化工熱力學(xué)-第6章(自學(xué)考試參考)

1、第六章第六章蒸汽動(dòng)力循環(huán)與制冷循環(huán)蒸汽動(dòng)力循環(huán)與制冷循環(huán) 6.1 6.1 蒸汽動(dòng)力循環(huán)蒸汽動(dòng)力循環(huán) n一一. . 蒸汽動(dòng)力循環(huán)為正向卡諾循環(huán)蒸汽動(dòng)力循環(huán)為正向卡諾循環(huán)n二二. . 蒸汽動(dòng)力循環(huán)蒸汽動(dòng)力循環(huán) 1. 1. 工作原理及工作原理及T-ST-S圖圖蒸汽動(dòng)力循環(huán)的主要設(shè)備有：蒸汽動(dòng)力循環(huán)的主要設(shè)備有：透平機(jī)（汽輪機(jī)）透平機(jī)（汽輪機(jī)）冷凝器冷凝器水泵水泵鍋爐、過熱器等組成鍋爐、過熱器等組成工作介質(zhì)一般為水工作介質(zhì)一般為水水泵水泵鍋爐鍋爐1234P P1 1T T1 1的高壓高溫蒸汽進(jìn)入的高壓高溫蒸汽進(jìn)入氣輪機(jī)等熵膨脹到狀態(tài)氣輪機(jī)等熵膨脹到狀態(tài)2 2，同時(shí)對(duì)外做功，同時(shí)對(duì)外做功，2 2點(diǎn)狀態(tài)點(diǎn)

2、狀態(tài)為乏汽從汽輪機(jī)流出后進(jìn)為乏汽從汽輪機(jī)流出后進(jìn)入冷凝器，乏汽在冷凝器入冷凝器，乏汽在冷凝器中放出汽化潛熱而變?yōu)樵撝蟹懦銎瘽摕岫優(yōu)樵搲毫ο碌娘柡退?，放出的壓力下的飽和水，放出的熱量由冷卻水帶走，達(dá)到熱量由冷卻水帶走，達(dá)到狀態(tài)狀態(tài)3 3，飽和水經(jīng)水泵升，飽和水經(jīng)水泵升壓到壓到P P1 1進(jìn)入鍋爐，在鍋爐進(jìn)入鍋爐，在鍋爐吸收熱量，使工質(zhì)變化到吸收熱量，使工質(zhì)變化到狀態(tài)狀態(tài)1 1，完成一個(gè)循環(huán)。，完成一個(gè)循環(huán)。 氣氣輪輪機(jī)機(jī)冷冷凝凝器器T-ST-S圖圖QHQLWsTT吸吸T放放S 問題在于：?jiǎn)栴}在于： （1 1）濕蒸汽對(duì)）濕蒸汽對(duì)汽輪機(jī)和水泵有浸蝕汽輪機(jī)和水泵有浸蝕作用，汽輪機(jī)帶水量作用，汽輪機(jī)

3、帶水量不得超過不得超過10%10%，水泵，水泵不能帶入蒸汽進(jìn)泵；不能帶入蒸汽進(jìn)泵； （2 2）絕熱可逆）絕熱可逆過程實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)過程實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)。 第一個(gè)具有第一個(gè)具有實(shí)際意義的蒸汽動(dòng)力實(shí)際意義的蒸汽動(dòng)力循環(huán)是郎肯循環(huán)。循環(huán)是郎肯循環(huán)。 1234（1 1）工質(zhì)進(jìn)汽輪機(jī)狀態(tài)不同）工質(zhì)進(jìn)汽輪機(jī)狀態(tài)不同（2 2）膨脹過程不同）膨脹過程不同 2. 2. 郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)（3 3）工質(zhì)出冷凝器狀態(tài)不同）工質(zhì)出冷凝器狀態(tài)不同（4 4）壓縮過程不同）壓縮過程不同（5 5）工作介質(zhì)吸熱過程不同）工作介質(zhì)吸熱過程不同郎肯循環(huán)：飽和水郎肯循環(huán)：飽和水 郎肯循環(huán)：不可逆絕熱過程，若忽郎肯循環(huán)：不可逆絕熱過程，若

4、忽略掉工作介質(zhì)水的摩擦與散熱，可略掉工作介質(zhì)水的摩擦與散熱，可簡(jiǎn)化為可逆過程。簡(jiǎn)化為可逆過程。 郎肯循環(huán)：不可逆吸熱過程，郎肯循環(huán)：不可逆吸熱過程，沿著等壓線變化沿著等壓線變化 卡諾循環(huán)：濕蒸汽卡諾循環(huán)：濕蒸汽卡諾循環(huán)：等熵過程卡諾循環(huán)：等熵過程卡諾循環(huán)：氣液共存卡諾循環(huán)：氣液共存卡諾循環(huán)：等熵過程卡諾循環(huán)：等熵過程卡諾循環(huán)：等溫過程卡諾循環(huán)：等溫過程郎肯循環(huán)也是由四個(gè)步驟組成，與卡諾循環(huán)不同表現(xiàn)在郎肯循環(huán)也是由四個(gè)步驟組成，與卡諾循環(huán)不同表現(xiàn)在郎肯循環(huán)：干蒸汽郎肯循環(huán)：干蒸汽郎肯循環(huán)：不可逆絕熱過程郎肯循環(huán)：不可逆絕熱過程 12 12 對(duì)應(yīng)于汽對(duì)應(yīng)于汽輪機(jī)輪機(jī) 23 23 冷凝器進(jìn)冷凝器進(jìn)行

