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工程热力学 第十一章 图文

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工程热力学课件11 制冷循环

工程热力学课件11 制冷循环

理想气体
p 2‘
T
2‘
绝热膨胀，温度降低
1 6 1 2 4 3 v 2 s
5
T
转回温度曲线
实际气体
TH
冷效应区
N
热效应区
TL p pN
p
经济性指标最高的逆向循环是同温限 间的逆向卡诺循环。通常制冷循环以环境 为高温热源（T1=T0），因此在以T0为高 温热源、Tc为低温热源间的逆向卡诺循环 的制冷系数：
膨 胀 阀
压缩机
w
4
q2
1
蒸发器
1-2: 2-3: 3-4: 4-1:
制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程 制冷剂在冷凝器中的定压放热过程 制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程 制冷剂在蒸发器中的定压定温气化过程
4 1 3 2
q2 wnet
单位质量制冷剂在冷凝器中放热量：
T
2
q1＝ h2-h3
单位质量制冷剂在蒸发器中吸热量：
1 h
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 4 1
2
热泵供热原理
在所有制冷装置的工作过程中，热从冷藏室取 出并传给较高温度的环境。因此，实现制冷循环的 结果不仅使放出热量的物体被冷却，而且使吸收热 量的物体被加热。根据这个原理，可利用逆循环实 现将热从低温冷源向高源热源的输送。这种目的在 于输送热量给被加热对象(如室内供暖)的装置称为 热泵。向高温热源输送的热量qH，等于取自低温冷 源(如大气环境)的热量qL与实现逆循环从外界输入 功量wnet 之和，即qH=qL+wnet 。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。

工程热力学课后作业答案(第十一章)第五版 .

工程热力学课后作业答案(第十一章)第五版 .

11-1空气压缩致冷装置致冷系数为2.5，致冷量为84600kJ/h ，压缩机吸入空气的压力为0.1MPa ，温度为-10℃，空气进入膨胀机的温度为20℃，试求：压缩机出口压力；致冷剂的质量流量；压缩机的功率；循环的净功率。

解：压缩机出口压力1)12(1/)1(-=-k k p p ε 故：))1/(()11(12-+=k k p p ε＝0.325 MPa 2134p p p p = T3=20+273=293K k k p p T T /)1()34(34-=＝209K 致冷量：)41(2T T c q p -=＝1.01×（263-209）＝54.5kJ/kg 致冷剂的质量流量==2q Q m 0.43kg/s k k p p T T /)1()12(12-=＝368K 压缩功：w1=c p (T2-T1)=106 kJ/kg压缩功率：P1=mw1=45.6kW膨胀功：w2= c p (T3-T4)=84.8 kJ/kg膨胀功率:P2=mw2=36.5kW循环的净功率:P=P1-P2=9.1 KW11-2空气压缩致冷装置，吸入的空气p1=0.1MPa ，t1=27℃，绝热压缩到p2=0.4MPa ，经冷却后温度降为32℃，试计算：每千克空气的致冷量；致冷机消耗的净功；致冷系数。

解：已知T3=32+273=305Kk k p p T T /)1()12(12-=＝446K k k p p T T /)1()34(34-=＝205K 致冷量：)41(2T T c q p -=＝1.01×（300-205）＝96kJ/kg致冷机消耗的净功: W=c p (T2-T1)－c p (T3-T4)=46.5kJ/kg 致冷系数：==wq 2ε 2.06 11－3蒸气压缩致冷循环，采用氟利昂R134a 作为工质，压缩机进口状态为干饱和蒸气，蒸发温度为-20℃，冷凝器出口为饱和液体，冷凝温度为40℃，致冷工质定熵压缩终了时焓值为430kJ/kg ，致冷剂质量流量为100kg/h 。

