下载文档原格式
第十一章制冷循环学习重点:1.掌握各种制冷装置循环设备及其工作流程。
2.掌握将实际质量循环抽象和抽象为理想循环的一般方法。
3.掌握各种制冷循环的制冷量、放热量、耗功量及制冷系数等的分析和计算方法。
4.了解分析影响各种制冷循环的制冷系数的主要因素及提高制冷系数的途径。
制冷（热泵)循环输入功量（或其他代价），从低温热源取热11-1 空气压缩制冷循环实际制冷装置并不是按逆向卡诺循环工作的，而是根据制冷装置所采用的工质性质，按不同的制冷循环工作。
空气可用作为制冷装置的工质。
空气压缩制冷装置主要由四个热力设备组成：压气机、冷却器、膨胀机和冷库换热器。
空气压缩制冷装置的理想循环由四个可逆过程组成，即绝热压缩过程1-2、定压放热过程2-3、绝热膨胀过程3-4和定压吸热过程4-1。
循环制冷量为4-1中工质吸取的热量：循环消耗的净功为因此，可得空气压缩制冷循环制冷系数的表达式为如取空气的比热容为定值，则有按绝热过程1-2及3-4，可以得到各状态参数之间的关系式为代入上式，可得空气压缩制冷循环的制冷系数的计算式即提高增压比可获得较低温度，如图中循环1-3‘-5'-6-1所示，但使压气机和膨胀机的负荷加重。
为此可采用回热器，用空气在回热器中的预热过程代替一部分绝热压缩过程，从而降低增压比。
回热式空气压缩制冷装置的循环：1-2为空气在回热器中的定压预热；2-3为压气机中空气的绝热压缩；3-4为冷却器中空气的定压放热；4-5为回热器中空气的定压回热；5-6为膨胀机中空气的绝热膨胀；6-1为冷藏库的换热器中空气定压吸热。
由图线对比可见，与提高增压比的办法相比，采用回热措施后，制冷量、放热量、制冷系数均可不变。
但是，采用回热器的空气压缩制冷装置中，压气机的增压比小得多，因而大大减轻了压气机的负荷。
正是由于这个优点，使得采用回热器的空气压缩制冷装置在深度冷冻及气体液化中获得实际应用。
11-2 蒸气压缩制冷循环如采用湿饱和蒸气为工质，就可容易地实现定温吸热和定温放热，从而可以按逆向卡诺循环工作，以便在一定的冷库温度及环境温度下获得最高的制冷系数。
工程热力学与传热学(第十七讲)11-1、2、3第十一章蒸汽压缩制冷循环制冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境温度，并维持这个低温，称为制冷。
制冷技术广泛应用于生产、科研、生活中。
制冷循环的目的：是将低温热源的热量转移到高温热源。
根据热力学第二定律，为了达到这个目的，必须提供机械能或热能作为代价。
根据所消耗的能量形式不同，一般可将逆循环分为两大类：①消耗机械能的压缩式制冷循环。
包括：空气压缩制冷循环和蒸汽压缩制冷循环。
②消耗热能的制冷循环。
包括：蒸汽喷射式制冷循环和吸收式制冷循环。
本章介绍最常用的蒸汽压缩制冷循环，并分析提高其经济性的途径。
第一节制冷剂及p-h图制冷剂是制冷装置的工质，主要是低沸点物质。
蒸汽压缩制冷装置中的制冷剂主要是氟里昂和液氨。
常用的氟利昂有：氟利昂12（CF2Cl2）、氟利昂22（CHF2Cl）、氟利昂134a （C2H2F4）、氨等。
物理性质见表11-1。
制冷剂在制冷循环中存在汽-液相变，为了计算制冷循环中个过程的能量变化和状态参数，需要查找制冷剂的饱和蒸汽表和过热蒸汽表。
但是，工程上更多的是应用制冷剂的压-焓图（p-h图）进行分析。
p-h图是根据制冷剂蒸汽性质表绘制的。
p-h图是以logp为纵坐标、以h为横坐标建立的半对数坐标图。
如图11-1所示。
说明：①采用logp为坐标，可以使压力从0.001~0.01Mpa，从0.01~0.1Mpa，从0.1~1Mpa所占的坐标高度相同，使低压区图线面积增大，读数更准确。
②因为实际蒸汽压缩制冷循环常用的工作压力范围都远低于临界压力，所以工程上使用的p-h图都没有绘制较高压力部分。