5、，在冷凝器里冷卻水行，在冷凝器里冷卻水把工作介質(zhì)的熱量帶走把工作介質(zhì)的熱量帶走使其由氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w使其由氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w。 3434水泵中進(jìn)行水泵中進(jìn)行 41 41 鍋爐進(jìn)行，鍋爐進(jìn)行，水在鍋爐中恒壓加熱。水在鍋爐中恒壓加熱。 12234ST水水 過熱蒸汽飽和蒸汽沸點(diǎn)定壓升溫定溫定壓汽化定壓升溫3. 3. 郎肯循環(huán)過程的熱力學(xué)計(jì)算郎肯循環(huán)過程的熱力學(xué)計(jì)算 4141HHHQH 233 2HHHQL2323HHHQL1212HHHws1212HHHws2121HHHHWWSRSsSRsSWW(1) (1) 工作介質(zhì)在鍋爐中吸熱量工作介質(zhì)在鍋爐中吸熱量kJ/kgkJ/kg(2) (2) 工作介質(zhì)在冷凝

6、器中排放的熱量工作介質(zhì)在冷凝器中排放的熱量kJ/kgkJ/kg（理想）（理想）(3) (3) 汽輪機(jī)工作介質(zhì)的單位產(chǎn)功量汽輪機(jī)工作介質(zhì)的單位產(chǎn)功量（理想）（理想）kJ/kgkJ/kg34HHHwp34ppvpvvdpwp 214314spHpssHwwHHHHQHHwwwQ (4) (4) 水泵中工作介質(zhì)的單位水泵中工作介質(zhì)的單位耗功量耗功量 kJ/kg由于液態(tài)水的不可壓縮性，水泵中工作介質(zhì)耗功量可按下列由于液態(tài)水的不可壓縮性，水泵中工作介質(zhì)耗功量可按下列式近似計(jì)算式近似計(jì)算(5) (5) 熱效率熱效率定義：鍋爐中所提供的熱量中轉(zhuǎn)化為凈功的量定義：鍋爐中所提供的熱量中轉(zhuǎn)化為凈功的量數(shù)學(xué)式：數(shù)學(xué)

7、式： 4. 4. 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例nP135-138 P135-138 例例6-16-26-16-2自看自看例例6-2 6-2 插圖插圖核反應(yīng)堆核反應(yīng)堆鍋爐鍋爐汽輪機(jī)汽輪機(jī)t=320 t=320 1 12 2或或223 34 4冷凝器冷凝器P1=7MPa t1=360 P1=7MPa t1=360 2 2221 13 34 4T TS SP2=0.008MPaP2=0.008MPa一一. . 提高郎肯循環(huán)熱效率的措施提高郎肯循環(huán)熱效率的措施HLHscTTQw131214121HHHHHHHHQwHs對(duì)卡諾循環(huán)：對(duì)卡諾循環(huán)：對(duì)郎肯循環(huán)：對(duì)郎肯循環(huán)：(3) (3) 使吸熱過程向卡諾循環(huán)靠近，以提高

8、熱效率使吸熱過程向卡諾循環(huán)靠近，以提高熱效率 要使要使：(1) H(1) H2 2，降低壓力，降低壓力P P2 2（汽輪機(jī)出口蒸汽壓力）（汽輪機(jī)出口蒸汽壓力）(2) H(2) H1 1，提高汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽的壓力或溫度，提高汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽的壓力或溫度1.1.再熱循環(huán)再熱循環(huán)( (略略) )7 7QRHwsh+wsL4 43 32 21p2P1T p3 p32 2S S5 54 413 36 68再熱循環(huán)的熱效率再熱循環(huán)的熱效率 RHHSLSHRHHpSLSHsQQwwQQwwwQw（2 2）乏汽濕含量減少，干度增加。）乏汽濕含量減少，干度增加。 結(jié)論：結(jié)論：（1 1）提高提高2.2.回?zé)嵫h(huán)回?zé)?/p>

