B
dQ
卡诺热机
恒温冷源时
Ex,cold ( T0 1)Qcold Tcold
dWmax=dEx,cold
dQcold
Tcold
2.1.4 焓
稳定流动工质的可用能
ex,h (h h0 ) T0 (s s0 )
Ex,h ( H H0 ) T0 (S S0 )
2.1.5
li ex ,in
li wcom
整个系统的
平衡：
i
ex,cold li wcom ex i 100%
2.2 熵及熵方程
热力学第一定律确定了能量既不能创造，也不 会消灭，那么热力学第二定律则确定了：由于 不可逆因素的存在，熵不但不会消灭，而且会 在能量的转换和转移过程中自发地产生出来。 不可逆过程：熵产>0
典型的如： 温差传热 摩擦生热 作功能力损失 损失 可用能损失
2.1.2 热量
δE x ,Q T0 (1 )δQ T
卡诺热机
T
dQ dWmax= dEx,Q dQ0
环境 T0
变温热源时：
E x ,Q
2
1
T0 (1 )δQ T
恒温热源时：
E x ,Q
T0 (1 )Q T
2.1.3 冷量
方程
损
流入热力系的 - 流出热力系的 = 热力系 的增量
对稳定流动：
流入热力系的 - 流出热力系的 = 损
2.1.6 基于
压缩机： 输入 输出
方程分析单级蒸汽压缩制冷循环
p 3 4 1 h
：wcom,ex,h1 ：ex,h2
2
损：lcom wcom ex,h1 ex,h 2
冷凝器：
无论采用水冷还是风冷，热能都 全部释放于环境。
可逆过程：
熵产=0
Siso S g 0
孤立系统熵增原理
2.2.1 熵产与作功能力损失的关系 Gouy-Stodla（即G—S公式） L T0 S g 对孤立系
L T0 Siso
环境温度
适用于任 何热力系 和过程
2.2.2 熵方程 （流入热力系的熵）+（热力系的熵产） （流出热力系的熵）=（热力系熵的增量） 对稳定流动：
设想有一卡诺热机，工作在环境 （温度T0）和冷源（温度T）间
δEx,cold
Tcold (1 )δQ T0
δEx ,cold
T0 ( 1)δQcold Tcold
δQ δE环境
T0
Ex ,cold
T0 ( 1)δQcold A T cold
环境 T0
Wmax
T0 (1 )Q T
在环境条件下，能量中可转化为有 用功的最高份额
物理
化学
或 当系统可逆地变化到与给定环境相
平衡的状态时，作出的最大有用功
热力学第一定律确定了能量既不 能创造，也不会消灭，热力学第 二定律则确定了:由于不可逆因素 的存在，实际的能量利用过程是 能量的作功能力减小的过程，亦 即能量的贬值过程。
浓溶液 溢流管 浓溶液囊
冷凝器 发生器
1、机内高真空度，要 求密封性好 措施：把四个主要换热设 备置于一或两个密闭筒体 内。
2、设备内压力低，蒸汽流 动损失和静液高度影响大
蒸发器
U形 管
抽气装置
吸收器
冷剂水
措施： 1）将压力相近的设备放 在一起，使冷剂蒸汽在管 束外较大空间内流动。 2）蒸发器和吸收器用喷 淋式，发生器虽多用沉浸 式，但液层高度需小于规 定值。
循环热经济性指标 = 收获/代价 制冷量 制冷系数=
机械能
耗功量
循环型式：单级压缩、两(多)级压缩、复叠式
吸收式制冷循环
热能 冷凝器 发生器 节 流 阀 蒸发器 吸收器
冷凝器 压 节 缩 流 机 阀 蒸发器 相当于压缩机 主要消耗热能
机械 能
节 流 阀
泵
机械能
常用工质对: 氨水溶液： 制冷剂：氨 溴化锂水溶液： 制冷剂：水
450
500
550
600
2.4 kJ
2.2
2.0
2.3
/(k g·
4
K)
1
0.6 0.7m3/kg 0.8 0.9 1.0 1.5
650
K)
2、常用的制冷循环（普冷领域）
蒸气压缩式制冷 普冷领域 常用方法 液体气化制冷 热电制冷 吸收式制冷 喷射式制冷
蒸气压缩式制冷循环
冷凝器 压 节 缩 流 机 阀 蒸发器
又称能量分析法或能量平衡法，揭示能量在数 量上的传递、转换、利用和损失情况。 热力学第一定律是能量转换及守恒定律在热现象 中的应用。表述为：热能和机械能在转移和转换时， 能量的总量必定守恒。 进入系统 的能量 离开系统 系统储存能 － ＝ 的能量 量的增加量
