制冷原理与装置-其它制冷循环要素.ppt

若不计比热容随温度的变化，并注意到： 则上式可简化为： 热力完善度为： 式中, 永远小于 ,有 ，即无回热气体制冷机理论循环的制冷系数小于同温限下逆卡诺循环的制冷系数。循环的经济性比逆卡诺循环差。 无回热气体制冷机实际循环的T-S图 在实际的气体压缩制冷循环中，压缩机和膨胀机中并非等熵过程，换热器中也存在着传热温差和流动阻力损失。因此实际循环的单位制冷量减小，单位功增大，制冷系数和热力完善度降低，同时伴随有某些循环特性的变化。 由此可见，无回热气体制 冷机理论循环的制冷系数与 循环的压力比，或压缩机的 温度比和膨胀机的温度比有 关。压力比或温度比越大， 循环的制冷系数越低。因此 要提高循环的经济性，必须 采用较小的压力比。 二、定压回热气体制冷机循环 1. 循环系统图及 T-s 图 所谓回热循环就是将冷箱返回的冷气流引入回热器，用以冷却来自冷却器的高压常温气流，使其温度进一步降低，到达膨胀机进气温度的目的。同时冷箱的返回气流被加热，使压缩机吸气温度升高。 （1）循环系统的组成： 系统由透平压缩机；冷却器、 透平膨胀机、冷箱和回热器 等设备组成。 （2）循环工作过程： 1-2为压缩过程； 2-3为冷却过程； 3-4 和6-1为回热器中的回热过程； 4-5为膨胀过程； 5-6为冷箱中的吸热（制冷）过程。 6-7-8-5-6为无回热气体制冷机循环 显然，其单位压缩功与单位膨胀功 均大得多。 2. 循环性能指标的计算： 单位制冷量和冷却器单位热负荷： 回热器单位热负荷： 压缩机单位耗功和膨胀机单位功： 理论循环消耗的单位功和制冷系数： 由于 故 所以理论回热循环的制冷系数可表示为： 或 结论：在相同工作范围、相同单位制冷量，而且有相同的理论制冷系数的回热与无回热气体制冷循环相比，因为回热循环压力比小，以致压缩机和膨胀机单位功也小，其功率也小，因而大大减少了压缩过程、膨胀过程以及热交换过程的不可逆损失，所以回热循环的制冷系数比无回热循环的要大。当系统采用了高效透平机械后，制冷机的经济性会大大提高。在制取－80 ℃以下低温时，定压气体制冷机的热力完善度超过了各种型式的蒸气制冷机。 三、定容回热气体制冷机循环（斯特林循环） 1. 定容回热气体制冷机工作过程及在 p-v 图上的表示 定容回热气体制冷 机循环由两个等温 过程和两个定容过 程组成。因最早由 斯特林提出，所以 又称做斯特林循环。 循环工作过程： 1－2为等温压缩过程； 2－3为等容放热过程； 3－4为等温膨胀过程； 4－1为等容吸热过程。 2.循环的性能参数计算: 循环中气体的单位制冷量为 循环中单位放热量和回热器单位热负荷： 循环所消耗的单位功， 其循环的制冷系数为： 结论：斯特林理论循环与同温限的逆卡诺循环制冷系数相同，是一种很有效的制冷循环。 第三节 气体涡流制冷 一、气体涡流制冷原理 1、原理：气体涡流制冷是一种借助涡流管的作用使高速气流产生旋涡分离出冷、热两股气流，而利用冷气流获得冷量的方法。 2、涡流管的结构：由喷嘴、涡流室、分离孔板及冷、热两端管子组成。 3、工作过程：高速气流由进气导管导入喷嘴，膨胀降压后沿切线方向高速进入阿基米德螺线涡流室，形成自由涡流，经过动能交换分离成温度不等的两部分。其中心部分动能降低变为冷气流；边缘部分动能增大成为热气流向涡流管的另一端。这样涡流管可以同时获得冷热两种效应，通过流量控制阀调节冷热气流比例相应改变气流温度，可以得到最佳制冷效应或制热效应。 涡流管的内部工作过程： 4－5为工作气体的等熵压缩过程。 5－1为压缩气体的等压冷却过程。 点1表示高压气体进入喷嘴前的状态，在理想条件下绝热膨胀到 压力，随之温度降低到 ， 即点 状态，点2为涡流管流出的冷气流状态，其温度为 。点3为分离出的热气流状态，其温度为 1－2 和2－3 为冷、热气流的分离过程。 为热气流经流量控制阀的节流过程，节流前后比焓值不变。 二、气体涡流制冷的性能指标计算 （一）涡流管的冷却效应与加热效应 涡流管的冷却效应 涡流管的加热效应 涡流管制冷的有效性，可用冷却效率 表示，即： （二）涡流管工作过程的流量及热量平衡 冷气流分量 （三）涡流管制冷量 每kg冷气流的制冷量为： 对于每kg高压