9、循環(huán) （2 2）熱效率提高，但設(shè)備成本提高。）熱效率提高，但設(shè)備成本提高。6123)(1 (1HHHHQQQQwQwwHLHHsHps42454552,)1 (HHHHHHHH回?zé)嵫h(huán)的熱效率：回?zé)嵫h(huán)的熱效率：抽氣量抽氣量取回?zé)崞髯髂芰亢馑闳』責(zé)崞髯髂芰亢馑憬Y(jié)論：結(jié)論：（1 1）減少了工作介質(zhì)吸熱過程的溫差（不可逆），由）減少了工作介質(zhì)吸熱過程的溫差（不可逆），由T TH H-T-T4 4 減少到減少到T TH H-T-T6 63.3. 熱電循環(huán)熱電循環(huán)n分為分為兩種兩種：n（1 1） 背壓式汽輪機(jī)聯(lián)合供電供熱循環(huán)背壓式汽輪機(jī)聯(lián)合供電供熱循環(huán)n特點(diǎn)：特點(diǎn)：n 冷凝器中冷卻工質(zhì)的介質(zhì)為熱用戶的

10、介質(zhì)（不一定是冷冷凝器中冷卻工質(zhì)的介質(zhì)為熱用戶的介質(zhì)（不一定是冷卻水）冷凝溫度由供熱溫度決定，卻水）冷凝溫度由供熱溫度決定，Q QL L得以利用；得以利用；n 排氣壓力受供熱溫度影響，較郎肯循環(huán)排氣壓力高排氣壓力受供熱溫度影響，較郎肯循環(huán)排氣壓力高, ,大于大于大氣壓力；大氣壓力； n 熱電循環(huán)效率熱電循環(huán)效率 = =循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率+ +提供熱用戶的熱量提供熱用戶的熱量/ /輸入的總輸入的總熱量。熱量。HLQQ（2 2）抽氣式汽輪機(jī)聯(lián)合供電供熱循環(huán)抽氣式汽輪機(jī)聯(lián)合供電供熱循環(huán)n特點(diǎn)：特點(diǎn)： 工質(zhì)部分供熱，部分作功工質(zhì)部分供熱，部分作功 供熱量與乏汽無關(guān)供熱量與乏汽無關(guān) 熱電循環(huán)效率熱電循

11、環(huán)效率 HRHQQHhsHssRHHQQwQwHHHHwHHQHHQ能量利用參數(shù)熱效率32212671)1 (4.4.應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例nP140-143 P140-143 例例6-36-4 6-36-4 自看自看 6.2 6.2 節(jié)流膨脹與作外功的絕熱膨脹節(jié)流膨脹與作外功的絕熱膨脹 n一一. .節(jié)流膨脹過程節(jié)流膨脹過程n高壓流體經(jīng)過節(jié)流閥后迅速膨脹到低壓的過程稱為節(jié)高壓流體經(jīng)過節(jié)流閥后迅速膨脹到低壓的過程稱為節(jié)流膨脹。流膨脹。n1.1.特點(diǎn)：等焓過程特點(diǎn)：等焓過程n由熱力學(xué)第一定律：由熱力學(xué)第一定律： swqZgcH221 Q=0=0（來不及傳熱），（來不及傳熱）， Ws=0=0（不做功）（不

12、做功）若忽略掉動(dòng)能、位能的影響若忽略掉動(dòng)能、位能的影響 H=0=0對(duì)于對(duì)于H=f（T，P） P發(fā)生變化發(fā)生變化 T也隨也隨之發(fā)生變化之發(fā)生變化（1 1） 定義式定義式流體節(jié)流時(shí)，由于壓力變化而引起的溫度變化，流體節(jié)流時(shí)，由于壓力變化而引起的溫度變化，稱為微分節(jié)流效應(yīng)稱為微分節(jié)流效應(yīng) 2. 2. 微分節(jié)流效應(yīng)（焦湯效應(yīng)）微分節(jié)流效應(yīng)（焦湯效應(yīng)）（6-126-12）數(shù)學(xué)式：數(shù)學(xué)式：HJPT節(jié)流過程：節(jié)流過程：dPPHdTTHdHTP0dHPTHTHPHPTH=fH=f（T T，P P）pPcTH（6-136-13） dpTVTVdTcdHPp0dTPTTVTVPH1PPJTVTVc時(shí)，時(shí)，故故HJ

13、PTPRTVP0pJcPRTPRT(2)(2)節(jié)流膨脹致冷的可能性節(jié)流膨脹致冷的可能性 對(duì)理想氣體對(duì)理想氣體=0=0PV=RT V=RT/PPV=RT V=RT/P這說明了理想氣體在這說明了理想氣體在節(jié)流過程中溫度不發(fā)節(jié)流過程中溫度不發(fā)生變化生變化 HJPT0PTVTV0PTVTV0PTVTV 真實(shí)氣真實(shí)氣體體有三種可能的情況，由定義式知有三種可能的情況，由定義式知當(dāng)當(dāng)J J00時(shí)，表示節(jié)流后壓力下降，溫度也下降時(shí)，表示節(jié)流后壓力下降，溫度也下降致冷致冷當(dāng)當(dāng)J J=0=0時(shí)，表示節(jié)流后壓力下降，溫度不變化時(shí)，表示節(jié)流后壓力下降，溫度不變化當(dāng)當(dāng)J J000J J 000，致冷區(qū)，致冷區(qū)在轉(zhuǎn)化曲線

