熱力學第11章制冷循環(huán)

1、1第十章內容回顧第十章內容回顧 - -水蒸氣朗肯循環(huán)水蒸氣朗肯循環(huán) a）流程圖）流程圖b）p-v圖，圖，T-s圖圖 水蒸氣卡諾循環(huán)有可能實現(xiàn)水蒸氣卡諾循環(huán)有可能實現(xiàn)，但： 1）溫限小； 2）膨脹末端x太?。?3）壓縮兩相物質的困難； 所以，實際并不實行卡諾循環(huán)。 c）朗肯循環(huán)的熱效率）朗肯循環(huán)的熱效率net2111twqqq net1243whhhhnet,t Tt pwww2121,TTchhwpTt34,hhwpt? 1243net211141thhhhwqqqhh 21213121hhhhhhhht若忽略水泵功，同時近似取h4h3，則第十章內容回顧第十章內容回顧 - -水蒸氣朗肯循環(huán)水蒸

2、氣朗肯循環(huán)判斷初始參數(shù)對循環(huán)效率的影響判斷初始參數(shù)對循環(huán)效率的影響 - 初溫初溫t112TT不變 or 循環(huán)1t2t3561t =循環(huán)123561+循環(huán)11t2t21t12356121211ttttt提高提高steam溫度，材料耐熱性限制溫度，材料耐熱性限制第十章內容回顧第十章內容回顧 - -水蒸氣朗肯循環(huán)水蒸氣朗肯循環(huán) 21213121hhhhhhhht判斷初始參數(shù)對循環(huán)效率的影響判斷初始參數(shù)對循環(huán)效率的影響 - 初壓力初壓力p1但x2下降 且 p 太高造成強度問題t不變,21PP設備強度要很高，較難設備強度要很高，較難第十章內容回顧第十章內容回顧 - -水蒸氣朗肯循環(huán)水蒸氣朗肯循環(huán) 212

3、13121hhhhhhhht有摩阻的實際朗肯循環(huán)有摩阻的實際朗肯循環(huán)忽略水泵功： 222311hhqhhqact不變t由于摩阻，少做的功=h2act-h2。不等于膨脹的做工能力損失第十章內容回顧第十章內容回顧 - -水蒸氣朗肯循環(huán)水蒸氣朗肯循環(huán)再熱循環(huán)再熱循環(huán)P1升高后，升高后，x2下降，再熱可以提高下降，再熱可以提高第十章內容回顧第十章內容回顧 - -水蒸氣朗肯循環(huán)水蒸氣朗肯循環(huán)抽汽回熱循環(huán)抽汽回熱循環(huán)第十章內容回顧第十章內容回顧 - -水蒸氣朗肯循環(huán)水蒸氣朗肯循環(huán)0111hhq 2221hhq011 2212111hhhhqqt抽汽回熱抽汽回熱t(yī)上升上升 8第十一章第十一章 制冷循環(huán)制冷循

4、環(huán) Refrigeration cycle11-1 概述概述11-2 壓縮氣體制冷循環(huán)壓縮氣體制冷循環(huán)11-3 壓縮蒸氣制冷循環(huán)壓縮蒸氣制冷循環(huán)11-4 制冷劑性質制冷劑性質11-6 熱泵循環(huán)熱泵循環(huán)911-1 概概 述述制冷循環(huán)制冷循環(huán)熱泵循環(huán)熱泵循環(huán) (heat-pump cycle)逆向循環(huán)逆向循環(huán)(reverse cycle)iso0c0SSSiso0c0SSS一、逆向循環(huán)的補償條件一、逆向循環(huán)的補償條件10二、經濟性指標二、經濟性指標ccqqq0cccTTT0深冷深冷1 冷噸冷噸 1 000 kg 0 C的飽和水在的飽和水在24 h內冷凍成內冷凍成0 C的冰所需的制冷的冰所需的制冷量

5、。量。 1冷噸冷噸=3.86kJ/s；（；（美國美國1冷噸冷噸=3.517kJ/s ）工程上也稱工程上也稱制冷裝置工作性能系數(shù)制冷裝置工作性能系數(shù)COP。11 11-2 壓縮氣體制冷循環(huán)壓縮氣體制冷循環(huán)一、一、 壓縮氣體制冷循環(huán)壓縮氣體制冷循環(huán)（Gas-compression refrigeration cycle）簡介簡介12二、制冷系數(shù)二、制冷系數(shù)（the coefficient of performance COP）321hhq定比熱定比熱（invariable specific heat capacity）143112TTTTCCnet1CqqwqqC14qhh net21342314

