工程热力学 第十一章 制冷循环

工程热力学第十一章制冷循环教案

第十一章制冷循环 学习重点: 1.掌握各种制冷装置循环设备及其工作流程。 2.掌握将实际质量循环抽象和抽象为理想循环的一般方法。 3.掌握各种制冷循环的制冷量、放热量、耗功量及制冷系数等的分析和计算方法。 4.了解分析影响各种制冷循环的制冷系数的主要因素及提高制冷系数的途径。 制冷（热泵)循环输入功量（或其他代价），从低温热源取热 11-1 空气压缩制冷循环 实际制冷装置并不是按逆向卡诺循环工作的，而是根据制冷装置所采用的工质性质，按不同的制冷循环工作。 空气可用作为制冷装置的工质。空气压缩制冷装置主要由四个热力设备组成：压气机、冷却器、膨胀机和冷库换热器。 空气压缩制冷装置的理想循环由四个可逆过程组成，即绝热压缩过程1-2、定压放热过程2-3、绝热膨胀过程3-4和定压吸热过程4-1。 循环制冷量为4-1中工质吸取的热量：

循环消耗的净功为 因此，可得空气压缩制冷循环制冷系数的表达式为 如取空气的比热容为定值，则有 按绝热过程1-2及3-4，可以得到各状态参数之间的关系式为 代入上式，可得空气压缩制冷循环的制冷系数的计算式 即 提高增压比可获得较低温度，如图中循环1-3‘-5'-6-1所示，但使压气机和膨胀机的负荷加重。 为此可采用回热器，用空气在回热器中的预热过程代替一部分绝热压缩过程，从而降低增压比。 回热式空气压缩制冷装置的循环：1-2为空气在回热器中的定压预热；2-3为压气机中空气的绝热压缩；3-4为冷却器中空气的定压放热；4-5为回热器中

空气的定压回热；5-6为膨胀机中空气的绝热膨胀；6-1为冷藏库的换热器中空气定压吸热。 由图线对比可见，与提高增压比的办法相比，采用回热措施后，制冷量、放热量、制冷系数均可不变。但是，采用回热器的空气压缩制冷装置中，压气机的增压比小得多，因而大大减轻了压气机的负荷。正是由于这个优点，使得采用回热器的空气压缩制冷装置在深度冷冻及气体液化中获得实际应用。 11-2 蒸气压缩制冷循环 如采用湿饱和蒸气为工质，就可容易地实现定温吸热和定温放热，从而可以按逆向卡诺循环工作，以便在一定的冷库温度及环境温度下获得最高的制冷系数。 用湿饱和蒸气作为制冷工质可以得到相当大的单位质量工质的制冷量（依靠汽化潜热吸热）。如以湿饱和蒸气为工质按逆向卡诺循环工作时，需要进行湿饱和蒸气的绝热压缩过程。当湿饱和蒸气吸入压气机时，工质中的饱和液体会立刻从压气机气缸壁迅速吸热而汽化，使气缸内工质的压力突然增加，影响压气机吸气，致使压气机的吸气量减少而引起制冷装置的制冷量降低。同时，在压缩过程中未汽化的液体还可能引起液击现象，以致损坏压气机。此外，湿饱和蒸气在逆向卡诺循环的绝热膨胀过程中，因工质中液体的含量很大，故膨胀机的工作条件很差。实用的蒸气压缩制冷循环是以逆向卡诺循环为基础，而对压缩过

工程热力学13---动-力-循-环讲课讲稿

工程热力学13---动- 力-循-环

动 力 循 环 一、动力循环的分析方法 1．热力学第一定律分析方法（以热效率t η为指标）： 热力学第一定律效率= 投入系统的能量 有效利用的能量 动力循环 Q W t = η 121212111T T S T S T Q Q Q W t -=??-=-==η （S TdS T ?≡?? ） 理想 1 2 1T T C -=η 循环完善性 充满系数= ABCDA abcda 面积面积对应卡诺循环功量实际循环功量= 2．热力学第二定律分析方法（以火用效率ex η为指标）： 热力学第二定律效率= 投入系统的可用能 有效利用的可用能 T

