1、第十一章第十一章 制冷循環(huán)制冷循環(huán) Refrigeration cycle11-1 概述概述11-2 壓縮氣體制冷循環(huán)壓縮氣體制冷循環(huán)11-3 壓縮蒸氣制冷循環(huán)壓縮蒸氣制冷循環(huán)11-4 制冷劑性質(zhì)制冷劑性質(zhì)*11-5 其他制冷循環(huán)其他制冷循環(huán)11-6 熱泵循環(huán)熱泵循環(huán)工程熱力學(xué)的研究內(nèi)容工程熱力學(xué)的研究內(nèi)容 1、能量轉(zhuǎn)換的基本定律 2、工質(zhì)的基本性質(zhì)與熱力過程3、熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備、工作原理4、化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)11-1 概況 本章主要以制冷循環(huán)為研究對象，分析循環(huán)特點(diǎn)，各參數(shù)的變化關(guān)系，計算熱量、功量和效率。動力循環(huán)與動力循環(huán)與制冷（熱泵制冷（熱泵)循環(huán)循環(huán) 制冷(熱泵)循環(huán) 輸入功量（或其他代價），

2、從低溫?zé)嵩慈?，向高溫?zé)嵩垂?動力循環(huán) 輸入熱,通過循環(huán)輸出功 正循環(huán)正循環(huán)逆循環(huán)逆循環(huán)制冷循環(huán)和制冷制冷循環(huán)和制冷系數(shù)系數(shù)Coefficient of Performance2COPqwT0環(huán)境T2冷庫逆卡諾循環(huán)222C1202qqTwqqTTq1q2wTsT2T00211TTT0不變, T2 CT2不變, T0 C深冷深冷1熱泵循環(huán)和供熱熱泵循環(huán)和供熱系數(shù)系數(shù)Coefficient of Performance1COPqw逆卡諾循環(huán)1111210CqqTwqqTTwTsT2T00111TTT1不變, T0 CT0不變, T1 CT1制冷能力和冷噸制冷能力和冷噸生產(chǎn)中常用制冷能力來衡量設(shè)備

3、產(chǎn)冷量大小制冷能力：制冷設(shè)備單位時間內(nèi)從冷庫取走的熱量(kJ/s)。商業(yè)上常用冷噸來表示。1冷噸：1噸0C飽和水在24小時內(nèi)被冷凍 到0C的冰所需冷量。水的凝結(jié)（熔化）熱 r =334 kJ/kg1冷噸=3.86 kJ/s1美國冷噸=3.517 kJ/s噸的含義：國際單位指1000kg，美國和英國是指2000磅制冷循環(huán)種類制冷循環(huán)種類 空氣壓縮制冷空氣壓縮制冷 壓縮制冷壓縮制冷 蒸氣壓縮制冷蒸氣壓縮制冷 吸收式制冷吸收式制冷制冷循環(huán)制冷循環(huán) 吸附式制冷吸附式制冷 蒸汽噴射制冷蒸汽噴射制冷 半導(dǎo)體制冷半導(dǎo)體制冷 熱聲制冷熱聲制冷 11-2 壓縮氣體制冷循環(huán)壓縮氣體制冷循環(huán)一、壓縮氣體制冷循環(huán)一、

4、壓縮氣體制冷循環(huán)（Gas-compression refrigeration cycle）1 2 絕熱壓縮2 3 等壓冷卻3 4 絕熱膨脹4 1 等壓吸熱sspp制冷系數(shù)（制冷系數(shù)（the coefficient of performance COP）321hhq定比熱定比熱（invariable specific heat capacity）143112TTTTCCnet1CqqwqqC14qhh net21342314whhhhhhhh Cnetqw 413241TTTTTT121111TTT 142314hhhhhh循環(huán)制冷量循環(huán)制冷量討論：討論： 1）C1c0C21TTTTTT相同溫度

5、的相同溫度的T 0和和TC2）,Cq T1不變不變T2增大增大導(dǎo)出以空氣為工質(zhì)的斯特林制冷機(jī)的工作系數(shù)。導(dǎo)出以空氣為工質(zhì)的斯特林制冷機(jī)的工作系數(shù)。解：解：net1 23 4www1C34Cg2lncvqTsT Rv11g0gC22lnlnvvR TR Tvv1g0C2lnvRTTvCCcnet0CqTwTTA361255返回返回空氣壓縮制冷循環(huán)的特點(diǎn)空氣壓縮制冷循環(huán)的特點(diǎn)二、回?zé)崾娇諝庵评溲h(huán)二、回?zé)崾娇諝庵评溲h(huán) 壓縮空氣制冷，壓縮空氣制冷，qC較小，且隨較小，且隨上升，上升，下降，為下降，為兼顧兼顧Qc及及，采用大流量葉輪壓縮機(jī)并回?zé)?。采用大流量葉輪壓縮機(jī)并回?zé)帷?回?zé)岷螅夯責(zé)岷螅宏幱懊娣e