14、右側(cè)，等在轉(zhuǎn)化曲線右側(cè)，等焓線上，隨焓線上，隨PP，TT，J J 00 Cp0V0 Cp0恒大于零恒大于零. . 利用積分等熵溫度效應(yīng)利用積分等熵溫度效應(yīng)dpTTTppss2112dpCTVTdpTppppppss2121 (3) (3) 積分等熵溫度效應(yīng)積分等熵溫度效應(yīng)等熵膨脹時(shí)，壓力變化為有限值所引起的溫度變化，等熵膨脹時(shí)，壓力變化為有限值所引起的溫度變化，稱之。稱之。計(jì)算積分等熵溫度效應(yīng)的方法有計(jì)算積分等熵溫度效應(yīng)的方法有4 4種：種： 理想氣體的積分等熵溫度效應(yīng)理想氣體的積分等熵溫度效應(yīng)TTS S 在有在有T-ST-S圖時(shí)，圖時(shí)，最方便的方法是由最方便的方法是由T-T-S S圖讀取圖讀

15、取TTS SkkppTT11212kkppTT11212111211112112kkkksppTTppTTTT對(duì)于理想氣體對(duì)于理想氣體絕熱可逆過程絕熱可逆過程 T-ST-S圖法圖法 用等焓節(jié)流效應(yīng)計(jì)算用等焓節(jié)流效應(yīng)計(jì)算pJsCVdpCVdpTpppppJs2121dpVCTTpppHs211若若C Cp p=Const=Const2.2.不可逆對(duì)外做功的絕熱膨脹不可逆對(duì)外做功的絕熱膨脹 n對(duì)活塞式膨脹機(jī)對(duì)活塞式膨脹機(jī) 當(dāng)當(dāng)t t 30 s=0.7t30 s=0.70.470.47n對(duì)透平機(jī)對(duì)透平機(jī) s=0.8s=0.80.850.85n不可逆對(duì)外做功的絕熱膨脹的溫度效應(yīng)介于等熵膨脹不可逆對(duì)外做

16、功的絕熱膨脹的溫度效應(yīng)介于等熵膨脹效應(yīng)和節(jié)流膨脹效應(yīng)之間。效應(yīng)和節(jié)流膨脹效應(yīng)之間。 ST122理想功實(shí)際功SRSWWsWsQH2121H-HH-Hs絕熱絕熱 Q=0Q=0三三. .等熵膨脹與節(jié)流膨脹的比較等熵膨脹與節(jié)流膨脹的比較 1220TSP1P21.1.等熵膨脹與氣體的屬性及狀等熵膨脹與氣體的屬性及狀態(tài)無關(guān)，對(duì)任何氣體任何狀態(tài)態(tài)無關(guān)，對(duì)任何氣體任何狀態(tài)都產(chǎn)生制冷效應(yīng)。都產(chǎn)生制冷效應(yīng)。QOS=Ho-H2=(Ho-H1)+(H1-H2)=QOH+WRHTsT 12TTTs -TTT12H制冷量：制冷量：QOSQOHQOH=Ho-H2= Ho-H.設(shè)備與操作設(shè)備與操作節(jié)流膨脹：簡(jiǎn)

17、單，針形閥節(jié)流膨脹：簡(jiǎn)單，針形閥等熵膨脹：復(fù)雜，需要低溫潤滑油。等熵膨脹：復(fù)雜，需要低溫潤滑油。4.4.操作條件與運(yùn)行情況操作條件與運(yùn)行情況一般大、中型企業(yè)這兩種都用，小型企業(yè)用節(jié)流膨脹一般大、中型企業(yè)這兩種都用，小型企業(yè)用節(jié)流膨脹這兩種膨脹過程是制冷的依據(jù)，也是氣體液化的依據(jù)。這兩種膨脹過程是制冷的依據(jù)，也是氣體液化的依據(jù)。6.3 6.3 制冷循環(huán)制冷循環(huán) n當(dāng)冷凍溫度大于當(dāng)冷凍溫度大于100K100K，稱普通冷凍。，稱普通冷凍。n小于小于100K100K稱深度冷凍。稱深度冷凍。一一. .制冷循環(huán)為逆向卡諾循環(huán)制冷循環(huán)為逆向卡諾循環(huán) 正向卡諾循環(huán)：工質(zhì)吸熱溫度大于工質(zhì)放熱溫度。正向卡諾循環(huán)：

