第一篇：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，而对压缩过程及膨胀过程进行适当改进而形成的。
11-3蒸汽喷射制冷循环及吸收式制冷装置
蒸汽喷射制冷装置及吸收式制冷装置是以高温物体向环境放热为代价来实现制冷。蒸汽喷射制冷装置。
其工作循环可分作两个循环：一是制冷循环7-3-4-5-6-7。它包括了五个过程：①蒸汽在蒸发器内的吸热汽化过程7-3，② 混合室中混合放热过程3-4，③扩压管中增压过程4-5，④冷凝器中放热过程5-6，⑤调节阀内绝热节流降温过程6-7。由制冷循环 实现了从冷藏库内低温物体吸热而放给温度较高的冷却水。
另一个是工作蒸汽的正向循环1-2-4-5-6-8-1。由六个过程组成：①蒸汽在锅炉中的定压加热汽化的过程8-1，②蒸汽在喷管中绝热膨胀产生高速的过程1-2，③蒸汽在混合室中混合吸热过程2-4，④扩压管中增压过程4-5，⑤冷凝器中定压放热过程5-6，⑥泵中加压过程6-8。
蒸汽喷射制冷装置是以高温热源向环境传递一定的热量作为代价而实现制冷的，因此采用所得到的制冷量和高温热源所给出的热量的比值来表示制冷循环工作的有效程度，称为热量利用系数，用ξ
表示，即.式中，Q 为工作蒸汽从锅炉所得到的热量，Q2 为制冷量。
蒸汽喷射制冷装置采用喷射器代替压缩制冷的压气机，设备简单，不需要外界提供机械功。蒸汽在喷射器中流动速度很高，因此可以有很大的容积流量。这对于那些在低温下饱和压力很低而饱和蒸汽比体积很大的工质是很有利的。例如，水蒸气在10℃时饱和蒸汽的比体积为106.4m3/kg，因此不能用作压缩式制冷的工质，但作为喷射制冷的工质却没有任何困难。因而，生产过程中有大量多余蒸汽的工业，常利用喷射制冷装置来获得2～20℃低温。
吸收式制冷装置—采用吸收器、蒸气发生器和泵来取代蒸气压缩式制冷装置的压气机。常用工质：
氨（制冷剂）＋水（吸收剂）
水（制冷剂）＋溴化锂（吸收剂）
工作过程（氨＋水）：吸收器中，氨水溶液吸收来自蒸发器的氨蒸气。由于氨溶解时产生溶解热，为了保持溶液的吸收能力，要用冷却水冷却吸收器。泵浓溶液加压后送入蒸气发生器。蒸气发生器加热浓溶液，使其中所溶解的氨蒸发产生氨气。蒸气发生器中氨气蒸发后低浓度的氨水溶液，经节流降压后流回吸收器重新利用。
吸收式制冷装置中，氨的加压是靠泵完成的，其所消耗的功要比用压气机压缩氨蒸气所消耗的功要小得多。
制冷装置需要消耗一定的热量来加热蒸气发生器，使得氨气在较高压力下从氨溶液中蒸发出来。
它工作的有效程度也用热量利用系数来表示，即
式中，Q 为加热蒸气发生器所需的热量，Q2 为制冷量。
吸收式制冷装置的不可逆损失较大，其热量利用系数较小。但吸收式制冷装置的构造简单，造价低廉，特别是它消耗的功率很小，还可利用温度不太高的生产过程的余热来加热蒸气发生器，故在工厂企业中应用这种制冷装置可节约电力的消耗，并充分利用余热。
近年来，以溴化锂作吸收剂，以水蒸气作制冷剂的吸收式制冷装置的发展较快，常用来作为大型空气调节装置的制冷设备。
例 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 ∴mQ0mq0m(h1h5)
203300mq0m382033001736.8kg/h 38(3)压缩机所消耗的功及功率
wh2h1158.514711.5kcal/kg Wmw1736.811.519973.2kcal/h 19973.2Nth23.22 kW 860(4)循环制冷系数 Q0q0383.3 Ww11.5（5）冷凝器热负荷Qk =m(h2-h4)=1736.8×(158.5-109)=85971.6 kcal/h
第二篇：工程热力学报告
工程热力学（2015 秋）课程论文
姓名： 班级： 学号： 日期：
纳米晶材料的热力学函数研究
一、摘要.........................................................................................1
二、纳米晶材料的几何假设...........................................................1
三、界面热力学函数分析...............................................................2
四、内部热力学函数分析...............................................................6
五、整体热力学函数分析...............................................................6
六、总结.........................................................................................6
七、纳米晶材料热力学应用展望....................................................6
一、摘要
纳米晶材料（nanophase material)是具有纳米级超细晶组织的材料。由于超细晶粒(小于100nm)、高的界面体积分数(高达50%)和界面区的原子间距分布较宽，其性能特别是和近邻原子相关联的性能，如力学性能、热学性能、磁学性能，与一般多晶材料或同成分的非晶态材料有很大的差别[1]。本文应用界面膨胀模型[2]并以普适状态[3]为基础对纳米材料的整体的热力学函数计算模型进行了阐述分析，进而对其应用进行了展望。
二、纳米晶材料的几何假设
纳米晶材料中的原子可分为两部分，一部分是位于晶粒内部点阵位置上有序排列的原子，另一部分是位于晶界面上无序或部分有序的原子。假设纳米晶粒子为球形，直径为d，界面厚度为，如图1所示。原子在晶界面区域和晶粒内部的排布密度（原子的空间占据百分数）分别为和。位于晶界面上和晶粒内部的原子个数和可由下式计算：
(1)
(2)
其中：Vb为纳米晶体界面上一个原子所占的体积，V0为平衡状态的原子体积。
所以，晶体面处的原子分数xb为
(3)
其中，rb和r0分别为纳米晶界面处原子的半径和平衡状态时原子的半径。
图1 球形纳米晶粒及表征几何尺寸示意图[4]
为方便表达，设定纯物质纳米晶体的热力学函数为以纳米晶界面处和晶粒内部两部分热力学函数的求和。
三、界面热力学函数分析
Fecht和Wagner提出，纳米晶界面的性质可以通过膨胀晶体的性质来近似考虑，建立了“界面膨胀模型”[2]。由理论分析和计算模拟表明[5],晶界的过剩体积（相对完整晶格）是描述晶体能态最合理的一个参量，它也是晶界的一个主要的结构参量，反映了界面原子体积相对于晶内原子体积的增加量，的定义为：。（其中和分别为完整单晶体和晶界的体积）。在晶界处原子配位结构与完整的晶格不同，通常表现为原子配位距离增大，最近邻原子配位数减少，造成晶界上存在一定的过剩体积，为了便于计算，将晶界上原子配位数的减少视为晶界密度降低，将晶界近似为减少了最近邻原子配位数（即减少了密度）的完整晶体，换言之，将晶界的热力学性能近似为具有相同过剩体积的膨胀晶体的性能，这种膨胀晶体的性能可以根据现有理论进行计算，从而得到晶界的热力学性能近似。[6]由Simth及其合作者发展的普适状态方程[3]定量描述了结合能与晶格常数之间的关系，并以证实，该理论对由纳米晶界面过剩体积所产生的晶内负压给予了很好的解释。
