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1、Tianjin University of Commerce Chapte r单级蒸汽压缩式 制冷循环21BACKTianjin University of Commerce本章内容v本章学习思路制冷原理的热力学基础：基本概念、热力学第一定律 、热力学第二定律、P-h图、T-s图、理想循环理论循环实际循环v蒸气压缩式制冷循环是目前应用最广泛的制冷方 式学习重点BACKTianjin University of Commerce1、制冷原理的热力学基础1.1 基本概念v热力学能热力学能U（J）、比热力学能 u （J/kg）状态参数两个独立状态参数的函数 宏观动能 重力位能 工质的总能 比总能 总
2、能工质的总储存 能 内部储存能 外部储存能热力学能 UBACKTianjin University of Commerce1.1 基本概念v能量的传递和转化：能量从一个物体传递到另一 个物体有两种方式作功传热v推动功：系统中的工质因流动而传递的功推动功=pV=mpv1kg工质：推动功=pvBACKTianjin University of Commerce1.1 基本概念v开口系统和外界功的交换1kg工质从1-1流入热力系，工质带入系统的推动功 p1v1 （外界对系统作功）工质从截面2-2流出，带出系 统的推动功为p2v2 （系统对外界作功）D(pv) = p2v2 - p1v1 是系统为维
3、持工质流动所需的功流动 功 BACKTianjin University of Commerce1.1 基本概念v焓H =U+pV比焓： h = u + pvv焓 = 推动功+热力学能v某一截面上的焓值可以理解为该截面上带入 / 带出系统的、除动能和重力位能外的总能量v焓是一个状态参数，可以表示成另外两个独立状态参数的函数h = f( p,v); h = f( p,T); h = f( T,p) BACKTianjin University of Commerce1.2 热力学第一定律v自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被 创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态 转变为另一种形态，且
4、在能量的转化过程中能量 的总量保持不变。进入系统的能量 - 离开系统的 能量 = 系统中储存能量的增加v热力学第一定律的基本能量方程式闭口系统的能量平衡开口系统的能量平衡BACKTianjin University of Commerce1.2.1 闭口系统的能量平衡v工质从外界吸热Q后从状态1变化到2，对外作功P。若工质宏观动能和位能的变化忽略不计，则v加给工质的热量一部分用于增加工质的热力学能储 存于工质内部，其余部分以作功的方式传递至外界v对微元过程: v对于1 kg工质:BACKTianjin University of Commerce1.2.2 开口系统的能量平衡v开口系统工质 定
5、常流动质量 流量qm，1、2分别为系统进 出口，外界对 系统作功P，向 系统传热量Q BACKTianjin University of Commerce1.2.2 开口系统的能量平衡v如果系统有多股流体进出，？v对于 1 kg 流体：BACKTianjin University of Commerce1.2.3 能量方程式的应用 膨胀机忽略进出口 动能、位能忽略进出口 动能、位能 绝热 压缩机BACKTianjin University of Commerce1.2.3 能量方程式的应用v喷嘴 工质流经换热器时和外 界有热量交换，但无功交 换，动能差和位能差也可 忽略不计 工质流经喷嘴或扩压
6、管 时不对外界作功 ，热量 交换可忽略不计v换热器BACKTianjin University of Commerce1.2.3 能量方程式的应用u节流 工质流过阀门时流动截面突然收缩，压力下降 ，这种流动称为节流 设流动绝热，前后两截面间的动能差和位能差 忽略，因过程无对外做功，故节流前后的焓相 等BACKTianjin University of Commerce1.3 热力学第二定律v热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高温 物体v研究与热现象相关的各种过程进行的方向、条件 及限度的定律v熵是热力学状态参数，是判别实际过程的方向， 提供过程能否实现、是否可逆的判据对于可逆循环：BACK