动力循环 sup ,x t ex E W = η 或 sup ,,0sup ,11x i g x i ex E S T E I ∑∑-=-=η sup ,x E 核算起点不同，可有两种结果： ① 以投入的燃料的化学能为起点 Q E E F x x ==,sup , ② 以释放热量的可用能为起点 ??? ? ?-==T T Q E E Q x x 0,sup ,1 两种分析法，一个考虑能量的“数量”，一个考虑能量的“质量”。各有侧重，相辅相成，不可偏废。两者的结合才能全面反映能量的经济性。 如书上本章*10-6 对蒸气动力循环的火用分析， 用热一律分析： 乏汽排热能量损耗最大，冷凝器散热损失约占总热量的 54.26%， 但因放热温度低，火用损失并不大，约占总火用的2.22%； 用热二律分析：锅炉的燃烧与传热火用损失最大，约占总火用的58.91% /35.84%；但其热损失仅为10%。 13 蒸汽动力循环 13.1 朗肯循环 根据热力学第二定律，在一定温度范围内卡诺循环的效率最高。 如果采用

工程热力学15制冷循环.doc

15． 制冷循环 15.1制冷与逆卡诺循环 将物体冷却到低于周围环境的温度，并且维持这一低温，称为制冷。为实现这一目的，需要将热量从低温物体（如冷藏室）移向高温物体（如环境）。由热力学第二定律可知，这一过程不能自发实现，必须消耗外部可用能，通常是消耗机械能或高温热源所提供的热能。因此制冷循环是一种逆向循环。如果循环的目的是从低 温物体取走热量，以维持物体的低温状态，称之为制冷循环。 前已述及，在两个恒温热源间的动力循环中，卡诺循环的热效率最高。按照 图15-1，由两个定温过程和两个定熵过程按照与卡诺循环相反方向（逆时针）运行的循环称为逆卡诺循环。可以证明在两个恒温热源间，逆卡诺循环的制 冷系数最大，为 L H L T T T -= max ε （15-1） 式中，H T 和L T 分别是高温热源与低温热源的温度。 L H L L Q Q Q W Q -== ε ← L L H H T Q T Q ≤ 从式中可以看出，和卡诺循环一样，逆卡诺循环的制冷系数也只与高温热源与低 温热源的温度有关。 15.2 空气压缩式制冷循环 利用空气作为制冷工质构成空气压缩制冷循环——逆布雷顿循环。和下节将要讲到的蒸汽制冷循环不同的是：在空气制冷循环中，工质不会发生相变，而是依靠显热在定压情况下吸收和放出热量，因此制冷量较小，偏离逆卡诺循环较远，经济性较低。

鉴于空气定温吸热、放热不易实现，改用两个定压过程代替，因而压缩空气制冷循环实为逆向的布雷顿循环。 分析：低温热源（冷库）吸热 412h h q -= 高温热源（环境）放热 321 h h q -= 耗功 ()()413221h h h h q q w ---=-= 制冷系数 ()()()()1 14 1324132414132412---=----=----== T T T T T T T T T T h h h h h h w q ε 过程1-2、 3-4 定熵， 43112 12T T p p T T =??? ? ??=-κ κ → κκπ1 1 24132-==--T T T T T T 故 1 1 1-= -κ κπ ε （15-2） 可见 ↑→ ↓ επ 减小增压比，可使 制冷系数提高， 但这会使 膨胀温降减小，制冷量下降。 压缩空气制冷循环的 优点：工质易得，安全。 缺点：制冷量不大。（空气热容小，增加↑π → ↓ε） 故一般在普冷（50->℃）很少用(除了用于飞机空调，直排)，在深冷（100-<℃）可用于导弹内红外探测器的冷却，不计成本效率）。 为增大制冷量须增大流量，活塞式的压气机、膨胀机让位于 叶轮式的压气