结合“界面膨胀模型”和普适状态方程，以界面上原子的体积V和绝对温度T为变量，纳米晶界面处单位原子的基本热力学函数焓、熵和吉布斯自由能的表达式分别为[1]：
(4)
(5)
(6)式中下标b表示晶界。其中，参量E由下式确定[7]：
(7)为平衡态结合能，可根据线膨胀系数和体弹性模量的关系式[8]计算：
(8)此外，(9)
(10)
其中（9）式中的长度尺度[9]用以表征束缚能曲度的宽度，可由下式得到：
(11)
其中（5）式中的Grflneisen参数是反映晶格振动频率和原子体积之间关系的一个函数，由下式计算[10]：
(12)
根据普式状态方程，晶体中的压力P是原子体积V和温度T的函数[9]：
(13)
(14)
(15)
(16)
以上式子中，CV是恒定体积下的比热，对于单位原子其值约为3kB，kB是Boltzmann常数，TR为参照温度，r0为p=0时平衡态的原子半径，rb是纳米晶界面处原子的半径，B0(TR)和a0(TR)分别为参照温度下，P=0时的体弹性模量和体膨胀系数。
至此，由以上公式可以计算出纳米晶界面的焓、熵和吉布斯自由能，详细的表达式如下：
(17)
(18)
(19)
上式中：
(20)
(21)
(22)
(23)
(24)
(25)
(26)
四、内部热力学函数分析
将纳米晶粒内部晶体的性质等同于粗晶，可以根据块体材料的热力学函数表达式进行计算。由经典热力学理论，完整晶体中原子的自由焓、熵和吉布斯自由能表达式分别为：
(27)(28)(29)
式中下标i表示晶体内部，计算中完整晶体的等压热容（Cp）的数据取决于SGTE热力学数据库。
五、整体热力学函数分析
引入纳米晶界面上的原子分数xb作为权重，整体纳米材料的热力学函数可以表达为：(30)
(31)
(32)
这样就得到了整体纳米材料的热力学函数的表达式。焓、熵和吉布斯自由能是材料热力学研究中重要的参数，材料的制备，反应方向和材料相变的预测以及对复杂化合物及新材料的热力学性质的测定等都可以通过这3个参量的计算而得出，因此上述的计算结果对于纳米材料的研究具有十分重要的指导意义。
六、总结
本文在应用“界面膨胀模型”和普适状态方程研究纳米晶界面热力学特性的基础上，发展了纳米晶整体材料热力学函数的计算模型[4]，给出了纳米晶体单相材料的焓、熵、自由能随界面过剩体积、温度以及晶粒尺寸发生变化的明确表达式，由此可以定量预测纳米晶材料发生相变的特征温度和临界尺寸。
七、纳米晶材料热力学应用展望
纳米晶材料的特殊性能是由其化学组成、界面结构以及产生微细组织的制备过程等共同决定的，是与纳米结构和组织形成及转变的热力学和动力学紧密联系的。然而，相对于粗晶的大块多晶体材料，纳米材料的比热值升高、热膨胀系数成倍增大、以及与同成分块体材料具有明显差异的相变特征和相稳定性等特性，因此，应用于块体材料的传统热力学理论不能很好的合理解释纳米晶材料的相变行为[11]。因此发展纳米晶材料的热力学研究具有很重要的意义。
[1] 柯成 主编.金属功能材料词典.北京：冶金工业出版社.1999.第172-173页.[2] Fecht J H.Intrinsic instability and entropy stabilization of Grain boundaries.[J].Phys Rev Lett,1990,65:610-613.[3] Wagner M.Structure and thermodynamic properties of nanocrysralline metals.[J] Phys Rev B,1992,45:635-639.[4] 高金萍,张久兴,宋晓艳,刘雪梅.纳米晶材料热力学函数及其在相变热力学中的应用[A].第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C].2004 [5]D.Wolf.Phit.Mog.B59(1989),667.[6] 卢柯.金属纳米晶的界面热力学特性.[J].物理学报1995,44;1454.[7] Rose J H,Smith J R,Guinea F, et al.Universal features ofthe equation of state of metals..Phys Rev B.1984
[8] Dugdale J S,Macdonald D K C.The thermal expansion ofsolids..Phys Rev.1959
[9] Vinet P,Smith J R,Ferrante J, et al.Temperature effects onthe universal equation of state of solids..Phys Rev B.1987
[10] Dugdale J S,Macdonald D K C.The thermal expansion ofsolids..Phys Rev.1959
[11] 宋晓艳,张久兴,李乃苗,高金萍,杨克勇,刘雪梅.金属纳米晶和纳米粒子材料热力学特性的模拟计算与实验研究[A].2005年全国计算材料、模拟与图像分析学术会议论文集[C].2005
第三篇：工程热力学讲稿
工程热力学讲稿
一、基本知识点
基本要求
理解和掌握工程热力学的研究对象、主要研究内容和研究方法 〃理解热能利用的两种主要方式及其特点 〃了解常用的热能动力转换装置的工作过程
1．什么是工程热力学
从工程技术观点出发，研究物质的热力学性质，热能转换为机械能的规律和方法，以及有效、合理地利用热能的途径。电能一一机械能
锅炉一一 烟气 一一 水 一一水蒸气一一(直接利用)供热 锅炉一一 烟气 一一 水 一一水蒸气一一汽轮机一一(间接利用)发电
冰箱一一-(耗能)制冷
2．能源的地位与作用及我国能源面临的主要问题
3.热能及其利用
（1）.热能：能量的一种形式
（2）.来源：一次能源：以自然形式存在，可利用的能源。如风能,水力能,太阳能、地热能、化学能和核能等。
二次能源：由一次能源转换而来的能源，如机械能、机械
能等。
（3）.利用形式：
直接利用：将热能利用来直接加热物体。如烘干、采暖、熔炼(能源消耗比例大)
间接利用：各种热能动力装置，将热能转换成机械能或者再转换成电能，4．.热能动力转换装置的工作过程
5．热能利用的方向性及能量的两种属性
过程的方向性：如：由高温传向低温
能量属性：数量属性、,质量属性(即做功能力)
注意：
数量守衡、质量不守衡
提高热能利用率：能源消耗量与国民生产总值成正比。
