制冷方法教學課件

1、第2章 制冷方法,2.1 物質(zhì)相變制冷,固體相變冷卻 冰融化 冰鹽冷卻 干冰升華 液體汽化制冷 蒸汽壓縮式 吸收式 蒸汽噴射式 吸附式,2.1.1 相變制冷概述,固體相變冷卻 冰融化 335kj/kg 冰鹽冷卻 NaCl冰鹽，溫度-0.7x 干冰升華 646kj/kg -78攝氏度,1） 固體相變制冷,2） 液體汽化制冷,（1） 原理,蒸發(fā)過程,汽,液,1,補充水,抽出蒸汽,2,被冷卻物質(zhì),是否可行？,是否可行？,1,2,冷卻 介質(zhì),蒸發(fā),冷凝,增壓,降壓,怎樣才能制冷制熱呢?,2.1.2 蒸氣壓縮式制冷,利用制冷劑由液體狀態(tài)汽化為蒸氣狀態(tài)過程中吸收熱量，達到制冷的目的。,蒸氣壓縮式制冷,蒸氣

2、壓縮式制冷基本系統(tǒng),2.1.2 蒸汽壓縮式制冷,2.1.3 吸收式制冷,1）吸收式制冷原理,2.1.3 吸收式制冷,吸收式制冷機是一種以熱能為主要動力的制冷機 。 蒸汽壓縮制冷循環(huán)：壓縮機（消耗機械功） 吸收式制冷循環(huán)：吸收塔，解吸器，換熱器，泵（消耗低品位熱量）,氣體制冷劑回復液體狀態(tài) 利用吸收或吸附方式,制冷劑蒸發(fā),吸收熱量制冷,2.1.3 吸收式制冷循環(huán),吸收式制冷循環(huán),由于它是利用工質(zhì)對的質(zhì)量分數(shù)變化，完成制冷劑的循環(huán)，因而被稱為吸收式制冷,蒸汽吸收式制冷,2.1.4 蒸汽噴射式制冷,工作過程,2.1.4 蒸汽噴射式制冷,圖2-5 蒸汽噴射式制冷系統(tǒng) 1噴射器（噴嘴 b擴壓器 c吸入室

3、） 2冷凝器 3蒸發(fā)器 4節(jié)流閥 5 、6泵,2.1.4 蒸汽噴射式制冷,2.1.4 蒸氣噴射式制冷循環(huán),蒸氣噴射式制冷機只用單一物質(zhì)為工質(zhì),雖然從理論上談可應用一般的制冷劑作為工質(zhì),但到目前為止，只有以水為工質(zhì)的蒸氣噴射式制冷機得到實際應用。,當用水為工質(zhì)所制取的低溫必須在0以上，故蒸氣噴射式制冷機目前只用于空調(diào)裝置或用來制備某些工藝過程需要的冷媒水。,2.1.4 蒸汽噴射式制冷,圖2-6 蒸汽噴射式制冷機理論工作循環(huán)的溫熵圖,現(xiàn)在可根據(jù)圖2-6進行理論循環(huán)的熱力計算。,(2-6),式中 被引射制冷蒸氣的流量,鍋爐的供熱量,(2-7),式中 工作蒸氣流量,冷凝器放熱量,(2-8),制冷量,泵

4、功較小，如果予以忽略，則整個制冷機的熱平衡式為,其中比值,稱為 噴射系數(shù)，它表示1Kg工作蒸氣能引射的低壓蒸氣的數(shù)量,(2-9),(2-10),2.1.5 吸附式制冷方法,吸附式制冷原理 對制冷劑氣體具有吸附作用固體吸附劑。 固體吸附劑吸附時，產(chǎn)生制冷作用，吸附能力與溫度有關； 解析時，加熱吸附劑，釋放出制冷劑氣體，并使之凝為液體。 是以熱能為動力的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。,吸附式制冷,水,吸附床,冷凝器,蒸發(fā)器,白天脫附,水,夜間吸附,吸附式制冷系統(tǒng)的特點,具有不耗電、無任何運動部件、系統(tǒng)簡單、沒有噪聲、無污染、不需維修。 提供家庭用熱水和冬季采暖用熱源。 缺點是循環(huán)屬于間歇性的，太陽能的波動會進一步

5、影響到系統(tǒng)的循環(huán)特性。,2.2 電磁聲制冷,熱電制冷 磁制冷 聲制冷,2.2.1熱電制冷,珀爾貼效應，在兩種不同金屬組成的閉合線路中，若通以直流電，就會使一個接點變冷，一個變熱，亦稱溫差電現(xiàn)象。 （正效應塞貝克效應，會在兩接觸點間產(chǎn)生一個電勢差接觸電動勢。 ） 熱電制冷溫差電制冷。,半導體制冷,半導體材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點，決定了它產(chǎn)生的溫差電現(xiàn)象比其他金屬要顯著得多，所以熱電制冷都采用半導體材料，亦稱半導體制冷。,熱電制冷,圖2-11 由P型和N型半導體組成的熱電制冷元件,制冷方法,單級熱電堆,熱電制冷具有其顯著特點,不用制冷劑 無機械傳動部分 冷卻速度和制冷溫可任意調(diào)節(jié) 可將冷熱端互換 體積和

