第12章制冷循环一、教案设计教学目标：使学生熟练空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵的原理。结合实际空调制冷工程，学会进行制冷循环的热力计算。知识点：空气压缩制冷循环：蒸气压缩制冷循环；蒸气喷射制冷循环；吸收式制冷循环；热泵。重点：空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。难：点：结合工程实际对空气和蒸汽压缩制冷循环的描述，建立热力计算模型。教学方式：讲授+多媒体演示+课堂讨论师生互动设计：提问+启发+讨论④问：谁能说出夏天开的空调和冬天开的空调有什么不同？?问：谁能举出几个制冷的实际例子？?问：夏天打开冰箱门对房间制冷，可以吗？为什么？?问：在制冷循环中，如何理解热力学第一、二定律的指导作用？?问：热泵和制冷两种工作方式哪个更经济？学时分配：2学时二、基本知识第一节制冷循环概况一、制冷的概念1.致冷对物体进行冷却，使其温度低于周围环境的温度，并维持这个低温称致冷。为了保持或获得低温，必须从冷物体或致冷空间把热量带走，致冷装置便是以消耗能量（功量或热量)为代价来实现这一目标的设备。87
87 第 12 章 制冷循环 一、教案设计 教学目标: 使学生熟练空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及 提高制冷系数的方法和途径。了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷及热泵的原理。 结合实际空调制冷工程，学会进行制冷循环的热力计算。 知 识 点：空气压缩制冷循环；蒸气压缩制冷循环；蒸气喷射制冷循环；吸 收式制冷循环；热泵。 重 点：空气和蒸汽压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系 数的方法和途径。 难 点：结合工程实际对空气和蒸汽压缩制冷循环的描述，建立热力计算 模型。 教学方式：讲授+多媒体演示+课堂讨论 师生互动设计：提问+启发+讨论 ☺ 问：谁能说出夏天开的空调和冬天开的空调有什么不同？ ☺ 问：谁能举出几个制冷的实际例子？ ☺ 问：夏天打开冰箱门对房间制冷，可以吗？为什么？ ☺ 问：在制冷循环中，如何理解热力学第一、二定律的指导作用？ ☺ 问：热泵和制冷两种工作方式哪个更经济？ 学时分配：2 学时 二、基本知识 第一节 制冷循环概况 一、制冷的概念 1．致冷 对物体进行冷却，使其温度低于周围环境的温度，并维持这个低温称致 冷。为了保持或获得低温，必须从冷物体或致冷空间把热量带走，致冷装置 便是以消耗能量(功量或热量)为代价来实现这一目标的设备
2.制冷循环的分类【压缩气体制冷压缩式制冷循环压缩蒸气制冷吸收式制冷循环吸附式制冷循环蒸气喷射制冷循环半导体制冷二、逆向卡诺循环正循环：动力循环逆向循环：制冷与热泵l.RefrigeratorWARMcnvironmentQ =Q, +W.W.-required inputO,desired output制冷循环一从冷库取出热COLDRefrigeratedspace量并输送到环境中，使冷库温度始终低于环境温度。2.Heat pumpWarmhouse9-O+WQ,-desired outputW.=required inputHPQ2热泵供暖循环一从环境取出热量并输送到暖房，其COLD效果就是维持暖房温度始environment终高于环境温度。88
88 2．制冷循环的分类 二、逆向卡诺循环 正循环：动力循环 逆向循环： 制冷与热泵
TT3°2T1T.供热量q1耗净功W。T24制冷量q2SS热泵循环制冷循环第二节空气压缩致冷循环空气压缩式致冷：将常温下较高压力的空气进行绝热膨胀，会获得低温低压的空气。原则：实现逆卡诺循环工作原理如图：冷却器-压缩机膨胀机冷却水换热器冷室(a)工作原理图(b)p-v图(c)T-s图注意：空气的热物性决定了空气压缩致冷循环的致冷系数低和单位工质的致冷能力小。89