p-h图分析：全图共有六条线、三个区（未饱和液体区、湿蒸汽区、过热蒸汽区）和一个点临界点C）。
（1）等压线：垂直于纵坐标的直线；（2）等焓线：垂直于横坐标的直线；（3）等温线：① 在未饱和液体区内为垂直线。
原因是对饱和液体进行绝热压缩时，耗能极少，焓值基本不变；压力升高，温度也基本不变。
制冷制热电子教案第一章：制冷制热基础知识1.1 温度与热量1.2 制冷与制热的概念1.3 制冷剂与工质1.4 热力学定律第二章：制冷原理与设备2.1 制冷原理概述2.2 压缩式制冷与吸收式制冷2.3 制冷剂循环系统2.4 制冷设备及其组件第三章：制热原理与设备3.1 制热原理概述3.2 热泵制热与直接燃烧制热3.3 制热循环系统3.4 制热设备及其组件第四章：制冷制热系统的运行与维护4.1 制冷制热系统的操作流程4.2 系统运行中的监测与调控4.3 制冷制热设备的维护与保养4.4 常见故障分析与处理第五章：节能与环保5.1 制冷制热系统的能效比5.2 节能技术措施5.3 环保制冷剂的应用5.4 废弃物处理与回收利用第六章：空调系统6.1 空调系统的类型与组成6.2 空调器的工作原理与结构6.3 空调系统的运行与管理6.4 空调设备的维修与保养第七章：制冷制热在商业领域的应用7.1 商业制冷设备概述7.2 超市冷藏与冷冻设备7.3 商业制热设备与应用7.4 商业制冷制热设备的选用与维护第八章：制冷制热在住宅领域的应用8.1 住宅制冷设备概述8.2 家用空调器与中央空调8.3 住宅制热设备与应用8.4 住宅制冷制热设备的选用与维护第九章：制冷制热在工业领域的应用9.1 工业制冷设备概述9.2 工业制热设备与应用9.3 工业制冷制热系统的设计与优化9.4 工业制冷制热设备的选用与维护第十章：制冷制热技术的未来发展趋势10.1 新型制冷剂的研究与应用10.2 制冷制热技术的创新与发展10.3 智能化与物联网技术在制冷制热领域的应用10.4 制冷制热行业的发展前景第十一章：制冷制热设备的市场与经济分析11.1 制冷制热市场的现状与趋势11.2 影响制冷制热设备市场的因素11.3 制冷制热行业的经济效益分析11.4 市场调研与市场营销策略第十二章：制冷制热安全与防护12.1 制冷制热设备的安全隐患12.2 制冷制热设备的安全操作规程12.3 制冷制热系统的保护措施12.4 紧急情况下的应对与处理第十三章：制冷制热设备的安装与调试13.1 制冷制热设备的安装流程与注意事项13.2 制冷制热设备的调试方法与步骤13.3 制冷制热系统工程的验收标准13.4 制冷制热设备的维修与改造第十四章：制冷制热行业的法律法规与标准14.1 制冷制热行业的相关法律法规14.2 制冷制热设备的国家标准与行业标准14.3 制冷制热设备的认证与检验14.4 违反法律法规的后果与法律责任第十五章：制冷制热技术的综合应用案例分析15.1 制冷制热技术在食品冷冻储存中的应用案例15.2 制冷制热技术在数据中心冷却中的应用案例15.3 制冷制热技术在医疗设备冷却中的应用案例15.4 制冷制热技术在新能源领域的应用案例重点和难点解析本文主要介绍了制冷制热的基本概念、原理与设备，系统的运行与维护，以及在商业、住宅、工业领域的应用。
第十一章蒸气压缩制冷循环(Vapor Compression Refrigeration Cycles )第一节制冷剂表和p-h图主题1：制冷剂表冷是指物体或某一空间区域的温度低于周围环境。
制冷是使物体或某一空间区域的温度低于周围环境温度，并维持这一低温的过程。
制冷装置的任务是通过制冷工质（制冷剂）的循环过程，将热从低温物体传向高温物体。
蒸气压缩制冷装置利用低沸点物质氟里昂、氨作为工质，常用的制冷剂有氟里昂12、氟里昂22、氨等。
制冷剂蒸气表分为饱和液体与饱和蒸气表、过热蒸气表。
表中的比焓和比熵都是以0℃时饱和液体的比焓规定为h´=200 kJ／kg，比熵规定为s´=1 kJ／(kg·K)制订的。