7、Tianjin University of Commerce1.4 压焓图、温熵图v制冷剂在循环过程中其状态不断变化，从热力学 的观点看，每一个状态均可用热力状态图上的一 个点来表示，热力过程可用图上的一条线表示v将制冷循环过程表示在热力状态图上，可直观地 表示循环中各个过程的热力参数变化、各个过程 之间的关系，方便地分析某一过程发生变化时对 其他过程产生的影响v常用的有压焓图、温熵图。v重点内容之一，掌握好BACKTianjin University of Commerce6线：等压线等比焓线等温线等比熵线等比容线等干度线1.4.1 压焓图ph绝 对 压 力 ， 对 数 坐 标K1点：临界点
8、Kx =0 x =1 2线：饱和液线饱和气线 3区：过冷液体区两相区过热蒸气区过冷液两相区过热蒸汽htxpsvBACKTianjin University of Commerce单质/共沸/近共沸制冷剂压焓图（R134a）图上标出在300kpa压力下 R134a工质的饱和液相、饱 和汽相及x=0.4的混合物的 热力参数过热蒸汽温度为 15，压力 300kpa，在图上 标出其热力参数BACKTianjin University of Commerce6线：等温线等比熵线等压线等比焓线等比容线等干度线1.4.2 温熵图TsK1点：临界点Kx =0x =1 2线：饱和液线饱和气线 3区：过冷液体区两
9、相区过热蒸气区过冷液两相区过热蒸汽spxThvBACKTianjin University of Commerce1.5 两类理想制冷循环的性能系数v以机械能或电能驱动的制冷机v以热能驱动的制冷机 制冷系数 国外统称为性 能系数：COP（ Coefficient of Performance）or 对于热泵系统： 热力系数BACKTianjin University of Commerce1.5.1 机械能驱动的理想制冷机 能量平衡：IF 循环是可逆的：IF 热源温度恒定：逆卡诺循 环的COPBACKTianjin University of Commerce可逆制冷循环4132qkqoWWc
10、 cWWe e可逆循环： 压缩、膨胀过 程是可逆的 两个传热过程 无温差BACKTianjin University of Commerce逆卡诺循环13T4sTk52T061-2：等熵压缩，制冷剂从冷源 温度可逆绝热压缩到热源温度2-3：等温放热，制冷剂放热至 热源，制冷剂温度恒定 3-4：等熵膨胀，工质从热源温 度可逆绝热膨胀到冷源温度4-1：等温吸热，工质从冷源吸 热，制冷剂保持温度恒定 制冷工质向高温热源放热量 制冷量 系统所消耗的功 卡诺性能系数 BACKTianjin University of Commerce1.5.1 机械能驱动的理想制冷机v两个恒温热源间工作的可逆制冷机（逆
11、卡诺循环 ），其COP大小只与高低温热源温度有关，与制冷剂等因素无关。v逆卡诺循环在相同温度范围内COP最高的制冷循环v高低温热源温度越接近COP越高BACKTianjin University of Commerce1.5.2 热能驱动的理想制冷机 能量平衡：IF 循环是可逆的：IF 热源温度恒定：（a）逆卡诺循环的COP （b）在驱动热源和高温热源温度间工作的热机效率与ec不具可比 性-消耗的能 量品位不同BACKTianjin University of Commerce1.5.2 热能驱动的理想制冷机 相当于逆卡诺循环和可逆热机组合 COP大小只与高低温热源、驱动热源温度有关 Tg、Tk -T0 COPBACKTianjin University of Commerce1.5.3 制冷循环效率（热力学完善度）vCOPc表示在一定的冷热源温度及驱动热源温度条件下能达到的性能系数的最大值v制冷循环效率（热力学完善度）评价实际制冷 循环的COP与理想可逆制冷循环的接近程度 COP表示收益 / 耗能比值（数量），不涉及能量品位 实际制冷机COP工作温度、制冷剂、制冷机部件效率 比较制冷机的COP必须是同类制冷机、在相同工况条件下 h表示的是实际制冷机的COP与其同类的、在相同工况条件 工作的理想制冷机的COPc，的比值，任意两台制冷机可比