89 第二节 空气压缩致冷循环 空气压缩式致冷：将常温下较高压力的空气进行绝热膨胀，会获得低温低压 的空气。 原则：实现逆卡诺循环 工作原理如图： 注意：空气的热物性决定了空气压缩致冷循环的致冷系数低和单位工质 的致冷能力小
1CT2P2TPiT或：6T, -T第三节蒸汽压缩致冷循环冷凝器T冷却水压缩机膨胀阀蒸发器(a）工作原理图(b)T-s图一、实际压缩式致冷循环蒸气压缩致冷装置：压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器组成。原理：由蒸发器出来的致冷剂的干饱和蒸气被吸入压缩机，绝热压缩后成为过热蒸气（过程1-2)，蒸气进入冷凝器，在定压下冷却（过程2-3)，进一步在定压定温下凝结成饱和液体（过程3-4)。饱和液体继而通过一个膨胀阀（又称节流阀或减压阀）经绝热节流降压降温而变成低干度的湿蒸气。注意：工业上，用节流阀取代胀机。二、致冷剂的压恰图(lgp-h图）原理：以致冷剂恰作为横坐标，以压力对数为纵坐标，共绘出致冷剂的六种状态参数线簇：定烩(h)、定压力(p)、定温度(T)、定比容(v)、定(s)及定干度(x)线90
90 ( ) 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1 − = − = k − k p p T T 或： 2 1 1 1 T T T − = 第三节 蒸汽压缩致冷循环 一、实际压缩式致冷循环 蒸气压缩致冷装置：压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器组成。 原理：由蒸发器出来的致冷剂的干饱和蒸气被吸入压缩机，绝热压缩后成为 过热蒸气(过程 1-2)，蒸气进入冷凝器，在定压下冷却(过程 2-3)，进一步在定 压定温下凝结成饱和液体(过程 3-4)。饱和液体继而通过一个膨胀阀(又称节 流阀或减压阀)经绝热节流降压降温而变成低干度的湿蒸气。 注意：工业上，用节流阀取代膨胀机。 二、致冷剂的压焓图(lgp-h 图) 原理：以致冷剂焓作为横坐标，以压力对数为纵坐标，共绘出致冷剂的六种 状态参数线簇： 定焓(h)、定压力(p)、定温度(T)、定比容(v)、定熵(s)及定干度(x)线
2蒸气压缩式致冷循环各热力过程在lgp-h图上的表示：1-2表示压缩机中的绝热压缩过程。2-3-4是冷凝器中的定压冷却过程4-5为膨胀阀中的绝热节流过程。5-1表示蒸发器内的定压蒸发过程。三、致冷循环能量分析及致冷系撒实际蒸气压缩致冷循环整个装置的能量分析。其致冷系数为92=收获/消耗6=WoQ2制冷剂质量流量：m=92mwo压缩机所需功率：p=3600冷凝器热负荷：9=M(h-h)四、影响制冷系数的主要因素1.降低制冷剂的冷凝温度2.提高蒸发温度第四节其他制冷循环一、蒸汽喷射制冷循环二、吸收式制冷循环三、磁制冷、半导体致冷91
91 蒸气压缩式致冷循环各热力过程在 lgp-h 图上的表示： 1-2 表示压缩机中的绝热压缩过程。2-3-4 是冷凝器中的定压冷却过程 4-5 为膨胀阀中的绝热节流过程。5-1 表示蒸发器内的定压蒸发过程。 三、致冷循环能量分析及致冷系擞 实际蒸气压缩致冷循环整个装置的能量分析。其致冷系数为 0 2 1 w q = =收获/消耗 制冷剂质量流量： 2 2 q Q m = 压缩机所需功率： 3600 mw0 p = 冷凝器热负荷： ( ) Q1 = M h2 −h1 四、影响制冷系数的主要因素 1． 降低制冷剂的冷凝温度 2． 提高蒸发温度 第四节 其他制冷循环 一、蒸汽喷射制冷循环 二、吸收式制冷循环 三、磁制冷、半导体致冷
