第十一章 制冷循环

第十一章 制 冷 循 环
1．基本概念
制冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境的温度，并维持这个低温称为。

空气压缩式制冷：将常温下较高压力的空气进行绝热膨胀，获得低温低压的空气。

蒸汽喷射制冷循环：用引射器代替压缩机来压缩制冷剂，以消耗蒸汽的热能作为补偿来实现制冷的目的。

蒸汽喷射制冷装置：由锅炉、引射器(或喷射器)、冷凝器、节流阀、蒸发器和水泵等组成。

吸收式制冷：利用制冷剂液体气化吸热实现制冷，它是直接利用热能驱动，以消耗热能为补偿将热量从低温物体转移到环境中去。

吸收式制冷采用的工质是两种沸点相差较大的物质组成的二元溶液，其中沸点低的物质为制冷剂，沸点高的物质为吸收剂。

热泵：是一种能源提升装置，以消耗一部分高位能(机械能、电能或高温热能等)为补偿，通过热力循环，把环境介质(水、空气、土壤)中贮存的不能直接利用的低位能量转换为可以利用的高位能。

影响制冷系数的主要因素：降低制冷剂的冷凝温度(即热源温度)和提高蒸发温度（冷源温度），都可使制冷系数增高。

2．常用公式
制冷系数： 2
10
q w ε=
=收获消耗 空气压缩式制冷系数
112
21
11111
T p T p κκ
ε-=
=
-⎛⎫- ⎪⎝⎭
或 1
121
T T T ε=-
卡诺循环的制冷系数：
1
1,31
c T T T ε=
-
3．重要图表
图11-7蒸发温度对制冷系数的影响
图11-11蒸汽喷射制冷循环。

第十一章制冷循环1.家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么？答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。

在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。

2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。

在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。

3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。

工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。

而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。

而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。

因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。

4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何？ 答：压缩空气制冷循环的制冷系数为：()()142314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε=== 空气视为理想气体，且比热容为定值，则：()()142314T T T T T T ε-=---循环压缩比为：21p p π=过程1-2和3-4都是定熵过程，因而有：1322114k kT T P T P T -⎛⎫==⎪⎝⎭代入制冷系数表达式可得：111k kεπ-=-由此式可知，制冷系数与增压比有关。

第十一章 制冷循环1、家用冰箱的使用说明书上指出,冰箱应放置在通风处,并距墙壁适当距离,以及不要把冰箱温度设置过低,为什么？答:为了维持冰箱的低温,需要将热量不断地传输到高温热源(环境大气),如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去,会使高温热源温度升高,从而使制冷系数降低,所以为了维持较低的稳定的高温热源温度,应将冰箱放置在通风处,并距墙壁适当距离。

在一定环境温度下,冷库温度愈低,制冷系数愈小,因此为取得良好的经济效益,没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。

2、为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？答:由于空气定温加热与定温放热不易实现,故不能按逆向卡诺循环运行。

在压缩空气制冷循环中,用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。

3、压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机,压缩空气制冷循环就是否也可以采用这种方法？为什么？答:压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。

工质在节流阀中的过程就是不可逆绝热过程,不可逆绝热节流熵增大,所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。

而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中,因为工质的干度很小,所以能得到的膨胀功也极小。

而增加一台膨胀机,既增加了系统的投资,又降低了系统工作的可靠性。

因此,为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。

4、压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何？答:压缩空气制冷循环的制冷系数为:()()142314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε===(a) (b) 压缩空气制冷循环状态参数图空气视为理想气体,且比热容为定值,则:()()142314T T T T T T ε-=--- 循环压缩比为:21p p π=过程1-2与3-4都就是定熵过程,因而有:1322114k k T T P T P T -⎛⎫== ⎪⎝⎭ 代入制冷系数表达式可得:111k k επ-=- 由此式可知,制冷系数与增压比有关。