18、工質(zhì)吸熱溫度大于工質(zhì)放熱溫度。逆向卡諾循環(huán)：工質(zhì)吸熱溫度小于工質(zhì)放熱溫度逆向卡諾循環(huán)：工質(zhì)吸熱溫度小于工質(zhì)放熱溫度。 等溫蒸發(fā)等溫蒸發(fā)等溫冷凝等溫冷凝TS1234T放T吸WS耗功過程：耗功量最小。耗功過程：耗功量最小。實(shí)際過程的耗功量要大于逆向卡諾循環(huán)的實(shí)際過程的耗功量要大于逆向卡諾循環(huán)的二二. .蒸汽壓縮制冷循環(huán)蒸汽壓縮制冷循環(huán) n1.1.工作原理及工作原理及T-ST-S圖圖主要設(shè)備有：主要設(shè)備有：n壓縮機(jī)壓縮機(jī)n冷凝器冷凝器 n膨脹機(jī)（節(jié)流閥）膨脹機(jī)（節(jié)流閥）n蒸發(fā)器蒸發(fā)器四部分組成。四部分組成。在制冷過程中，要涉及到相變、工質(zhì)、壓力、沸點(diǎn)等問題在制冷過程中，要涉及到相變、工質(zhì)、壓力、沸點(diǎn)

19、等問題 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 傳熱過程可逆?zhèn)鳠徇^程可逆(1)(1)卡諾壓縮制冷循環(huán)卡諾壓縮制冷循環(huán)壓縮、膨脹過程可逆壓縮、膨脹過程可逆由熱力學(xué)第一定律：由熱力學(xué)第一定律： sWQH0H循環(huán)過程循環(huán)過程 ）（）（）（吸放吸放14411423SSTSSTQSSTSSTQQQQWsQLLHHTS1234T放T吸WS)(14SSTTQLH）（故：故：)(14SSTTWLHs）（定義：消耗單位功所獲得的冷量。定義：消耗單位功所獲得的冷量。 WsQ吸衡量制冷效果好壞的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)是制冷系數(shù)。衡量制冷效果好壞的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)是制冷系數(shù)。卡諾壓縮制冷循環(huán)制冷系數(shù)卡諾壓縮制冷循環(huán)制冷系數(shù) LHLLHLTTTSSTTSST

20、WsQ4141吸制冷系數(shù)與冷卻溫度制冷系數(shù)與冷卻溫度T TH H和載冷體（被冷物質(zhì)）和載冷體（被冷物質(zhì)）T TL L有關(guān)。有關(guān)。若制冷溫度若制冷溫度T TL L（由工藝條件決定）一定，（由工藝條件決定）一定，T TH H，結(jié)論結(jié)論: :若冷卻水（空氣）若冷卻水（空氣）T TH H一定，一定，T TL L，因此要以滿，因此要以滿足工藝條件為依據(jù)。如果工藝條件為足工藝條件為依據(jù)。如果工藝條件為-20-20，一般選取，一般選取T TL L= -25= -25即可性。過冷即可性。過冷55，不能太多。，不能太多。(2)(2) 實(shí)際壓縮制冷循環(huán)實(shí)際壓縮制冷循環(huán)n實(shí)際壓縮制冷循環(huán)就其循環(huán)所需的設(shè)備來說，完全

21、實(shí)際壓縮制冷循環(huán)就其循環(huán)所需的設(shè)備來說，完全與卡諾壓縮制冷循環(huán)所需要的設(shè)備相同，與卡諾壓縮制冷循環(huán)所需要的設(shè)備相同，n關(guān)鍵在于在循環(huán)的過程中，每一步都不一定是可逆關(guān)鍵在于在循環(huán)的過程中，每一步都不一定是可逆的。的。n它與卡諾壓縮制冷循環(huán)不同處表現(xiàn)在五個(gè)方面。它與卡諾壓縮制冷循環(huán)不同處表現(xiàn)在五個(gè)方面。 sWQHHHHss 制冷劑（工質(zhì)）進(jìn)壓縮機(jī)狀態(tài)不同制冷劑（工質(zhì)）進(jìn)壓縮機(jī)狀態(tài)不同卡諾：濕氣卡諾：濕氣實(shí)際：干氣實(shí)際：干氣 壓縮過程不同壓縮過程不同卡諾：等熵過程卡諾：等熵過程實(shí)際：不可逆絕熱過程實(shí)際：不可逆絕熱過程等熵效率：等熵效率： s=s=等熵過程耗功等熵過程耗功/ /實(shí)際過程耗功實(shí)際過程耗功

22、s1s1若若Q=0則則 Ws=卡諾：等溫過程卡諾：等溫過程實(shí)際：不可逆過程，沿著等壓線變化。實(shí)際：不可逆過程，沿著等壓線變化。 冷凝過程不同冷凝過程不同 制冷劑出冷凝器狀態(tài)不同制冷劑出冷凝器狀態(tài)不同 卡諾：飽和液體卡諾：飽和液體 實(shí)際：過冷液體實(shí)際：過冷液體 膨脹過程不同膨脹過程不同 卡諾：等熵（膨脹機(jī)）卡諾：等熵（膨脹機(jī)） 實(shí)際：等焓（節(jié)流閥）實(shí)際：等焓（節(jié)流閥） 實(shí)際壓縮制冷循環(huán)：實(shí)際壓縮制冷循環(huán)：1234112341理 想 壓 縮 制 冷 循 環(huán) ：理 想 壓 縮 制 冷 循 環(huán) ：12”34”112”34”1卡諾壓縮制冷循環(huán)：卡諾壓縮制冷循環(huán)：12341 12341 1 12 2222