机器设备在稳定运行时， 工质都为稳定流动。 稳定流动能量方程：
p 3 4 1 h 2
流出熵：s1
Tcold
熵产：g ,eva s1 s4 δqcold s
作功能力损失： T s leva 0 g ,eva
系统 效率、各部件 损率的计算与前同。
Tcold
例：某单级蒸汽压缩制冷循环，所用工质为氨。环境温度为
15℃，被冷却物体的温度为-15℃。蒸发温度比被冷却物体 温度低8℃，冷凝温度比环境温度高8℃，节流前液体过冷度 为5℃，压气机入口蒸汽过热度为5℃（有效过热），压缩机 指示效率为0.85。依据热力学第一定律和第二定律，对循环 进行分析。
整个系统的输入
整个系统的输出
e ： x ,in wcom h2 h1
：
T0 ( 1)δqcold Tcold
p 3 4 2
ex ,out ex ,cold
1 h
系统
收获 ex,out ex,cold ex 效率： 代价 ex,in wcom
各部件
损率： i
2011年中师培训
制冷系统热工基础
一、制冷循环概述
二、制冷循环的热力学分析方法
一、制冷循环概述
1、制冷剂的降温过程
作功的绝热膨胀过程 不作功的绝热节流过程
作功的绝热膨胀过程
例：压缩空气制冷循环
3 冷却器 膨胀机 冷库 4 1 压缩机
p
T v s
2 T0 1 Tc s
2
T
3
4
理想循环温熵图
不作功的绝热节流过程
冷凝器： 流入熵：s2 流出熵：s3，qcon/T0 熵产： sg ,con 作功能力损失：
qcon s3 s2 T0
lcon T0 sg ,con
节流机构：
流入熵：s3 流出熵：s4 熵产：sg ,thr s4 s3 作功能力损失：lthr T0 sg ,thr 蒸发器： 流入熵：s4, δqcold
0.15
0.2 0.3
0.7
0.3
0.4
0.6
2
0.8
0.2
0.5
0.4 0.5
1.0kJ/(kg· K)
kJ/( kg·
0.01 50
q0
w
0.7
0.8
0.9
1.1
1.2
1.4
1.5
1.3
1.6
2.0 2.5 3.0
1.7
1.8
1.9
2.1
100
150
200
250
300
h h(kJ/kg)
350
400
1 2 q h c f gz wi 2
p
3
2
例如，对压缩蒸气理论制冷循环：
4 1 h
1-2 绝热压缩过程： wcom wi h2 h1
2-3 定压放热过程 qcon h2 h3 3-4 绝热节流过程
蒸气压缩式理论循环压焓图
qcold wcom
能量守恒： qcon qcold wcom
双筒单效蒸汽型溴化锂冷水机结构简图
热媒 高压发 生器 高温换 热器 低温换 热器
水蒸气
低压发 生器
冷凝器
节 流 阀 蒸发器
中间浓度溶液
浓溶液
浓溶液
吸收器
稀溶液
双效串联型溴化锂吸收式制冷循环原理图
工作蒸气压力一般0.25-0.8MPa（表压）；热水温度150℃以上
设置高压和低压两级发生器、设置高温和低温两级溶液热交换器
热力系数=
制冷量 耗热量+耗功量
空调用吸收式 制冷机采用
溴化锂吸收式制冷循环型式
高压冷剂 水蒸气
单效 双效
串联 并联
稀溶液
8
冷凝器
7
低压冷剂 水蒸气
发生器 4 6 吸收器
浓溶液
3 5 2 泵 溶液 热交 换器
节流阀 蒸发器 9
稀溶液
10
冷却水 单效溴化锂吸收式制冷循环原理图
1
工作蒸气压力一般0.03-0.15MPa（表压）； 热水温度一般 85-150℃
流入热力系的熵 + 热力系的熵产 = 流出热力系的熵
热力系的熵产 =流出热力系的熵 - 流入热力系的熵
2.2.3 基于熵方程分析单级蒸汽压缩制冷循环
压缩机： 流入熵：s1 流出熵：s2 熵产： g ,com s2 s1 s
4 1 h p 3
2
作功能力损失：lcom T0 sg ,com
输入
：ex,h2
输出
：ex,h3
损： con ex,h 2 ex,h3 l
节流机构：
p
输入
：ex,h3
3 4 1
2
输出