制冷机 热泵
4
水泵
3
38
第七章复习
蒸汽动力循环
等S膨胀
1.朗肯循环 3.再热循环 2.回热循环 4.热电循环
冷冻循环
原理： 1.等H膨胀 2.等S膨胀
1.蒸汽压缩制冷循环
2.吸收制冷循环
q0 制冷系数 4~5 Ws
2’
WS WP 热效率 0.3 ~ 0.4 Q1
冷冻量
24
5、说明
冷凝温度 ：T4 =T3
国际标准 冷冻条件 30℃
实际蒸汽压 缩制冷循环
2
过冷温度 ：T4’ 25℃ 过冷度 =T4-T4’ 5℃ 蒸发温度 :T5’=T5=T1 -15℃ T
冰箱四星级T1=-24℃ 三星级T1=-18℃
2’
4 4’ 5’ 5 S
3
1
解题关键：确定2’, 4’ 点的状态 2’点性质用等 熵效率计算
显然，利用热泵比直接烧电炉获得的热量更多！
34
例： 在零下20℃的冬天，为了维持室内温度为 20℃，必须采用采暖装置。维持20℃所需的供热 量为每小时105kJ，试计算下列供热方式所需消耗 的功率： ①可逆热泵循环；②电热器；③供热 系数仅为可逆热泵循环的0.4倍的实际热泵装置。
解： ①可逆热泵循环的性能系数为
TH
Q1
热泵
HPC
TH 293.15 TH TL 293.15 253.15
5
WS TL=T0
35
10 WS 3.79 KW C 3600 7.325
7.325
Q1
Q0 TL
这是在理想条件下必须付出的最小代价。
②若采用电热器供暖，则有
10 WS 27.8KW 3600 1 Q1
kg h
1
kJ 1 kg 1
kw
19
各参数的计算
1）单位制冷量q0－
在给定的制冷操作条件下，单位质量的制冷剂在一次循环中所获得的冷量。 1
kJ kg
q0 H1 H5 H1 H4
可由稳流体系热一律得到：
2
4
1 5
0 0 0 △H + △u2/2 +g △Z = Q + Ws H1-H5 = H1-H4
16
q2
通过冰箱散热片向大气排出q2
１、蒸汽压缩制冷循环
工质(制冷剂):低沸点物质 如：氟里昂R22(CHClF2) 的Tb=-40.80 ℃
冰箱 冷藏 室提 供q0 如何实现指定空间的制冷效 果？
q0
利用制冷剂在蒸发器中的汽化， 实现低温下吸热；在冷凝器中 的液化实现在高温下排热。
17
２、蒸汽压缩制冷循环过程分析： 1→2 低压蒸汽的压缩
27
工业上常用的制冷剂有氨、R11、R12、R22、二氧化碳、 乙烯等 例：NH3：潜热大，沸点-33.4℃；冷凝温度30℃ ； P=12atm、蒸发温度-30℃； （P=1atm、蒸发温度70℃）
1、氟里昂不同的牌号适合不同的冷冻量。 2、R11、R12、R113 、R114 、R115对臭氧层有破坏作用， 2010年禁用。
逆向 Carnot 循环4个过程的分析
1 2 △U > 0 Qr = 0 dS = 0 2 3 3 dS < 0 4 △U < 0 Qr = 0 dS = 0 4 1 dS > 0 Qr > 0 Qr < 0
T Q 3 2 1 1 S
T
W > 0 绝热压缩
4 4 Q
向高温放热
T
W < 0 绝热膨胀 从低温吸热
29





“化学泵”由吸 收器、蒸汽解吸 器、溶液泵、换 热器及调节阀组 成。 工作原理：制冷 剂在低温下被吸 收剂吸收，在高 温下被解吸成高 压蒸汽。 氨水溶液——氨 是制冷剂，水是 吸收剂。
高压NH3 (g)
解吸器
稀 氨 水
浓 氨 水
低压NH3 (g) “化学泵”吸收器 30
•吸收制冷循环优点：节能！ •主要耗能处为蒸汽解吸器。
1
§7.3 制冷循环
§7.3.1 蒸汽压缩制冷
§7.3.2 吸收式制冷 §7.3.3 热泵及其应用
2
制
冷
制得
Tlow
<
保持
To
－100℃
普 通 制 冷
深 冷
3
制 冷 的 应 用
低温反应 气 温 调节
气体液化
制冷
润滑油净化
食品储存
结晶分离
4
热力学第二定律分析制冷过程
自发
Q
Tlow
代价 (W)
To
1
TH TH TL
WS

理想的供热系数
HPC
Q1 WS Q0 WS WS
TL=T0
C
TL TH TL
HPC
33
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
问题：消耗1J的机械功，利用热泵或直接烧电炉， 谁获得的热量多？
热泵： HP =5，即消耗1J的机械功，可获得5J的热量。

