工程热力学和传热学12制冷.pptVIP

第十二章 制冷循环 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。 第一节 蒸气压缩制冷循环 一、蒸气压缩制冷的理想循环 热泵供热原理  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。 作业 P150：习题2 提示： 利用P288附图3 (1)是可逆绝热过程； （2）是绝热节流过程。 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。 * * 制冷循环 — 制冷系数 ? 热泵循环 — 热泵系数 ?h 性能系数 COP =收益 / 代价 p v 1 2 2‘ 6 5 4 3 1 2 2‘ T s 绝热膨胀，温度降低 理想气体 TL T TH p pN 热效应区 冷效应区 N p 转回温度曲线 实际气体的冷、热效应区 蒸发器 q2 压缩机 q1 w 冷凝器 膨胀阀 1 2 3 4 1-2: 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 1 2 3 4 T s 1 2 3 4 d a 单位质量制冷剂在蒸发器中吸热量： q2＝ h1-h4 c 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 p h 1-2：制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程 1 2 3 4 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汽化过程 蒸发器 q2 压缩机 q1 w 冷凝器 膨胀阀 1 2 3 4 收获 代价 三、影响制冷系数ε的主要因素 1. 提高蒸发温度 3 4 p h 1 2 4’ 1’ 2’ 原循环的制冷系数 新循环的制冷系数 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 3 4 p h 1 2 原循环的制冷系数 新循环的制冷系数 2’ 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 3 4 p h 1 2 3’ 4’ 例12-1 以R22为制冷剂的制冷装置，制冷剂的蒸发温度t4＝ -20℃，压缩机的吸气温度t1＝-20℃，冷凝温度t3＝20℃，试求该循环的制冷系数。 3 p h 4 1 2 解 由附图3的ｐ-ｈ图上找出给定的各点,并查出各点的焓值如下: 1 2 3 4 3 4 p h 1 2 4’ 1’ 2’ 四、单级压缩双蒸发器的制冷循环