工程热力学思考题答案,第十一章

第十一章制冷循环 1.家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么？ 答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。 在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。 2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？ 答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？ 答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。

4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何？ 答： 压缩空气制冷循环的制冷系数为：()() 14 2314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε= == 空气视为理想气体，且比热容为定值，则：()() 14 2314T T T T T T ε-= --- 循环压缩比为：2 1 p p π= 过程1-2和3-4都是定熵过程，因而有：1 3 22114 k k T T P T P T -??== ??? 代入制冷系数表达式可得：11 1 k k επ -= - 由此式可知，制冷系数与增压比有关。循环压缩比愈小，制冷系数愈大，但是循环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小，如图（b ）中循环1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-3-4-1的小，其制冷量（面积199′1′1）小于循环1-2-3-4-1的制冷量（面积144′1′1）。 T s O 4′ 9′ 1′ O v （a （b ） 压缩空气制冷循环状态参数

工程热力学思考题答案,第十一章

第十一章 制冷循环 1、家用冰箱的使用说明书上指出,冰箱应放置在通风处,并距墙壁适当距离,以及不要把冰箱温度设置过低,为什么？ 答:为了维持冰箱的低温,需要将热量不断地传输到高温热源(环境大气),如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去,会使高温热源温度升高,从而使制冷系数降低,所以为了维持较低的稳定的高温热源温度,应将冰箱放置在通风处,并距墙壁适当距离。 在一定环境温度下,冷库温度愈低,制冷系数愈小,因此为取得良好的经济效益,没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。 2、为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？ 答:由于空气定温加热与定温放热不易实现,故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中,用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3、压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机,压缩空气制冷循环就是否也可以采用这种方法？为什么？ 答:压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程就是不可逆绝热过程,不可逆绝热节流熵增大,所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中,因为工质的干度很小,所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机,既增加了系统的投资,又降低了系统工作的可靠性。因此,为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。 4、压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何？ 答: 压缩空气制冷循环的制冷系数为:()() 142314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε=== (a) (b) 压缩空气制冷循环状态参数图

工程热力学—动力循环

7 动力循环（Power Cycles） 热能向机械能转换需要通过工质地循环,理想地循环是卡诺循环,但卡诺循环并不实用,其中地等温过程就难以实现.利用相变过程固然可以实现等温过程,但在吸热温度、压力方面却不遂人愿,所以实际循环与卡诺循环地差异比较大.但实际循环与卡诺循环并不是一点关系也没有,实际循环与卡诺循环一样,也有吸热、作功、放热、压缩四种过程组成,其中吸热常常伴随燃料燃烧放热. 为了提高动力循环地能量转换地经济性,必须依照热力学基本定律对动力循环进行分析,以寻求提高经济性地方向及途径. 实际动力循环都是不可逆地,为提高循环地热经济性而采取地各种措施又使循环变得非常复杂.为使分析简化,突出热功转换地主要过程,一般采用下述手段：首先将实际循环抽象概括成为简单可逆理论循环,分析该理论循环,找出影响其循环热效率地主要因素和提高热效率地可逆措施；然后分析实际循环与理论循环地偏离之处和偏离程度,找出实际损失地部位、大小、原因及改进办法.本课程主要关心循环中地能量转换关系,减少实际损失是具体设备课程地任务,因此我们主要论及前者. 7.1 内燃动力循环 内燃机地燃料燃烧（吸热）、工质膨胀、压缩等过程都是在同一设备——气缸–活塞装置中进行地,结构紧凑.由于燃烧是在作功设备

