4. 蒸汽比体积小，导热系数大；
5. 上、下界限线（在T-s图）陡峭，使冷凝更接近定
温放热及减少节流引起制冷能力损失。
31
二、制冷剂其他性质
1.对环境友善；
2.安全无毒；
3.溶油性好，化学稳定性好，等等。
三、常见制冷剂--蒙特利尔协定书
氨（NH3） 氟里昂CFC12(R12)、CFC11(R11) 、 HCFC22(R22) 含氢氟代烃物质（HCFC134a）
q1 COP ' w
逆卡诺循环 T
1 T0 1 T1
T1 w T0
T2
q1 q1 T1 w q1 q2 T1 T0
' C
T1不变, T0
εC
T0不变, T1
εC
s
制冷能力和冷吨
生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小 制冷能力：制冷设备单位时间内从冷库取走的 热量(kJ/s)。 商业上常用冷吨来表示。
二、回热式空气制冷循环
压缩空气制冷，qC较小，且随π上升，ε下降，为
兼顾Qc及ε，采用大流量叶轮压缩机并回热。
14
回热后： 阴影面积12nm1=面积45gk4 ε相等 从冷库吸热不变qc=面积1mg61 π下降 向环境放热不变q1=面积34kn3=面积3’5’gm3’ 回热循环优点: （ 1 ）同样制冷系数下， 增压比下降，这为采用大 流量的叶轮式压气机和膨 胀机提供可能； （ 2 ）增压比减小，使压 缩过程和膨胀过程的不可 逆损失的影响减小。
蒸汽喷射制冷 半导体制冷 热声制冷
11-2 压缩气体制冷循环
一、压缩气体制冷循环（Gas-compression refrigeration cycle）
1 2
2 3
绝热压缩 等压冷却
s p
3 4
4 绝热膨胀 1 等压吸热
s p
9
制冷系数（the coefficient of performance COP） qC qC wnet q1 qC
q1 h2 h3
qC h1 h4 循环制冷量
wnet h2 h1 h3 h4 h2 h3 h1 h4
qC h1 h4 T1 T4 wnet h2 h3 h1 h4 T2 T3 T1 T4
空气在冷却器中放热量
q0 h2 h3 c p (T2 T3 ) 1.005kJ/(kg K) (401.13 293.15)K 108.52kJ/kg
1kg空气在冷库中的吸热量即为1kg空气的制冷量
qC h1 h4 c p (T1 T4 ) 1.005kJ/(kg K) (253.15 185.01)K 68.48kJ/kg
kJ/h若已知冷凝温度为27℃，蒸发温度为-5 ℃，试求：
制冷剂的质量流量；压缩机功率及增压比；冷凝器放
热量及循环制冷系数。
28
解： 查logp-h图，确定
h4 h5 450 kJ/kg p1 0.35 MPa h1 1 570 kJ/kg p4 p2 1.1 MPa h2 1 770 kJ/kg
(2) 有回热时的压力比
T3 p3 T2 p2
1
T3' 401.13K
/ 1
T2 293.15K
/ 1
R
1
T R 3 T2
T 3' T0
401.13K 293.15K
2. q2=cp(T1-T4)小， 制冷能力q2 很小。
蒸气在两相区易实现 T 汽化潜热大，制冷能力可能大
11-3 压缩蒸气制冷循环 （The vapor-compression cycle）
水能用否？ 0°C以下凝固不能流动。 一般用低沸点工质，如氟利昂、氨
沸点：
Ts ( p 1atm)
1.41 1.4
401.13K
185.01K
16
1
1.41 1.4
压缩机耗功
wC h2 h1 c p (T2 T1 ) 1.005kJ/(kg K) (401.13 253.15)K 148.72 kJ/kg
膨胀机作出的功
wT h3 h4 c p (T3 T4 ) 1.005kJ/(kg K) (293.15 185.01)K 108.68kJ/kg
1冷吨：1吨0°C饱和水在24小时内被冷冻 到0°C的冰所需冷量。 水的凝结（熔化）热 r =334 kJ/kg
1冷吨=3.86 kJ/s 1美国冷吨=3.517 kJ/s