一、饱和液体与饱和蒸气表R12饱和液体和饱和蒸气表，见附表6所列。
当已知温度t时，可以从表中查得相应的状态参数。
与水蒸气表一样，表中标有´的参数表示饱和液体的参数，标有"的参数表示饱和蒸气的参数。
r是比汽化潜热，等于饱和蒸气的比焓与饱和液体的比焓之差。
对于湿蒸气，从附表6中查出饱和液体和饱和蒸气的状态参数值后，再由给定的干度x，由公式（10-1）计算出湿蒸气的相应状态参数。
二、过热蒸气表见附表7所列，为R12过热蒸气表。
若已知压力和温度两个参数，就能在附表7上查得过热蒸气的状态参数。
主题2：制冷剂的压-焓图（p-h图）制冷剂P-h图是根据蒸气表绘制的，是以logp为纵坐标，以h为横坐标的半对数坐标图，采用logp作坐标，可以使压力从0.001～0.01，从0.01～0.1,从0．1～1 MPa所占的坐标高度相同，这样低压区图线面积增大，查阅读数也就准确。
由于实际蒸气压缩制冷循环常用的制冷剂工作压力范围都远低于临界压力，所以工程使用的p-h图没有绘制较高压力的部分。
图11-1为制冷剂p-h图的结构示意图。
与水蒸气的T-s图一样，p-h图上也有一点、二线、三区、五态的特征，图中有图线：1．饱和液体线和饱和蒸气线饱和液体线与饱和蒸气线，交于临界点C。
第11章 致冷循环本章要求：熟练空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。
了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵的原理。
·致冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境的温度，并维持这个低温称致冷。
为了保持或获得低温，必须从冷物体或致冷空间把热量带走，致冷装置便是以消耗能量(功量或热量)为代价来实现这一目标的设备。
基本知识点：11．1 空气压缩致冷循环空气压缩式致冷：将常温下较高压力的空气进行绝热膨胀，会获得低温低压的空气。
原则：实现逆卡诺循环工作原理如图：注意：空气的热物性决定了空气压缩致冷循环的致冷系数低和单位工质的致冷能力小。
1)(111112121-=-=-k k p p T T ε或：1211T T T -=ε11．2 蒸汽压缩致冷循环一、实际压缩式致冷循环蒸气压缩致冷装置：压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器组成。
原理：由蒸发器出来的致冷剂的干饱和蒸气被吸入压缩机，绝热压缩后成为过热蒸气(过程1-2)，蒸气进入冷凝器，在定压下冷却(过程2-3)，进一步在定压定温下凝结成饱和液体(过程3-4)。
饱和液体继而通过一个膨胀阀(又称节流阀或减压阀)经绝热节流降压降温而变成低干度的湿蒸气。
注意：工业上，用节流阀取代膨胀机。
二、致冷剂的压焓图(lgp-h 图)原理：以致冷剂焓作为横坐标，以压力对数为纵坐标，共绘出致冷剂的六种状态参数线簇：定焓(h)、定压力(p)、定温度(T)、定比容(v)、定熵(s)及定干度(x)线.蒸气压缩式致冷循环各热力过程在lgp-h 图上的表示：1-2表示压缩机中的绝热压缩过程。
2-3-4是冷凝器中的定压冷却过程 4-5为膨胀阀中的绝热节流过程。
5-1表示蒸发器内的定压蒸发过程。
三、致冷循环能量分析及致冷系擞实际蒸气压缩致冷循环整个装置的能量分析。
其致冷系数为21w q =ε=收获/消耗制冷剂质量流量：22q Q m =压缩机所需功率：3600m w p =冷凝器热负荷：()121h h M Q -= 四、影响制冷系数的主要因素 1． 降低制冷剂的冷凝温度 2． 提高蒸发温度五、蒸汽喷射制冷循环例题精解例1 一理想蒸汽压缩制冷系统，制冷量为20冷吨，以氟利昂22为制冷剂，冷凝温度为30℃，蒸发温度为-30℃。