工程热力学与传热学11)蒸汽压缩制冷循环

工程热力学与传热学11)蒸汽压缩制冷循环

(11-13)
qv
h1' h5 v1'
qv
？
(3)理论比功
w0 h2' h1' (4)单位冷凝热 qk qk h2' h4
(5)制冷系数
1'
w0
增加
(11-14)
增加
(h2' h2 ) (h2 h4 )
(11-14)
h h h h
（7）压缩机
在理论循环中，假设压缩过程为等熵过程。 而实际上，整个过程是一个压缩指数 在不断 变化的多方过程。另外，由于压缩机气缸中有 余隙容积的存在，气体经过吸、排气阀及通道 出有热量交换及流动阻力，这些因素都会使压 缩机的输气量减少，制冷量下降，消耗的功率 增大。
p
4
pk
3 0
2 2 s
5
p0
(11-11)
在蒸发温度和冷凝温度相同的条 件下：
制冷系数愈大 (6)压缩终温 经济性愈好
t2
影响到制冷剂的分解和润滑油结炭。
(7)热力完善度

单级压缩蒸气制冷机理论循环的热 力完善度按定义可表示为
0 h1 h4 1 h1 h4 Tk T0 c h2 h1 Tk 1 h2 h1 T0
q0
单位制冷量可按式（11-5）计算。单位制 冷量也可以表示成汽化潜热r0和节流后的干度 x5的关系：
q0 r0 (1 x5 )
(11-6)
由式（11-6）可知，制冷剂的汽化潜热越 大，或节流所形成的蒸气越少（x5越小）则单 位制冷量就越大。
(2)单位容积制冷量
qv
(11-7)
q0 h1 h4 qv v1 v1

工程热力学高教第三版课后习题第十一章答案

工程热力学高教第三版课后习题第十一章答案
o
（2） p1 = 3MPa ， t1 = 500 C ， p2 = 6kPa ，由 h-s 图查得：
h1 = 3453kJ/kg 、 h2 = 2226kJ/kg 、 x2 = 0.859 t2 = 36 o C
取 h2′ ≈ cwt2' = 4.187kJ/(kg ⋅ K) × 36 C = 150.7kJ/kg
o
若不计水泵功，则
ηt =
h1 − h2 3453kJ/kg − 2226kJ/kg = = 37.16% h1 − h2′ 3453kJ/kg − 150.7kJ/kg
142
第十一章 蒸汽动力装置循环
d=
1 1 = = 8.15 × 10−7 kg/J 3 h1 − h2 (3453 − 2226) × 10 J/kg
热效率
ηt =
h1 − h2 − wp h1 − h2 − wp
=
(2996 − 2005 − 3)kJ/kg = 34.76% (2996 − 150.7 − 3)kJ/kg
若略去水泵功，则
ηt =
d=
h1 − h2 2996kJ/kg − 2005kJ/kg = = 34.83% h1 − h2′ 2996kJ/kg − 150.7kJ/kg 1 1 = = 1.009 × 10−6 kg/J 3 h1 − h2 (2996 − 2005) ×10 J/kg
143
第十一章 蒸汽动力装置循环
解： （1）由 p1 = 12.0MPa 、 t1 = 450 o C 及再热压力 pb = 2.4MPa ，由 h-s 图查得
h1 = 3212kJ/kg、s1 = 6.302kJ/(kg ⋅ K)、hb = 2819kJ/kg 、 ha = 3243kJ/kg 、 h2 = 2116kJ/kg 、 x 2 = 0.820 p2 = 0.004MPa 、 s1 = sc = sb = 6.302kJ/(kg ⋅ K) ， sc ' = 0.4221kJ/(kg ⋅ K) 、 sc " = 8.4725kJ/(kg ⋅ K)

