第一章-蒸氣壓縮式制冷的熱力學原理要點課件

第一章

蒸氣壓縮式制冷的熱力學原理§1-1理想制冷循環(huán)§1-2蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)§1-3蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善§1-4蒸氣壓縮式制冷循環(huán)熱力計算§1-5跨臨界循環(huán)§1-6蒸氣壓縮式制冷的實際循環(huán)本章內(nèi)容2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)第一章

蒸氣壓縮式制冷的熱力學原理§1-1理想制冷循環(huán)1本章學習要求掌握理想制冷循環(huán)；制冷系數(shù)的概念。掌握理論循環(huán)過程組成；理論循環(huán)的改善措施。掌握壓焓圖的使用；理論循環(huán)的熱力計算。熟悉臨界循環(huán)和跨臨界循環(huán)。了解實際循環(huán)過程在理論循環(huán)基礎(chǔ)上有哪些方面進行了理想化。2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)本章學習要求掌握理想制冷循環(huán)；制冷系數(shù)的概念。熟悉臨界循2水的沸點比焓

溫度1bar100oC液+汽液態(tài)水蒸氣0.47bar80oC2bar120oC2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)水的沸點比焓溫度1bar100oC液液態(tài)水蒸氣0.473液體氣化制冷原理壓縮機蒸發(fā)器冷凝器膨脹閥IncrementpressureRemoveheatoutdoorCoolingair/WaterReducepressure2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)液體氣化制冷原理壓縮機蒸發(fā)器冷凝器膨脹閥Increment4逆向TS1234QQ高溫

低溫

逆卡諾循環(huán)——將熱量從低溫熱源中取出，并排放到高溫熱源制冷循環(huán)

第一節(jié)理想制冷循環(huán)一、逆卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)——從高溫熱源吸取熱量而實現(xiàn)對外做功熱機循環(huán)T1234SQQ高溫低溫2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)逆向TS1234QQ高溫低溫逆卡諾循環(huán)——將熱量從低溫51.逆卡諾循環(huán)——理想過程的極限匯/高溫熱源源/低溫熱源RMQ.Q.P冷凝器蒸發(fā)器壓縮機膨脹機1243Q2Q1WcWe2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)1.逆卡諾循環(huán)——理想過程的極限匯/高溫熱源源/低溫62.逆卡諾循環(huán)在T-S圖上的表示q0TS1234Sw=wc-weTkT0qk2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)2.逆卡諾循環(huán)在T-S圖上的表示q0TS1234Sw=w73.逆卡諾循環(huán)過程分析絕熱壓縮

T△U>0dS=0Qr=0W>012dS<0Qr<0放熱向高溫熱源23T△U<0dS=0Qr=0W<0絕熱膨脹34dS>0Qr>0從低溫吸熱412006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)3.逆卡諾循環(huán)過程分析絕熱壓縮T△U>0dS=84.逆卡諾循環(huán)的熱和功的計算Qr=T△S等溫Qr

2-3=-T2(S2–S3)

Qr

4-1=T1(S1–S4)對整個循環(huán)而言（1-2-3-4-1）：△U=0W=(S1

–

S4)(T2–T1)

W=△U-

Q=0-(Qr4-1+Qr2-3)2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)4.逆卡諾循環(huán)的熱和功的計算Qr=T△S等溫Qr2-395.逆卡諾循環(huán)的性能系數(shù)

COP(CoefficientofPerformance) =制冷系數(shù)=c=q0/∑w

制冷系數(shù)（與工質(zhì)無關(guān)，僅與冷熱源溫度有關(guān)。）制熱系數(shù)2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)5.逆卡諾循環(huán)的性能系數(shù)COP(Coefficient10

ε逆向Carnot=εmax6.逆卡諾循環(huán)特點Q高Q低>

制冷系數(shù)只與冷熱源溫度有關(guān)，與制冷劑種類無關(guān)。

制冷系數(shù)隨低溫熱源溫度升高而升高，隨高溫熱源溫度升高而降低。2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)ε逆向Carnot=εmax6.逆卡諾117.T’0、T’k哪個對制冷系數(shù)影響大？

