工程热力学制冷循环.ppt

制冷循环,RefrigerationCycles,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HeatPump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,CoefficientofPerformance,T0环境,T2冷库,卡诺逆循环,q1,q2,w,ReversedCarnotcycle,热泵循环和供热系数,CoefficientofPerformance,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=334kJ/kg,1冷吨=3.86kJ/s,CoolingCapacityandTonofRefrigeration,制冷循环种类,空气压缩制冷压缩制冷蒸气压缩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,Gascompression,RefrigerationCycle,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,12绝热压缩,23等压冷却,34绝热膨胀,41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,ReversedBraytonCycle,制冷系数,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=mq2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-compressionrefrigerationcycle,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,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-hdiagram,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，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。,boilingpoint,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=263KT3=T4=293K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=1430.8-274.3=1156.5kJ/kg,h1=1430.8kJ/kg(263K的饱和蒸气）,h4=274.3kJ/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=1587.61430.8=156.8kJ/kg致冷系数冷却水带走的热量|q2|=h2-h4=1587.6274.3=1313.3kJ/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=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,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