制冷循环工作原理
制冷循环是一种常用于制冷和空调设备中的运行原理，它通过循环流动的制冷剂来吸收空气中的热量，并将其排放到室外。

制冷循环的工作原理如下：
1. 蒸发器：制冷循环的第一步是将制冷剂注入蒸发器中。

蒸发器通常位于需要冷却的区域内部。

当制冷剂进入蒸发器时，它处于液态，并且通过与周围空气接触，吸收室内的热量。

这个过程将导致制冷剂从液态变为气态。

2. 压缩机：当制冷剂从蒸发器中蒸发后，它以气态进入压缩机。

压缩机起到将制冷剂压缩的作用，使其成为高压高温的气体。

这个过程需要消耗一定的能量。

3. 冷凝器：高压高温的制冷剂接下来进入冷凝器。

冷凝器位于室外，其内部有一些细小的管道或片状散热器。

当制冷剂通过冷凝器时，它与环境的空气进行热交换，并排放掉吸收的热量。

这个过程将导致制冷剂从气态变为液态。

4. 膨胀阀：从冷凝器出来的制冷剂经过膨胀阀的节流作用，降低其压力和温度。

这使得制冷剂能够再次进入蒸发器，并重新开始循环。

通过不断重复上述循环，制冷循环能够从室内吸收热量并排放到室外，从而实现了制冷或空调的效果。

此外，制冷剂在循环过程中经历相态变化，从液态到气态再到液态，这使得系统能
够高效地吸收和释放热量。

制冷循环工作原理的基本原理和组成部分类似于常见的冷冻冷藏设备或汽车空调系统。

第十一章制冷循环1.家用冰箱的使用说明书上指出,冰箱应放置在通风处,并距墙壁适当距离,以及不要把冰箱温度设置过低,为什么答：为了维持冰箱的低温,需要将热量不断地传输到高温热源环境大气,如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去,会使高温热源温度升高,从而使制冷系数降低,所以为了维持较低的稳定的高温热源温度,应将冰箱放置在通风处,并距墙壁适当距离.在一定环境温度下,冷库温度愈低,制冷系数愈小,因此为取得良好的经济效益,没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低.2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环答：由于空气定温加热和定温放热不易实现,故不能按逆向卡诺循环运行.在压缩空气制冷循环中,用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程.3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机,压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法为什么答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机.工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程,不可逆绝热节流熵增大,所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量.而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中,因为工质的干度很小,所以能得到的膨胀功也极小.而增加一台膨胀机,既增加了系统的投资,又降低了系统工作的可靠性.因此,为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流.4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何 答：压缩空气制冷循环的制冷系数为：()()142314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε=== 空气视为理想气体,且比热容为定值,则：()()142314T T T T T T ε-=---循环压缩比为：21p p π=过程1-2和3-4都是定熵过程,因而有：1322114k kT T P T P T -⎛⎫==⎪⎝⎭ 代入制冷系数表达式可得：111k kεπ-=-由此式可知,制冷系数与增压比有关.循环压缩比愈小,制冷系数愈大,但是循环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小,如图b 中循环1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-3-4-1的小,其制冷量面积199′1′1小于循环1-2-3-4-1的制冷量面积144′1′1.T sO 4′ 9′1′Ov ab压缩空气制冷循环状态参数5.压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提高其理论制冷系数能否提高其实际制冷系数为什么答：采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其实际制冷系数.因为采用回热后工质的压缩比减小,使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小,因此提高实际制冷系数.6.按热力学第二定律,不可逆节流必然带来做功能力损失,为什么几乎所有的压缩蒸气制冷装置都采用节流阀答：压缩蒸气制冷循环中,湿饱和蒸气在绝热膨胀过程中,因工质中液体的含量很大,故膨胀机的工作条件很差.为了简化设备,提高装置运行的可靠性,所以采用节流阀.7.参看图 5,若压缩蒸汽制冷循环按1-2-3-4-8-1 运行,循环耗功量没有变化,仍为h2-h1,而制冷量却从h1-h5.增大到h1-h8,显见是“有利”的.这种考虑可行么为什么答：过程4-8熵减小,必须放热才能实现.而4 点工质温度为环境温度T,要想放热达到温度Tc 8点,必须有温度低于Tc的冷源,这是不存在的.如果有,就不必压缩制冷了.8.作制冷剂的物质应具备哪些性质你如何理解限产直至禁用氟利昂类工质,如R11、R12答：制冷剂应具备的性质：对应于装置的工作温度,要有适中的压力；在工作温度下气化潜热要大；临界温度应高于环境温度；制冷剂在T-s 图上的上下界限线要陡峭；工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度；比体积要小；传热特性要好；溶油性好；无毒等.限产直至禁用R11 和R12 时十分必要的,因为这类物质进入大气后在紫外线作用下破坏臭氧层使得紫外线直接照射到地面,破坏原有的生态平衡.9.本章提到的各种制冷循环有否共同点若有是什么答：各种制冷循环都有共同点.从热力学第二定律的角度来看,无论是消耗机械能还是热能都是使熵增大,以弥补热量从低温物体传到高温物体造成的熵的减小,从而使孤立系统保持熵增大.10.为什么同一装置即可作制冷剂又可作热泵答：因为热泵循环与制冷循环的本质都是消耗高质能以实现热量从低温热源向高温热元的传输.热泵循环和制冷循环的热力学原理相同.。

第十一章制冷循环答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。

工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。

而压缩蒸汽制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。

而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。

因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。

2. 答：采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其实际制冷系数。

因为采用回热后工质的压缩比减小，使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小，因此提高实际制冷系数。

3. 答：过程4-8熵减，必须放热才能实现。

而4点工质温度为环境温度T0，要想放热达到温度Tc（8点），必须有温度低于Tc的冷源，这是不存在的。

(如果有，就不必压缩制冷了)。

4. 答：制冷剂应具备的性质：对应于装置的工作温度，要有适中的压力；在工作温度下气化潜热要大；临界温度应高于环境温度；制冷剂在T-s图上的上下界限线要陡峭；工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度；比体积要小；传热特性要好；溶油性好；无毒等。

限产直至禁用R11和R12时十分必要的，因为这类物质进入大气后在紫外线作用下破坏臭氧层使得紫外线直接照射到地面，破坏原有的生态平衡。

5. 答：各种制冷循环都有共同点。

从热力学第二定律的角度来看，无论是消耗机械能还是热能都是使熵增大，以弥补热量从低温物体传到高温物体造成的熵的减小，从而使孤立系统保持熵增大。

6. 答：因为热泵循环与制冷循环的本质都是消耗高质能以实现热量从低温热源向高温热元的传输。

热泵循环和制冷循环的热力学原理相同。