23、23 333114 44444ST對(duì)于實(shí)際壓縮制冷循環(huán)，經(jīng)歷的對(duì)于實(shí)際壓縮制冷循環(huán)，經(jīng)歷的12 12 對(duì)應(yīng)于壓縮機(jī)對(duì)應(yīng)于壓縮機(jī) （工廠：冰機(jī)，氨壓機(jī)，制冷機(jī)）（工廠：冰機(jī)，氨壓機(jī)，制冷機(jī)）23 23 冷凝器進(jìn)行冷凝器進(jìn)行 在冷凝器里，冷卻水（或空氣）把在冷凝器里，冷卻水（或空氣）把 工質(zhì)的熱量帶走，使其由高壓氣體工質(zhì)的熱量帶走，使其由高壓氣體 轉(zhuǎn)變成高壓液體。轉(zhuǎn)變成高壓液體。34 34 節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流閥進(jìn)行 （冰箱毛細(xì)管）（冰箱毛細(xì)管）41 41 蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)器進(jìn)行 大鹽水槽供熱（冰箱食物熱）大鹽水槽供熱（冰箱食物熱）2.2.壓縮制冷過程的熱力學(xué)計(jì)算壓縮制冷過程的熱力學(xué)計(jì)算 410HHq23

24、HHqH12HHWs12410HHHHwqs)(4100HHGGqQ 單位冷凍量：?jiǎn)挝焕鋬隽浚?kg1kg制冷劑在循環(huán)過程中所提供的冷量。制冷劑在循環(huán)過程中所提供的冷量。 kJ/kg kJ/kg 冷凝器的單位熱負(fù)荷冷凝器的單位熱負(fù)荷 kJ/kg kJ/kg 單位耗功量單位耗功量 kJ/kg kJ/kg 制冷系數(shù)制冷系數(shù) 冰機(jī)的制冷能力冰機(jī)的制冷能力Q Q0 0 kJ/h kJ/hGG制冷劑循環(huán)量制冷劑循環(huán)量11冷凍噸冷凍噸=1=1* *10103 3* *334.5/24=1.394334.5/24=1.394* *10104 4 kJ/h kJ/h1 1冷凍噸冷凍噸= =每天將每天將273.

25、16K273.16K的的1 1噸水凝結(jié)為同溫度的冰所需取走的熱量。噸水凝結(jié)為同溫度的冰所需取走的熱量。由于由于1kg1kg水凝結(jié)為冰要放出水凝結(jié)為冰要放出334.5 kJ334.5 kJ的熱量的熱量00/qQGHHGqQ 3600/sTGwN00/qQG/0qws 制冷劑循環(huán)量制冷劑循環(huán)量kg/h 冷凝器的熱負(fù)荷冷凝器的熱負(fù)荷kJ/hQH是設(shè)計(jì)冷凝器的基本依據(jù)。是設(shè)計(jì)冷凝器的基本依據(jù)。Kw 壓縮機(jī)的軸功率壓縮機(jī)的軸功率360036000000QqqQNTKw計(jì)算舉例計(jì)算舉例nP148151 P148151 例例6-76-9 6-76-9 大家下去大家下去自看自看3.3.制冷劑的選擇制冷劑的選擇

26、 n選擇原則：選擇原則：P149P149五條五條大氣壓力下沸點(diǎn)低；大氣壓力下沸點(diǎn)低；汽化潛熱大，減少制冷劑的循環(huán)量，縮小壓縮機(jī)的汽化潛熱大，減少制冷劑的循環(huán)量，縮小壓縮機(jī)的尺寸尺寸；常溫下的冷凝壓力應(yīng)盡可能的低，以降低對(duì)冷凝常溫下的冷凝壓力應(yīng)盡可能的低，以降低對(duì)冷凝器的耐壓與密封的要求；器的耐壓與密封的要求；具有較高的臨界溫度與較低的凝固溫度，使大部分具有較高的臨界溫度與較低的凝固溫度，使大部分的放熱過程在兩相區(qū)內(nèi)進(jìn)行；具有化學(xué)穩(wěn)定性、不的放熱過程在兩相區(qū)內(nèi)進(jìn)行；具有化學(xué)穩(wěn)定性、不易燃、不分解、無腐蝕性。易燃、不分解、無腐蝕性。4.4.載冷體的選用載冷體的選用 n工業(yè)上一般選用冷凍鹽水工業(yè)上一

