制冷循环的热力学原理Word格式.docx
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氯甲
烷
二氧
化硫
R114
R502
汽化
热
2256.8
1369
167.5
234.5
427.1
397.8
137.9
6
150.0
2
T（k）=t（℃）+273.15
图
2-1两种常用温标的比较
3、热量
物体在热过程中所放出或吸收的能量称为热量。
生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小。
制冷能力：
制冷设备单位时间内从冷库取走的热量。
4、比热（specific
heat）
比热是一个物性参数，意为单位度量的物质温度变化
1k
时所吸
进或放出的热量。
体积比热
Cv（J/m3.k）
摩尔比热
Cp（J/mol.k）
5、显热和潜热
不改变物质的形态而引起其温度变化的热量称为显热。
不改变物质的温度而引起其形态变化的热量称为潜热。
制冷剂的汽化潜热有何要求？
垂直作用在单位面积上的力称为压力
p（压强）。
p
是确定物质状
态的基本参数之一。
1bar=105Pa，饱和压力
Ps
与饱和温度
ts
的对
应关系。
7、比容
v
和密度
比容：
每千克物质所占有的容积。
是基本状态参数。
v=1
8、导热系数
表示材料传导热量的能力，是一个物性参数。
数值上等于：
1m
厚的材料两边温差
时在
1
小时内通过
1m2
表面积所传导的热量。
单位：
w/m.k
9、
压-焓图（lgp-h）
物质的热力状态性质可以绘制成曲线图的形式。
制冷剂性质曲线
图有多种形式。
行业中最常用的是
lgp-h
图。
图的构成可以总结为一个临界点、二条饱和线、三个状态区、
六组等值线。
等压线
—
水平线
等焓线
垂直线
等干度线
x
湿蒸汽区域内
等熵线
向右上方倾斜
等容线
等温线
垂直线（未）→水平线（湿）
→向右下方弯曲（过）
由于制冷装置中，制冷剂的实际压力并不太高，lgp-h
图靠近临
界点的高压部分和湿蒸汽区域的中间部分在热力计算中很少用到，为
了使图面清晰简捷，往往将这两部分截去。
课后练习：
图中状态点参数的查取。
二、理想制冷循环
1、热力学基本定律
热力学第零定律:
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个
热力学系统处于热平衡（温度相同），则它们彼此也必定处于热平衡。
热力学第一定律：
在任何发生能量传递和转换的热力过程中，传
递和转换前后的能量总量维持恒定。
热力学第二定律：
能量贬值原理。
热不能自发地、不付代价地从
低温物体传到高温物体。
人
：
低温物体
热量
外界补偿
高温物体
热力学第三定律：
绝对温度的零度是不可能达到。
2、制冷循环的热力学分析
正向循环是使高温热源的工质通过动力装置对外做功，然后再流
向低温热源，称为动力循环，即把热量转化为机械功的循环。
所有的热力发动机都是按正向循环工作的，在温-熵或压-焓图
上，循环的各个过程都是依次按顺时针方向变化的。
逆向循环，它是使工质（制冷剂）在吸收低温热源的热量后通过制
冷装置，并以外功作补偿，然后流向高温热源。
逆向循环是一种消耗功的循环，制冷循环就是按逆向循环进行的，
在温-熵或压-焓图上，循环的各个过程都是依次按逆时针方向变化的。
逆向循环又可分为可逆和不可逆两种。
可逆循环是一种理想循环，
它不考虑工质在流动和状态变化过程中的各种损失。
如果在工质循环
过程中考虑了上述各种损失，即为不可逆循环。
在制冷循环中，不可逆主要来自两个方面：
即制冷剂在流动和状
态变化时因内部摩擦、不平衡等引起的内部不可逆损失，以及冷凝器、
蒸发器等换热器存在传热温差的外部不可逆损失。
3、理想制冷循环
——逆卡诺
冷却介质qk
Tk’
3
冷凝器
WeWc
膨胀机
4
被冷却介质q0
T0’
蒸发器
压缩机
1
T
T0'
We
q0
b
a
S
1-2
等熵压缩→耗功
w1
2-3
等温冷凝放热
qk=（sa-sb）
3-4
等熵膨胀→做功
w2
4-1
等温蒸发
吸热
q0=T0（sa-sb）
3.1
逆卡诺循环特点
T0
与
Tk
对制冷系数的影响是不等价的，To
的影响大于
Tk。
同
时，也意味着要实现温度降低的制冷具有更高的难度。
由于逆卡诺循环不考虑各种损失，而且压缩机利用了膨胀机对外
输出的功。
因此，在恒定的高、低温热源区间，逆卡诺循环的制冷系
数最大，在该温度区间进行的其它各种制冷循环的制冷系数均小于
ε
，逆卡诺循环制冷系数可用来评价其它制冷循环的热力完善度。
湿蒸汽区域内进行湿压缩
设备：
蒸发器无传热温差
冷凝器无传热温差
压缩机无摩擦运动
膨胀机不经济，且难以加工
4、具有传热温差的逆向可逆循环
Tk’
冷却介质的温度；
T0’
被冷却介质的温度；
逆卡诺循环：
1’-2’-3’-4’-1’；
冷凝器中制冷剂的温度；
蒸发器中制冷剂的温度；
有传热温差的循环：
1-2-3-4-1；
耗功量增加：
阴影面积；
制冷量减少：
1-1’-4’-4-1。
有传热温差的制冷循环的制冷系数
εc’，小于逆卡诺循环的制冷
系数
εc
。
蒸发器传热温差对制冷系数的影响将大于冷凝器传热温差。
热力完善度：
工作于相同温度间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。
η
＝
εc’
/
εc≤1
的大小反映了实际制冷循环接近逆卡诺循环的程度。
5、具有变温热源的理想制冷循环-洛伦兹循环
在制冷装置的实际运行中，高温热源（冷却介质）和低温热源（被
冷却介质）的温度通常是不断变化的。
冷凝器中的冷却水的温度是逐
步升高，而被冷却介质的温度是不断降低的。
由于制冷剂在冷凝器和
蒸发器中保持等温冷凝和蒸发，这样就增大了制冷剂和介质之间的传
热温差，使循环不可逆损失增加，制冷系数和热力完善度下降。
为了减少不可逆传热引起的能量损失，制冷剂与冷却和被冷却介
质之间必需保持最小的传热温差，并且所有各点应保持定值。
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