即：冷源溫度（蒸發(fā)溫度）T’0影響更大一些！??！2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)7.T’0、T’k哪個對制冷系數(shù)影響大？即：冷源溫度（蒸12二、勞倫茲循環(huán)(LorenzCycle)特點：由兩個等熵絕熱過程和兩個可逆多變過程組成可逆過程。TSabcdTkmTkTosaqoSw=wc-wescqkTom2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)二、勞倫茲循環(huán)(LorenzCycle)特點：TSabcd131.勞倫茲循環(huán)的熱量從冷源（被冷卻物）吸收的熱量

向熱源（冷卻劑）放出的熱量

2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)1.勞倫茲循環(huán)的熱量從冷源（被冷卻物）吸收的熱量2006-142.勞倫茲循環(huán)的制冷系數(shù)

勞倫茲循環(huán)的制冷系數(shù)

勞侖茲循環(huán)的制冷系數(shù)取決于被冷卻物和冷卻劑的溫度狀況，而與制冷劑性質(zhì)無關(guān)

2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)2.勞倫茲循環(huán)的制冷系數(shù)勞倫茲循環(huán)的制冷系數(shù)勞侖茲循環(huán)15如何才能實現(xiàn)逆卡諾循環(huán)？循環(huán)過程兩個定溫過程液體的定壓蒸發(fā)吸熱等溫過程氣體的定壓冷凝放熱等溫過程兩個絕熱過程絕熱壓縮蒸氣絕熱壓縮壓縮機絕熱膨脹蒸氣絕熱膨脹膨脹機無溫差傳熱換熱面積無窮大接觸時間無限長2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)如何才能實現(xiàn)逆卡諾循環(huán)？循環(huán)過程2006-1-29建筑環(huán)境與16可能實現(xiàn)逆卡諾循環(huán)的方式?。?！

濕蒸氣作工質(zhì)，循環(huán)在兩相區(qū)，等溫過程即等壓過程TS1234Sw=wc-weTkT0q0wewckpkp02006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)可能實現(xiàn)逆卡諾循環(huán)的方式?。?！濕蒸氣作工質(zhì)，循環(huán)在兩相區(qū)17第二節(jié)

蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)理想制冷循環(huán)在實現(xiàn)時有相當大的難度，并且也不是最經(jīng)濟的。2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)第二節(jié)

蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)理想制冷循環(huán)在實現(xiàn)時有相當18qkS01’2’a’ab’b04’2314q0蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)T’kT’0Tωc氣液分離器蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)膨脹閥Tk342壓縮機1冷凝器q0T0蒸發(fā)器2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)qkS01’2’a’ab’b04’2314q0蒸氣壓縮式19理論循環(huán)特點

用膨脹閥代替膨脹機

蒸氣的壓縮采用干壓縮代替濕壓縮

存在傳熱溫差理論循環(huán)過程

兩個等壓傳熱過程（蒸發(fā)器、冷凝器）

一個絕熱壓縮過程（壓縮機）

一個絕熱節(jié)流過程（膨脹閥）

2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)理論循環(huán)特點用膨脹閥代替膨脹機蒸氣的壓縮采用干壓縮20有摩擦的過程不可以用實線表示膨脹功熱量TS13wcTkT0q0k24（1）用膨脹閥代替膨脹機（）2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)有摩擦的過程不可以用實線表示膨脹功熱量TS13wcTkT021用膨脹閥代替膨脹機后各參數(shù)變化制冷量

耗功量

制冷系數(shù)

減小了2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)用膨脹閥代替膨脹機后各參數(shù)變化制冷量減小了2006-1-22用膨脹閥后造成的損失

節(jié)流損失：由于節(jié)流閥代替膨脹閥，使制冷系數(shù)下降，降低程度為節(jié)流損失

節(jié)流不可逆過程降低制冷量；損失了膨脹功

影響節(jié)流損失因素：隨Tk－T0的增加而加大；隨pk/p0的增大而增大；與制冷劑的物理性質(zhì)有關(guān)。2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)用膨脹閥后造成的損失節(jié)流損失：由于節(jié)流閥代替膨脹閥，使制冷23（2）干壓縮代替濕壓縮（）方法：氣液分離器膨脹閥控制壓縮機吸氣過熱度TS12'3wcTkT0q0kpkp0242006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)（2）干壓縮代替濕壓縮（）方法：TS12'3wcTkT024干壓縮代替濕壓縮各參數(shù)變化制冷量