6．本课程的研究对象及主要内容
研究对象：与热现象有关的能量利用与转换规律的科学。研究内容：
（1）．研究能量转换的客观规律，即热力学第一与第二定律。
（2）．研究工质的基本热力性质。
（3）．研究各种热工设备中的工作过程。
（4）．研究与热工设备工作过程直接有关的一些化学和物理化学问题。
7．.热力学的研究方法与主要特点
（1）宏观方法：唯现象、总结规律，称经典热力学。
优点：简单、明确、可靠、普遍。
缺点：不能解决热现象的本质。
（2）微观方法：从物质的微观结构与微观运动出发，统计的方法总结规律,称统计热力学。
优点：可解决热现象的本质。缺点：复杂，不直观。
主要特点：三多一广，内容多、概念多、公式多。
联系工程实际面广。条理清楚，推理严格。
二、重点、难点
重点：热能利用的方向性及能量的两种属性
难点：使学生认识到学习本课程的重要性，激发学生的学习兴趣和学习积极性，教会学生掌握专业基础课的学习方法。
四、德育点
〃通过对我国能源及其利用现状的介绍,增强学生对我国能源问题的忧患意识和责任意识,激发学生为解决我国能源问题而努力学习的爱国热情
〃通过热能利用在整个能源利用中地位的阐述,使学生认识研究热能利用和学习工程热力学的重要性,向学生渗透爱课程、爱专业教育
五、练习与讨论
讨论题:能源与环境、节能的重要性、建筑节能、辩证思维
学习方法：物理概念必须清楚，记住一般公式，注意问题结果的应用。
第四篇：中科大工程热力学
工程热力学 1 绝热热力系:若热力系与外界之间无热量交换,则该热力系称为绝热热力系.平衡状态：若热力系在不受外界的作用下，宏观性质不随时间变化而变化。准静态过程：在热力过程中，热力系的宏观状态始终维持或接近平衡状态。
可逆过程：一个热力过程进行完了以后，如能使热力系沿相同的路径逆行而回复至原态，且相互作用中所涉及到的外界也回复到原态，而不留下任何痕迹。
稳定流动过程：在流动过程中，热力系内部及热力系界面上每一点的所有特性参数都不随时间而变化。
状态参数：用以描述热利系状态的某些宏观物理量称为热力系状态参数。强度参数：与热利系的质量无关，且不可相加的状态参数。热量：通过热力系以外的一切物质，统称外界。压力：单位面积上所受到的指向受力面的垂直作用力。
内能：内能是热力系处于宏观静止状态时系统内所有微观粒子所具有的能量总和。单位质量工质所具有的内能称为比内能。
熵：是表征系统微观粒子无序程度的一个宏观状态参数。
热力学第一定律：热可以转变为功，功也可以变为热。一定量的热消失时，必产生与之数量相当的功；消耗一定量的功时，也必出现相当数量的热。
容积功：在热力过程，由于系统容积改变，使系统与外界交换的功。
推动功：为使某部分工质进出热利系，外界或系统对这部分工质做功，这部分功称为推动功或流动功。即推动功是维持工质流动所必需的最小的功。
技术功：工程上将技术上可以利用的功称为技术功，对开口系统来讲其包括轴功、进出口的宏观动能差和宏观位能差。
热力学第二定律：开尔文说法，只冷却一个热源而连续不断做工的循环发动机是造不成的。克劳修斯说法，热不可能自发的、不负代价的从低温物体传到高温物体。
孤立系统熵增原理：若孤立系所有部分的内部以及彼此间的作用都经历可逆变化，则孤立西的总熵保持不变；若在任一部分内发生不可逆过程或各部分间的相互作用中伴有不可逆性，则其熵必增加。
理想热机：热机内发生的一切热力过程都是可逆过程。卡诺循环：在两个恒温热源间，有两个可逆过程组成的循环。卡诺定理：在两个不同温度的恒温热源间的所有热机，以可逆机的效率最高。
第二类永动机：从单一热源取得热量并使之完全变为机械能而又不引起其他变化的循环发动机。
理想气体：其分子式一些弹性的、不占有体积的质点，且分子间没有相互作用力。比热：单位质量的物体，当其温度变化一度时，物体和外界交换的热量。
定压质量比热：在定压过程中，单位质量的物体，当温度变化一度时，物体和外界交换的热量。
同定容质量比热 定压容积比热 定容质量比热 定压摩尔比热 定容摩尔比热 饱和温度：在一定压力下，当气体两相达到平衡时，液体所具有的温度。饱和压力:当气液两相达到平衡时,蒸汽所具有的压力.饱和液体:两相平衡时的液体.干饱和蒸汽:在一定的压力下,饱和液体完全汽化为蒸汽,蒸汽温度仍为该压力下的饱和温度.湿饱和蒸汽:两相平衡时饱和液体和饱和蒸汽的混合物.过热蒸汽:在一定压力下,蒸汽所具有的温度高于该压力对应的饱和温度.汽化潜热:一定温度下,1千克饱和液体汽化为同温度下的干饱和蒸汽所吸收的热量.临界点:在状态参数坐标图上,饱和液体线与干饱和蒸汽线相交的点.过热蒸汽的过热度:在某一压力下,过热蒸汽的温度与该压力下饱和温度的差值.三相点:物质气,液,固三相共存的状态点.混合气体的质量成分:混合气体中某组元气体的质量与混合气体总质量的比值.混合气体的容积成分 混合气体的摩尔成分
混合气体的分压力:混合气体中各组元气体在混合气体温度下单独占有整个容积时,作用于容器壁上的压力.混合气体的分容积:混合气体各组元气体处于混合气体的压力和温度时所单独占的容 工程热力学 2 积.道尔顿分压定律:混合气体的总压力等于各组元气体分压力之和.分容积定律:混合气体的总容积等于各组元气体分容积之和.湿空气;含有水蒸气的空气.未饱和湿空气:由空气和过热水蒸汽组成的湿空气.饱和湿空气:由空气和饱和水蒸气组成的湿空气.绝对湿度(湿空气):单位容积的湿空气中所含水蒸汽的质量.相对湿度(湿空气):湿空气的绝对湿度与同温度下饱和湿空气的绝对湿度之比(湿空气中实际所含的水蒸气量和同温度下饱和湿空气中所能包含的最大水蒸气量之比).湿空气含湿量(比湿度):一定容积的湿空气中水蒸气的质量与干空气质量之比.过热蒸汽:在一定压力下,温度高于该压力对应的饱和温度之蒸汽.过冷蒸汽:在一定压力下,温度低于该压力对应的饱和温度之蒸汽.对比参数:工质的状态与其相应的临界参数之比,如工质压力与其临界压力之比,工质温度与其临界温度之比为对比温度.液体热:将一公斤未饱和水定压加热为饱和水,所需的热量.湿蒸汽干度:一定质量的湿蒸汽中所含干饱和蒸汽的质量与湿蒸汽总质量之比.定温过程:在状态变化时,定量工质温度保持不变的过程.绝热过程:工质和外界没有热交换的过程.定熵过程:在状态变化时,工质熵保持不变的过程(可逆绝热过程).定熵流动:若工质在流动时既与外界无热量交换又无摩擦和扰动,则流动为可逆绝热流动.音速:微弱扰动在连续介质中所产生的纵波的传播速度.当地音速:指当地流动所处状态下的音速.马赫数:工质在流动过程中,某一点的流动与当地音速之比.喷管:使气流压力降低,流速增大的管道.扩压管:使气流流速降低,压力增大的管道.绝热节流:工质在管内绝热流动时,由于通道截面突然缩小,使工质压力降低.绝热滞止:工质在绝热流动中,因遇到障碍物或某种原因而受阻,使速度降低直至为零.活塞式缩机的余隙:为了安置进,排气阀以及避免活塞与汽缸端盖的碰撞,在汽缸端顶与活塞行程终点间留有一定的空隙,称为余隙容积.活塞式压缩机的容积效率：活塞式压气机的有效容积和活塞排量之比。最佳增压比：使多级压缩中间冷却压气机耗功最小时，各级的增压比。