内进行地,所以称为内燃机. 汽车最常用地动力机是内燃机,但是随着技术地进步、环境保护标准地提高与石油天然气资源紧缺,使用蓄电池、燃料电池或太阳能电池地电动汽车已经呼之欲出.目前提到汽车发动机仍然主要是指内燃机. 内燃机具有结构紧凑、体积小、移动灵活、热效率高和操作方便等特点,广泛用于交通运输、工程机械、农业机械和小型发电设备等领域.它是仿照蒸汽机地结构发明地,最初使用煤气作为燃料.随着石油工业地发展,内燃机获得了更合适地燃料——汽油和柴油.德国人奥托（Nicolaus A. Otto）首先于1877年制成了实用地点燃式四 1—气缸盖和气缸体；2—活塞；3—连杆；4—水泵；5—飞轮；6 —曲轴；7—润滑油管；8—油底壳；9—润滑油泵；10—化油器； 11—进气管；12—进气门；13—排气门；14—火花塞 图7-1 单缸四冲程内燃机结构

工程热力学与传热学(第十七讲)11_1、2、3

第十一章蒸汽压缩制冷循环 制冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境温度，并维持这个低温，称为制冷。 制冷技术广泛应用于生产、科研、生活中。 制冷循环的目的：是将低温热源的热量转移到高温热源。 根据热力学第二定律，为了达到这个目的，必须提供机械能或热能作为代价。 根据所消耗的能量形式不同，一般可将逆循环分为两大类： ①消耗机械能的压缩式制冷循环。 包括：空气压缩制冷循环和蒸汽压缩制冷循环。 ②消耗热能的制冷循环。 包括：蒸汽喷射式制冷循环和吸收式制冷循环。 本章介绍最常用的蒸汽压缩制冷循环，并分析提高其经济性的途径。 第一节制冷剂及p-h图 制冷剂是制冷装置的工质，主要是低沸点物质。蒸汽压缩制冷装置中的制冷剂主要是氟里昂和液氨。 常用的氟利昂有：氟利昂12（CF2Cl2）、氟利昂22（CHF2Cl）、氟利昂134a （C2H2F4）、氨等。物理性质见表11-1。

制冷剂在制冷循环中存在汽-液相变，为了计算制冷循环中个过程的能量变化和状态参数，需要查找制冷剂的饱和蒸汽表和过热蒸汽表。 但是，工程上更多的是应用制冷剂的压-焓图（p-h图）进行分析。 p-h图是根据制冷剂蒸汽性质表绘制的。 p-h图是以logp为纵坐标、以h为横坐标建立的半对数坐标图。 如图11-1所示。 说明：①采用logp为坐标，可以使压力从0.001~0.01Mpa，从0.01~0.1Mpa，从0.1~1Mpa所占的坐标高度相同，使低压区图线面积增大，读数更准确。 ②因为实际蒸汽压缩制冷循环常用的工作压力围都远低于临界压力，所以工程上使用的p-h图都没有绘制较高压力部分。 p-h图分析：全图共有六条线、三个区（未饱和液体区、湿蒸汽区、过热蒸汽区）和一个点临界点C）。

工程热力学第十章蒸汽动力装置循环教案

第十章 蒸汽动力循环 蒸汽动力装置：是实现热能→机械能的动力装置之一。 工质 ：水蒸汽。 用途 ：电力生产、化工厂原材料、船舶、机车等动力上的应用。 本章重点： 1、蒸汽动力装置的基本循环 朗肯循环匀速回热循环 2、蒸汽动力装置循环热效率分析 y T 的计算公式 y T 的影响因素分析 y T 的提高途径 10-1 水蒸气作为工质的卡诺循环 热力学第二定律通过卡诺定理证明了在相同的温度界限间，卡诺循环的热效率最高，但实际上存在种种困难和不利因素，使得实际循环（蒸汽动力循环）至今不能采用卡诺循环但卡诺循环在理论上具有很大的意义。 二、为什么不能采用卡诺循环 若超过饱和区的范围而进入过热区则不易保证定温加热和定温放热，即不能按卡诺循环进行。 1-2 绝热膨胀（汽轮机） 2-C 定温放热（冷凝汽） 可以实现 5-1 定温加热（锅炉） C-5 绝热压缩（压缩机） 难以实现 原因：2-C 过程压缩的工质处于低干度的湿汽状态 1、水与汽的混合物压缩有困难，压缩机工作不稳定，而且3点的湿蒸汽比容比 水大的多'23νν>'232000νν≈需比水泵大得多的压缩机使得输出的净功大大 p v