6、陰影面積12nm1=面積面積45gk4從冷庫吸熱不變從冷庫吸熱不變qc=面積面積1mg61向環(huán)境放熱不變向環(huán)境放熱不變q1=面積面積34kn3=面積面積35gm3相等相等下降下降例例回?zé)嵫h(huán)優(yōu)點(diǎn)回?zé)嵫h(huán)優(yōu)點(diǎn):（1）同樣制冷系數(shù)下，）同樣制冷系數(shù)下，增壓比下降，這為采用大增壓比下降，這為采用大流量的葉輪式壓氣機(jī)和膨流量的葉輪式壓氣機(jī)和膨脹機(jī)提供可能；脹機(jī)提供可能；（2）增壓比減小，使壓）增壓比減小，使壓縮過程和膨脹過程的不可縮過程和膨脹過程的不可逆損失的影響減小。逆損失的影響減小。例例111 壓縮空氣制冷循環(huán)空氣進(jìn)入壓氣機(jī)時的狀態(tài)為壓縮空氣制冷循環(huán)空氣進(jìn)入壓氣機(jī)時的狀態(tài)為p1=0.1MPa，t1

7、=- -20 ，在壓氣機(jī)內(nèi)定熵壓縮到，在壓氣機(jī)內(nèi)定熵壓縮到p2 = 0.5MPa，進(jìn)入冷卻器。離開冷卻器時空氣的溫度為，進(jìn)入冷卻器。離開冷卻器時空氣的溫度為t3=20。若。若tC = - -20，t0 = 20，空氣視為定比熱容的，空氣視為定比熱容的理想氣體，理想氣體， =1.4。試求：。試求：(1)無回?zé)釙r的制冷系數(shù)及無回?zé)釙r的制冷系數(shù)及1kg空氣的制冷量；空氣的制冷量；(2)若若 保持不變而采用回?zé)?，理想情況下保持不變而采用回?zé)?，理想情況下壓縮比是多少壓縮比是多少? 解：解：(1)無回?zé)釤o回?zé)?C30253.15K293.15KTTTT210.5MPa50.1MPapp1/322114TT

8、pTpT1.4 111.421253.15K 5401.13KTT1.4 111.443293.15K 5185.01KTT壓縮機(jī)耗功壓縮機(jī)耗功C2121()1.005kJ/(kg K)(401.13253.15)K148.72 kJ/kgpwhhc TT膨脹機(jī)作出的功膨脹機(jī)作出的功 T3434()1.005kJ/(kg K) (293.15 185.01)K108.68kJ/kgpwhhc TT空氣在冷卻器中放熱量空氣在冷卻器中放熱量 02323()1.005kJ/(kg K) (401.13293.15)K108.52kJ/kgpqhhc TT1kg空氣在冷庫中的吸熱量即為空氣在冷庫中的吸

9、熱量即為1kg空氣的制冷量空氣的制冷量 C1414()1.005kJ/(kg K) (253.15 185.01)K68.48kJ/kgpqhhc TT循環(huán)的凈功循環(huán)的凈功 netcT148.72kJ/kg108.68kJ/kg40.04kJ/kgwww循環(huán)的凈熱量循環(huán)的凈熱量 net0C108.52kJ/kg68.48kJ/kg40.04kJ/kgqqq循環(huán)的制冷系數(shù)循環(huán)的制冷系數(shù) cnet68.48kJ/kg1.7140.04kJ/kgqw(2) 有回?zé)釙r的壓力比有回?zé)釙r的壓力比 32401.13K293.15KTT113322RTpTp/1/11.4/1.4 13320401.13K3.

10、0293.15KRTTTT 同樣冷庫溫度和環(huán)境溫度條件下逆向卡諾循環(huán)的制同樣冷庫溫度和環(huán)境溫度條件下逆向卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)是冷系數(shù)是6.33，遠(yuǎn)大于本例計算值，這是由于壓縮空氣，遠(yuǎn)大于本例計算值，這是由于壓縮空氣制冷循環(huán)中定壓吸、排熱偏離定溫吸、排熱甚遠(yuǎn)之故，制冷循環(huán)中定壓吸、排熱偏離定溫吸、排熱甚遠(yuǎn)之故，但這是工質(zhì)性質(zhì)決定了的。但這是工質(zhì)性質(zhì)決定了的。 R壓力比減小，對使用葉輪式機(jī)械有利。壓力比減小，對使用葉輪式機(jī)械有利。 空氣壓縮制冷的根本缺陷空氣壓縮制冷的根本缺陷(1)sTpatm11-3 壓縮蒸氣制冷循環(huán)壓縮蒸氣制冷循環(huán) （The vapor-compression cycle）一、設(shè)