压气机的效率：在相同的初态及增压比条件下，可逆压缩机过程中压气机所消耗功与实际不可逆压缩过程中压气机所耗功的功之比。亚音速流动：工质的流动速度小于当地音速。
超音速流动：工质再喷管中流动时，在喷管的最小截面处，若工质的流动速度等于当地音速，则此时工质所处的状态。临界压力比：临界状态时工质压力与滞止压力之比。压气机的增压比：压气机的出口压力与进口压力之比。
平均加热温度：用加热工程中系统与外界交换的热量除以交换该热量时系统熵的改变量所得到的温度。
平均放热温度：用放热过程中系统与外界交换的热量除以交换该热量时系统熵的改变量所得到的温度。
循环热效率：工质完成一个循环时，对外所作的净功与吸热量之比。汽耗率：蒸汽动力循环装置每输出1千瓦小时功量时所消耗的蒸汽量。
相对热效率：某循环的热效率与相同温度范围内卡诺循环热效率之比，称为该循环的相对热效率或充满系数。
制冷系数：制冷循环中，制冷量与循环净功之比。供热系数：供热循环中，供热量与循环净功之比。
制冷量：在每一次制冷循环中，一公斤工质从冷藏室吸收的热量。供热量：在每一次供热循环中，一公斤工质放给暖室的热量。循环净热量：一次循环中系统和外界交换的总热量。循环净功：一次循环中系统和外界交换的总 工程热力学 3 功量。
循环加热量：一次循环中系统从外界吸收的总热量。循环放热量：一次循环中系统放给外界的总热量。
热力循环：工质从某一状态经过一连串的状态变化过程，又回复到原来的状态，这些热力过程的组合就称为热力循环。
热机循环：若循环的结果是工质将外界的热能在一定的条件下连续不断的转变为机械能。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。制冷机：从低温冷藏室吸取热量排向大气所用的机械。热泵：将热量由大气传送至高温暖室所用的机械装置。
1、通用气体常数是一个与气体性质和状态均无关的常数,而气体常数是一个和气体性质有关,但与气体所处的状态无关常数,且某种气体的气体常数就等于通用气体常数除以该气体的分子量.2、第一类永动机是指从单一热源取热量并使之完全转变为机械功的循环发动机;而第二类永动机是指不消耗任何能量而连续不断做工的循环发动机.3、冬季供暖时,随着室内空气温度的不断提高,室内空气的相对湿度逐渐降低,空气变得干燥,使人感到不舒服.4、当热力系与外界无能量交换时,热力系内状态是否发生变化将取决于热力系本身的状态.若热力系是平衡热力系,则热力系的状态不发生变化;若热力系是非平衡热力系,则热力系的状态将随时间发生变化.5、焓是状态参数,其大小取决于系统的状态,与系统是否封闭无关.无论何种系统,只要起状态一定,则用来描述状态的宏观物理量就一定存在.6、Q=W+△U不仅适用于封闭热力系,也适用于其他热力系.因为该式揭示了在能量转换过程中内能,容积工和加热量之间的普遍关系.7、容积变化工表达式只适用于可逆过程.技术工使用于任何工质的可逆过程.8、理想气体绝热自由膨胀过程是典型的不可逆过程,过程中比内能会发生变化,但膨胀前后总内能相等.9、熵是状态参数,某一过程中的变化量仅取决于过程的处态和终态,与过程本身无关.10、仅仅已知温度和压力只可确定非饱和区域内水蒸汽的状态,而不确定饱和区域内水蒸汽的状态,因为在饱和区域内温度和压力是互为函数.11、饱和湿空气是干空气于饱和水蒸气的混合物,故干球温度与湿球温度相等,露点是湿空气中水蒸气分压力所对应的饱和温度,由于饱和湿空气中水蒸气是饱和的故水蒸气的分压力为饱和压力.12、比湿度相同的两种湿空气,温度高者,其相对湿度小,吸湿能力强.沸腾状态的水即饱和水,饱和水的温度取决于水的压力,较低的压力对应于较低的饱和温度.13、干饱和蒸汽的比容随饱和温度的升高而降低.湿空气在不增加和减少水蒸气含量的情况下定压冷却，其水蒸气的分压力也不变。湿空气中水蒸气分压力的大小取决于湿空气中水蒸气含量的多少。若水蒸气含量不变，则水蒸气分压力也将不变。
14、对密闭容器内的汽、水混合物不断的加热时，所有的水必将全部转化为水蒸气。该加热过程为湿蒸汽的定容加热过程。随着加热过程的进行，蒸汽的温度和压力将同时增加。若蒸汽温度超过水的临界温度，则所有的水讲全部转化为蒸汽。
15、理想气体进行N=1.3的可逆膨胀过程时，一定会从外界吸收热量。若理想气体是三原子气体，则绝热指数为1.3这是N=1.3的逆膨胀过程的可逆绝热过程，此时气体与外界无热量交换。空气的绝热指数K=1.4，所以当空气进行N=1.3的可逆膨胀时，一定会从外界吸收热量。
16、水从饱和液体定压汽化为干饱和蒸汽，因为汽化过程中温度未变，则该过程中内能的改变量△U=CV△T=0 温度不变只说明水蒸气的内动能不变，而水蒸气的内能包括内动能和内位能。内位能是压力和比容的函数。汽化过程中比容将发生变化，内位能也发生变化，所以内能也发生变化。
17、对湿空气进行冷却一定可以去湿。对湿空气进行冷却，会提高湿空气的相对湿
18、度。能否去湿，关键在于冷却后的空气温度是否低于湿空气中水蒸气的露点温度。若低于露点温度，则可以去湿。19、18、理想气体可逆定温膨胀过程中气体对外所作的膨胀功等于技术功。
20、由于溅缩喷管中气流出口截面上压力最低，此处压力不会低于临界压力，故出口气流速度不能超过当地音速，而缩放喷管中气流出口速度能否大于当地音速，将取决于喷管出口的压力。若出口压力大于临界压力，则出口速度小于当地音速。21、19、流经缩放喷管的气体流量随着背压的降低而不断增加。
22、当背压大于临界压力时，随着背压的降低，气体流量将增加；当背压等于或小于临界压力时，气体流量将达到并保持最大流量。20、溅缩喷管的出口气流速度随着背压的降低而不断增大。
23、对于溅缩喷管，其出口截面处气流压力将大于或等于临界压力，所以出口气流速度将小于或等于当地音速。因此，当背压大于临界压力时，随着背压的降低，气流速度将不断增加，而当背压等于或小于临界压力时，背压降低，出口气流速度降保持当地音速不变。24、21、蒸汽再热循环的首要目的是为了提高气轮机的排气干度。
25、提高蒸汽动力循环热效率的有效发法之一就是提高新蒸汽的初压力。但初压力提高后，会降低气轮机排气干度，导致气轮机相对效率的降低并可能危机气轮机的工作安全。采用再热后，可降低气轮机的排气干度。26、1.有没有4000C的水？
27、答： 00C或-100
28、C的水蒸气？没有因为水的临界温度为374.120C。当物质所具有的温度高于其临界温度是汽化有00C或-100C的水蒸气，当压力低于00C时水的饱和压力或-100C时水的饱和压力，就会出现。2.冬季，室内玻璃窗内侧为何会结霜？ 答：冬季，室内外空气温差较大，靠近玻璃窗内侧的室内空气被定压冷却，当空气温度降到大气压力对应的水的饱和温度时，此时空气中的水蒸气达到饱和状态，并开始有水滴从空气中析出，若温度再降低，达到并低于零度，这时从空气中析出的水滴便开始结霜。3.某一理想气体的CP-CV及CP/CV是否在任何温度下均为常数,为什么?