减少，同时对压缩机不利。 2、循环仅限于饱和区，上限T1受临界温度的限制，即使是实现卡诺循环，其理论效率也不高。 3、膨胀末期，湿蒸汽所含的水分太多不利于动机 为了改进上述的压缩过程人们将汽凝结成水，同时为了提高上 限温这就需要对卡诺循环进行改进，温度采用过热蒸汽使T1高于临界温度，改进的结果就是下面要讨论的另一种循环—朗肯循环。 10-2 朗肯循环 过程： 从锅炉过热器与出来的过热蒸汽通过管道进入汽轮机T，蒸汽部分热能在T 中转换为机械带动发电机发电，作了功的低压乏汽排入C，对冷却水放出γ，凝结成水，凝结成的水由给水泵P送进省煤器D′进行预热，然后在锅炉内吸热汽化，饱和蒸汽进入S继续吸热成过热蒸汽，过程可理想化为两个定压过程，两个绝热过程—朗诺循环。 1-2 绝热膨胀过程，对外作功 2-3 定温（定压）冷凝过程（放热过程） 3-4 绝热压缩过程，消耗外界功 4-1 定压吸热过程，（三个状态） 4-1过程：水在锅炉和过热器中吸热由未饱和水变为过热蒸汽过程中工质与外界无技术功交换。 1-2过程：过热蒸汽在汽抡机中绝热膨胀，对外作功，在汽轮机出口工质达到低压低温蒸汽状态称乏汽。 2-3过程：在冷凝器中乏汽对冷却水放热凝结为饱和水。 3-4过程：水泵将凝结水压力提高，再次送入锅炉，过程中消耗外功。

工程热力学思考题答案,第十一章

第十一章 制冷循环 1.家用冰箱的使用说明书上指出,冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么? 答:为了维持冰箱的低温,需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高,从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处,并距墙壁适当距离。 在一定环境温度下,冷库温度愈低，制冷系数愈小,因此为取得良好的经济效益,没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。 2．为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环? 答:由于空气定温加热和定温放热不易实现,故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么? 答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大,所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小,所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机,既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此,为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。 4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何？ 答： 压缩空气制冷循环的制冷系数为:()() 14 2314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε= == （a ） （b ） 压缩空气制冷循环状态参数图

工程热力学思考题答案,第十一章

第十一章制冷循环 1?家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么？ 答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。 在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。 2?为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？ 答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3. 压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？ 答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是 不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。4. 压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如 何？ 答： 压缩空气制冷循环状态参数图 压缩空气制冷循环的制冷系数为: q。q。h1- h4 W net q k-q。h2-h3 - n-h4 (b)