11、備流程及一、設(shè)備流程及T- -s圖圖壓縮蒸氣制冷循環(huán)壓縮蒸氣制冷循環(huán)Ts1234567c節(jié)流閥代替膨脹機(jī)分析節(jié)流閥代替膨脹機(jī)分析5646hhhh46hh4868()hhhh二、制冷系數(shù)二、制冷系數(shù)C1514qhhhh421hhqnet21whh1241hhhh1241TTTT三、狀態(tài)參數(shù)確定三、狀態(tài)參數(shù)確定1. T-s圖和圖和logp-h圖圖Cnetqw兩個等壓過程，熱與功均與焓有關(guān) lnp-h圖lnp-h圖及計算圖及計算2q1qw21514qhhhh124qhh21421qhhwhhlnp-h圖圖氨的氨的lnp-h圖圖 某壓縮蒸汽制冷裝置用氨作制冷劑，制冷率某壓縮蒸汽制冷裝置用氨作制冷劑，制

12、冷率105 kJ/h若已知冷凝溫度為若已知冷凝溫度為27，蒸發(fā)溫度為，蒸發(fā)溫度為- -5 ，試求：，試求：制冷劑的質(zhì)量流量；壓縮機(jī)功率及增壓比；冷凝器放制冷劑的質(zhì)量流量；壓縮機(jī)功率及增壓比；冷凝器放熱量及循環(huán)制冷系數(shù)。熱量及循環(huán)制冷系數(shù)。A466166解：解： 查查logp-h圖，確定圖，確定4511422450 kJ/kg0.35 MPa1 570 kJ/kg1.1 MPa1 770 kJ/kghhphpph151 570 kJ/kg450 kJ/kg1120 kJ/kgcqhh210.024 8 kg/s1 770 1 570kJ/kg4.96 kWmPqhhC5C1 10 kJ/h0.0

13、24 8 kg/s3 600 1120 kJ/sQmqqq1420.024 8 kg/s450 1 770kJ/kg32.7 kWQmqqhh C51 10 kJ/h5.63 600 4.96 kWQqP返回返回四、四、實(shí)際壓縮蒸氣制冷循環(huán)過程、實(shí)際壓縮蒸氣制冷循環(huán)過程、過冷措施過冷措施215qhh21421qhhwhh21whh124qhh工程上常用工程上常用11-4 制冷劑制冷劑(Refrigerants)的性質(zhì)的性質(zhì) 一、制冷劑熱力性質(zhì)一、制冷劑熱力性質(zhì) 1. 對應(yīng)制冷裝置工作溫度的飽和壓力適中，蒸發(fā)器對應(yīng)制冷裝置工作溫度的飽和壓力適中，蒸發(fā)器中稍大于大氣壓，冷凝器中不太高；中稍大于大氣

14、壓，冷凝器中不太高； 2. 汽化潛熱大；汽化潛熱大； 3.沸點(diǎn)低（沸點(diǎn)低（tb10C），臨界溫度應(yīng)高于環(huán)境溫度，），臨界溫度應(yīng)高于環(huán)境溫度，三相點(diǎn)低于制冷循環(huán)下限溫度；三相點(diǎn)低于制冷循環(huán)下限溫度； 4. 蒸汽比體積小，導(dǎo)熱系數(shù)大；蒸汽比體積小，導(dǎo)熱系數(shù)大； 5. 上、下界限線（在上、下界限線（在T-s圖）陡峭，使冷凝更接近定圖）陡峭，使冷凝更接近定溫放熱及減少節(jié)流引起制冷能力損失。溫放熱及減少節(jié)流引起制冷能力損失。二、制冷劑其他性質(zhì)二、制冷劑其他性質(zhì) 1.對環(huán)境友善；對環(huán)境友善； 2.安全無毒；安全無毒； 3.溶油性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，等等。溶油性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，等等。三、常見制冷劑三、常見制

15、冷劑-蒙特利爾協(xié)定書蒙特利爾協(xié)定書氨（氨（NH3）氟里昂氟里昂CFC12(R12)、CFC11(R11) 、 HCFC22(R22)含氫氟代烴物質(zhì)（含氫氟代烴物質(zhì)（HCFC134a）制冷劑的命名制冷劑的命名Cm Hx Fy ClzR(m-1)(x+1)y例：R12CF2Cl2氯氟烴CFFClClR22CHF2ClH90+nR12= 1 0 2CH F制冷劑的命名制冷劑的命名R134a C2H2F4Cl2CFFHCHFFR134R134aFFHCHFFC同素異構(gòu)體混合物制冷劑的命名混合物制冷劑的命名R400R600R500非共沸混合物共沸混合物HCR700其它氨R717R744CO2R718水甲烷丁烷ASHRAEAmerican Society of Heating, Refrigerating Air-Conditioning Engineer