第8章 蒸汽動力循環(huán)與制冷循環(huán)

1、第第8 8章章 蒸汽動力循環(huán)與制冷循環(huán)蒸汽動力循環(huán)與制冷循環(huán) 將熱能變?yōu)闄C械能必須通過循環(huán)才能完成，將熱能變?yōu)闄C械能必須通過循環(huán)才能完成，而組成循環(huán)的熱力過程主要是在熱力原動機中進而組成循環(huán)的熱力過程主要是在熱力原動機中進行的。根據(jù)所采用工質的不同，熱力原動機循環(huán)行的。根據(jù)所采用工質的不同，熱力原動機循環(huán)分為兩類：以蒸汽為工質的稱為分為兩類：以蒸汽為工質的稱為蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán)，而以氣體為工質的則稱為氣體循環(huán)。其中以蒸汽而以氣體為工質的則稱為氣體循環(huán)。其中以蒸汽動力循環(huán)最為主要，其研究對象不是原動機的結動力循環(huán)最為主要，其研究對象不是原動機的結構與構件，而是工質所經歷的狀態(tài)及其變化過程。

2、構與構件，而是工質所經歷的狀態(tài)及其變化過程。 制冷循環(huán)制冷循環(huán)是一種逆向循環(huán)。逆向循環(huán)的目的是一種逆向循環(huán)。逆向循環(huán)的目的在于把低溫物體在于把低溫物體(熱源熱源)的熱量轉移到高溫物體的熱量轉移到高溫物體(熱熱源源)去。根據(jù)去。根據(jù)Clausius對熱力學第二定律的描對熱力學第二定律的描內容概要述，要使熱量從低溫物體傳到高溫物體，必須述，要使熱量從低溫物體傳到高溫物體，必須提供機械能或熱能作為代價。提供機械能或熱能作為代價。如果循環(huán)的目的是從低溫物體如果循環(huán)的目的是從低溫物體(如冷藏室、冷如冷藏室、冷庫等庫等)不斷地取走熱量，以維持物體的低溫，稱不斷地取走熱量，以維持物體的低溫，稱之為制冷循環(huán)；

3、如果循環(huán)的目的是給高溫物體之為制冷循環(huán)；如果循環(huán)的目的是給高溫物體(如供暖的房間如供暖的房間)不斷地提供熱量，以保證高溫不斷地提供熱量，以保證高溫物體的溫度，稱之為熱泵循環(huán)。習慣上，制冷物體的溫度，稱之為熱泵循環(huán)。習慣上，制冷溫度在溫度在-100以上者，稱為普冷，低于以上者，稱為普冷，低于-100者稱為深冷。制冷廣泛應用于化工生產中的低者稱為深冷。制冷廣泛應用于化工生產中的低溫反應、結晶分離、氣體液化以及生活中的冰溫反應、結晶分離、氣體液化以及生活中的冰箱、空調、冷庫等各方面。箱、空調、冷庫等各方面。 逆逆Carnot循環(huán)熱力學原理與蒸汽壓縮制冷循環(huán)熱力學原理與蒸汽壓縮制冷循環(huán)的基本組成，制冷

4、系數(shù)和單位工質循循環(huán)的基本組成，制冷系數(shù)和單位工質循環(huán)量的計算；環(huán)量的計算； 2) Rankine循環(huán)的熱力學分析方法，熱效循環(huán)的熱力學分析方法，熱效率、氣耗率的概念與計算，以及率、氣耗率的概念與計算，以及Rankine循環(huán)的改進方法。循環(huán)的改進方法。3)了解了解Otto循環(huán)和循環(huán)和Diesel燃氣循環(huán)和燃氣輪燃氣循環(huán)和燃氣輪機過程分析；機過程分析；4) 熱泵的基本概念和在工業(yè)生產中的應用；熱泵的基本概念和在工業(yè)生產中的應用；5)了解深冷循環(huán)，掌握空氣液化原理及其計了解深冷循環(huán)，掌握空氣液化原理及其計算方法。算方法。重點內容重點內容熱機熱機 將熱能轉化為機械能等動力的裝置將熱能轉化為機械能等動