循环压缩比为： P2 P 1 k 1 过程1-2和3-4都是定熵过程，因而有： 卫 P 2 ~ T 3 T 1 R T 4 代入制冷系数表达式可得： — 亍1 由此式可知，制冷系数与增压比有关。循环压缩比愈小，制冷系数愈大，但是循 环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小，如图（ b ）中循环 1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-341的小，其制冷量（面积199' 1）小于循环 1-2-341的制冷量（面积144' 1）'。1 5. 压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提高其理论制冷系数？能否提高其实 际制冷系数？为什么？ 答：采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其实际制冷系数。 因为采用 回热后工质的压缩比减小，使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小， 因 此提高实际制冷系数。 6. 按热力学第二定律，不可逆节流必然带来做功能力损失，为什么几乎所有的压 缩蒸气制冷装置都采用节流阀？ 答：压缩蒸气制冷循环中，湿饱和蒸气在绝热膨胀过程中，因工质中液体的含量 很大，故膨胀机的工作条件很差。为了简化设备，提高装置运行的可靠性，所以 采用节流阀。 7. 参看图5，若压缩蒸汽制冷循环按1-2-3-4-8-1运行，循环耗功量没有变化，仍 为h2-h1，而制冷量却从h 1-h 5.增大到h 1-h 8，显见是有利”的。这种考虑可行么？ 为什么？ 答：过程4-8熵减小，必须放热才能实现。而4点工质温度为环境温度T o ,要想 放热达到温度T c （8点），必须有温度低于T c 的冷源，这是不存在的。（如果有， 就不必压缩制冷了）。 8. 作制冷剂的物质应具备哪些性质？你如何理解限产直至禁用氟利昂类工质， 如 R11、 R12？ 答：制冷剂应具备的性质：对应于装置的工作温度，要有适中的压力；在工作温 度下气化潜热要大；临界温度应高于环境温度；制冷剂在 T-s 图上的上下界限线 要陡峭；工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度； 比体积要小；传热特性 要好；溶油性好；无毒等。限产直至禁用 R11和R12时十分必要的，因为这类 物质进入大气后在紫外线作用下破坏臭氧层使得紫外线直接照射到地面， 破坏原 有的生态平衡。 9. 本章提到的各种制冷循环有否共同点？若有是什么？ 答：各种制冷循环都有共同点。从热力学第二定律的角度来看， 无论是消耗机械 能还是热能都是使熵增大，以弥补热量从低温物体传到高温物体造成的熵的减 小，从而使孤立系统保持熵增大。 空气视为理想气体，且比热容为定值，则: T 4

工程热力学13动力循环.doc

动 力 循 环 一、动力循环的分析方法 1．热力学第一定律分析方法（以热效率t η为指标）： 热力学第一定律效率= 投入系统的能量 有效利用的能量 动力循环 Q W t = η 121212111T T S T S T Q Q Q W t -=??-=-==η （S TdS T ?≡?? ） 理想 1 2 1T T C -=η 循环完善性 充满系数= ABCDA abcda 面积面积对应卡诺循环功量实际循环功量= 2．热力学第二定律分析方法（以火用效率ex η为指标）： 热力学第二定律效率= 投入系统的可用能 有效利用的可用能 动力循环 sup ,x t ex E W = η 或 sup ,,0sup ,11x i g x i ex E S T E I ∑∑-=-=η T

sup ,x E 核算起点不同，可有两种结果： ① 以投入的燃料的化学能为起点 Q E E F x x ==,sup , ② 以释放热量的可用能为起点 ??? ? ?-==T T Q E E Q x x 0,sup ,1 两种分析法，一个考虑能量的“数量”，一个考虑能量的“质量”。各有侧重，相辅相成，不可偏废。两者的结合才能全面反映能量的经济性。 如书上本章*10-6 对蒸气动力循环的火用分析， 用热一律分析： 乏汽排热能量损耗最大，冷凝器散热损失约占总热量的54.26%， 但因放热温度低，火用损失并不大，约占总火用的2.22%； 用热二律分析：锅炉的燃烧与传热火用损失最大，约占总火用的58.91% /35.84%； 但其热损失仅为10%。 13 蒸汽动力循环 13.1 朗肯循环 根据热力学第二定律，在一定温度范围内卡诺循环的效率最高。 如果采用气体作为工质，则很难实现卡诺循环中的等温吸热和等温放热这两个过程。 然而我们已经知道，在湿蒸汽区内，蒸汽的 吸热和放热都是等温过程，同时也是等压过程。因此如果以饱和蒸汽作为工质，可以在蒸汽的湿蒸汽区内实现卡诺循环。图 13-1给出了饱和蒸汽卡诺循环的T －s 图。等温吸热过程4-1为在锅炉中的定压吸热过程；等温放热过程2-3

