热泵-制冷装置循环ppt课件

第第11章章热泵-制冷装置循制冷装置循环2024/7/291第11章2023/8/171 热泵-制冷机循制冷机循环以消耗机械能以消耗机械能为代价，代价，从低温从低温热源取源取热（制冷）（制冷）热泵热泵-制冷机循环制冷机循环为逆向循逆向循环 制冷系数制冷系数 供暖系数供暖系数 热泵的工作目的是供暖热泵的工作目的是供暖11.1 绪言言 2024/7/292 热泵-制冷机循环以消耗机械能为代价，从低温热源取 逆卡诺循环是最理想的热泵逆卡诺循环是最理想的热泵-制冷机循环制冷机循环逆卡逆卡诺循循环sTbT1T2dac 卡卡诺制冷机制冷机 供暖系数供暖系数 制冷系数制冷系数T1环境温度境温度T2冷冷库温度温度T1室内温度室内温度T2环境温度境温度T2T1 卡卡诺热泵2024/7/293 逆卡诺循环是最理想的热泵-制冷机循环逆卡诺循环sTb制冷能力制冷能力制冷装置制冷装置单位位时间从冷从冷库中吸取的中吸取的热量量 通常使用单位：通常使用单位：kJ/h，kW，或或W 商业上常用商业上常用“冷吨冷吨”来表达制冷装置的制冷能力来表达制冷装置的制冷能力冷吨冷吨能在能在24小小时内将内将1吨吨0的水的水 冻结成成0的冰的制冷能力的冰的制冷能力 1冷吨冷吨=3860W 制冷能力制冷能力是衡量制冷装置工作性能的重要指标是衡量制冷装置工作性能的重要指标 水的凝固（冰熔化）热水的凝固（冰熔化）热 r=334 kJ/kg 美制美制1冷吨冷吨规定定为3516.85 W2024/7/294制冷能力制冷装置单位时间从冷库中吸取的热量 通常使制冷循制冷循环种种类压缩制冷压缩制冷吸收式制冷吸收式制冷吸附式制冷吸附式制冷半导体制冷半导体制冷喷射制冷喷射制冷空气压缩制冷空气压缩制冷蒸汽压缩制冷蒸汽压缩制冷当前世界上当前世界上绝大多数制冷装置属采用低沸点物大多数制冷装置属采用低沸点物质作制冷作制冷剂的的压缩蒸汽制冷蒸汽制冷 低沸点物质汽化潜热较大，制冷能力强低沸点物质汽化潜热较大，制冷能力强2024/7/295制冷循环种类压缩制冷吸收式制冷吸附式制冷半导体制冷喷射制冷空11.2 空气空气压缩制冷循制冷循环 空气空气压缩制冷装置制冷装置1压缩机机冷冷库冷却水冷却水冷却器冷却器膨膨胀机机234压缩机压缩机冷却器冷却器膨胀机膨胀机冷库冷库连接起来构成整个制冷装置连接起来构成整个制冷装置各设备进、出口处的状态标为：各设备进、出口处的状态标为：压缩机进口压缩机进口 1；压缩机出口压缩机出口 2冷却器进口冷却器进口 2膨胀机进口膨胀机进口 3冷却器出口冷却器出口 3膨胀机出口膨胀机出口 4冷库进口冷库进口 4冷库出口冷库出口 1 装置中的基本设备有：装置中的基本设备有：2024/7/29611.2 空气压缩制冷循环 空气压缩制冷装置1压缩机冷 空气空气压缩制冷理制冷理论循循环 空空气气压压缩缩制制冷冷装装置置以以空空气气为制冷剂为制冷剂1-2压缩机中绝热（定熵）压缩；压缩机中绝热（定熵）压缩；Pv4213sT12342-3冷却器中定压冷却（至环境温度冷却器中定压冷却（至环境温度T0）；）；3-4膨胀机中绝热（定熵）膨胀（回收功）；膨胀机中绝热（定熵）膨胀（回收功）；4-1冷库中定压吸热（升温至冷库额定温度冷库中定压吸热（升温至冷库额定温度Tc）制冷循制冷循环为逆向、耗功循逆向、耗功循环T0Tc空气空气压缩制冷循制冷循环理论循环中各过程理想化为：理论循环中各过程理想化为：定定温温吸吸、放放热热过过程程都都难难于于实现实现代之以代之以定定压过程过程P2024/7/297 空气压缩制冷理论循环 空气压缩制冷装置以空气为制冷 空气空气压缩制冷循制冷循环的制冷系数的制冷系数 循环的放热量（排向环境大气）循环的放热量（排向环境大气）循环的吸热量（制冷量，取自冷库）循环的吸热量（制冷量，取自冷库）sT1234 循环的净功循环的净功 压缩机耗功机耗功膨膨胀机回收功机回收功 循环的制冷系数循环的制冷系数 q1=q23q2=q412024/7/298 空气压缩制冷循环的制冷系数 循环的放 视空气为定比热容理想气体，有视空气为定比热容理想气体，有 2024/7/299 视空气为定比热容理想气体，有 2023/8/179由绝热过程由绝热过程12、34 或或 1234sTT0Tc T1、T2 压缩过程始、末态温度压缩过程始、末态温度 不要与逆卡不要与逆卡诺循循环中的高、低温中的高、低温热源温度相混淆源温度相混淆 ！