第11章辐射换热

第11章辐射换热

随T的升高，Ebλ对应的波长λｍ向短波迁移。
11-2-2 维恩位移定律
光谱辐射力为 Ebλ,max时，λｍ和 T 之间的关系。
推导
可得: 并且:
当温度不变时:
dEb 0
d
m T 2 .8 9 1 3 7 0 2 .9 6 1 30 m K
E b ,m a1 x .1 0 1 5 6 T 0 5 W /m 3
玻璃
白漆和黑漆
物体的颜色对可见光 呈强烈选择性； 但对红外线的吸收率 均为0.9左右。
可见光，2.5m红外线， 很小，近乎透明体； 紫外线，3m红外线， 1 ，表现不透明性。
温室效应
11-3-3 基尔霍夫定律
1. 灰体
,
大多数工程材料 可作灰体处理。
温度近于太阳表面温度（5800K）时， 与Ebλ,max对应的λｍ位于可见光区段。
11-2-3 斯忒藩-波耳兹曼定律
1879年斯忒藩（实验）,1884年波耳兹曼（理论）
确定了黑体的 Eb与 T的关系。
Eb 0T4
Eb
式中: 0 – 黑体辐射常数
0 5 .6 1 7 80 W /m (2K 4 ) 0
黑体表面温度为627℃时：
分析
E b 2 C 0 ( 1 T 2 ) 4 0 5 .6 0 ( 6 7 1 2 0 ) 4 7 3 0 .2 3 1 7 3 W 0 /m 2
T2 3, Eb2 81
T1
Eb1
说明 高温和低温两种情况下，
黑体的辐射能力有明显的差别。
波段内黑体辐射力：
举例 计算温度分别为2000K 和5800K的黑体 与Ebλ,max对应的λｍ。
解：由维恩位移公式：

蒸汽动力循环装置

蒸汽动力循环装置
若忽略水泵功，同时近似取 若忽略水泵功， h4≈h3，则
热与流体研究中心
第十一章 蒸汽动力循环装置
“工程热力学”多媒体课件 工程热力学”
二、初参数对朗肯循环热效率的影响
1、初温t1 初温t
T1 ↑ T2不 ⇒ ηt ↑ 变
or 循环1t2t3561t 循环1 =循环123561+循环11t2t21 循环12心
第十一章 蒸汽动力循环装置
“工程热力学”多媒体课件 工程热力学”
蒸汽电厂示意图
热与流体研究中心
第十一章 蒸汽动力循环装置
“工程热力学”多媒体课件 工程热力学”
§11-1 简单蒸汽动力装置循环 11—郎肯循环(Rankine cycle)
一.简介 1、水蒸气的卡诺循环 6ab56
水蒸气卡诺循环有可能实现，但： 水蒸气卡诺循环有可能实现， 1）温限小； 温限小； 2）膨胀末端x太小； 膨胀末端x太小； 3）压缩两相物质的困难； 压缩两相物质的困难； 所以，实际并不实行卡诺循环。 所以，实际并不实行卡诺循环。
b）循环内部热效率 (忽略泵功） 忽略泵功）
ηi =
w act net, q1
=
w,Tact t q1
h −h2act ηT ( h −h2 ) 1 1 = = =ηTηt h −h2' h −h2' 1 1
ws—有效轴功 ηm—机械效率
热与流体研究中心
c）装置有效热效率ηe（考虑机械损失） 装置有效热效率η 考虑机械损失）
a）流程图
b）p-v，T-s 及 h-s 图
热与流体研究中心
第十一章 蒸汽动力循环装置
“工程热力学”多媒体课件 工程热力学”
w,T = h −h2 ? cp (T −T2 ) w, p = h4 −h3 = t t 1 1 w = w,T − w, p net t t