27、般選用冷凍鹽水CaCl2，MgCl2 三三. .多級(jí)壓縮制冷和復(fù)迭式制冷多級(jí)壓縮制冷和復(fù)迭式制冷 n在氨制冷劑中，一般蒸發(fā)溫度低于在氨制冷劑中，一般蒸發(fā)溫度低于-30-30時(shí)，時(shí)，采用兩級(jí)壓縮采用兩級(jí)壓縮n低于低于-45-45時(shí)，采用三級(jí)壓縮時(shí)，采用三級(jí)壓縮1.1.兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)兩級(jí)壓縮制冷循環(huán) (1) (1) 工作原理及工作原理及T-ST-S圖圖 122345678STPm 耗功小，節(jié)能耗功小，節(jié)能 制冷率大制冷率大 可同時(shí)得到不同可同時(shí)得到不同溫度的低溫溫度的低溫 (2) (2)兩級(jí)壓縮兩級(jí)蒸發(fā)的好處兩級(jí)壓縮兩級(jí)蒸發(fā)的好處思考一下三級(jí)壓縮思考一下三級(jí)壓縮三級(jí)蒸發(fā)的原理圖三級(jí)蒸發(fā)的原理圖

28、? ?2.2.復(fù)迭式制冷復(fù)迭式制冷n（1 1）目的：為了得到更低的制冷溫度）目的：為了得到更低的制冷溫度n（2 2）特點(diǎn)：）特點(diǎn)：n 使用兩種（或兩種以上）制冷劑使用兩種（或兩種以上）制冷劑; ;n 各自構(gòu)成獨(dú)立的制冷循環(huán)各自構(gòu)成獨(dú)立的制冷循環(huán); ;n 低溫度級(jí)的蒸發(fā)器是更低溫度級(jí)的冷低溫度級(jí)的蒸發(fā)器是更低溫度級(jí)的冷凝器凝器. .(3)(3)工作原理及工作原理及T-ST-S圖圖 ST12345678（4 4）對(duì)兩種制冷劑的要求對(duì)兩種制冷劑的要求n（如氨、乙烯組成的復(fù)迭式制冷）（如氨、乙烯組成的復(fù)迭式制冷）n低溫循環(huán)的制冷劑（低溫循環(huán)的制冷劑（NHNH3 3）蒸發(fā)溫度）蒸發(fā)溫度 更低溫更低溫度制

29、冷劑的凝固溫度度制冷劑的凝固溫度Ts;Ts;n 更低溫循環(huán)的制冷劑（乙烯）冷凝溫度更低溫循環(huán)的制冷劑（乙烯）冷凝溫度 低溫制冷蒸發(fā)低溫制冷蒸發(fā)的溫度的溫度. .四四. .吸收式制冷吸收式制冷 n1.1.吸收式制冷的工作原理吸收式制冷的工作原理 將吸收式制冷循環(huán)與蒸汽壓縮制冷循環(huán)相將吸收式制冷循環(huán)與蒸汽壓縮制冷循環(huán)相比較，其比較，其不同點(diǎn)不同點(diǎn)僅在于：僅在于：蒸汽壓縮制冷循環(huán)：蒸汽壓縮制冷循環(huán)：壓縮機(jī)（消耗機(jī)械功）壓縮機(jī)（消耗機(jī)械功）吸收式制冷循環(huán)：吸收式制冷循環(huán)：吸收塔，解吸器，換熱器，泵（消耗低品吸收塔，解吸器，換熱器，泵（消耗低品位熱量位熱量） 2.2.評(píng)價(jià)吸收式制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評(píng)價(jià)吸收

30、式制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 最大熱力系數(shù)：最大熱力系數(shù)： 0LRQQQ制冷量低品位蒸汽供熱量LLRHRHLRQTTTQTTT用于評(píng)價(jià)吸收式制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是熱力系數(shù)用于評(píng)價(jià)吸收式制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是熱力系數(shù)（能量利用系數(shù)）（能量利用系數(shù)）6.4 6.4 深冷循環(huán)（氣體液化循環(huán)）深冷循環(huán)（氣體液化循環(huán)） n深度冷凍循環(huán)的目的就是獲得低溫度液體。深度冷凍循環(huán)的目的就是獲得低溫度液體。n當(dāng)氣體溫度高于其臨界溫度時(shí)，無論加多大的壓力當(dāng)氣體溫度高于其臨界溫度時(shí)，無論加多大的壓力都不能使其液化。因此，氣體的臨界溫度越低，所都不能使其液化。因此，氣體的臨界溫度越低，所需要的液化溫度越低。需要的液化溫度越低。n如