6、功率都可做得很小 方便的可逆操作 可做成家用冰箱，或小型低溫冰箱 可制成低溫醫(yī)療器具 可對儀器進行冷卻 可做成零點儀,2.3 渦流管制冷,是利用人工方法產(chǎn)生漩渦，使氣流分為冷熱兩部分。利用分離出來的冷氣流即可制冷。,渦流管制冷裝置,渦流管制冷裝置,渦流管制冷系統(tǒng),2.4 氣體膨脹制冷,歷史上第一次實現(xiàn)的氣體制冷機是以空氣作為工質(zhì)的，并且稱為空氣制冷機,2.4.1 氣體絕熱節(jié)流,1.實際氣體的節(jié)流,理想氣體的焓值僅是溫度的函數(shù)，氣體節(jié)流時溫度保持不變，而實際氣體的焓值是溫度和壓力的函數(shù)，節(jié)流后溫度一般會發(fā)生變化。,焦耳湯姆遜系數(shù),(2-34),（2） 焦耳湯姆遜效應,由熱力學微分方程式推導得,(

7、2-35),(2-34),節(jié)流過程的物理特征,對實際氣體,對空氣和氧 在P15103kPa,(2-36),對理想氣體,(3) 轉(zhuǎn)化溫度與轉(zhuǎn)化曲線,在TP圖上繪制絕熱節(jié)流條件下的等焓曲線,3）零效應的連線稱為轉(zhuǎn)化曲線，如圖上虛線所示。,2）若節(jié)流后氣體溫度保持不變，這樣的溫度稱為轉(zhuǎn)化溫度。,1）焦耳湯姆遜系數(shù)就是圖上等焓線的斜率,4）節(jié)流后升溫,5）節(jié)流后降溫,曲線分析,表2-7 最大轉(zhuǎn)化溫度 列出了一部分氣體的最高轉(zhuǎn)化溫度。,轉(zhuǎn)化溫度與轉(zhuǎn)化曲線理論推導,范德瓦爾,氣體狀態(tài)方程帶入定義式,(2-37),(2-38),轉(zhuǎn)化曲線,2.4.1 氣體絕熱節(jié)流,2.絕熱節(jié)流制冷循環(huán),圖2-23 預冷型林德

8、-漢普森制冷機。,預冷的重要作用:由于常溫下節(jié)流會產(chǎn)生熱效應，為了系統(tǒng)能夠起動降溫，必須將氣體溫度降低到轉(zhuǎn)化溫度以下以保證節(jié)流制冷。,圖2-24 林德-漢普森制冷的T-S圖,圖2-25 預冷型林德-漢普森制冷機的熱力循環(huán)圖。,2.4.2 布雷頓制冷循環(huán),1.等熵膨脹制冷,（2）絕熱膨脹,微分等熵效應,對理想氣體(k為絕熱指數(shù)),(2-39),(2-41),2. 氣體工質(zhì)布雷頓制冷循環(huán),壓縮式空氣制冷機的工作過程也是包括等熵壓縮，等壓冷卻，等熵膨脹及等壓吸熱四個過程,這與蒸汽壓縮式制冷機的四個工作過程相近，其區(qū)別在于工質(zhì)在循環(huán)過程中不發(fā)生集態(tài)改變,NEXT,壓 縮 機,膨脹機,空氣冷卻器,1,2

9、,3,4,(a)系統(tǒng)流程圖,(b)循環(huán)的T-S圖,s,T,氣體膨脹系統(tǒng)流程圖,冷室,1,2,3,4,圖2-26 無回熱空氣制冷機系統(tǒng)圖 -壓縮機 -冷卻器 -膨脹機 -冷箱,圖2-27 無回熱空氣制冷機 理論循環(huán)的p-V圖與T-s圖,1-2是等熵壓縮過程,2-3是等壓冷卻過程,3-4是等熵膨脹過程,4-1是在冷箱中的等壓吸熱過程,四個工作過程分析,理論循環(huán)的熱力性能計算,(2-44),(2-45),單位壓縮功 和 膨脹功 分別是：,(2-46),(2-47),單位制冷量,冷卻器的單位熱負荷,循環(huán)消耗的 單位功,(2-49),(2-48),若不計比熱隨溫度的變化,制熱系數(shù)：,則上式可簡化為：,(

10、2-50),(2-49),因為熱源溫度是恒值，此時比較標準循環(huán)應當是可逆卡諾循環(huán)，其 制冷系數(shù) 為：,因此上述理論循環(huán)的 熱力完善 度為：,(2-51),顯然，永遠,8,至客艙,膨脹機,外部空氣,風機,冷卻器,飛機用制冷裝置,回熱氣體制冷循環(huán),圖2-28 定壓回熱氣體制冷機的流程圖及溫熵圖 a) 系統(tǒng)流程圖 b) 循環(huán)溫熵圖 A透平壓縮機 B冷卻器 C透平膨脹機 D冷箱 E回熱器,2.4.3 斯特林制冷機,斯特林制冷循環(huán): 由 兩個等溫過程， 兩個等容回熱過程 組成。 斯特林制冷機: 由回熱器、冷卻器、冷量換熱器、兩個帶活塞的汽缸，位移器等組成。 在回熱器中實現(xiàn)的是等容過程的熱交換。,2.4.