工程热力学第11章-v3共40页PPT资料


TC
qc
TCs34
TCRg
lnv1 v2
qC
wnet
TC T0 TC
c
返回
11
空气压缩制冷循环的特点
优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。
缺点：气体（空气）cp很小，
1. 无法实现 T 吸、放热 ， < C 2. q2=cp(T1-T4)， (T1-T4)不能太大， q2 很小。
若(T1-T4)
3. 活塞式压缩流量m小，制冷量Q2=m q2小
温热源取热，向高温热源供热
制冷循环和制冷系数
Coefficient of Performance
COP q2
w 逆卡诺循环
深冷<1
普冷>1
T
Cqw2 q1q2q2
T2 T0T2
T0不变, T2 εC T2不变, T0 εC
TT 001环 1境
T2
q1 w
T0 qT22
s
热泵循环和供热系数
Coefficient of Performance
COP ' q1
w
逆卡诺循环TFra bibliotek1 1 T0 T1 T1
C ' qw1 q1q1q2
T1 T1T0
w T0
T1不变, T0 εC T0不变, T1 εC
T2 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)。
（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。
14
例

《工程热力学》教学课件第10-11章

wc,s wc,n wc,T
温度比较：
T2,s T2,n T2,T
工程热力学 Thermodynamics 第二节 余隙容积的影响
余隙比： Vc 0.03 ~ 0.08
Vh
p3
2
g
p 2
p2
f
6
4
1
0 Vc
V V1 V4
V
V4 V6
Vh V1 V3
Vh
3
2
p2
3
2
p2
6
4 4
0
Vc
t 1 qL qH 1 431 879 51% 或t 11 1 11 61.41 51.2%
工程热力学 Thermodynamics
柴油机循环
一、柴油机的实际循环与循环的p-V 图
工程热力学 Thermodynamics 二、定压加热理想循环——狄塞尔(Diesel)循环
(一）过程组成
第一节 单级活塞式压气机
一、结构图
二、工作过程
工程热力学 Thermodynamics 三、耗功计算
等熵过程： 多变过程： 等温过程：
能量方程：Wc Wt
1
wc,s
1
RgT1
p2 p1
1
n1
wc,n
n n1
RgT1
p2 p1
n
1
wc,T
RgT1 ln
p2 p1
功量比较：
解：（1） 空气物性参数：
Rg 0.287 kJ (kg K)
cp 1.004 kJ (kg K)
工程热力学 Thermodynamics
可逆压缩的气体出口温度
T2
1
T1
T1

清华大学热工基课件工程热力学加传热学第十一章-PPT精品文档



Gd

0
Gd
0

Gd


0
Gd


0
Gd
3
类、温度和表面状况，是波长的函数。 ,不仅取决于物体的性质，还与投射辐射能的波 , 长分布有关。 （ 2 ）固体和液体对辐射能的吸收和反射基本上属 于表面效应 ： 金属的表面层厚度小于 1m ；绝大多数 非金属的表面层厚度小于1mm。 （3）对于固体和液体， 。 0 , 1
E E d b b 1 2
1
2
d d b b E E
9
Hale Waihona Puke 定向辐射力与辐射力之间的关系：
E
2
Ed
定向辐射力与辐射强度之间的关系：
E L o s c
辐射力与辐射强度之间的关系：
E
2
L c o s d
10
11-2 黑体辐射的基本定律
1.普朗克（Planck）定律 2.斯忒藩-玻耳兹曼（Stefan-Boltzmann）定律 3.兰贝特（Lambert）定律
注意： , （1） , 属于物体的辐射特性，取决于物体的种
镜反射与漫反射：
产生何种反射决于物体表 面的粗糙程度和投射辐射能 的波长 。
4
2. 灰体与黑体
灰体： 光谱辐射特性不随波长而变化的假想物体，即 , , 分别等于常数。