29、答:不是.根据理想气体的迈耶公式CP-CV=R,这里R是气体常数,其值的大小只和气体性质有关,而与气体所处的状态无关,所以CP-CV对某一理想气体而言,在任何温度下均为常数.而由于CP-CV=R,在该式的两边均除以CV,等式为CP/CV=1+R/CV,对于理想气体由于CV是温度的单值函数,所以R/CV也是温度的单值函数,故CP/CV亦是温度的函数.4.在绝热不作外功的稳定流动过程中,流体个截面处的制止参数是否相同? 30、答:对于绝热不作外功的稳定流动过程,其能量方程式为h+1/2C2=常数.所谓制止参数是速度为零时的参数,由能量方程式可见,速度为零时,h=常数,既流体个截面上的制止温度和制止压力也相同;若流体是实际气体,根据流体的性质而定.31、5.多级压缩为什么要用中间冷却器?不用可以吗?为什么?
32、答:多级压缩用中间冷却器目的是,对从低压汽缸出来的压缩气体及时进行冷却,让温度降低到被压缩前的温度,然后再进入高压缸,以减少消耗压缩功.如果不用中间冷却器,让从低压汽缸出来的压缩气体直接进入高压汽缸,就达不到少消耗压缩功的目的.6.什么是回热循环?为什么回热循环能提高蒸汽动力循环的热效率?
33、答:回热是指在热力循环中不同温度水平的工致之间产生的内部传热过程.蒸汽动力的回热循环是指分次从气轮机中抽出一些做过功的蒸汽,用其逐级对锅炉给水加热的热力循环.这样的回热循环也称为分级抽气回热循环.蒸汽动力循环采用回热后,由于锅炉击水可从回热器中吸收一部分热量,使给水温度提高,这样可提高循环平均加热温度,从而提高循环的热效率.34、7、空气压缩制冷为何不像蒸汽压缩制冷那样采用节流阀降压降温，而要采用膨胀机降压膨胀降温？
35、答：蒸汽压缩制冷采用节流阀降压降温，是因为被截流的工质处在饱和区域内，由于饱和温度饱和压力互为函数，因此在节流降压的同时可以降温；而空气压缩制冷的制冷工质空气，在一般使用温度范围内可视为理想气体，而理想气体进节流后，尽管其压力降低，但温度保持不变，所以不能通过节流达
36、到降压降温的目的，因而，对空气压缩制冷必须用膨胀机而不能用节流阀。37、8、热泵供热循环与制冷循环有何异同？ 答：热泵循环是通过消耗机械功，从大气中吸收热量，然后将其送入温度高于大气温度的暖室；而制冷循环是通过消耗机械功，从冷藏室吸收热量，然后将其送入大气环境。两者的相同之处在于都是消耗机械功的循环，不同之处在于热泵循环是从大环境吸收热量，而制冷循环是把热量排入大气环境。
9、工质经过一个不可逆循环，能否恢复到原状体？
38、答：能。循环是指工质从某一状态点出发，经过一连串的热力过程又恢复到原状态点的所有热力过程的组合。既然是一个循环就一定能恢复到原状态，与组成循环的过程是否可你没有关系。39、10、容积功、推动功、轴功和技术工的差异何在？相互有无联系？
40、答：在热力过程中，由于系统容积改变，系统与外界交换的工，成为容积功W，如膨胀功和压缩功。为使某部分工质你出热力系，外界或系统必对这部分工质作功，这部分功称为推动功Wf=△Pv。从旋转机械的轴上得到的功，叫做轴功Ws。工程上将技术上可以利用的工称为技术工。对开口系统来讲其包括轴功、进出口的宏观动能差和位能差。
41、Wt=W-△Wf Ws=W-△Wf-1/2mc2-gm△z=Wt-1/2mc2
42、-gm△z
11、渐缩喷管中气流速度能否超过音速？缩放喷管气流出口速度能够低于音速？ 答：渐缩喷管中不能。因为对于渐缩喷管无论其出口界面外压力如何低，气流在喷管出口截面出的压力最多只能降低到临界压力，绝不可能降到比临界压力更低的压力。出口外压力进一步降低时，出口截面上压力不可能再继续降低而维持为临界压力，出口截面速度维持在音速而不可能达到超过音速。缩放喷管中气流速度可以低于音速。要使气流出口速度达到或超过音速，气流在喷管中必须要有足够的压力降。若外界提供的压力降减小，无论用何种形式的喷管，出口气流速度也不能达到音速。43、12、为何蒸汽循环不用卡诺循环而用朗肯循环？
44、答：以蒸汽为工质在饱和区域内热机可按卡诺循环工作，但由于下述原因热机不采用：
1、蒸汽临界温度较低，这样就限制了循环加热温度不能很高，使循环热效率较低；
2、汽轮机排气干度较低，使汽轮机相对效率较低，且汽轮机不能安全工作；
3、压缩机耗功大，且压缩两相工质，技术上有很大难度。
13、霉季时，一些冷水官的表面常有水底出现，为什么？
45、答：霉季时，空气中相对湿度较大，即空气中水蒸气含量较多，水蒸汽分压力较高。冷水官表面温度较低，当其温度低于水蒸汽分压力所对应的饱和温度时（露点温度），空气中的水蒸气就变为饱和水蒸气，并有蒸汽凝结为水从空气中析出。46、14、比湿度（含湿量）相同的两种湿空气，温度高者其吸湿能力也强。比湿度相同的两种湿空气，温度高者，其相对湿度小，故吸湿能力强。可从湿空气的函湿土上判断。
15、随着压力的升高，饱和温度也升高了，所以饱和蒸汽的比容将增大。
47、答：错误，干饱和蒸汽的比容岁饱和温度的升高而降低。48、16、对密封容器内的汽、水混合物不断的加热时，所有的水必将全部转化为水蒸气。答：正确 该加热过程为湿蒸汽的定容加热过程。随着加热过程的进行，蒸汽的温度和压力将同时增加。若蒸汽温度超过水的临界温度，则所有的水必将全部转化为蒸汽。
17、空气压缩制冷为何不像蒸汽压缩制冷那样采用节流阀降压降温，而要采用膨胀机降压膨胀降温？
49、答：蒸汽压缩制冷采用节流阀降压降温，是因为被截流的工质处在饱和区域内，由于饱和温度饱和压力互为函数，因此在节流降压的同时可以降温；而空气压缩制冷的制冷工质空气，在一般使用温度范围内可视为理想气体，而理想气体进节流后，尽管其压力降低，但温度保持不变，所以不能通过节流达到降压降温的目的，因而，对空气压缩制冷必须用膨胀机而不能用节流阀。50、18、热泵供热循环与制冷循环有何异同？ 答：热泵循环是通过消耗机械功，从大气中吸收热量，然后将其送入温度高于大气温度的暖室；而制冷循环是通过消耗机械功，从冷藏室吸收热量，然后将其送入大气环境。两者的相同之处在于都是消耗机械功的循环，不同之处在于热泵循环是从大环境吸收热量，而制冷循环是把热量排入大气环境。