例题精解例1一理想蒸汽压缩制冷系统，制冷量为20冷吨，以氟利昂22为制冷剂，冷凝温度为30℃，蒸发温度为-30℃。求：（1)1公斤工质的制冷量q0;(2)循环制冷量；（3）消耗的功率：（4）循环制冷系数：（5）冷凝器的热负荷。解（1）1公斤工质的制冷量q0从1gp-h图查得：hi=147kcal/kg,hs=109kcal/kgqo=hi-hs=147-109=38kcal/kg该装置产生的制冷量为20冷吨（我国1冷吨等于3300kcal/h）O。=mq。=m(h,-h,)(2)循环制冷的剂量20×3300=mg。=m×3820×3300=1736.8kg/h..m=38(3)压缩机所消耗的功及功率w=h,-h =158.5-147=11.5kcal/kgW=mw=1736.8×11.5=19973.2kcal/h19973.22=23.22kWN=860==38(4)循环制冷系数=3.328.ww11.5（5）冷凝器热负荷Qk=m(h2-h4)=1736.8×(158.5-109)=85971.6kcal/h三、本章总结本章主要以制冷循环为研究对象，分析循环的特点，各参数的变化关系及计算热量、功量和效率。1、逆向卡诺循环的制冷系数只与热源和冷源的温度有关，而与工质的性质无关。2、当环境温度一定，制冷系数只与被冷却物体的温度有关。3、制冷系数可以大于1,也可以小于1。热泵供暖系数必定大于1。92
92 例题精解 例 1 一理想蒸汽压缩制冷系统，制冷量为 20 冷吨，以氟利昂 22 为制 冷剂，冷凝温度为 30℃，蒸发温度为-30℃。求：（1）1 公斤工质的制冷量 q0;(2) 循环制冷量；（3）消耗的功率；（4）循环制冷系数；（5）冷凝器的热负荷。 解 （1）1 公斤工质的制冷量 q0 从 1gp-h 图查得：h1=147kcal/kg,h5=109kcal/kg, q0=h1-h5=147-109=38 kcal/kg 该装置产生的制冷量为 20 冷吨（我国 1 冷吨等于 3300kcal/h） (2)循环制冷的剂量 20 3300 38 ( ) 0 0 0 1 5 = = = = − mq m Q mq m h h ∴ 1736.8 38 20 3300 = m = kg/h (3)压缩机所消耗的功及功率 w = h2 − h1 =158.5−147 =11.5 kcal/kg W = mw=1736.811.5 =19973.2 kcal/h 23.22 860 19973.2 Nth = = kW (4)循环制冷系数 3.3 11.5 0 0 38 = = = = w q W Q （5）冷凝器热负荷 Qk =m(h2-h4)=1736.8×(158.5-109)=85971.6 kcal/h 三、本章总结 本章主要以制冷循环为研究对象，分析循环的特点，各参数的变化关系及计算热量、 功量和效率。 1、逆向卡诺循环的制冷系数只与热源和冷源的温度有关，而与工质的性质无关。 2、当环境温度一定，制冷系数只与被冷却物体的温度有关。 3、制冷系数可以大于 1,也可以小于 1。热泵供暖系数必定大于 1
四、作业与讨论作业：思考题5、6；习题12-1、12-6讨论：1.由于冷凝器作用，蒸汽排汽温度已接近自然环境温度，即已充分利用了可能达到的冷源温度，为什么说大量热量损失到外界去了？2.能量利用系数说明了全部能量利用的程度，为什么又说不能完善地说明循环的经济性呢？3．空气压缩制冷循环中，循环增压比p2/pl越小，制冷系数是越大还是越小？增压比减小，循环的制冷量如何变化？（在TS图上分析）。4设想蒸汽压缩制冷循环按12341运行，循环净功未变，仍等于h4-h2，而从冷源吸取的热量从h3-h2，增加到h2-h2，这显然是有利的。这种考虑对吗？5.试述实际采用的各种制冷装置循环与逆卡诺循环的主要差异是什么？93
93 四、作业与讨论 作业：思考题 5、6；习题 12-1、12-6 讨论： 1. 由于冷凝器作用，蒸汽排汽温度已接近自然环境温度，即已充分利用了可 能达到的冷源温度，为什么说大量热量损失到外界去了？ 2. 能量利用系数说明了全部能量利用的程度，为什么又说不能完善地说明 循环的经济性呢？ 3. 空气压缩制冷循环中，循环增压比 p2/p1越小，制冷系数是越大还是越小？ 增压比减小，循环的制冷量如何变化？（在 T-S 图上分析）。 4. 设想蒸汽压缩制冷循环按 12341 运行，循环净功未变，仍等于 h4-h2，而 从冷源吸取的热量从 h3-h2，增加到 h2-h2′，这显然是有利的。这种考虑 对吗？ 5. 试述实际采用的各种制冷装置循环与逆卡诺循环的主要差异是什么？