0
G d
0

G d
G G

G G
G 透射比 G 1
G G
如果投入辐射是某一波长的辐射能G ，则

《工程热力学》第十一章制冷循环

剂无法被压缩液化。
粘度
粘度小的制冷剂流动性好，有 利于传热。
密度
密度决定了制冷剂在相同体积 下的质量，密度越大，质量越
大，制冷效果越好。
制冷剂的热力学特性
压缩系数
压缩系数决定了制冷剂在压缩过 程中的体积变化，压缩系数越小，
体积变化越小，有利于提高制冷 效率。
热导率
热导率决定了制冷剂的传热效率， 热导率越大，传热效率越高。
制冷剂在蒸发器中蒸发成气体后被压缩机吸入，再次压缩，完成一个循环。
压缩式制冷循环的主要设备
压缩机
用于压缩制冷剂，提高 其压力和温度。
冷凝器
用于将高温高压的制冷 剂冷却成液体，释放出
潜热。
膨胀阀
用于将高压的液态制冷 剂减压至适合蒸发吸热
的低压状态。
蒸发器
用于使液态制冷化
未来的制冷系统将更加注重多功能化，除了温度调节外， 还将具备湿度控制、空气净化等功能，提高室内环境的舒 适度和健康性。
高效化
随着能源价格的上涨和节能减排的需求，制冷循环将更加 注重能效提升，采用先进的节能技术和优化算法，降低运 行成本和提高能源利用效率。
THANKS
感谢观看
吸收式制冷循环利用制冷剂在溶液中的溶解特性，通过制冷剂在溶液中 的蒸发和冷凝，实现制冷效果。
吸收式制冷循环中，常用的制冷剂有氨和水、溴化锂和水的混合溶液等， 这些制冷剂在吸收剂的作用下被吸收，再通过加热解吸，释放出冷量。
吸收式制冷循环的工作原理基于热力学第二定律，通过消耗热能实现制 冷效果，相比压缩式制冷循环，具有更高的能效比。
强化换热器设计
优化换热器的结构和设计，提高换热 效率。
引入智能控制技术
利用先进的控制算法和传感器技术， 实现制冷系统的智能控制，提高运行 效率。
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p
3
T
2
3
2
T0
4
1
4
1 T2
v
s
1 2 绝热压缩 s 3 4 绝热膨胀 s 2 3 等压冷却 p 4 1 等压吸热 p
制冷系数
T
2
3
COP q2 q2
w q1 q2
cp (T1 T4 )
4
cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 )
1
s
1
T2 T3 1 T1 T4
1 T2 1 T1
沸点：Ts ( p 1atm)
水 100°C R22 - 40.8°C R134a - 26.1°C
蒸气压缩制冷空调装置
1-2：绝热压缩过程
4
2-4：定压放热过程 4-5：绝热节流过程 5-1：定压吸热过程
5
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
蒸气压缩制冷循环
比较逆卡诺循环3467 T
4
逆卡诺 73 湿蒸气压缩
“液击”现
象
65
实际 12 既安全，又 增加了单位质量 工质的制冷量71
s 适用于小压比大流量的叶 轮式压气机空气制冷系统
空气压缩制冷的根本缺陷
1. 无法实现 T ， 低，经济性差
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
§ 11-2 蒸气压缩制冷循环
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
1 T0环T境0 1
T2 q1
w T0 qT2 2
s
热泵循环和供热系数
Coefficient of Performance
COP ' q1
w
T
卡诺逆循环
' C
q1 w
q1 q1 q2
T1 T1 T0
T1不变, T0 εC T0不变, T1 εC
1 1 T0 T1 T1 w T0
T2 s
制冷能力和冷吨
1 5
s
' q1 h2 h4
w h2 h1
§ 11-4 制冷剂refrigerant
蒸气压缩制冷，要尽可能利用工质两相 区，因此与工质性质密切相关。 对热物性要求： 1. 沸点低，tb<10ºC boiling point
2. 压力适中，蒸发器中稍大于大气压，冷凝器中 不太高；
3. 汽化潜热大，大冷冻能力；
第十一章 制冷循环
Refrigeration Cycles
能源与动力学院 李井华
