工程热力学课件

1、 工程热力学课件华北电力大学（北京）动力工程系工程热物理教研室制作2005年5月第十二章 制冷循环 refrigeration cycle 3 12-1 概述 制冷（热泵)循环 输入功量（或其他代价），从低温热源取热 动力循环 输入热通过循环输出功 热泵循环 输入功量（或其他代价），向高温热用户供热、 正循环逆循环逆循环制冷循环和制冷系数Coefficient of PerformanceT0环境T2冷库卡诺逆循环q1q2wTsT2T0T0不变, T2 CT2不变, T0 C热泵循环和供热系数Coefficient of PerformanceT1房间T0环境卡诺逆循环q1q2wTsT2T0T

2、1不变, T0 CT0不变, T1 CT1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/kg1冷吨=3.86 kJ/s1美国冷吨=3.517 kJ/s制冷循环种类 空气压缩制冷 压缩制冷 蒸汽压缩制冷 吸收式制冷制冷循环 吸附式制冷 蒸汽喷射制冷 半导体制冷 热声制冷8 冷却水膨胀机压缩机冷藏室冷却器3214 12-2 压缩气体制冷循环 - Gas-compression refrigeration cyc

3、le一.简介空气压缩制冷循环过程四个主要部件；工质：空气1 2 绝热压缩 p T2 3 等压冷却 向环境放热，T3 4 绝热膨胀 T T1 （冷库）4 1 等压吸热 T T1理想化处理：理气； 定化热; 可逆；P-v图和T-s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 pv3214TsT2T01234逆布雷登循环sspp12 二.制冷系数thecoefficientofperformance(COP)定比热invariable specific heat capacity空气压缩制冷循环特点 优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。 缺点： 1. 无法实现 T ， C2. q2

4、=cp(T1-T4)，空气cp很小， (T1-T4)不能太大， q2 很小。若(T1-T4)3. 活塞式流量m小，制冷量Q2=m q2小， 使用叶轮式，再回热则可用。14 讨论： 1）相同温度的T0和TC2）例：导出以空气为工质的斯特林制冷机的工作系数解：16 三.回热式压缩空气制冷循环 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。 17 回热后： 因为 面积12nm1=面积45gk4 所以 qc=面积1mg61 q1=面积34kn3=面积35gm3 相等， 下降例：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=

5、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)若保持不变而采用回热，理想情况下压缩比是多少?；(2)若是多少?解： (1)求无回热时的和 据题意，且由 压缩机耗功为故 膨胀机作出的功为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：循环的净功为：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 据题意，参照教材图12-4，有 且 比较 和 可知，压缩空气制冷装置理想循环采用回热后，只要 不变，则 和 亦相同，但压力

6、比减小，对使用叶轮式机械就很有利。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。空气压缩制冷的根本缺陷1. 无法实现 T ， 低，经济性差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 蒸气在两相区易实现T24 12-3 压缩蒸汽制冷循环 -Thevapor-compressioncycle二.制冷系数25 三.状态参数确定26 27 例：某压缩蒸汽制冷装置用氨作制冷剂，制冷率为105kJ/h若已知冷凝温度为27c，蒸发温度为-5

7、c，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。解： 查logp-h图，确定30 12-4 制冷剂(Refrigerants)性质 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； 2.汽化潜热大； 3.临界温度应高于环境温度； 4.蒸汽比体积小，导热系数大； 5.蒸发压力不低于环境压力，三相点低于制冷循环下 限温度。 6.上、下界限线（在T-s图）陡峭，使冷凝更接近定温 放热及减少节流引起制冷能力损失。31 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， 制冷剂的命名Cm Hx Fy ClzR(m-1)(x+1)y例：R12C

8、F2Cl2氯氟烃CFFClClR22CHF2ClH90+nR12= 1 0 2CHF制冷剂的命名R134a C2H2F4Cl2CFFHCHFFR134R134aFFHCHFFC同素异构体吸收式制冷装置 吸收式制冷装置依靠高温热源向环境传递热量作为代价而实现制冷的装置。 吸收式制冷装置采用吸收器、蒸气发生器和泵来取代蒸气压缩式制冷装置的压气机。 工作过程（氨水）：吸收器中，氨水溶液吸收来自蒸发器的氨蒸气。由于氨溶解时产生溶解热，为了保持溶液的吸收能力，要用冷却水冷却吸收器。泵浓溶液加压后送入蒸气发生器。蒸气发生器加热浓溶液，使其中所溶解的氨蒸发产生氨气。 蒸气发生器中氨气蒸发后低浓度的氨水溶液，

9、经节流降压后流回吸收器重新利用。 常用工质：氨（制冷剂）水（吸收剂） 水（制冷剂）溴化锂 （吸收剂） 吸收式制冷装置中，氨的加压是靠泵完成的，其所消耗的功要比用压气机压缩氨蒸气所消耗的功要小得多。 制冷装置需要消耗一定的热量来加热蒸气发生器，使得氨气在较高压力下从氨溶液中蒸发出来。它工作的有效程度也用热量利用系数来表示，即式中， 为加热蒸气发生器所需的热量， 为制冷量。 吸收式制冷装置的不可逆损失较大，其热量利用系数较小。但吸收式制冷装置的构造简单，造价低廉，特别是它消耗的功率很小，还可利用温度不太高的生产过程的余热来加热蒸气发生器，故在工厂企业中应用这种制冷装置可节约电力的消耗，并充分利用余热。 近年来，以溴化锂作吸收剂，以水蒸气作制冷剂的吸收式制冷装置的发展较快，常用来作为大型空气调节装置的制冷设备。 36 12-6 热泵循环heat pump一. 简介二. 供热系数工业锅炉：电厂热效率：热