SAMChapter10RefrigerationCycles制冷循環(huán)工程熱力學(xué)

EngineeringThermodynamicsSAMThermalEnergyEngineeringDepartment10-110.1ReservedCarnotcycle逆卡諾循環(huán)Chapter10refrigerationcycles10.4Steamjetrefrigerationcycle

蒸汽噴射制冷循環(huán)10.5Absorptionrefrigerationcycle

吸收式制冷循環(huán)10.3GasRefrigerationcycle

氣體膨脹制冷循環(huán)10.2Vapor-CompressionRefrigerationCycle

蒸汽壓縮制冷循環(huán)SummaryThepurposeofarefrigeratoristotransferheatfromacoldchamberwhichisatatemperaturelowerthanthatofitssurroundings.SAMThermalEnergyEngineeringDepartment10-2SAM10.1ReservedCarnotcycle逆卡諾循環(huán)Tr1

↓

orTr2↑

→εR,C↑23：定溫吸熱過程，41：定溫放熱過程，循環(huán)消耗的凈功：制冷系數(shù)在一定環(huán)境溫度Tr1的條件下，冷庫(kù)溫度Tr2越低，逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)就越小。SAMThermalEnergyEngineeringDepartment10-3制冷量(制冷能力)refrigerationcapacity制冷裝置單位時(shí)間內(nèi)從冷庫(kù)吸取的熱量。制冷量的單位常用kW、W、冷凍噸。

1冷凍噸表示1t的0℃的水完全凍結(jié)成0℃的冰所具有的制冷量。

1冷凍噸等于3681.16W，

1英制冷凍噸等于12000Btu/h，即相當(dāng)于3516.85W。1英熱(Btu)=1

055.05585焦耳Btu/h:Britishthermalunit/hour供熱系數(shù)SAMThermalEnergyEngineeringDepartment10-4例

設(shè)有一臺(tái)制冷裝置，其冷庫(kù)溫度為－10℃。而環(huán)境溫度為25℃，裝置所消耗的功率P=2kW。假設(shè)按逆向卡諾循環(huán)計(jì)算，試求循環(huán)的制冷系數(shù)及制冷量。例10-2

（p222）在零下20℃的冬天，為了維持室內(nèi)溫度為20℃，必須采用采暖裝置。若已知維持20℃所需的供熱率為每小時(shí)105kJ，試計(jì)算下列供熱方式所需消耗的功率：（1）可逆熱泵循環(huán)；（2）電熱器；（3）供熱性能系數(shù)僅為0.4εHP,C

的實(shí)際熱泵裝置。例10-1（p222）自己看工作于兩個(gè)恒溫?zé)釒?kù)之間的卡諾機(jī)SAMThermalEnergyEngineeringDepartment10-610.2蒸汽壓縮制冷循環(huán)

Vapor-CompressionRefrigerationCycleSAMThermalEnergyEngineeringDepartment10-61-2Isentropiccompressioninacompressor2-3Constant-pressureheatrejectioninacondenser3-4Throttlinginanexpansiondevice(anexpansionvalveorcapillarytube)4-1Constant-pressureheatabsorptioninanevaporator.SAMThermalEnergyEngineeringDepartment10-7Vapor-compressionrefrigerationcyclewithgas-liquidseparatorNetworkthenAbsorbingheatfromtherefrigeratedspaceSAMThermalEnergyEngineeringDepartment10-7Vapor-compressionrefrigerationcyclewithgas-liquidseparatorSAMThermalEnergyEngineeringDepartment10-910.3氣體膨脹制冷循環(huán)（逆向布雷頓循環(huán)）（書上T10-2）

GasRefrigerationCycle(ReversedBRAYTONCycle)1-2compressor2-3heatexchanger3-4turbine4-1heatexchanger燃?xì)廨喒ぷ餮h(huán)Braytoncycle=2定熵+2定壓SAMThermalEnergyEngineeringDepartment10-10NetworkConstant

Cp0

AbsorbingheatfromtherefrigeratedspaceGasRefrigerationCycle(ReversedBRAYTONCycle)定壓吸熱終了溫度T1接近冷藏庫(kù)溫度，定壓放熱終了溫度T3

接近環(huán)境溫度。COPSAMisentropicprocess1-2and3-4thenGasRefrigerationCycle(ReversedBRAYTONCycle)ThermalEnergyEngineeringDepartment10-11SAM具有回?zé)岬臍怏w膨脹制冷循環(huán)

GasrefrigerationcyclewithregenerationThermalEnergyEngineeringDepartment10-12Question：采用回?zé)嵫h(huán)，制冷系數(shù)及制冷量是否提高？有何益處？若要求深度冷凍及氣體液化，制冷溫度↓→空氣壓縮制冷循環(huán)(循環(huán)13‘5’61)增壓比↑，采用回?zé)峥墒乖鰤罕炔皇呛芨摺Ｒ虼耍瑤Щ責(zé)崞鞯目諝鈮嚎s制冷裝置在深度冷凍及氣體液化中得到應(yīng)用。