5、力的裝置工廠、工廠、交通工具交通工具、居民、辦公用電居民、辦公用電熱力循環(huán)過程熱力循環(huán)過程熱機的工作循環(huán)熱機的工作循環(huán)蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán)燃氣動力循環(huán)燃氣動力循環(huán)制冷制冷 獲得并保持低于環(huán)境溫度的操作獲得并保持低于環(huán)境溫度的操作制冷循環(huán)制冷循環(huán)輸入外功實現(xiàn)從低溫環(huán)境吸熱排向高輸入外功實現(xiàn)從低溫環(huán)境吸熱排向高溫環(huán)境的循環(huán)溫環(huán)境的循環(huán)蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán)蒸汽壓縮制冷循環(huán)蒸汽壓縮制冷循環(huán)P P1 1T T1 1的高壓高溫蒸汽進入的高壓高溫蒸汽進入氣輪機等熵膨脹到狀態(tài)氣輪機等熵膨脹到狀態(tài)2 2，同時對外做功，同時對外做功，2 2點狀態(tài)點狀態(tài)為乏汽從汽輪機流出后進為乏汽從汽輪機流出后進入冷凝器，

6、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，達到熱量由冷卻水帶走，達到狀態(tài)狀態(tài)3 3，飽和水經水泵升，飽和水經水泵升壓到壓到P1P1進入鍋爐，在鍋爐進入鍋爐，在鍋爐吸收熱量，使工質變化到吸收熱量，使工質變化到狀態(tài)狀態(tài)1 1，完成一個循環(huán)。，完成一個循環(huán)。8.1 蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán)Rankine循環(huán)過程分析循環(huán)過程分析水泵水泵鍋爐鍋爐1234氣氣輪輪機機冷冷凝凝器器T-ST-S圖圖QHQLWsTS1234 問題在于：問題在于： （1 1）濕蒸汽對）濕蒸汽對汽輪機和水泵有浸蝕汽輪機和水泵有浸蝕作用

7、，汽輪機帶水量作用，汽輪機帶水量不得超過不得超過10%10%，水泵，水泵不能帶入蒸汽進泵；不能帶入蒸汽進泵； （2 2）絕熱可逆）絕熱可逆過程實際上難以實現(xiàn)過程實際上難以實現(xiàn)。 第一個具有第一個具有實際意義的蒸汽動力實際意義的蒸汽動力循環(huán)是郎肯循環(huán)。循環(huán)是郎肯循環(huán)。 8.1.1 Rankine循環(huán)循環(huán)鍋爐鍋爐過熱器過熱器汽輪機汽輪機冷凝器冷凝器水泵水泵12341234TS(b) T-S圖圖(a) 工作原理圖工作原理圖2圖圖8-1 Rankine蒸汽動力循環(huán)裝置蒸汽動力循環(huán)裝置組成組成循環(huán)過程循環(huán)過程（1 1）工質進汽輪機狀態(tài)不同）工質進汽輪機狀態(tài)不同（2 2）膨脹過程不同）膨脹過程不同（3 3

8、）工質出冷凝器狀態(tài)不同）工質出冷凝器狀態(tài)不同（4 4）壓縮過程不同）壓縮過程不同（5 5）工作介質吸熱過程不同）工作介質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，若忽略掉工作介質水的摩擦與散熱，可略掉工作介質水的摩擦與散熱，可簡化為可逆過程。簡化為可逆過程。 郎肯循環(huán)：不可逆吸熱過程，沿著郎肯循環(huán)：不可逆吸熱過程，沿著等壓線變化等壓線變化 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)也是由四個步驟

9、組成，與卡諾循環(huán)不同表現(xiàn)在郎肯循環(huán)也是由四個步驟組成，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 過熱水蒸汽在汽輪機內等熵膨脹，變成濕蒸汽，同過熱水蒸汽在汽輪機內等熵膨脹，變成濕蒸汽，同時對外作輸出軸功時對外作輸出軸功 23 濕蒸汽在冷凝器內等壓、等溫冷凝，變成飽和液體水濕蒸汽在冷凝器內等壓、等溫冷凝，變成飽和液體水 34 冷凝水在水泵中等熵壓縮，進回至鍋爐冷凝水在水泵中等熵壓縮，進回至鍋爐 41 水在鍋爐中吸收熱量，完成預熱、汽化、過熱階水在鍋爐中吸收熱量，完成預熱、汽化、過熱階段過程，變成過熱水蒸汽段過程，變成過熱水蒸汽 熱力學