制冷原理双语版第十一章

Chapter 11 Condensing Equipment 第11章冷凝设备 11-1 Function and Classification of Condensers 李增扬11-1 冷凝器的作用和分类 1. Function of Condensers 1. 冷凝器的功能 A condenser is a heat exchanger which condenses a refrigerant from its vapor to its liquid state. In so doing, the latent heat is given up by the refrigerant and will transfer to the condensing medium. The condenser is one of the principal components in a vapor compression refrigeration system. 冷凝器是将制冷剂从蒸气冷凝到液体状态的换热器。这样，制冷剂释放潜热，热量被冷凝媒介带走。在蒸气压缩制冷系统中冷凝器是一个主要的设备。 As shown in Fig.11-1, the purpose of the condenser is to remove heat from the refrigerant vapor leaving the compressor, so that the refrigerant will condense to its liquid state at the condensing pressure. Liquid refrigerant is often subcooled the condensing process. 如图11-1所示，冷凝器的目的是将离开压缩机的制冷剂蒸气热量移走，所以制冷剂在冷凝压力下将被冷凝到液体状态。在冷凝过程中，液体制冷剂被冷却到过冷。 The heat-transfer process in a condenser occurs in three stages as implicated in Fig.11-1. 在冷凝器中发生的传热过程发生在图11-1所包含的三部分。 1)Desuperheating of the hot vapor. 1)热蒸气的过热降低 2)Condensing of the vapor to liquid state and release of the latent heat. 2) 蒸气被冷凝为液体并放出潜热。 3)Subcooling of the liquid refrigerant. 3) 液体制冷剂过冷 Though the surface heat-transfer coefficient is lower on the hot vapor side during desuperheating of the vapor, it does not affect too much to the heat transfer as there is a greater temperature difference between the vapor and the cooling medium. The subcooling only takes place in a small portion of the condenser’s surface area. Therefore, for simplification, an average heat-transfer coefficient is used for the whole condenser’s surface area, and the condensation of refrigerant is assumed to occur at the condensing temperature. 虽然在热蒸气过热降低的过程中，蒸气侧的表面换热系数很低，但由于热制冷剂蒸气与冷凝媒介间的温差很大，所以它的影响并不大。在冷凝器表面，过冷值占了很少的一部分区域。因此，为了简化，整个冷凝器表面都用假定的平均换热系数，并且假定制冷剂在冷凝温度下液化。 2. Classification of Condensers 2. 冷凝器的分类 Based on the diverse applications, condensers are manufactured in a wide variety of types, shapes, and sizes. Condensers can be classified in a number of ways according to their structure, condensing medium and arrangement of air flow, etc. Fig.11-2 lists the ways of classification for condensers.