动力循环与制冷（热泵)循环
• 动力Power循环 —正循环
输入热,通过循环输出功
• 制冷Refrigeration循环 —逆循环
输入功量（或其他代价），从低温取热
• 热泵Heat Pump循环 —逆循环
输入功量（或其他代价），向高温供热
2 3
1 7
s
节流阀代替膨胀机分析
缺点：
T
1. 损失功量 h4 h6 84越陡越好
2. 少从冷库取走热量
4
2 3
h5 h6 h4 h6 面积8468
8 65
1
h4 h8 (h6 h8 )
ab
s
面积a84ba 面积a86ba 优点： 1. 省掉膨胀机，设备简化；
利>弊
2. 膨胀阀开度，易调节蒸发温度；
4. T-S图上下界线陡峭：上界陡峭，冷凝更接近 定温，下界线陡，节流损失小； 5. 凝固点低，价廉，无毒，不腐蚀，不爆，性质稳定、 油溶性、材料相容性、环境性能、安全性能好。
蒸气压缩制冷循环的计算
蒸发器中吸热量
T
q2 h1 h5 h1 h4
4
冷凝器中放热量
2 3
q1 h2 h4
1
制冷系数
5
q2
h1 h4
h1 h4 q2 s
q1 q2 (h2 h4 ) (h1 h4 ) h2 h1 w
两个等压，热与功均与焓有关
lnp-h图
lgp-h图及计算
制冷空调原理与装置
Condenser
Expansion valve
Compressor
Evaporator
制冷循环和制冷系数
Coefficient of Performance
COP q2
w
T
卡诺逆循环
C
q2 w
q2 q1 q2
T2 T0 T2
T0不变, T2 εC T2不变, T0 εC
lgp
4
q1 3
T
2
4
2 3
1 5
q2 w
h
q2 h1 h5 h1 h4 q1 h2 h4
1 5
s
q2 h1 h4
w h2 h1
lgp
4’ 4
5’ 5
q2 h1 h5' q1 h2 h4'
过冷措施
T
32
工程上常用
2
4
3
4’ 1
1 5’ 5
h
w h2 h1
不变
s
q2 h1 h4'
Cooling Capacity and Ton of Refrigeration
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)。
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
5
2R
T
3R
4
回热式空气压缩制冷装置
1R 1
3
T0 T2 3R
4
2
2R
5
1R
1
s
空气回热制冷与非回热的比较
吸热量（收益）： T
q2=cp(T1-T4) 不变
放热量： 相同
3
q1=cp(T2-T3) 非回热 T0 =cp(T2R-T5) 回热 T2 3R
回热＝ 非回热
4
2
2R
5
1R
1
p2R p2 p1R p1
w h2 h1
§ 11-3 热泵Heat pump
q1 q2 w ww
T0
T1
q1
制冷
w
热泵
q1 w
q2
q2
T2
T0
制冷 系数
q2 w
制热 系数
' q1 1
w
蒸气压缩式热泵装置
房间
供暖 化工
温度提升 节能
T0
热泵lgp-h图及计算
lgp
4
q1 3
T
2
4
2 3
1 5
q2 w
h
q2 h1 h5 h1 h4 q1 h2 h4
1
k 1
p2 p1
k
1
k 1
k
空气压缩制冷循环特点
优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。
缺点：
1. 无法实现 T ， < C
2. q2=cp(T1-T4)，空气cp很小， (T1-T4)不 能太大， q2 很小。
若(T1-T4)
3. 活塞式流量m小，制冷量Q2=m q2小，
空气回热制冷循环
制冷循环种类
制冷循环
√ 空气压缩制冷
压缩制冷 Gas compression
√ 蒸气压缩制冷
Vapor-compression
√ 吸收式制冷 Absorption
吸附式制冷
蒸汽喷射制冷
半导体制冷
热声制冷，磁制冷
§11－1 空气压缩制冷循环
冷却水
3
2
冷却器
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
逆勃雷登循环 Reversed Brayton Cycle