第五篇：二氧化碳制冷循环的应用
二氧化碳制冷循环的应用
【摘要】 随着经济发展和人们环境保护和节能意识的增强，以CO2为代表的自然工质越来越广泛的在制冷空调行业应用，文章对CO2制冷循环有关问题进行探讨，以便实际应用。
【关键词】 二氧化碳 跨临界循环 制冷系统原理 应用
The Application of Carbon Dioxide Refrigeration cycle
By Gao Xinhua* Gao yun
【Abstract】With the development of economy and the people’s increasing care about environment protection and energy-saving, carbon dioxide as a natural refrigerant has been widely used in refrigeration and air-conditioning industries.This essay tries to study and discuss carbon dioxide refrigeration cycle and system principle to help its practical application.【New words】carbon dioxide transcritical cycle refrigeration system principle application
随着经济发展和人民生活水平的提高，人们的环保节能意识不断增强，制冷空调行业制冷工质的选择也越来越重视工质的环保节能特性。以CO2和NH3为代表的自然工质制冷系统已经大量应用，本文试对CO2为工质的制冷循环进行探讨，以利实际应用。
1.CO2 制冷工质的特性
1.1环保特性。CO2 制冷工质属于环保型制冷工质，它的破坏臭氧层潜能值ODP=0，地球温室效应潜能值WMP=1。它不破坏臭氧层，不需回收和再生，对地球变暖的影响甚微，是较理想的天然制冷剂。
1.2安全性。CO2制冷剂，蒸发压力大于大气压，不易使空气进入制冷系统。CO2制冷工质的沸点为-78.4℃，4℃时的饱和压力为3.8686Mpa，属于低温制冷剂。在一般环境条件下，无毒，不燃烧，不会给人员及环境带来安全威胁。因此，可用于食品生产车间及包装间空调、汽车空调、家用及商用空调，也可用于商用和家用热泵热水器。
1.3 经济性。CO2制冷工质，来源广泛，价格低廉，运行费用低。
1.4 CO2制冷工质的临界温度低，31.1℃，使用一般的自然工质(水或空气)冷却，不易变为液体，故一般CO2单级或双级制冷循环均为跨临界循环。
1.5 CO2制冷工质单位容积制冷量(22600KJ/m3)较大，是F22的5.2倍，有利于减少制冷系统工质的容积循环量，从而减小压缩机的尺寸，降低制造成本。
1.6 CO2制冷工质的导热系数大，粘度低，流动阻力小，传热效率较高。压力降对系统的影响较小，在较低的流速下，可形成紊流，传热性能好，液体密度和蒸气密度的比值小，节流后各制冷回路制冷剂分配均匀，有利于提高制冷(制热)系统的经济性。
1.7 CO2制冷工质化学稳定性好，不含水时对金属无腐蚀作用，有利于制冷压缩机及设备的制造、安装、运行和维护。CO2与水混合时，呈酸性，可腐蚀碳钢等普通金属(不锈钢和铜除外)，当CO2含水低于8ppm时，可采用普通碳素钢。
1.8 CO2绝热指数相对较小，k=1.3，压力比小，约2.5~ 3.2，压缩机容积效率相对较高。
1.9 CO2制冷工质的临界压力高，为7.372Mpa，其跨临界循环和亚临界循环的工作压力都较高，一般在3.5Mpa~7.5Mpa。因此，CO2制冷系统的压缩机、换热设备、附属设备、阀门、管路及管件的耐压强度均需满足要求，故相对投资较大。
2.CO2 制冷循环的应用范围
CO2制冷循环适用于汽车空调，家用及商用空调;党政机关及企事业单位的热泵热水器;超市食品的保鲜储存和冷藏;食品的低温冷冻冷藏(CO2复叠式制冷系统)以及冷藏运输;也可用于地源热泵、水源热泵空调系统。
3.CO2跨临界循环制冷(制热)系统原理及系统组成3.1CO2跨临界制冷循环。在冷却介质为常温的空气和水的条件下，CO2制冷循环必须采用跨临界制冷循环。所谓跨临界制冷循环，是指CO2制冷工质由于临界温度(31.1℃)低，为使其从气体变为液体循环利用，需加压和冷却，压缩机排气压力高于临界压力，工质在超临界区定压放热，气体冷却过程是在临界压力以上依靠显热进行热交换;压缩机吸入压力低于临界压力，蒸发温度低于临界温度，蒸发吸热过程是在临界压力以下主要依靠汽化潜热进行热交换。
3.1.1 CO2跨临界制冷循环系统原理：低温低压的CO2制冷工质在蒸发器中吸收周围环境介质或被冷却物体的热量由液体变为低压过热蒸汽，低压的CO2蒸汽进入CO2制冷压缩机被绝热压缩为高压高温的气体，高压高温的CO2气体然后进入空气冷却器，与冷却介质进行热交换，放出热量，被定压冷却，然后进入节流装置(或膨胀机)绝热节流(或绝热膨胀)为低压低温的湿蒸汽，低压低温的CO2液体重新进入蒸发器定压吸热蒸发，使被冷却介质温度降低，制取冷量。如此往复循环，实现连续制冷。
3.1.2 CO2跨临界制冷循环的制冷系数ε=Q0/W0(kw/kw)，其中，Q0---为制冷量，kw;W0---能耗，kw.，ε---制冷系数 kw/kw。
