工程热力学课件11 制冷循环.ppt

第十一章制冷循环第一节　压缩空气制冷循环第二节　压缩蒸汽制冷循环第三节热泵循环制冷循环—制冷系数热泵循环—热泵系数’性能系数COP=收益/花费的代价 制冷机与热泵将物体冷却到低于周围环境温度，并维持此低温，是利用制冷装置来实现的。制冷装置的任务是，通过制冷工质(称制冷剂)的循环过程将热从低温物体(即制冷空间，例如冷藏室)移向高温物体(例如大气环境)。根据热力学第二定律可知，热从低温物体移向高温物体时其有用能将增加，这种过程是不能无补偿地进行的，必须消耗外部有用能，通常是消耗机械功或其它高温热源提供的能量。如第一章中提出的，热机循环称为正循环，反之，制冷循环称为逆循环。 利用制冷循环将热从低温物体移至高温物体和装置称为制冷装置。制冷装置可用于夏季房屋降温，物品冷藏等。制冷装置目的，也可用于冬季将低温环境(如大气)的热输送到室内供暖或加热物体。前者常称之为制冷机而后者特称之为热泵。制冷机与热泵在热力学原理上并无区别，其工作循环都是逆向循环，只是使用的目的有所不同而已。 pv122‘6543122‘Ts绝热膨胀，温度降低理想气体TLTTHppN热效应区冷效应区Np转回温度曲线实际气体 经济性指标最高的逆向循环是同温限间的逆向卡诺循环。通常制冷循环以环境为高温热源（T1=T0），因此在以T0为高温热源、Tc为低温热源间的逆向卡诺循环的制冷系数：wnetq0qcTcT0 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√√ 第一节压缩空气制冷循环冷却水膨胀机压缩机冷藏室冷却器3214 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pv3214TsTcT01234逆勃雷登循环sspp 压缩空气制冷循环分析TsTcT01234逆勃雷登循环 T0 空气的定压比热小;活塞式压缩机和膨胀机工质流率小，主要缺点：制冷量小 压缩空气制冷循环的缺点1、吸、放热无法定温，偏离逆向卡诺循环，降低了经济性；2、空气的cp低，导致制冷量不高。虽然可以通过回热措施改善，但无法从根本上解决问题。故引入： §11-2蒸气压缩制冷循环水能用否？0°C以下凝固不能流动。一般用低沸点工质，如氟利昂、氨。沸点：水100°CR22-40.8°CR134aTHR01-26.1°C-30.18°C 第二节蒸气压缩制冷循环一、蒸气压缩制冷的理想循环蒸发器q2压缩机q1w冷凝器膨胀阀12341-2:制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程2-3:制冷剂在冷凝器中的定压放热过程3-4:制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程4-1:制冷剂在蒸发器中的定压定温气化过程 1234 Ts1234单位质量制冷剂在冷凝器中放热量：q1＝h2-h3da单位质量制冷剂在蒸发器中吸热量：q2＝h1-h4c压缩机消耗的比轴功就是循环消耗外界的比净功：5蒸气压缩制冷理想循环的制冷系数为 二、制冷剂及其ｐ-ｈ图1.对制冷剂的热力学要求（1）在标准大气压下制冷剂的饱和温度（沸点）要低，一般应低于-10℃。（2）蒸发温度所对应的饱和压力不应过低，冷凝温度所对应的饱和压力不宜过高。（3）在工作温度（蒸发温度和冷凝温度）范围内，汽化潜热要大。（4）临界温度应远高于环境温度，使循环不在临界点附近运行，而运行于具有较大气化潜热的范围之内。（5）凝固点要低，以免在低温下凝固阻塞管路。而且饱和气的比容要小，以减少设备的体积。 2.制冷剂的p-h图 ph1-2：制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程12342-3：制冷剂在冷凝器中的定压放热过程3-4：制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程4-1：制冷剂在蒸发器中的定压定温汽化过程4Ts1234 ph1-2：制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程12342-3：制冷剂在冷凝器中的定压放热过程3-4：制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程4-1：制冷剂在蒸发器中的定压定温汽化过程蒸发器q2压缩机q1w冷凝器膨胀阀12344 ph12344收获代价 三、影响制冷系数ε的主要因素1.提高蒸发温度34ph124’1’2’蒸发温度主要取决于制冷对象的温度要求,不能随意变动,但在制冷对象允许情况下,取较高的蒸发温度有利于提高循环的制冷系数。一般蒸发温度比冷库温度低５～７℃,以保证传热需要。 2.降低冷凝温度34ph122’3’4’冷凝温度取决于冷却介质(大气或冷却水等)的温度,不能随意变动。但在允许选择冷却介质的温度时，比如，冰箱、冰柜从提高制冷系数出发,应放置在房间温度较低的地方。一般冷凝温度要高于冷却介质温度５～７℃,以保证必要的传热温差。 过冷度愈大,制冷系数增加愈多。制冷剂液体离开冷凝器的温度取决于冷却介质的温度,过冷度一般很小。多数制冷装置专设一回热器,使从冷凝器出来的制冷剂液体通过回热器进一步冷却,增大过冷度。回热器的冷却介质通常为离开蒸发器的低温低压蒸气。3.提高过冷度34ph123’4’ 1234 热泵供热原理在所有制冷装置的工作过程中，热从冷藏室取出并传给较高温度的环境。因此，实现制冷循环的结果不仅使放出热量的物体被冷却，而且使吸收热量的物体被加热。根据这个原理，可利用逆循环实现将热从低温冷源向高源热源的输送。这种目的在于输送热量给被加热对象(如室内供暖)的装置称为热泵。向高温热源输送的热量qH，等于取自低温冷源(如大气环境)的热量qL与实现逆循环从外界输入功量wnet之和，即qH=qL+wnet。热泵就其实质来看，和制冷装置完全一样，只是两者工作的温度范围不同。制冷装置工作的上限温度为大气环境温度，其目的系从冷藏室吸热，以保持冷藏室低温(下限温度)恒冷；热泵工作的下限温度为大气环境温度，其目的是向暖室放热，以保持暖室温度(上限温度)恒暖。 热泵传给高温物体的热量包括由消耗的机械功变成的热量。所以，热泵的供暖系数比工作在相同条件下制冷装置的制冷系数大。直接用电炉取暖所消耗的能量要比用电机带动热泵消耗的能量大得多，这是因为电炉至多只能将电能全部转化为热能，而热泵循环不仅如此，还可将取自环境的热量一起送到需要取暖的房间。第四节热泵制冷装置—从低温处吸收热量，保持低温。热泵—向高温处提供热量。供暖系数wnetqHqL