2024/7/2910由绝热过程12、34 或 1234sTT0Tc T1、在在环环境境温温度度及及额额定定冷冷库库温温度度下下，即即制制冷冷装装置置的的有有效效工工作作温温度度范范围围为为(Tc,T0)时时，相应的相应的逆卡逆卡诺循循环12c34c由于由于T2 T3 sT1234TcT0 c 对比压缩空气制冷循环对比压缩空气制冷循环12341的制冷系数的制冷系数有效工作温度范有效工作温度范围(Tc,T0)内内,逆卡逆卡诺循循环的制冷的制冷系数大于系数大于压缩空气制冷循空气制冷循环2c4c其制冷系数为其制冷系数为 压缩空气制冷循空气制冷循环与卡与卡诺循循环的比的比较2024/7/2911 在环境温度及额定冷库温度下，即制冷装置的有效工作温度 增增压比比 对空气空气压缩制冷循制冷循环的影响的影响 空气空气压缩制冷循制冷循环的制冷系数的制冷系数仅取决于增取决于增压比比 且：增压比且：增压比 愈大愈大循环的制冷系数循环的制冷系数 愈小愈小 增增压比比 与制冷系数的关系与制冷系数的关系1234sTT0Tc 当当制制冷冷对对象象要要求求温温度度较较低低时时，如如深深度度冷冷冻冻，T0与与Tc之差较大之差较大 增压比将会很大，循环的制冷系数会很小增压比将会很大，循环的制冷系数会很小2024/7/2912 增压比 对空气压缩制冷循环的影响 空气压缩制冷循环的制增增压比比 对循循环制冷能力的影响制冷能力的影响 理论空气压缩制冷循环理论空气压缩制冷循环12341其制冷能力其制冷能力q2如阴影面积所示如阴影面积所示 在环境温度在环境温度T0、冷库额定温度冷库额定温度Tc下下 当压气机出口压力由当压气机出口压力由P2下降为下降为P2 时时,sT1234TcT02 3 4 5 56q2循环过程将变为循环过程将变为12 3 4 1 循环制冷能力循环制冷能力(q2)下降下降 制冷系数的大小与制冷能力的高低是一制冷系数的大小与制冷能力的高低是一对矛盾体矛盾体 若若为为了了获获得得较较大大的的制制冷冷系系数数而而降降低低增压比增压比 ：2024/7/2913增压比 对循环制冷能力的影响 理论空气压缩制冷循环11.3 蒸汽蒸汽压缩制冷循制冷循环 蒸汽蒸汽压缩制冷装置及其工作制冷装置及其工作过程程5124节流流阀冷冷库（蒸（蒸发器）器）压缩机机冷却水冷却水冷凝器冷凝器3 装置由以下列主要设备组成装置由以下列主要设备组成压缩机压缩机 冷凝器冷凝器节流阀节流阀蒸发器蒸发器 装置的工作过程如下：装置的工作过程如下：工质在压缩机中从工质在压缩机中从1压缩至压缩至2；处处于于过热蒸蒸汽汽状状态态的的工工质质进进入入冷凝器中冷却成冷凝器中冷却成饱和蒸汽和蒸汽3；进而冷凝成为进而冷凝成为饱和液体和液体4；制冷剂饱和液节流降温降压成为干度很小的制冷剂饱和液节流降温降压成为干度很小的湿蒸汽湿蒸汽5；制冷剂在冷库中依靠蒸发吸热制冷，成为制冷剂在冷库中依靠蒸发吸热制冷，成为饱和蒸汽和蒸汽1；蒸汽蒸汽压缩制冷装置制冷装置2024/7/291411.3 蒸汽压缩制冷循环 蒸汽压缩制冷装置及其工作过 蒸汽蒸汽压缩制冷循制冷循环sTT012345Tc 蒸汽压缩制冷循环工作过程理想化为：蒸汽压缩制冷循环工作过程理想化为：12饱和蒸汽饱和蒸汽绝热压缩成过热蒸汽压缩成过热蒸汽234过热蒸汽过热蒸汽定定压冷凝成饱和液体冷凝成饱和液体45饱和液体饱和液体节流流降压降温成湿蒸汽降压降温成湿蒸汽51液相工质液相工质定定压汽化制冷后成饱和汽化制冷后成饱和蒸汽完成循环蒸汽完成循环冷凝器中制冷工质用冷却水冷却；冷凝器中制冷工质用冷却水冷却；T4=T0压缩过程终压压缩过程终压P2等于等于T0的对应饱和蒸汽压；的对应饱和蒸汽压；冷库中制冷工质的温度冷库中制冷工质的温度T5=T1=Tc；蒸汽蒸汽压缩制冷循制冷循环蒸汽蒸汽压缩制冷循制冷循环02024/7/2915 