3.1.3 CO2跨临界循环制冷系统主要有以下设备组成：CO2制冷压缩机、油分离器、CO2气体冷却器、节流装置(或膨胀机)、蒸发器、气液分离器(储液器)、系统管路及阀门、过滤器、高低压保护系统、电控系统(电控箱、压力温度传感器及控制器、电线电缆、仪表等)、油冷却系统和油平衡系统、冷却水系统。
3.2 CO2跨临界热泵循环系统原理及组成3.2.1系统原理：低温低压的CO2液体制冷工质在室外蒸发器中吸收周围环境介质(空气或水)的热量，在定压条件下，由液体变为低压过热蒸汽，低压气体经过四通阀，进入CO2制冷压缩机，被绝热压缩为高压高温的气体，高压高温的气体经过四通阀，进入室内热交换器(风机盘管或热水器盘管)，与被加热介质(空气或水)进行热交换，定压放热，使被加热的介质温度升高，制取热量。然后，放热后被冷却的CO2高压气体进入节流装置(或膨胀机)绝热节流(或绝热膨胀)为低压低温的湿蒸汽，低压低温的CO2液体重新进入室外蒸发器吸热蒸发，变为低压过热气体，经过四通阀，再被压缩机吸入------，如此往复循环，实现连续制热。
3.2.2 CO2跨临界热泵循环的制热系数μ=(Q0 + W0)/ W0(kw/kw)，Q0---为制冷量，kw;W0---能耗，Kw.，μ---制热系数 kw/kw。
3.2.3 CO2跨临界热泵循环系统主要有以下设备组成：CO2制冷压缩机、四通阀、油分离器、CO2室外换热器(空气冷却器)、节流装置(或膨胀机)、气液分离器(储液器)、室内蒸发器(风机盘管或热水器盘管)、系统管路及阀门、过滤器、高低压保护系统、电控系统(电控箱、压力温度传感器及控制器、电线电缆、仪表等)、油冷却系统和油平衡系统。
4.NH3/ CO2复叠式制冷循环系统原理及系统组成4.1 NH3/ CO2复叠式制冷循环系统原理：
低温级系统原理及流程：低压低温的CO2液体在低温级的蒸发器中吸收周围环境介质(或被冷却介质)的热量，变为低压过热蒸汽被CO2制冷压缩机吸入，绝热压缩为高压高温的CO2气体，高压高温的CO2气体进入蒸发冷凝器，被高温级低压低温的制冷工质氨定压冷却、冷凝为高压液体，高压液体再进入节流装置(或膨胀机)绝热节流(或绝热膨胀)为低压低温的湿蒸汽，低压低温的CO2液体重新进入低温级蒸发器定压吸热蒸发，使周围环境介质(或被冷却介质)的温度降低，制取冷量。如此往复循环，实现连续制冷。
高温级系统原理及流程：低压低温的氨液在蒸发冷凝器中吸收低温级CO2气体的热量，变为低压过热的氨蒸汽，被高温级氨制冷压缩机吸入，绝热压缩为高压高温的气体，高压高温的NH3气体再进入冷凝器，与冷却介质(空气或水)进行热交换，定压冷却、冷凝为高压氨液，高压氨液再进入节流装置绝热节流为低压低温的湿蒸汽，低压低温的氨液重新进入蒸发冷凝器定压吸热蒸发，使低温级CO2高压气体定压冷却、冷凝为液体。如此往复循环，保证低温级制冷系统连续制冷。
4.2 NH3/ CO2复叠式制冷循环的制冷系数为：ε= Q0/(W1+W2)(kw/kw)
其中，Q---制冷量 kw;W1---低温级压缩机能耗 kw;W2---高温级压缩机能耗 kwε---复叠式制冷循环的制冷系数，kw/kw。
4.3 NH3/ CO2复叠式制冷循环系统组成：
低温级CO2系统主要有以下设备组成：CO2制冷压缩机、油分离器、蒸发冷凝器、储液器、节流装置(或膨胀机)、气液分离器(循环储液器)、蒸发器、系统管路及阀门、过滤器、高低压保护系统、电控系统(电控箱、压力温度传感器及控制器、电线电缆、仪表等)、油冷却系统和油平衡系统、膨胀稳压装置。
高温级NH3系统主要有以下设备组成：氨制冷压缩机、油分离器、冷凝器、储液器、节流装置、气液分离器(循环储液器)、蒸发冷凝器、系统管路及阀门、过滤器、高低压保护系统、电控系统(电控箱、压力温度传感器及控制器、电线电缆、仪表等)、油冷却系统和油平衡系统、放空气器、冷却水系统。
5.CO2制冷循环的节能措施
5.1 采用回热循环。CO2跨临界循环，在系统中增加一个气气热交换器，使节流装置(或膨胀机)前的高压气体降低温度，提高吸入气体的温度，减少有害过热，减少节流后湿蒸汽中的无效气体含量，降低节流过程的不可逆损失，增加单位制冷量，提高制冷系数，同时可改善制冷压缩机的润滑条件。
5.2 在回热循环的基础上，采用双级压缩。虽然CO2回热循环能提高单位制冷能力，但压缩机的排气温度上升，而采用双级压缩，可减少吸排气压力比，降低压缩机的排气温度，降低压缩过程的不可逆损失，提高制冷系统的经济性，还能改善压缩机的运行条件，保证压缩机安全运行。
5.3 采用膨胀机代替节流阀的CO2双级压缩制冷循环。在CO2双级压缩制冷循环的低压级中，用膨胀机代替节流装置(热力膨胀阀等)，可以回收膨胀功，减少节流不可逆损失，提高制冷系统的经济性。天津商业大学等单位已经研究出CO2膨胀机，用于实验装置。
5.4 在CO2跨临界制冷循环中，用电子膨胀阀代替手动节流阀或热力膨胀阀，可以精确的控制蒸发器出口的过热度，既可保证压缩机安全运行，又可减少手动节流阀或热力膨胀阀对过热度控制精确度差带来的损失，提高制冷系统的经济性和运行稳定性。有资料报道，电子膨胀阀代替热力膨胀阀，可以提高制冷系统的制冷系数10%~30%。电子膨胀阀由膨胀阀、驱动器、过热度控制器组成。比较好的品牌有丹佛斯和意大利的CAREL。
5.5 采用并联螺杆机组的准双级压缩制冷循环。在CO2跨临界制冷循环中，在压缩机的吸气管路上增设回热器，采用并联半封闭螺杆制冷压缩机组，可利用螺杆压缩机压缩过程中的补气功能，在储液器的出液管路上增设节能器，降低节流装置前高压工质的温度，提高制冷系数。同时，并联机组可根据制冷系统负荷大小，通过控制器自动控制压缩机的启停台数，也有利于制冷系统节能运行。