10、分析熱力學分析汽輪機中工質對外作功量汽輪機中工質對外作功量(過程過程12) -1S(R)21(kJ kg )WHHH 冷凝器中工質對外放熱量冷凝器中工質對外放熱量 -1L32(kJ kg )QHHH 水泵消耗的壓縮功量水泵消耗的壓縮功量-1pump43343(kJ kg )WHHHVpp 工質從鍋爐中吸收的熱量工質從鍋爐中吸收的熱量-1H14(kJ kg )QHHH 熱效率熱效率 S(R)pump2143NTHH14WWHHHHWQQHH S(R)12TH14WHHQHH汽耗率汽耗率 蒸汽動力裝置中每輸出1的凈功所消耗的蒸汽量 -1N3600SSCkgkWhW例例8.28.2 某核動力循環(huán)如圖

11、所示，鍋爐從溫度為某核動力循環(huán)如圖所示，鍋爐從溫度為380380 的核反應堆的核反應堆吸入熱量吸入熱量Q Q1 1產生壓力為產生壓力為7MPa7MPa、溫度為、溫度為360 360 的過熱蒸汽（點的過熱蒸汽（點1 1），），過熱蒸汽經汽輪機膨脹做功后于過熱蒸汽經汽輪機膨脹做功后于0.8MPa0.8MPa壓力下排出（點壓力下排出（點2 2），乏氣），乏氣在冷凝器中向環(huán)境溫度在冷凝器中向環(huán)境溫度 t t0 0=20 =20 下進行定壓放熱變?yōu)轱柡退逻M行定壓放熱變?yōu)轱柡退c（點3 3），然后經泵返回鍋爐（點），然后經泵返回鍋爐（點4 4）完成循環(huán)，已知汽輪機的額）完成循環(huán)，已知汽輪機的額定功率為

12、定功率為1515 10104 4 kW, kW,汽輪機作不可逆的絕熱膨脹汽輪機作不可逆的絕熱膨脹, ,其等熵效率為其等熵效率為0.75,0.75,而水泵可認為作可逆絕熱壓縮而水泵可認為作可逆絕熱壓縮, ,試求試求: :(1)(1)此動力循環(huán)中蒸汽的質量流量此動力循環(huán)中蒸汽的質量流量; ;(2)(2)汽輪機出口乏氣的濕度汽輪機出口乏氣的濕度; ;(3)(3)循環(huán)的熱效率循環(huán)的熱效率. .例題例題8.18.1核反應堆核反應堆鍋爐鍋爐汽輪機汽輪機t=380 t=380 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 4

13、T TS S提高提高Rankine循環(huán)熱效率的途徑循環(huán)熱效率的途徑 LcarnotH1TT 降低冷凝器溫度降低冷凝器溫度提高鍋爐溫度提高鍋爐溫度平均吸熱溫度平均吸熱溫度1 1與與1 1點的壓力高低點的壓力高低 ？等效等效Carnot循環(huán)的平均吸熱溫度循環(huán)的平均吸熱溫度 Tm8.1.2 Rankine循環(huán)的改進循環(huán)的改進 回熱循環(huán)回熱循環(huán) 再熱循環(huán)再熱循環(huán)x2圖圖 8-7 再熱循環(huán)圖再熱循環(huán)圖TS11225643x2112356過熱器過熱器再熱器再熱器汽輪機汽輪機發(fā)電機發(fā)電機冷凝器冷凝器冷卻水冷卻水鍋爐鍋爐給水泵給水泵(a) 工作原理圖工作原理圖 (b) T-S圖圖

14、目前超高壓目前超高壓(蒸汽初壓為蒸汽初壓為13和和24MPa或更高或更高)的大型電廠幾的大型電廠幾乎毫無例外地采用再熱循環(huán)乎毫無例外地采用再熱循環(huán) 8.2 內燃機熱力過程分析內燃機熱力過程分析使用氣體或液體燃料，在汽缸中以燃燒時生成使用氣體或液體燃料，在汽缸中以燃燒時生成的燃氣作為工質驅動循環(huán)的機械裝置的燃氣作為工質驅動循環(huán)的機械裝置 內燃機內燃機點燃式內燃機點燃式內燃機( (汽油機汽油機) )定容加熱循環(huán)定容加熱循環(huán)壓燃式內燃機壓燃式內燃機( (柴油機柴油機) )定壓加熱循環(huán)定壓加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)Jetta柴油車柴油車8.2.1 定容加熱循環(huán)定容加熱循環(huán)Otto循環(huán)循環(huán) 內燃機

