第2章制冷方法.ppt

1）实现逆卡诺循环必须具备的条件： 高、低温热源温度恒定； 工质与外界热源之间无传热温差； 工质流经各个设备时无内部不可逆损失； 必要设备是压缩机、冷凝器、膨胀机和蒸发器。 制冷循环的热力学分析 3 （1）绝热压缩(1—2)：T0升至Tk，外界输入功w； （2）等温冷凝(2—3)：在等温Tk向高温热源放出qk； （3）绝热膨胀(3—4)：Tk降至T0，膨胀机输出功we； （4）等温蒸发(4—1)：等温T0吸收低温热源中q0。 2）逆卡诺循环的热力过程： 制冷循环的热力学分析 3 制冷系数大小只取决于两个热源的温度； T0↗或Tk↘ ε↗ 4）结论： 逆卡诺循环难以实现 ： 无温差的传热过程难以实现； 膨胀机等熵膨胀不经济； 湿压缩不利于压缩机正常工作 制冷循环的热力学分析 3 3.机械(电)能驱动的制冷循环 由热力学第二定律，在两个恒温热源间工作的可逆机，一个循环的熵增等于零，即 则有： 由热力学第一定律有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 制冷循环的热力学分析 3 ①两恒温热源间工作的可逆制冷机，制冷系数ε只与热源温度Ta、T0有关，而与制冷机使用的制冷剂性质无关。 ★实际制冷机制冷系数ε随热源温度的变化趋势与可逆机是一致的。 ② 制冷系数与两热源温度的接近程度有关，Ta与T0越接近（Ta /T0越小），则ε越大；反之ε越小。 制冷循环的热力学分析 3 4.热能驱动制冷循环 对于以热能驱动的制冷机，制冷机从驱动热源（温度为Tg）吸收热量Qg作为补偿，完成从低温热源吸热，向高温热源排热的能量转换。 热力学第一定律 热力学第二定律 则有： 制冷循环的热力学分析 3 工作在Ta、T0可逆机械制冷机的制冷系数 工作在Ta、 Tg之间的可逆热机机的热效率 制冷循环的热力学分析 3 制冷循环的热力学分析 3 4.热力完善度 热能驱动的制冷机 机械能或电能驱动的制冷机 η越大，说明循环越好，热力学的不可逆损失越小； η越小，则说明循环中热力学不可逆损失越大。 工作于相同温度的实际制冷循环的制冷系数与逆卡诺循环制冷系数的比值 制冷循环的热力学分析 3 性能系数COP COP反映制冷循环中收益能与补偿能在数量上的比值。不涉及二者的能量品位。 COP的数值可能大于1、小于1或等于1。 实际制冷机：工作温度、制冷剂性质和制冷机等效率 可逆制冷机：热源温度 相同热源条件的同类制冷机 热力完善度η 反映制冷机循环臻于热力学完善（可逆循环）的程度。 η≤1 任意两台制冷机，无论它们是否同类机，也无论它们的热源条件相同或是不同。 制冷循环的热力学分析 3 性能系数COP与热力完善度η关系 机械能或者电能驱动的制冷机 热能驱动的制冷机 性能系数COP和热力完善度都是反映制冷经济循环性的指标，COP着眼于热力学第一定律，而η着眼于热力学第二定律。 制冷循环的热力学分析 3 热泵 逆向循环不仅可以用来制冷，还可以把热能释放出来给某物体或者空间，使之温度升高，后一种用途的逆向循环称为热泵； 制冷机与热泵在热力学上没有差别，区别在于使用的目的和温度范围；逆向循环具有从低温热源吸热、向高温热源放热的特点。当使用前者时为制冷机，后者时为热泵。 制冷循环的热力学分析 3 热泵空调系统工作原理图 热泵空调器制冷系统流程图 制冷工况 制热工况 空气源热泵空调循环系统图 2 四通阀 1 4 5 压缩机 室外换热器 主毛细管 室内换热器 副毛细管 单向阀 过滤器 过滤器 热泵的特点及应用 热泵的热力学经济性比消耗电能或者燃料直接供暖的系统要好； 分类：蒸气压缩式热泵、吸收式热泵、空气式热泵、热电式热泵； 应用：空调热泵系统、氨水吸收式热泵系统。 制冷循环的热力学分析 3 * ℃ * * 蒸气喷射制冷的特点 以热能为补偿能量的方式，可以使用余热、废热； 没有运动部件，运行可靠，使用寿命长； 喷射器工作介质和蒸发器的制冷工质都是水，不存在工质分离，设备得到简化。 主要用于制取2-20℃的冷媒水. 缺点：所需的工作蒸气的压力高，当工作蒸气压力降低时，效率明显下降。 制冷方法的分类及原理 1 空气膨胀制冷 等熵膨胀空气制冷机 制冷方法的分类及原理 1 等熵膨胀制冷的p-v图和T-s图 p v 3 2 1 4 T s T0 TC 1 2 3 4 1 2 绝热压缩 2 3 等压冷却 3 4 等熵膨胀 4 1 等压吸热 制冷方法的分类及原理 1 气体等熵膨胀制冷——（布雷顿制冷循环） 高压气体绝热膨胀时，对膨胀机作功，同时气体的温度降低； 通常采