6、whhhhhhhhCnetqw 413241TTTTTT121111TTT 142314hhhhhh13討論：討論： 1）C1c0C21TTTTTT相同溫度的相同溫度的T 0和和TC2）,Cq 14三、回熱式壓縮空氣制冷循環(huán)三、回熱式壓縮空氣制冷循環(huán) 壓縮空氣制冷，壓縮空氣制冷，qC較小，且隨較小，且隨上升，上升，下降，為兼下降，為兼顧顧Qc及及，采用大流量葉輪壓縮機并回熱。采用大流量葉輪壓縮機并回熱。 15 回熱后：回熱后： 面積面積12nm1=面積面積45gk4 qc=面積面積1mg61 q1=面積面積34kn3=面積面積35gm3 相等，相等，下降下降1611-3 壓縮蒸氣制冷循環(huán)壓縮蒸

7、氣制冷循環(huán) （The vapor-compression cycle）一、設備流程及一、設備流程及T- -s圖圖17二、制冷系數(shù)二、制冷系數(shù)C1514qhhhh421hhqnet21whh1241hhhh1241TTTT三、狀態(tài)參數(shù)確定三、狀態(tài)參數(shù)確定1. T-s圖和圖和logp-h圖圖Cnetqw1811-4 制冷劑制冷劑(Refrigerants)性質性質 一、制冷劑熱力性質一、制冷劑熱力性質 1. 對應制冷裝置工作溫度的飽和壓力適中；對應制冷裝置工作溫度的飽和壓力適中； 2. 汽化潛熱大；汽化潛熱大； 3. 臨界溫度應高于環(huán)境溫度；臨界溫度應高于環(huán)境溫度； 4. 蒸汽比體積小，導熱系數(shù)大

8、；蒸汽比體積小，導熱系數(shù)大； 5. 蒸發(fā)壓力不低于環(huán)境壓力，三相點低于制冷循環(huán)下蒸發(fā)壓力不低于環(huán)境壓力，三相點低于制冷循環(huán)下 限溫度。限溫度。 6. 上、下界限線（在上、下界限線（在T-s圖）陡峭，使冷凝更接近定溫圖）陡峭，使冷凝更接近定溫 放熱及減少節(jié)流引起制冷能力損失。放熱及減少節(jié)流引起制冷能力損失。19二、制冷劑其他性質二、制冷劑其他性質 1.對環(huán)境友善；對環(huán)境友善； 2.安全無毒；安全無毒； 3.溶油性好，化學穩(wěn)定性好，等等。溶油性好，化學穩(wěn)定性好，等等。三、蒙特利爾協(xié)定書三、蒙特利爾協(xié)定書 CHCC HCHC R134a2011-6 熱泵循環(huán)熱泵循環(huán)(heat pump)一、簡介一、

9、簡介二、二、 供熱系數(shù)供熱系數(shù)net22netnet11wqqww 工業(yè)鍋爐：工業(yè)鍋爐：B0.7電廠熱效率：電廠熱效率：t0.35熱泵供暖系數(shù)：熱泵供暖系數(shù)：3B0.7aaQQQt1.05aaQQQ 21 華北某市熱電廠排出水溫華北某市熱電廠排出水溫30以上，余熱量以上，余熱量 ,93.4 10 kJ/h如以熱泵回收，能滿足如以熱泵回收，能滿足1千萬千萬m2建筑物采暖，一年節(jié)煤建筑物采暖，一年節(jié)煤100萬噸。萬噸。使用限制：使用限制： 1.與與TR- -T0反比，所以北方反比，所以北方比較低。比較低。 2.制冷，供暖聯(lián)合運行工質性質要求苛刻。制冷，供暖聯(lián)合運行工質性質要求苛刻。 3.環(huán)境熱源土