耗功量

制冷系數(shù)

2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)干壓縮代替濕壓縮各參數(shù)變化制冷量2006-1-29建筑環(huán)境25干壓縮代替濕蒸氣壓縮的損失過熱損失：干壓縮后，制冷系數(shù)下降的程度影響過熱損失的因素制冷劑性質(zhì)有關(guān)；節(jié)流損失大則過熱損失小壓縮比pk/p0越大，過熱損失越大

2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)干壓縮代替濕蒸氣壓縮的損失過熱損失：干壓縮后，制冷系數(shù)下降的26（3）有溫差傳熱（）TkTST0kpkp0T'0T'kSaSbabcdSb’a’b’c’d’相同制冷量時，逆卡諾循環(huán)的耗功量小于有溫差傳熱的逆卡諾循環(huán)的耗功量。有溫差傳熱的逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)小于逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)。2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)（3）有溫差傳熱（）TkTST0kpkp0T'0T'kS27第一章

蒸氣壓縮式制冷的熱力學原理§1-1理想制冷循環(huán)§1-2蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)§1-3蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善§1-4蒸氣壓縮式制冷循環(huán)熱力計算§1-5跨臨界循環(huán)§1-6蒸氣壓縮式制冷的實際循環(huán)本章內(nèi)容2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)第一章

蒸氣壓縮式制冷的熱力學原理§1-1理想制冷循環(huán)28本章學習要求掌握理想制冷循環(huán)；制冷系數(shù)的概念。掌握理論循環(huán)過程組成；理論循環(huán)的改善措施。掌握壓焓圖的使用；理論循環(huán)的熱力計算。熟悉臨界循環(huán)和跨臨界循環(huán)。了解實際循環(huán)過程在理論循環(huán)基礎(chǔ)上有哪些方面進行了理想化。2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)本章學習要求掌握理想制冷循環(huán)；制冷系數(shù)的概念。熟悉臨界循29水的沸點比焓

溫度1bar100oC液+汽液態(tài)水蒸氣0.47bar80oC2bar120oC2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)水的沸點比焓溫度1bar100oC液液態(tài)水蒸氣0.4730液體氣化制冷原理壓縮機蒸發(fā)器冷凝器膨脹閥IncrementpressureRemoveheatoutdoorCoolingair/WaterReducepressure2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)液體氣化制冷原理壓縮機蒸發(fā)器冷凝器膨脹閥Increment31逆向TS1234QQ高溫

低溫

逆卡諾循環(huán)——將熱量從低溫熱源中取出，并排放到高溫熱源制冷循環(huán)

第一節(jié)理想制冷循環(huán)一、逆卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)——從高溫熱源吸取熱量而實現(xiàn)對外做功熱機循環(huán)T1234SQQ高溫低溫2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)逆向TS1234QQ高溫低溫逆卡諾循環(huán)——將熱量從低溫321.逆卡諾循環(huán)——理想過程的極限匯/高溫熱源源/低溫熱源RMQ.Q.P冷凝器蒸發(fā)器壓縮機膨脹機1243Q2Q1WcWe2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)1.逆卡諾循環(huán)——理想過程的極限匯/高溫熱源源/低溫332.逆卡諾循環(huán)在T-S圖上的表示q0TS1234Sw=wc-weTkT0qk2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)2.逆卡諾循環(huán)在T-S圖上的表示q0TS1234Sw=w343.逆卡諾循環(huán)過程分析絕熱壓縮

T△U>0dS=0Qr=0W>012dS<0Qr<0放熱向高溫熱源23T△U<0dS=0Qr=0W<0絕熱膨脹34dS>0Qr>0從低溫吸熱412006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)3.逆卡諾循環(huán)過程分析絕熱壓縮T△U>0dS=354.逆卡諾循環(huán)的熱和功的計算Qr=T△S等溫Qr

2-3=-T2(S2–S3)

Qr

4-1=T1(S1–S4)對整個循環(huán)而言（1-2-3-4-1）：△U=0W=(S1

–

S4)(T2–T1)

W=△U-

Q=0-(Qr4-1+Qr2-3)2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)4.逆卡諾循環(huán)的熱和功的計算Qr=T△S等溫Qr2-3365.逆卡諾循環(huán)的性能系數(shù)

