工程热力学 教学课件 作者 杨玉顺13-制冷循环.ppt

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1、第十三章制冷循环随着冰箱、冰柜和空调设备大量进入人们的生活，制冷装置已得到十分广泛的应用13-1逆向卡诺循环热功转换装置热能转换为机械能——动力装置热能从温度较低的物体转移到温度较高的物体的装置，这就是制冷机和热泵在制冷机（或热泵）中进行的循环，其方向正好和动力循环相反，这种逆向循环称为制冷循环（或供热循环）如果说卡诺循环是理想的动力循环，那么逆向卡诺循环则是理想的制冷循环（或供热循环）设有一逆向卡诺循环工作在冷库温度TR和大气温度T0之间循环消耗功w0，同时从冷库吸收热量q2，并向大气防出热量q11、制冷循环制冷循环热经济性指标——制冷系数制冷系数是制冷剂（制冷装置中的工质）从冷库吸取

2、的热量与循环消耗的净功的比值：逆向卡诺循环的制冷系数为：大气温度Ｔ0一定，冷库温度TR愈低，制冷系数愈小制冷系数可以大于1（普冷），也可以小于1（深冷）取Ｔ0=300K，那么当TR<150K时，利用逆向卡诺循环也可以达到供热的目的，这时循环工作在大气温度T0和供热温度TH之间2、供热循环供热装置（即热泵）消耗功w0（这功转变为热q0），同时从大气吸取热量q2，并向供热对象放出热量q1(q1=q0+q2)供热系数是热泵的供热量q1和净耗功量w0的比值逆向卡诺循环的供热系数为大气温度一定，供热温度愈高，供热系数愈小供热系数一定大于1。供热循环热经济性指标——供热系数8-2空气压缩制冷循环当空

3、气绝热膨胀时，在其压力下降的同时，它的温度也随之降低空气压缩制冷的基本原理1）制冷装置、工作原理及循环构成装置：压气机、冷却器、膨胀机、冷库1、无回热式空气压缩制冷原理和循环构成（1）定熵压缩——从冷库出来的具有较低压力的空气在压气机中被绝热压缩至较高压力和较高温度（过程1→2）。（2）定压冷却——压气机出来的空气在冷却器中定压冷却到接近大气温度（过程2→3）。（3）定熵膨胀——经过冷却的压缩空气送到膨胀机中绝热膨胀到较低压力，温度降到冷库温度以下（3→4）。（4）定压吸热——低压、低温的冷空气在冷库中定压吸热（过程4→1），从而达到制冷的目的。2）制冷系数空气压缩冷循环的制冷系数空气为

4、定比热容理想气体，则从上式得设压气机增压比则可得则制冷系数可得即在相同的大气温度和冷库温度下，逆向卡诺循环的制冷系数为显然，由于T2>T0，所以从式制冷系数表达式可以看出：增压比愈大(或T2愈高)，空气压缩制冷循环的冷系数愈小。反之，增压比减少，空气压缩制冷循环的制冷系数提高。虽然，理论上降低增压比可提高空气压缩制冷循环的制冷系数，但是，降低增压比会减小每千克空气的制冷量。另外，不适当地降低增压比还可能引起实际制冷系数（即考虑空气和膨胀机等设备不可逆损失的制冷系数）反而降低，一种可行的改善办法是采用回热循环。回热式空气压缩制冷系统如左下图所示，相应地，它在T-S坐标系中如右下图中循环1r

5、2r3r4r所示2、回热式空气压缩制冷可以看出：1）采用回热循环后，在理论上，制冷能力（过程4→1的吸热量q2）以及循环消耗的净功、向外界传出的热量与没有回热的循环（循环12341）相比，显然都没有变(w0r=w0;q1r=q1），所以理论的制冷系数也没有变2）采用回热后，循环的增压比降低，从而使压气机消耗的功和膨胀机所作的功减少了同一数量，这就减轻了压气机和膨胀机的工作负担，使它们在较小的压力范围内工作，因而机器可以设计得比较简单而轻小3）如果考虑到压气机和膨胀机中过程的不可逆性，那么因采用回热，压气机少消耗的功将不是等于而是大于膨胀机少作的功。因此，制冷机实际消耗的净功将因采用回热而

6、减少。8-3蒸汽压缩制冷循环理论上，利用一些低沸点物质作制冷剂，在其饱和区中可以实现逆向卡诺循环1、湿蒸汽逆向卡诺循环演示两点不利工作在湿蒸气区的压气机和膨胀机（特别是膨胀机），由于湿度很大，工作效率低。工作运行不可靠，因为这时的工质是气水混合物。两点改进：取消膨胀机并代之以节流阀这样虽然损失一些功和制冷量（图中h4'-h4）。但设备要简单可靠得多，而且节流阀更便于调节。压气机采用于干蒸气压缩两点改进：这样虽然压气机多消耗一些功(h2'-h1'>h2-h1)，但压气机的工作稳定，效率提高。而且制冷量也有所增加（增加了h1'-h1）。所以蒸气压缩制冷机一般都采用这种干蒸气压缩制冷循环（循环

7、1'2'3'4'1'）蒸气压缩制冷循环在压焓图中如循环1'2'3'4'1'所示2、蒸汽压缩制冷循环1'-2'定熵压缩（压气机）2'-3定压放热（冷凝器）3-4'绝热节流（节流阀）4'–1'定压吸热（冷库）蒸气压缩制冷循环在压焓图中如循环1'2'3'4'1'所示1'-2'定熵压缩（压气机）2'-3定压放热（冷凝器）3-4'绝热节流（节流阀）4'-1'定压吸热（冷库）理论实际式中为压气机的绝热效率制冷系数蒸汽压缩式制冷机优点蒸汽压缩制冷