10、壤，水，空氣分別存在環(huán)境熱源土壤，水，空氣分別存在小、凝固、小、凝固、腐蝕等。腐蝕等。三、熱泵供暖三、熱泵供暖2223242526導出以空氣為工質的斯特林制冷機的工作系數(shù)。導出以空氣為工質的斯特林制冷機的工作系數(shù)。解：解：net1 23 4www1C34Cg2lncvqTsT Rv11g0gC22lnlnvvR TR Tvv1g0C2lnvRTTvCCcnet0CqTwTT例題例題127 壓縮空氣制冷循環(huán)空氣進入壓氣機時的狀態(tài)為壓縮空氣制冷循環(huán)空氣進入壓氣機時的狀態(tài)為p1=0.1MPa，t1=- -20 ，在壓氣機內定熵壓縮到，在壓氣機內定熵壓縮到p2 = 0.5MPa，進入冷卻器。，進入冷卻

11、器。離開冷卻器時空氣的溫度為離開冷卻器時空氣的溫度為t3=20。若。若tC = - -20，t0 = 20，空氣視為定比熱容的理想氣體，空氣視為定比熱容的理想氣體， =1.4。試求：。試求：(1)無回熱時的無回熱時的制冷系數(shù)及制冷系數(shù)及1kg空氣的制冷量；空氣的制冷量；(2)若若 保持不變而采用回熱，保持不變而采用回熱，理想情況下壓縮比是多少理想情況下壓縮比是多少? 解：解：(1)無回熱無回熱210.5MPa50.1MPapp1/322114TTpTpT1.4 111.421253.15K 5401.13KTT1.4 111.443293.15K 5185.01KTT例題例題21C30253.

12、15K293.15KTTTT28壓縮機耗功壓縮機耗功C2121()1.005kJ/(kg K)(401.13253.15)K148.72 kJ/kgpwhhc TT膨脹機作出的功膨脹機作出的功 T3434()1.005kJ/(kg K) (293.15 185.01)K108.68kJ/kgpwhhc TT空氣在冷卻器中放熱量空氣在冷卻器中放熱量 02323()1.005kJ/(kg K) (401.13293.15)K108.52kJ/kgpqhhc TT1kg空氣在冷庫中的吸熱量即為空氣在冷庫中的吸熱量即為1kg空氣的制冷量空氣的制冷量 C1414()1.005kJ/(kg K)(253.

13、15 185.01)K68.48kJ/kgpqhhcTT循環(huán)的凈功循環(huán)的凈功 netcT148.72kJ/kg108.68kJ/kg40.04kJ/kgwww例題例題229循環(huán)的凈熱量循環(huán)的凈熱量 net0C108.52kJ/kg68.48kJ/kg40.04kJ/kgqqq循環(huán)的制冷系數(shù)循環(huán)的制冷系數(shù) cnet68.48kJ/kg1.7140.04kJ/kgqw(2) 有回熱時的壓力比有回熱時的壓力比 32401.13K293.15KTT113322RTpTp/1/11.4/1.4 13320401.13K3.0293.15KRTTTT 同樣冷庫溫度和環(huán)境溫度條件下逆向卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)同樣

14、冷庫溫度和環(huán)境溫度條件下逆向卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)是是6.33，遠大于本例計算值，這是由于壓縮空氣制冷循環(huán)中定，遠大于本例計算值，這是由于壓縮空氣制冷循環(huán)中定壓吸、排熱偏離定溫吸、排熱甚遠之故，但這是工質性質決定壓吸、排熱偏離定溫吸、排熱甚遠之故，但這是工質性質決定了的。了的。 R壓力比減小，對使用葉輪式機械有利。壓力比減小，對使用葉輪式機械有利。 返回返回例題例題230 某壓縮蒸汽制冷裝置用氨作制冷劑，制冷率某壓縮蒸汽制冷裝置用氨作制冷劑，制冷率105 kJ/h若已知若已知冷凝溫度為冷凝溫度為27，蒸發(fā)溫度為，蒸發(fā)溫度為- -5 ，試求：制冷劑的質量流，試求：制冷劑的質量流量；壓縮機功率及增壓比；冷凝器放熱量及循環(huán)制冷系數(shù)。量；壓縮機功率及增壓比；冷凝器放熱量及循環(huán)制冷系數(shù)。例題例題331解：解： 查查logp-h圖，確定圖，確定4511422450 kJ/kg0.35 MPa1 570 kJ/kg1.