第十一章制冷循环
学习重点:
1.掌握各种制冷装置循环设备及其工作流程。
2.掌握将实际质量循环抽象和抽象为理想循环的一般方法。
3.掌握各种制冷循环的制冷量、放热量、耗功量及制冷系数等的分析和计算方法。
4.了解分析影响各种制冷循环的制冷系数的主要因素及提高制冷系数的途径。
制冷（热泵)循环输入功量（或其他代价），从低温热源取热
11-1 空气压缩制冷循环
实际制冷装置并不是按逆向卡诺循环工作的，而是根据制冷装置所采用的工质性质，按不同的制冷循环工作。
空气可用作为制冷装置的工质。
空气压缩制冷装置主要由四个热力设备组成：压气机、冷却器、膨胀机和冷库换热器。
空气压缩制冷装置的理想循环由四个可逆过程组成，即绝热压缩过程1-2、定压放热过程2-3、绝热膨胀过程3-4和定压吸热过程4-1。
循环制冷量为4-1中工质吸取的热量：
循环消耗的净功为
因此，可得空气压缩制冷循环制冷系数的表达式为
如取空气的比热容为定值，则有
按绝热过程1-2及3-4，可以得到各状态参数之间的关系式为
代入上式，可得空气压缩制冷循环的制冷系数的计算式
即
提高增压比可获得较低温度，如图中循环1-3‘-5'-6-1所示，但使压气机和膨胀机的负荷加重。
为此可采用回热器，用空气在回热器中的预热过程代替一部分绝热压缩过程，从而降低增压比。
回热式空气压缩制冷装置的循环：1-2为空气在回热器中的定压预热；2-3为压气机中空气的绝热压缩；3-4为冷却器中空气的定压放热；4-5为回热器中
空气的定压回热；5-6为膨胀机中空气的绝热膨胀；6-1为冷藏库的换热器中空气定压吸热。
由图线对比可见，与提高增压比的办法相比，采用回热措施后，制冷量、放热量、制冷系数均可不变。
但是，采用回热器的空气压缩制冷装置中，压气机的增压比小得多，因而大大减轻了压气机的负荷。
正是由于这个优点，使得采用回热器的空气压缩制冷装置在深度冷冻及气体液化中获得实际应用。
11-2 蒸气压缩制冷循环
如采用湿饱和蒸气为工质，就可容易地实现定温吸热和定温放热，从而可以按逆向卡诺循环工作，以便在一定的冷库温度及环境温度下获得最高的制冷系数。
用湿饱和蒸气作为制冷工质可以得到相当大的单位质量工质的制冷量（依靠汽化潜热吸热）。
如以湿饱和蒸气为工质按逆向卡诺循环工作时，需要进行湿饱和蒸气的绝热压缩过程。
当湿饱和蒸气吸入压气机时，工质中的饱和液体会立刻从压气机气缸壁迅速吸热而汽化，使气缸内工质的压力突然增加，影响压气机吸气，致使压气机的吸气量减少而引起制冷装置的制冷量降低。
同时，在压缩过程中未汽化的液体还可能引起液击现象，以致损坏压气机。
此外，湿饱和蒸气在逆向卡诺循环的绝热膨胀过程中，因工质中液体的含量很大，故膨胀机的工作条件很差。
实用的蒸气压缩制冷循环是以逆向卡诺循环为基础，而对压缩过
程及膨胀过程进行适当改进而形成的。
11-3蒸汽喷射制冷循环及吸收式制冷装置
蒸汽喷射制冷装置及吸收式制冷装置是以高温物体向环境放热为代价来实现制冷。
蒸汽喷射制冷装置。
其工作循环可分作两个循环：一是制冷循环7-3-4-5-6-7。
它包括了五个过程：①蒸汽在蒸发器内的吸热汽化过程7-3，②
混合室中混合放热过程3-4，③扩压管中增压过程4-5，④冷凝器中放热过程5-6，⑤调节阀内绝热节流降温过程6-7。
由制冷循环实现了从冷藏库内低温物体吸热而放给温度较高的冷却水。
另一个是工作蒸汽的正向循环1-2-4-5-6-8-1。
由六个过程组成：①蒸汽在锅炉中的定压加热汽化的过程8-1，②蒸汽在喷管中绝热膨胀产生高速的过程
1-2，③蒸汽在混合室中混合吸热过程2-4，④扩压管中增压过程4-5，⑤冷凝器中定压放热过程5-6，⑥泵中加压过程6-8。
蒸汽喷射制冷装置是以高温热源向环境传递一定的热量作为代价而实现制冷的，因此采用所得到的制冷量和高温热源所给出的热量的比值来表示制冷循环工作的有效程度，称为热量利用系数，用ξ
表示，即.