吨的含义：国际单位指1000kg，美国和英国是指2000磅
制冷循环种类
空气压缩制冷
压缩制冷 吸收式制冷
√ √
蒸气压缩制冷
√
制冷循环 吸附式制冷
2 3
7
1
s
节流阀代替膨胀机分析
缺点： 1. 损失功量 T
h4 h6
84越陡越好 4 8 3
2
2. 少从冷库取走热量
h5 h6 h4 h6 面积8468 h4 h8 (h6 h8 )
面积a84ba 优点： 面积a86ba
65 a b
1 s
1. 省掉膨胀机，简化设备
利>弊
q2 COP w
逆卡诺循环
深冷<1 普冷>1
T
q2 q2 T2 C w q1 q2 T0 T2
T0不变, T2 T2不变, T0 εC εC
1 T0环境 T0 1 T2 q1
w T0
q2 T2
s
热泵循环和供热系数
Coefficient of Performance
lnp-h图
24
lnp-h图及计算
lnp 4
q1
T 3 2
2 4 3 1 s
5
1
q2
w
h
5
q2 h1 h5 h1 h4
q1 h2 h4
q2 h1 h4 w h2 h1
lnp-h图
26
氨的lnp-h图
27
A466166
某压缩蒸汽制冷装置用氨作制冷剂，制冷率105
qc h1 h5 1 570 kJ/kg 450 kJ/kg 1 120 kJ/kg
1105 kJ/h qm 0.024 8 kg/s qC 3 600 1 120 kJ/s
P qm h2 h 1 0.024 8 kg/s 1 770 1 570 kJ/kg 4.96 kW
1.4 /1.4 1
3.0
R 压力比减小，对使用叶轮式机械有利。
同样冷库温度和环境温度条件下逆向卡诺循环的制 冷系数是6.33，远大于本例计算值，这是由于压缩空气 制冷循环中定压吸、排热偏离定温吸、排热甚远之故， 18 但这是工质性质决定了的。
空气压缩制冷的根本缺陷
1. 无法实现T 吸放热， 低，经济性差
第十一章 制冷循环
Refrigeration cycle
11-1 概述 11-2 压缩气体制冷循环 11-3 压缩蒸气制冷循环 11-4 制冷剂性质
*11-5 其他制冷循环
11-6 热泵循环
1
工程热力学的研究内容
1、能量转换的基本定律
2、工质的基本性质与热力过程 3、热功转换设备、工作原理 4、化学热力学基础
2. 控制膨胀阀开度，易调节蒸发温度
二、制冷系数ε
qC h1 h5 h1 h4
wnet h2 h1
q1 h2 h4
qC h1 h4 T1 T4 wnet h2 h1 T2 T1
三、状态参数确定
1. T-s图和logp-h图
两个等压过程，热与功均与焓有关
循环的净功
wnet wc wT 148.72kJ/kg 108.68kJ/kg 40.04kJ/kg
17
循环的净热量
qnet q0 qC 108.52kJ/kg 68.48kJ/kg 40.04kJ/kg
循环的制冷系数

qc 68.48kJ/kg 1.71 wnet 40.04kJ/kg
, qC
11
A361255
导出以空气为工质的斯特林制冷机的工作系数。 解：
wnet w12 w34
v1 v1 RgT0 ln RgTC ln v2 v2
v1 Rg ln T0 TC v2 v1 qc TC s34 TC Rg ln v2 qC TC c wnet T0 TC
T1 TC 253.15K T3 T0 293.15K p 0.5MPa 2 5 p1 0.1MPa
T2 p2 T1 p1
1/
T3 T4
T2 T1
T4 T3
1

253.15K 5
293.15K 5
11-1 概况
本章主要以化关系，计算热量、 功量和效率。
动力循环与制冷（热泵)循环
• 动力循环 —正循环 输入热,通过循环输出功
• 制冷(热泵)循环
—逆循环
输入功量（或其他代价），从低 温热源取热，向高温热源供热
制冷循环和制冷系数
Coefficient of Performance

T2 T1 T3 T4
1 1
1

1
1
T1 T2 T1 定比热（invariable specific
heat capacity）