COP(CoefficientofPerformance) =制冷系數(shù)=c=q0/∑w

制冷系數(shù)（與工質(zhì)無關(guān)，僅與冷熱源溫度有關(guān)。）制熱系數(shù)2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)5.逆卡諾循環(huán)的性能系數(shù)COP(Coefficient37

ε逆向Carnot=εmax6.逆卡諾循環(huán)特點Q高Q低>

制冷系數(shù)只與冷熱源溫度有關(guān)，與制冷劑種類無關(guān)。

制冷系數(shù)隨低溫熱源溫度升高而升高，隨高溫熱源溫度升高而降低。2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)ε逆向Carnot=εmax6.逆卡諾387.T’0、T’k哪個對制冷系數(shù)影響大？

即：冷源溫度（蒸發(fā)溫度）T’0影響更大一些?。?！2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)7.T’0、T’k哪個對制冷系數(shù)影響大？即：冷源溫度（蒸39二、勞倫茲循環(huán)(LorenzCycle)特點：由兩個等熵絕熱過程和兩個可逆多變過程組成可逆過程。TSabcdTkmTkTosaqoSw=wc-wescqkTom2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)二、勞倫茲循環(huán)(LorenzCycle)特點：TSabcd401.勞倫茲循環(huán)的熱量從冷源（被冷卻物）吸收的熱量

向熱源（冷卻劑）放出的熱量

2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)1.勞倫茲循環(huán)的熱量從冷源（被冷卻物）吸收的熱量2006-412.勞倫茲循環(huán)的制冷系數(shù)

勞倫茲循環(huán)的制冷系數(shù)

勞侖茲循環(huán)的制冷系數(shù)取決于被冷卻物和冷卻劑的溫度狀況，而與制冷劑性質(zhì)無關(guān)

2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)2.勞倫茲循環(huán)的制冷系數(shù)勞倫茲循環(huán)的制冷系數(shù)勞侖茲循環(huán)42如何才能實現(xiàn)逆卡諾循環(huán)？循環(huán)過程兩個定溫過程液體的定壓蒸發(fā)吸熱等溫過程氣體的定壓冷凝放熱等溫過程兩個絕熱過程絕熱壓縮蒸氣絕熱壓縮壓縮機絕熱膨脹蒸氣絕熱膨脹膨脹機無溫差傳熱換熱面積無窮大接觸時間無限長2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)如何才能實現(xiàn)逆卡諾循環(huán)？循環(huán)過程2006-1-29建筑環(huán)境與43可能實現(xiàn)逆卡諾循環(huán)的方式?。?！

濕蒸氣作工質(zhì)，循環(huán)在兩相區(qū)，等溫過程即等壓過程TS1234Sw=wc-weTkT0q0wewckpkp02006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)可能實現(xiàn)逆卡諾循環(huán)的方式?。?！濕蒸氣作工質(zhì)，循環(huán)在兩相區(qū)44第二節(jié)

蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)理想制冷循環(huán)在實現(xiàn)時有相當大的難度，并且也不是最經(jīng)濟的。2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)第二節(jié)

蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)理想制冷循環(huán)在實現(xiàn)時有相當45qkS01’2’a’ab’b04’2314q0蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)T’kT’0Tωc氣液分離器蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)膨脹閥Tk342壓縮機1冷凝器q0T0蒸發(fā)器2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)qkS01’2’a’ab’b04’2314q0蒸氣壓縮式46理論循環(huán)特點

用膨脹閥代替膨脹機

蒸氣的壓縮采用干壓縮代替濕壓縮

存在傳熱溫差理論循環(huán)過程

兩個等壓傳熱過程（蒸發(fā)器、冷凝器）

一個絕熱壓縮過程（壓縮機）

一個絕熱節(jié)流過程（膨脹閥）

2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)理論循環(huán)特點用膨脹閥代替膨脹機蒸氣的壓縮采用干壓縮47有摩擦的過程不可以用實線表示膨脹功熱量TS13wcTkT0q0k24（1）用膨脹閥代替膨脹機（）2006-1-29建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)有摩擦的過程不可以用實線表示膨脹功熱量TS13wcTkT048用膨脹閥代替膨脹機后各參數(shù)