原空氣壓縮制冷循環(huán)13’5’61,

帶有回?zé)崞鞯目諝鈮嚎s制冷循環(huán)1234561：但采用回?zé)崞鞯目諝鈮嚎s制冷裝置中，采用空氣在回?zé)崞髦械念A(yù)熱過程部分替代絕熱壓縮過程，降低了增壓比，使壓氣機(jī)負(fù)荷（耗功）減小。回?zé)嵫h(huán)1234561與高增壓比無回?zé)嵫h(huán)13’5’61的對(duì)比：循環(huán)吸熱過程6-1相同，即制冷量相同；冷卻器定壓放熱過程3-4和3’-5’的溫度變化范圍相同，放熱量相同。因此，兩者制冷系數(shù)相同。1-2—回?zé)崞髦锌諝舛▔侯A(yù)熱；2-3—壓氣機(jī)中空氣絕熱壓縮；3-4—冷卻器中空氣定壓放熱；4-5—回?zé)崞髦锌諝舛▔夯責(zé)幔?-6—膨脹機(jī)中空氣的絕熱膨脹；6-1—冷庫(kù)換熱器中空氣定壓吸熱。SAMThermalEnergyEngineeringDepartment10-11問：采用回?zé)嵫h(huán)制冷系數(shù)及制冷量是否提高？有何益處？SAMThermalEnergyEngineeringDepartment10-13例

設(shè)空氣壓縮制冷裝置中壓氣機(jī)的增壓比為5，冷庫(kù)的溫度為－10℃，環(huán)境溫度為25℃，試求該裝置的制冷系數(shù)及制冷量。若增壓比降為4，則兩者有何變化？SAMThermalEnergyEngineeringDepartment10-1410.4蒸汽噴射制冷循環(huán)

Steamjetrefrigerationcycle

熱量利用系數(shù)::制冷量:工作蒸汽從鍋爐所得到的熱量SAM

10.5吸收式制冷循環(huán)AbsorptionrefrigerationcycleThermalEnergyEngineeringDepartment10-15吸收式制冷裝置是采用液體汽化時(shí)吸熱的特性來實(shí)現(xiàn)制冷的。（利用兩種不同沸點(diǎn)物質(zhì)組成的溶液的氣液平衡特性來制冷）以消耗熱能（即以熱量由高溫物質(zhì)向低溫環(huán)境傳遞）作為制冷循環(huán)的動(dòng)力。吸收式制冷的熱源往往可采用燃燒設(shè)備或工業(yè)廢熱。如溴化鋰吸收式制冷就可用60℃以上的熱水為熱源。所采用的兩種沸點(diǎn)不同的物質(zhì)組成的二元混合物，通常稱為“工質(zhì)對(duì)”，其中沸點(diǎn)低的物質(zhì)為制冷劑、沸點(diǎn)高的物質(zhì)為吸收劑。溴化鋰吸收式制冷機(jī)組:SAMThermalEnergyEngineeringDepartment10-16熱量利用系數(shù)::制冷量:加熱蒸汽發(fā)生器所需的熱量ThermalEnergyEngineeringDepartment10-17SAM其工作流程：由發(fā)生器泵送來的溫度比較低的溴化鋰稀溶液經(jīng)熱交換器加熱后進(jìn)入發(fā)生器內(nèi)，被發(fā)生器管簇內(nèi)的工作蒸汽加熱，由于溶液中的水的沸點(diǎn)比溴化鋰低得多，因此，該稀溶液被加熱到一定的溫度后溶液中的制冷劑一部分水被汽化成為制冷劑水蒸氣，制冷劑水蒸氣經(jīng)擋水板將其中所攜帶的液滴分離后水蒸氣進(jìn)入冷凝器，被冷凝器管簇內(nèi)的冷卻水冷卻而凝結(jié)成制冷劑水。②制冷劑水經(jīng)Ｕ形管降壓節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)的水盤內(nèi)，并由蒸發(fā)器泵送往蒸發(fā)器的噴淋裝置。制冷劑水均勻地噴淋在蒸發(fā)器管簇的外表面，由于吸收了管內(nèi)冷凍水的熱量而汽化成為制冷劑水蒸氣，管內(nèi)冷凍水被冷卻，以達(dá)到制冷的目的。③蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑水蒸氣經(jīng)擋水板將其攜帶的液滴分離后進(jìn)入吸收器，被從吸收器送來的噴淋在吸收器管束外表面的溴化鋰中間液（從發(fā)生器經(jīng)熱交換器后的濃溶液與吸收器中的稀溶液混合成的中間液）所吸收。吸收過程中放出的熱量被吸收器管簇內(nèi)的冷卻水帶走，中間液吸收了制冷劑水蒸氣而成為稀溶液，又被發(fā)生器泵送往熱交換器后進(jìn)入發(fā)生器中加熱。如此不斷循環(huán)，連續(xù)制冷。注意：從發(fā)生器出來的濃溶液溫度高，從吸收器出來的稀溶液溫度低；制冷的目的在于使冷凍水溫度降低。

ThermalEnergyEngineeringDepartment10-18SAM本章小結(jié)掌握：4.蒸汽噴射制冷循環(huán)5.吸收式制冷循環(huán)了解：ThermalEnergyEngineeringDepartment10-19SAMInthischapterwehaveconsideredrefrigerationandheatpumpsystems,includingvaporsystemswheretherefrigerantisalternatelyvaporizedandcondensed,andgassystemswheretherefrigerantremainsagas.Thethreeprincipaltypesofrefrigerationandheatpumpsystemsdiscussedarethevaporcompression,absorption,andreversedBraytoncycles.Theperformanceofsimplevaporrefrigerationsystemsisdescribedintermsofthevapor-compressioncycle.Forthiscycle,wehaveevaluatedtheprincipalworkandheattransfersalongwithtwoimportantperformanceparameters:thecoefficientofperformanceandtherefrigerationcapacity.Wehaveconsideredtheeffectonperformanceofirreversibilityduringthecompressionprocessandintheexpansionacrossthevalve,aswellastheeffectofirreversibleheattransferbetweentherefrigerantandthewarmandcoldregions.Qualitativediscussionsarepresented