热力过程，将温度降至临界温度以下，保持其压力大于该温下的饱和压力，转变为液体的.即液化的关键在降温.,一 、林德-汉普森(Linde-Hampson)循环,二、系统的产液率及所需
11、的功,为了研究系统的产液率及所需的功设流体在系统中稳定流动，进入压气机的气体流量为 ，产生的液体流量 。取换热器、节流阀、分离器为控制体（虚线部分），不考虑系统动能、位能的变化，控制体与外界没有热功交换,热力学第一定律,故系统的产液率,产液率表示系统生产的液体质量与被压缩气体质量的比值。显然L值愈大，说明系统愈完善、愈经济, 压缩单位质量气体所需要的功,取压缩机为控制体,对定温压缩, 生产单位质量气体所需的功,(h8-h6)(h8-h3) 即产液率L较小，而h8一定，则需使h3降低.即需定温压缩,第十一章 致冷循环,over,2. 某压缩蒸气制冷循环制冷机用氨作制冷剂，制冷量为106kJ/h, 冷凝器出口氨饱和液的温度为27，节流后温度为-13。若不考虑压气机不逆损失，试求:（1）每千克氨的吸热量；（2）氨的流量；（3）压气机消耗的功率；（4）冷却水带走的热量；（5）循环制冷系数。,冷却塔,