5.6 CO2跨临界循环高低压压差大，节流损失大，在回热循环的基础上，带喷射器的CO2跨临界循环，有利于减少节流损失。据悉，浙江大学已经研制出用于CO2热泵热水器的喷射器，可提高热泵系统的经济性。
5.7 在回热循环的基础上，采用并联机组，设置一个或数个中温蒸发器和低温蒸发器，即可满足用户用一套机组为不同蒸发温度的设备提供冷源的要求，也有利于制冷系统根据负荷变化自动调整机器的运行台数，实现节能运行。
5.8 CO2跨临界制冷系统运行管理中，适度提高蒸发器的蒸发温度，避免蒸发温度过低，努力降低气体冷却器出口的温度，减小换热器的换热温差，均有利于提高系统的制冷系数。CO2制冷循环与地源热泵、水源热泵和太阳能热泵系统相结合，更有利于节能。
5.9 CO2制冷系统的制冷压缩机、冷却水泵和风机采用直流变频技术和PLC可编程控制技术，有利于系统节能运行。采用液泵供液系统、满液式蒸发器、蒸发式冷却(凝)器和微通道换热器，有利于强化换热，提高系统的经济性。
6.CO2制冷循环应用注意事项
6.1 CO2制冷系统的设计、安装应由有资质的设计、安装单位及人员承担。制冷系统的设计、安装应符合制冷工艺要求并有利于系统回油。
6.2 CO2跨临界循环，工质的工作压力高，故要求制冷压缩机、蒸发器、气体冷却器、节流装置、附属设备及管路阀门需承受较高的压力，在选用机器设备、管路阀门等材料时，必须满足设计要求。
6.3 对人体的危害。一般情况下，CO2气体少量泄漏，不会造成人身伤害，但是，当CO2气体在空气中的含量大于2%时，会伤害人的呼吸器官，甚至引起窒息死亡。因此，CO2制冷系统应防止泄漏，制冷系统的设计、安装、试压试漏、排污、抽真空、灌注制冷剂、试运行均应由有资质的人员严格按设计要求进行。运行管理和操作人员应经过技术和安全培训合格，并按操作规程操作。
6.4 CO2制冷压缩机的冷冻油应按制造厂规定，选用跨临界循环专用油。制冷系统应设油冷却装置，一般情况下，油温应高于30℃，低于65℃。并联机组应设计、安装好油平衡系统。
6.5 CO2跨临界循环系统，安全阀的设定压力为：高压16.3Mpa, 低压10Mpa。
6.6 复叠式CO2制冷系统的低温级应设置膨胀稳压装置，以防停机后压力过高引发事故。
6.7 当蒸发温度低于-35℃时，CO2复叠式制冷系统较双级压缩制冷系统节能效果好，且蒸发温度越低，节能效果越好;当蒸发温度高于-35℃时，双级压缩制冷系统较CO2复叠式制冷系统节能效果好。
6.8 CO2复叠式循环的低温级吸气过热度10℃~15℃为宜，蒸发冷凝器中高温级的蒸发温度应低于低温级的冷凝温度3℃~5℃，高温级在蒸发冷凝器中的制冷量应与低温级的排热量相匹配。
6.9 CO2制冷剂压缩量小，可采用两极电机(转速2900rmp)，与R22相比，相同规格的压缩机可得到双倍的排气量，压缩机的性价比高。
6.10 CO2制冷系统应定期清洗、更换干燥过滤器，应按计划进行大、中、小修，并保持运行和维修记录，以便改进运行管理及维修工作。
6.11 CO2制冷系统的压力容器、压力管道及安全阀应按法规规定管理，建档、定期检定并保持记录。
6.12 CO2 双级压缩低压机吸气过热度一般取15℃，中间压力取冷凝压力与蒸发压力的比例中项，即：Pzj=(Pk×P0)1/2 其中，Pzj---中间压力，Pk---冷凝压力，P0---蒸发压力。
6.13 NH3/ CO2复叠式制冷系统开停机程序：开机时，必须先开高温级压缩机、设备及有关阀门，运行正常后，再启动低温级压缩机、设备及有关阀门;停机时，应先停止低温级压缩机、设备及有关阀门，然后，适度降低低温级系统压力后，再停止高温级压缩机、设备及有关阀门。
6.14 NH3/ CO2复叠式制冷机紧急停机程序：如果遇到紧急情况需立即停机时，应首先切断低温级压缩机电源，再迅速切断高温级压缩机电源，然后，调整系统其他设备及有关阀门。
6.15 CO2双级压缩制冷系统开停机程序：开机时，必须先开高压机、设备及有关阀门;运行正常后，再启动低压机、设备及有关阀门;停机时，应先停止低压机、设备及有关阀门，然后，适度降低系统压力后，再停止高压机、设备及有关阀门。
6.16 CO2双级压缩制冷系统紧急停机程序：如果遇到紧急情况需立即停机时，应首先切断低压机电源，再迅速切断高压机电源，然后，调整系统其他设备及有关阀门。
6.17 CO2制冷系统冬季停机，应放净机器、设备及管路中的冷却水，以防冻结、损坏设备。制冷压缩机开机前，应先预热机器中的冷冻油。
6.18 CO2制冷系统应设置不凝性气体排出装置，并定期检查、排除不凝性气体。
6.19 CO2为工质的地源热泵和水源热泵空调系统，开机时，应先启动冷却水系统和冷冻水(热水)系统运行，然后，再启动CO2制冷(制热)系统运行;停机时，应先停止CO2制冷(制热)系统运行，然后，再停止冷冻水(热水)系统和冷却水系统运行。冬季停机，应放出制冷(制热)系统的水，或采取其他有效措施，以防设备及管路冻结。
6.20在超临界压力下，CO2温度和压力是独立的参数，它们均影响气体冷却器出口CO2的焓值。改变排气压力，会影响制冷量、耗功及制冷系数。对应于制冷系数最大时的排气压力为最优压力Pout，当不考虑吸气过热时，其半经验公式为：
Pout=(2.778-0.015t0)t3+0.381 t0-9.34
其中，Pout---最优排气压力 100kpa，t0---蒸发温度 ℃，t3---气体冷却器出口温度 ℃。
主要参考资料:
【1】 《制冷技术及其应用》彦启森主编，中国建筑工业出版社 2006.6第一版。
【2】 《中国制冷简报》中国制冷学会主编，2009.5总第37期。
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