11、3 斯特林制冷機,圖2-34 斯特林制冷機,圖2-34c 理想斯特林制冷機的熱力循環(huán),理想的斯特林制冷機的制冷量為:,工質(zhì)為理想氣體:,(2-54),(2-56),工質(zhì)為理想氣體:,理想的斯特林制冷機的排熱量為:,循環(huán)凈功,理想氣體理想斯特林制冷機的性能系數(shù)為:,(2-56),(2-57),理想的斯特林制冷機的性能系數(shù)為:,理想氣體理想斯特林制冷機的性能系數(shù)為:,(2-57),若回熱器效率等于100， Cop與卡諾循環(huán)相等。 斯特林制冷機的成功，絕大部分是依靠系統(tǒng)中所 使用的回熱器效能。 若回熱器效率低于100，這就意味著，氣體制冷機在冷源的制冷量將有一部分消耗在將制冷機氣體冷卻到冷源溫度的過

12、程中。,3.2.6 吉福特-麥克馬洪制冷機,系統(tǒng)包括壓縮機、兩端密封的氣缸、氣缸中的位移器，和回熱器。,圖3-84 G-M制冷機中單位 質(zhì)量氣體在T-S圖上的流程,圖3-83 G-M制冷機示意圖,G-M系統(tǒng)的突出優(yōu)點之一是它可實現(xiàn)多級化。多級系統(tǒng)中的所有閥門都在室溫下工作，三個位移器由一個驅(qū)動機構(gòu)操縱。,圖3-86 三級G-M制冷機 三個位移器由同一個驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動，在此制冷機中可同時制取三種不同的溫度。,3.2.7 脈沖管制冷機,脈沖管制冷機省去了常規(guī)氣體制冷機中的冷腔膨脹活塞，采用一根低熱導的管子來代替，具有結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)可靠、冷頭振動小、壽命長、成本低等優(yōu)勢。,圖3-87 脈沖管制冷機 的

13、演變與發(fā)展,基本型脈沖管制冷機利用充放氣獲得低溫的方法實質(zhì)上是西蒙膨脹制冷的一種型式。 基本型脈沖管制冷機與西蒙膨脹過程的不同點: 脈沖管制冷機運行時，脈沖管氣體軸向存在一溫度梯度，入口端溫度低，封閉端溫度高；而西蒙膨脹的容器內(nèi)氣體溫度均勻； 充氣完畢后，脈沖管取走熱量的方式是靠封閉端的水冷換熱器；而西蒙膨脹的熱量是靠整個容器表面與外部環(huán)境的對流換熱。,基本型脈沖管制冷機除了壓縮氣源和切換閥是室溫運動部件外，在低溫處無任何運動部件，因此其結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，但是其制冷效率低。,帶有切換閥的基本型脈沖管制冷機:由于氣體在通過閥門時有節(jié)流損失而降低了制冷效率。 可逆基本型脈沖管制冷機:直接利用活塞

14、在氣缸內(nèi)往復運動，使制冷系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生壓力波動而導致脈沖管內(nèi)氣體的壓縮和膨脹過程。,圖3-89 可逆基本型脈沖管制冷機原理圖 1活塞 2水冷卻器 3脈沖管 4負荷換熱器 5回熱器,圖3-97 兩級脈管制冷機結(jié)構(gòu)示意圖。1 壓縮機， 2 旋轉(zhuǎn)閥， 3 氣庫， 4 小孔閥， 5 雙向進氣閥， 6 第一級蓄冷器， 7 第二級蓄冷器， 8 第一級脈管， 9 第二級脈管， 10 第一級冷頭， 11 第二級冷頭 ，12 輻射屏， 13 真空罩。,第4章 其它制冷方法,思考題 1. 吸收式制冷的能量補償是什么？ 2. 吸收式制冷的基本組成有那些設備? 3. 吸收式制冷循環(huán)對工質(zhì)選擇的要求有那些？ 4. 常用工質(zhì)對有那些？它們誰做為制冷劑？常用工質(zhì)對的性質(zhì)、特點有那些？ 5. 單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的組成？原理圖怎樣？發(fā)生的過程有那些？ 6. 雙效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的組成？原理圖怎樣的？ 7. 其它形式溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的種類？ 8. 溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的特點？ 9. 溴化鋰吸收式制冷機中溶液熱交換器起什么作用？不設行不