《工程热力学》课程教学课件（教案讲义）第11章 制冷循环

内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教豪第11章制冷循环本章要求：熟练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。了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵的原理。致冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境的温度，并维持这个低温称致冷。为了保持或获得低温，必须从冷物体或制冷空间把热量带走，致冷装置便是以消耗能量（功量或热量）为代价来实现这一目标的设备。基本知识点：11.1空气压缩制冷循环空气压缩式制冷：将常温下较高压力的空气进行绝热膨胀，会获得低温低压的空气。原则：实现逆卡诺循环工作原理如图：冷却器8一号2压缩机膨胀机冷却水TT换热器冷室6(a)工作原理图(b)p-v图(c)T-s图注意：空气的热物性决定了空气压缩制冷循环的致冷系数低和单位工质的致冷能力小。116T2-1KP2k-T.Pi87

内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教案 87 第 11 章 制冷循环 本章要求： 熟练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。 了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵的原理。· 致冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境的温度，并维持这个低温 称致冷。为了保持或获得低温，必须从冷物体或制冷空间把热量带走，致冷 装置便是以消耗能量(功量或热量)为代价来实现这一目标的设备。 基本知识点： 11．1 空气压缩制冷循环 空气压缩式制冷：将常温下较高压力的空气进行绝热膨胀，会获得低温低压 的空气。 原则：实现逆卡诺循环 工作原理如图： 注意：空气的热物性决定了空气压缩制冷循环的致冷系数低和单位工质 的致冷能力小。 ( ) 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1 − = − = k − k p p T T 

内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教豪T或：6=7T, -T,11. 2蒸汽压缩致冷循环冷凝器冷却水压缩机膨胀陶蒸发器(a）工作原理图(b)T一s图一、实际压缩式制冷循环蒸气压缩制冷装置：压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器组成。原理：由蒸发器出来的制冷剂的干饱和蒸气被吸入压缩机，绝热压缩后成为过热蒸气（过程1-2)，蒸气进入冷凝器，在定压下冷却（过程2-3），进一步在定压定温下凝结成饱和液体（过程3-4)。饱和液体继而通过一个膨胀阀（又称节流阀或减压阀）经绝热节流降压降温而变成低干度的湿蒸气。注意：工业上，用节流阀取代膨胀机。二、制冷剂的压恰图(lgp-h图)原理：以制冷剂恰作为横坐标，以压力对数为纵坐标，共绘出制冷剂的六种状态参数线簇：定烩(h)、定压力(p)、定温度(T)、定比容(v)、定熵(s)及定干度(x)线88

内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教案 88 或： 2 1 1 1 T T T −  = 11．2 蒸汽压缩致冷循环 一、实际压缩式制冷循环 蒸气压缩制冷装置：压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器组成。 原理：由蒸发器出来的制冷剂的干饱和蒸气被吸入压缩机，绝热压缩后成为 过热蒸气(过程 1-2)，蒸气进入冷凝器，在定压下冷却(过程 2-3)，进一步在定 压定温下凝结成饱和液体(过程 3-4)。饱和液体继而通过一个膨胀阀(又称节 流阀或减压阀)经绝热节流降压降温而变成低干度的湿蒸气。 注意：工业上，用节流阀取代膨胀机。 二、制冷剂的压焓图(lgp-h 图) 原理：以制冷剂焓作为横坐标，以压力对数为纵坐标，共绘出制冷剂的六种 状态参数线簇： 定焓(h)、定压力(p)、定温度(T)、定比容(v)、定熵(s)及定干度(x)线

内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教豪2蒸气压缩式制冷循环各热力过程在lgp-h图上的表示：1-2表示压缩机中的绝热压缩过程。2-3-4是冷凝器中的定压冷却过程4-5为膨胀阀中的绝热节流过程。5-1表示蒸发器内的定压蒸发过程。三、制冷循环能量分析及致冷系实际蒸气压缩制冷循环整个装置的能量分析。其制冷系数为92=收获/消耗6=WoQ2制冷剂质量流量：m=92mwo压缩机所需功率：p=3600冷凝器热负荷：9=M(h-h）四、影响制冷系数的主要因素1.降低制冷剂的冷凝温度2.提高蒸发温度五、蒸汽喷射制冷循环例题精解例1一理想蒸汽压缩制冷系统，制冷量为20冷吨，以氟利昂22为制冷剂，冷凝温度为30℃，蒸发温度为-30℃。求：（1）1公斤工质的制冷量9o；（2)循环制冷量；（3）消耗的功率；（4）循环制冷系数：（5）冷凝器的热负荷。89