蒸汽压缩制冷循环sTT012345Tc 蒸汽压缩制sTT012345Tc 制制冷冷工工质质的的定定压压汽汽化化和和凝凝结结过过程程即即定定温温过过程程，从从热热力力学学意意义义上上说说逆逆卡卡诺循循环73467应可实现应可实现76 不过从技术上讲不过从技术上讲7 73两相压缩难于实现两相压缩难于实现4646工质膨胀能力不强，能够回收的功不大；工质膨胀能力不强，能够回收的功不大；工质处于湿蒸汽状态，对膨胀机的工作不利工质处于湿蒸汽状态，对膨胀机的工作不利 工质在冷库中吸热成为干饱和蒸汽工质在冷库中吸热成为干饱和蒸汽1 1；压缩机将饱和蒸汽压缩成过热蒸汽压缩机将饱和蒸汽压缩成过热蒸汽成为成为单相相压缩，压缩，制冷量增大制冷量增大用用节流流阀取代膨胀机，取代膨胀机，46 45损失的功不多，损失的功不多，调节温度方便了，系温度方便了，系统简化了化了蒸汽蒸汽压缩制冷循制冷循环的演的演变 蒸汽蒸汽压缩制冷循制冷循环的演的演变由来由来2024/7/2916sTT012345Tc 制冷工质的定压汽化和凝结过程即 蒸汽蒸汽压缩制冷循制冷循环的制冷系数的制冷系数sTT012345Tc蒸汽蒸汽压缩制冷循制冷循环 循环的吸热量循环的吸热量 循环的放热量循环的放热量 循环的制冷系数循环的制冷系数 循环的耗功量循环的耗功量 2024/7/2917 蒸汽压缩制冷循环的制冷系数sTT012345Tc蒸汽压缩 h1取决于冷库的温度取决于冷库的温度Tc h2和和h4取决于环境温度取决于环境温度T0 一定环境下一定环境下 冷库温度要求愈低冷库温度要求愈低制冷系数愈小，同样制冷量下耗功愈大制冷系数愈小，同样制冷量下耗功愈大为合理、合理、节约用能，冷用能，冷库温度温度应按需要定在适度水平上按需要定在适度水平上sTT012345Tc2024/7/2918 h1取决于冷库的温度Tc h2和h4取决于环境例例：如如图图所所示示空空气气压压缩缩制制冷冷循循环环，已已知知t3=15，t1=15，P1=0.1MPa，P2=0.4MPa。计计算算该该循循环环的的制制冷冷量量q2、循循环环的的净净功功w0，以及制冷系数，以及制冷系数。设。设cp=1.004 kJ/(kgK)，k=1.4 1234sTT0Tc解：解：过程过程12、34为绝热过程，有为绝热过程，有 循环的制冷量循环的制冷量 2024/7/2919例：如图所示空气压缩制冷循环，已知t3=15，t1=15循环所消耗的净功循环所消耗的净功w0等于过程等于过程12与过程与过程34的技术功之差的技术功之差 循环的制冷系数为循环的制冷系数为 第第15次作次作业：11-1、11-3（第（第3版版12-1、12-3）2024/7/2920循环所消耗的净功w0等于过程12与过程34的技术功之差 循环例例11-2已已知知室室内内温温度度为20，电冰冰箱箱内内恒恒定定地地保保持持为 15，如如果果为此此每每分分钟需需从从冰冰箱箱内内排排除除热量量221 kJ的的热量量，问该电冰冰箱箱的的压缩机功率机功率至少至少需有多少需有多少kW？解：解：当当电冰箱按冰箱按逆卡逆卡诺循循环工作工作时耗功最少耗功最少 卡卡诺电冰箱的冰箱的制冷系数制冷系数应为 电冰箱每分冰箱每分钟的的功耗功耗 电冰箱冰箱压缩机所需的机所需的功率功率至少至少为 da卡卡诺电冰箱冰箱sTT1=T0T2=Tccb2024/7/2921例11-2已知室内温度为20，电冰箱内恒定地保持为15 另解：另解：给定的两个恒温定的两个恒温热源源间可逆制冷机可逆制冷机耗功最少耗功最少 由由克克劳修斯原理修斯原理 因此因此 电冰箱所需的最小功率冰箱所需的最小功率 2024/7/2922 另解：给定的两个恒温热源间可逆制冷机耗功最少 课程到此结束课程到此结束谢谢合作！谢谢合作！2024/7/2923课程到此结束谢谢合作！2023/8/1723