31、：氮?dú)馊纾旱獨(dú)?Tc=126.2K(-146.95)Tc=126.2K(-146.95)n 氫氣氫氣 Tc=33.2K(-249.95)Tc=33.2K(-249.95)n利用一次節(jié)流膨脹液化氣體是最簡(jiǎn)單的氣體液化循利用一次節(jié)流膨脹液化氣體是最簡(jiǎn)單的氣體液化循環(huán)。環(huán)。 一一. Linde Cycle (. Linde Cycle (林德循環(huán)林德循環(huán)) ) n18951895年德國工程師年德國工程師LindeLinde（林德）首先應(yīng)用此法液化（林德）首先應(yīng)用此法液化空氣，故稱簡(jiǎn)單的林德循環(huán)。空氣，故稱簡(jiǎn)單的林德循環(huán)。 1.1.工作原理及工作原理及T TS S圖圖 此系統(tǒng)由此系統(tǒng)由壓縮機(jī)壓縮機(jī)冷卻

32、器冷卻器換熱器換熱器節(jié)流閥節(jié)流閥液分離器液分離器組成組成121(1-x)kg1kg 氣體天然水3450換熱器節(jié)流閥氣 液 分 離器Xkg產(chǎn)品這是操作穩(wěn)定時(shí)所表示的這是操作穩(wěn)定時(shí)所表示的T-ST-S圖。從這一圖示來看，圖。從這一圖示來看，深冷深冷與普通冷凍循環(huán)主要區(qū)別與普通冷凍循環(huán)主要區(qū)別表表現(xiàn)在：現(xiàn)在：普冷普冷：兩個(gè)封閉式循環(huán)兩個(gè)封閉式循環(huán)。制制冷循環(huán)與被冷物系是兩種物冷循環(huán)與被冷物系是兩種物質(zhì)，彼此獨(dú)立封閉循環(huán)。質(zhì)，彼此獨(dú)立封閉循環(huán)。深冷深冷：制冷循環(huán)與分離或液制冷循環(huán)與分離或液化物質(zhì)是同一種物質(zhì)，且是化物質(zhì)是同一種物質(zhì)，且是不封閉循環(huán)。不封閉循環(huán)。ST123450T42.2. 熱力學(xué)計(jì)算熱

33、力學(xué)計(jì)算n以處理以處理1kg1kg氣體為基準(zhǔn)氣體為基準(zhǔn)n（1 1） 氣體液化量（液化率）氣體液化量（液化率）x xn所謂液化率：所謂液化率：1kg1kg被處理的氣體所能產(chǎn)生的液體被處理的氣體所能產(chǎn)生的液體kgkg數(shù)。數(shù)。n取換熱器、節(jié)流閥、氣液分離器為研究體系取換熱器、節(jié)流閥、氣液分離器為研究體系 sWQH0sW0Q0H出入HH102Hx-1xHH）（由熱力學(xué)第一定律：由熱力學(xué)第一定律：因體系與環(huán)境無軸功交換，若無冷損失，因體系與環(huán)境無軸功交換，若無冷損失，由體系的能量平衡，則有由體系的能量平衡，則有0121H-HH-Hx （6-266-26）理論液化量理論液化量(6-29) (6-29) 實(shí)

34、際液化量實(shí)際液化量013221H-Hq-q-H-Hx 冷量損失。這是由于氣體液化裝置絕熱不完全，冷量損失。這是由于氣體液化裝置絕熱不完全，環(huán)境介質(zhì)熱量傳給低溫設(shè)備而引起的冷量損失。環(huán)境介質(zhì)熱量傳給低溫設(shè)備而引起的冷量損失。 TCx)1 (qp2pCT3q（換熱器不完全交換換熱器不完全交換）低壓氣體平均熱容低壓氣體平均熱容換熱器熱端溫差換熱器熱端溫差21o1oH-H)H-x(Hq322132o1oq-q-H-Hq-q-)H-x(Hq (2) (2) 制冷量制冷量q qo o在穩(wěn)定操作下，液化在穩(wěn)定操作下，液化xkgxkg氣體所取走的熱量。氣體所取走的熱量。理論制冷量：理論制冷量： 實(shí)際制冷量：實(shí)

35、際制冷量： P P1 1、T T1 1被液化氣體初態(tài)的壓力、溫度被液化氣體初態(tài)的壓力、溫度 P P2 2被液化氣體壓縮后的壓力被液化氣體壓縮后的壓力121pplnRTWs T12T1pplnRTWs（3 3） 功耗功耗WsWs按理想氣體的可逆等溫壓縮按理想氣體的可逆等溫壓縮（6-286-28）理想理想實(shí)際耗功實(shí)際耗功 式中：式中：RR氣體常數(shù)，單位取氣體常數(shù)，單位取kJ/kgkJ/kgK K壓縮機(jī)的等溫壓縮效率，一般按經(jīng)驗(yàn)可取壓縮機(jī)的等溫壓縮效率，一般按經(jīng)驗(yàn)可取0.590.5912T1xpplnxRTxWsWxo1so1s21soWH-HW)H-x(HWH-HWq (4) (4) 比功比功WxWx每液化每液化1kg1kg氣體所消耗的功稱為比功。氣體