式中，Q 为工作蒸汽从锅炉所得到的热量，Q2 为制冷量。
蒸汽喷射制冷装置采用喷射器代替压缩制冷的压气机，设备简单，不需要外界提供机械功。
蒸汽在喷射器中流动速度很高，因此可以有很大的容积流量。
这对于那些在低温下饱和压力很低而饱和蒸汽比体积很大的工质是很有利的。
例如，水蒸气在10℃时饱和蒸汽的比体积为106.4m3/kg，因此不能用作压缩式制
冷的工质，但作为喷射制冷的工质却没有任何困难。
因而，生产过程中有大量多余蒸汽的工业，常利用喷射制冷装置来获得2～20℃低温。
吸收式制冷装置—采用吸收器、蒸气发生器和泵来取代蒸气压缩式制冷装置的压气机。
常用工质：
氨（制冷剂）＋水（吸收剂）
水（制冷剂）＋溴化锂（吸收剂）
工作过程（氨＋水）：吸收器中，氨水溶液吸收来自蒸发器的氨蒸气。
由于氨溶解时产生溶解热，为了保持溶液的吸收能力，要用冷却水冷却吸收器。
泵浓溶液加压后送入蒸气发生器。
蒸气发生器加热浓溶液，使其中所溶解的氨蒸发产生氨气。
蒸气发生器中氨气蒸发后低浓度的氨水溶液，经节流降压后流回吸收器重新利用。
吸收式制冷装置中，氨的加压是靠泵完成的，其所消耗的功要比用压气机压缩氨蒸气所消耗的功要小得多。
制冷装置需要消耗一定的热量来加热蒸气发生器，使得氨气在较高压力下从氨溶液中蒸发出来。
它工作的有效程度也用热量利用系数来表示，即
式中， Q 为加热蒸气发生器所需的热量， Q2 为制冷量。
吸收式制冷装置的不可逆损失较大，其热量利用系数较小。
但吸收式制冷装置的构造简单，造价低廉，特别是它消耗的功率很小，还可利用温度不太高的生产过程的余热来加热蒸气发生器，故在工厂企业中应用这种制冷装置可节约电力的消耗，并充分利用余热。
近年来，以溴化锂作吸收剂，以水蒸气作制冷剂的吸收式制冷装置的发展较快，常用来作为大型空气调节装置的制冷设备。
例 一理想蒸汽压缩制冷系统，制冷量为20冷吨，以氟利昂22为制冷剂，冷凝温度为30℃，蒸发温度为-30℃。
求：（1）1公斤工质的制冷量q 0;(2)循环制冷量；（3）消耗的功率；（4）循环制冷系数；（5）冷凝器的热负荷。
解 （1）1公斤工质的制冷量q 0
从1gp-h 图查得：h 1=147kcal/kg,h 5=109kcal/kg,
q 0=h 1-h 5=147-109=38 kcal/kg
该装置产生的制冷量为20冷吨（我国1冷吨等于3300kcal/h ）
(2)循环制冷的剂量 38
330020)
(05100⨯==⨯-==m mq h h m mq Q
∴8.173638
3300
20=⨯=
m kg/h (3)压缩机所消耗的功及功率 5.111475.15812=-=-=h h w kcal/kg
2.199735.118.1736=⨯==mw W kcal/h
22.238602.19973==th N kW
(4)循环制冷系数 3.35
.113800====
εσw q W Q （5）冷凝器热负荷Q k =m(h 2-h 4)=1736.8×(158.5-109)=85971.6 kcal/h。