工程热力学课后答案

第六章 水蒸气性质和蒸汽动力循环 思 考 题 1. 理想气体的热力学能只是温度的函数，而实际气体的热力学能则和温度及压力都有关。试根据水蒸气图表中的数据，举例计算过热水蒸气的热力学能以验证上述结论。 [答]： 以500℃的过热水蒸汽为例，当压力分别为1bar 、30bar 、100bar 及300bar 时，从表中可查得它们的焓值及比容，然后可根据u h pv =-计算它们的热力学能，计算结果列于表中： 由表中所列热力学能值可见：虽然温度相同，但由于是实际气体比容不同，热力学能值也不同。 2. 根据式(3-31)c h T p p =?? ????? ??? ? ????可知：在定压过程中d h =c p d T 。这对任何物质都适用，只要过程是定压的。如果将此式应用于水的定压汽化过程，则得d h = c p d T =0 （因为水定压汽化时温度不变，d T =0）。然而众所周知 , 水在汽化时焓是增加的 (d h >0)。问题到底出在哪里? [答] ：的确，d h =c p d T 可用于任何物质，只要过程是定压过程。水在汽化时，压力不变，温度也不变，但仍然吸收热量（汽化潜热）吸热而不改变温度，其比热应为无穷大，即此处的p C 亦即为T C ，而T C =∞。此时0dh =∞g ＝不定值，因此这时的焓差或热量（潜热）不同通过比热和温差的乘积来计算。 3. 物质的临界状态究竟是怎样一种状态？ [答] ：在较低压力下，饱和液体和饱和蒸汽虽具有相同的温度和压力，但它们的密度却有很大的差别，因此在重力场中有明显的界面（液面）将气液两相分开，随着压力升高，两饱和相的密度相互接近，而在逼近临界压力（相应地温度也逼近临界温度）时，两饱和相的密度差逐渐消失。流体的这种汽液两相无法区分的状态就是临界状态。由于在临界状态下，各微小局部的密度起伏较大，引起光线的散射形成所谓临界乳光。

工程热力学第十一章制冷循环作业

第11 致冷循环 例1压缩空气制冷循环运行温度 ， ，如果循环 增压分别为 3 和 6 ，分别计算它们的循环性能系数和每 kg 工质的制冷量。假定空气为理想气体，此热容取定值 。 解：由 1 1.411.4 1 1 1 2.71213 1a k k επ--= ==-- 1 1.411.4 2 1 1 1.4961 6 1 b k k επ--= = =-- 11 1.4 14 1.4 4.30311()()300()219.183k k k k a a p T T T K p π---===?= 1 1.4 11.44.01 1( ) 300()179.816k k b b T T K π--==?= 11 1.41 2 1.42.111 ()2903396.93k k k k a a p T T T K p π---===?= 1 1.411.4 2.1290648 3.86k k b b T T K π--==?= .141() 1.005(290219.18)71.2/c a p a q c T T kJ kg =-=?-= .141() 1.005(290179.81)110.7/c b p b q c T T kJ kg =-=?-= 例2 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q 0;(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 参考图10.2示： S T T 0T c 4 21 ρ3 ρ2 1

38 (3)压缩机所消耗的功及功率 5.111475.15812=-=-=h h w kcal/kg 2.199735.118.1736=?==mw W kcal/h 22.23860 2.19973==th N kW (4)循环制冷系数 3.35 .113800==== εσw q W Q （5）冷凝器热负荷Q K 因h 4=h s ,Q k =mq k =m(h 2-h 4)=1736.8×(158.5-109)=85971.6 kcal/h

工程热力学思考题答案,第十一章

工程热力学思考题答案,第 十一章 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

第十一章 制冷循环 1.家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么 答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。 在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。 2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环 答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法为什么 答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。 4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何 答： T （a （b ） 压缩空气制冷循环状态参数图

工程热力学思考题答案,第十一章

工程热力学思考题答案, 第十一章 Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022

第十一章制冷循环 1.家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么？ 答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。 在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。 2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？ 答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？ 答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。

4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何？ 答： 压缩空气制冷循环的制冷系数为：()() 14 2314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε= == 空气视为理想气体，且比热容为定值，则：()() 14 2314T T T T T T ε-= --- 循环压缩比为：2 1 p p π= 过程1-2和3-4都是定熵过程，因而有：1 3 22114 k k T T P T P T -??== ??? 代入制冷系数表达式可得：11 1 k k επ -= - 由此式可知，制冷系数与增压比有关。循环压缩比愈小，制冷系数愈大，但是循环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小，如图（b ）中循环1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-3-4-1的小，其制冷量（面积199′1′1）小于循环1-2-3-4-1的制冷量（面积144′1′1）。 T s O 4′ 9′ 1′ O v （a （b 压缩空气制冷循环状态参数