内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教案 89 蒸气压缩式制冷循环各热力过程在 lgp-h 图上的表示： 1-2 表示压缩机中的绝热压缩过程。2-3-4 是冷凝器中的定压冷却过程 4-5 为膨胀阀中的绝热节流过程。5-1 表示蒸发器内的定压蒸发过程。 三、制冷循环能量分析及致冷系擞 实际蒸气压缩制冷循环整个装置的能量分析。其制冷系数为 0 2 1 w q  = =收获/消耗 制冷剂质量流量： 2 2 q Q m = 压缩机所需功率： 3600 mw0 p = 冷凝器热负荷： ( ) Q1 = M h2 −h1 四、影响制冷系数的主要因素 1． 降低制冷剂的冷凝温度 2． 提高蒸发温度 五、蒸汽喷射制冷循环 例题精解 例 1 一理想蒸汽压缩制冷系统，制冷量为 20 冷吨，以氟利昂 22 为制 冷剂，冷凝温度为 30℃，蒸发温度为-30℃。求：（1）1 公斤工质的制冷量 q0;(2)循环制冷量；（3）消耗的功率；（4）循环制冷系数；（5）冷凝器的热 负荷

内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教象解（1）1公斤工质的制冷量9o从1gp-h图查得：h,=147kcal/kg，hs=109kcal/kg，qo=h-hs=147-109=38 kca1/kg该装置产生的制冷量为20冷吨（我国1冷吨等于3300kcal/h）Q。=mq。=m(h,-h.)(2)循环制冷的剂量20x3300=mq。=mx3820×33002=1736.8kg/h..m=38(3)压缩机所消耗的功及功率w=h,-h,=158.5-147=11.5kcal/kgW=mw=1736.8x11.5=19973.2kca1/hNs = 19973.22=23.22kW860= =38=3.34）循环制冷系数6.:ww11.5（5）冷凝器热负荷Qk=m（h2-h）=1736.8×（158.5-109）=85971.6kcal/h思考题1：由于冷凝器作用，蒸汽排汽温度已接近自然环境温度，即已充分利用了可能达到的冷源温度，为什么说大量热量损失到外界去了？2.能量利用系数说明了全部能量利用的程度，为什么又说不能完善地说明循环的经济性呢？3.在蒸汽的朗肯循环中，如何理解热力学第一、二定律的指导作用？4.空气压缩制冷循环中，循环增压比p/p越小，制冷系数是越大还是越小？增压比减小，循环的制冷量如何变化？（在T-S图上分析）。5.设想蒸汽压缩制冷循环按12341运行，循环净功未变，仍等于h-hz，而从冷源吸取的热量从hs-hz，增加到h-ha，这显然是有利的。这种考虑对吗？6.试述实际采用的各种制冷装置循环与卡诺循环的主要差异是什么？作业：11-1、11-4、11-590

内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教案 90 解 （1）1 公斤工质的制冷量 q0 从 1gp-h 图查得：h1=147kcal/kg,h5=109kcal/kg, q0=h1-h5=147-109=38 kcal/kg 该装置产生的制冷量为 20 冷吨（我国 1 冷吨等于 3300kcal/h） (2)循环制冷的剂量 20 3300 38 ( ) 0 0 0 1 5  = =  = = − mq m Q mq m h h ∴ 1736.8 38 20 3300 =  m = kg/h (3)压缩机所消耗的功及功率 w = h2 − h1 =158.5−147 =11.5 kcal/kg W = mw=1736.811.5 =19973.2 kcal/h 23.22 860 19973.2 Nth = = kW (4)循环制冷系数 3.3 11.5 0 0 38   = = = = w q W Q （5）冷凝器热负荷 Qk =m(h2-h4)=1736.8×(158.5-109)=85971.6 kcal/h 思考题 1．由于冷凝器作用，蒸汽排汽温度已接近自然环境温度，即已充分利用了可 能达到的冷源温度，为什么说大量热量损失到外界去了？ 2．能量利用系数说明了全部能量利用的程度，为什么又说不能完善地说明循 环的经济性呢？ 3．在蒸汽的朗肯循环中，如何理解热力学第一、二定律的指导作用？ 4．空气压缩制冷循环中，循环增压比 p2/p1越小，制冷系数是越大还是越小？ 增压比减小，循环的制冷量如何变化？（在 T-S 图上分析）。 5．设想蒸汽压缩制冷循环按 12341 运行，循环净功未变，仍等于 h4-h2，而 从冷源吸取的热量从 h3-h2，增加到 h2-h2′，这显然是有利的。这种考虑对吗？ 6．试述实际采用的各种制冷装置循环与逆卡诺循环的主要差异是什么？ 作业： 11-1、11-4、11-5