烧电炉，消耗1J的机械功，仅获得1J的热量。
返回
12
1）制冷系数ε 从低温热源吸收的热 消耗的外功 q0 Ws

C
TH Q1
致冷机
TH=T2
WS TL=T1
2）逆向卡诺循环制冷系数εC
T1 S1 S 4 T1 T2 T1 S1 S 4 T2 T1
Q2 = Q0 TL
c
它可作为一切实际制冷循环的比较标准。
§7.2 节流膨胀与作外功的绝热膨胀
§7.2.1 节流膨胀 §7.2.2 作外功的绝热膨胀
§7.3 制冷循环
§7.3.1 蒸汽压缩制冷 §7.3.2 吸收式制冷 §7.3.2 热泵及其应用
37
第七章复习
蒸汽动力循环
热转变成功 1
过 热 器 锅炉
制冷循环
消耗功将热从低温传给高温
1、制冷
2、加热
透 平 机 2 冷 凝 器
2 4 3
q 0 H1 H4 W s H2 H1
5
1
S
22
单级蒸汽压缩制冷循环图
温熵图
压焓图
23
４、蒸汽压缩制冷循环——实际制冷循环
提高制冷系数ε的措施？ • 制冷剂在冷凝器中，被过冷 到低于饱和温度的4’（过冷液 体）。 • 其耗功量WS仍为H2-H1，但冷 冻量增加了5’5dc5’。 ∴制冷系数ε增大。 • 为了计算方便， 4’过冷液体 的性质用4’点温度对应的饱和 液体代替。
2→4 高压蒸汽的冷凝 4→5 高压液体的节流膨胀， P↓ ，T↓ 5→1低压液体的蒸发
q2
q0
T1=T5=蒸发温度
18
３、蒸汽压缩制冷循环——几个重要参数
单位制冷量q0－
kJ kg
1
1
设备的制冷能力Q0－
kJ h
制冷剂循环量m，（循环速率）－
耗功量WS － 理论功耗PT － 制冷系数ε
5
制冷的实质：利用外功将热持续的从低温 物体传给高温环境介质
制冷循环：消耗外功使热量从低温→高温的
逆向循环。 • 利用制冷循环达到两种目的：
1）致冷
– 欲使指定的空间保持低于环境的温度，热量需从低温 空间转移到高温环境。如：夏天的房间、冰箱。 – 致冷机 示意图
2）加热
– 欲使指定的空间保持高于环境的温度，热量需从低温 环境转移到高温空间。如：冬天的房间。 示意图 – 热泵
第七章蒸汽动力循环和制冷循环
§7.1 蒸汽动力循环
§7.1.1 朗肯循环及其热效率 §7.1.2 朗肯循环的改进
§7.2 节流膨胀与作外功的绝热膨胀
§7.2.1 节流膨胀 §7.2.2 作外功的绝热膨胀
§7.3 制冷循环
§7.3.1 蒸汽压缩制冷循环 §7.3.2 吸收制冷循环 §7.3.2 热泵及其应用
二、蒸汽压缩制冷循环
冷凝、冷却器
T
2
4
节流阀 压缩机
C
2 3
4
1 5
5
蒸发器
1
15
S
蒸汽压缩制冷循环对逆向卡诺循环的改进：
T (饱和l) 4
等压线
过热蒸气 2
(饱和g) 3 等焓线 5 (湿蒸汽) 1 (饱和g) S
把绝热可逆压缩过程 1→2安排在过热蒸汽区， 使湿蒸汽变为干气 。 原等熵膨胀过程改为 4→5的等焓节流膨胀过 程。(节流阀)
5
电热器供暖最方便，但能耗最大。 ③实际热泵的供热系数为
HP 0.4 HPC 0.4 7.325 2.93
105 WS 9.48KW 3600 2.93 Q1
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第七章蒸汽动力循环与制冷循环
§7.1 蒸汽动力循环
§7.1.1 朗肯循环及其热效率 §7.1.2 朗肯循环的改进
13
f (T1 , T2 ) ，与制冷剂无关。 c逆向carnot max
逆向卡诺循环的缺点：
（1）1→2和3→4的过程会形成 液滴，在压缩机和膨胀机的 气缸中产生“液击”现象， 容易损坏机器； （2）实际过程难以接近四个可 逆过程；
T 3 T2 2
4 T1 1
问题：如何改进？
S
14
制冷级数的选择： • 当蒸发温度< -25℃ • 当蒸发温度< -30℃ • 当蒸发温度< -45℃
26
一级压缩 二级压缩 三级压缩
有关“多级压缩 制冷”内容请参 考教材
（2）制冷剂的选择 制冷剂的选择必须具备以下几点基本要求：