15、是一個敞開系統(tǒng)內燃機是一個敞開系統(tǒng) 每一個循環(huán)都要從外界吸入工質，循環(huán)結束時將廢氣每一個循環(huán)都要從外界吸入工質，循環(huán)結束時將廢氣排于外界排于外界 與蒸汽動力循環(huán)與蒸汽動力循環(huán)不同不同適合使用汽油適合使用汽油8.2.2 定壓加熱循環(huán)定壓加熱循環(huán)Diesel循環(huán)循環(huán) 依靠壓縮后的高溫空氣使燃料著火燃燒，使依靠壓縮后的高溫空氣使燃料著火燃燒，使用柴油用柴油柴油機柴油機壓燃式內壓燃式內燃機燃機現(xiàn)代高速柴油機既有定壓加熱又有定容加熱現(xiàn)代高速柴油機既有定壓加熱又有定容加熱混合加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)8.3 8.3 燃氣輪機過程分析燃氣輪機過程分析 以空氣及燃氣為工質的旋轉式熱力發(fā)動機以空氣及燃氣為工質的旋轉式

16、熱力發(fā)動機 油泵油泵葉輪式壓氣機葉輪式壓氣機空氣空氣燃氣輪機燃氣輪機發(fā)電機發(fā)電機廢氣廢氣燃燒室燃燒室1234pV1234TS1234(a)實際工作原理圖實際工作原理圖(c) T-S圖圖(b) p-V圖圖圖圖8-10燃氣輪機裝置循環(huán)燃氣輪機裝置循環(huán)燃氣輪機裝置循環(huán)的熱效率僅與增壓比燃氣輪機裝置循環(huán)的熱效率僅與增壓比有關有關/愈大，熱效率愈高愈大，熱效率愈高 優(yōu)點優(yōu)點體積小，功率大，結構緊湊，運行平穩(wěn)體積小，功率大，結構緊湊，運行平穩(wěn)材料要求高材料要求高壓氣機消耗功率大壓氣機消耗功率大缺點缺點8.4 制冷循環(huán)原理與蒸汽壓縮制制冷循環(huán)原理與蒸汽壓縮制冷過程分析冷過程分析當冷凍溫度大于當冷凍溫度大于-

17、100 ，稱普通冷凍。，稱普通冷凍。小于小于-100 稱深度冷凍。稱深度冷凍。8.4.1. 8.4.1. 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)：工質吸熱溫度大于工質放熱溫度。正向卡諾循環(huán)：工質吸熱溫度大于工質放熱溫度。逆向卡諾循環(huán)：工質吸熱溫度小于工質放熱溫度。逆向卡諾循環(huán)：工質吸熱溫度小于工質放熱溫度。 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。實際過程的耗功量要大于逆向卡諾循環(huán)的耗功量實際過程的耗功量要大于逆向卡諾循環(huán)的耗功量二二. .蒸汽壓縮制冷循環(huán)蒸汽壓縮制冷循環(huán) 1.1. 工作原理及工作原理及T-ST-S

18、圖圖主要設備有：主要設備有：壓縮機壓縮機冷凝器冷凝器 膨脹機（節(jié)流閥）膨脹機（節(jié)流閥）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、壓力、沸點等問題在制冷過程中，要涉及到相變、工質、壓力、沸點等問題 蒸發(fā)器蒸發(fā)器冷凝器冷凝器壓縮機壓縮機膨脹機或膨脹機或節(jié)流閥節(jié)流閥1234QHQL 載冷體載冷體特點：特點： 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第一定律：由熱力學第一定律： sWQH0H循環(huán)過程循環(huán)過程 WsQ吸放QQQ）（放1423SSTSSTQHH）（）（吸1441SSTSSTQLL)(14S

19、STTQLH）（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。 WsQC吸衡量制冷效果好壞的一個技術指標是制冷系數(shù)。衡量制冷效果好壞的一個技術指標是制冷系數(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) LHLLHLCTTTSSTTSSTWsQ4141吸CarnotCarnot循環(huán)的制冷系數(shù)循環(huán)的制冷系數(shù)C C取決于高溫和低溫熱源的溫度取決于高溫和低溫熱源的溫度 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）和載冷體（被冷物質）T TL L有關。有關。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

20、決定）一定，T TH H，結論結論: :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 實際壓縮制冷循環(huán)實際壓縮制冷循環(huán)實際壓縮制冷循環(huán)就其循環(huán)所需的設備來說，完全實際壓縮制冷循環(huán)就其循環(huán)所需的設備來說，完全與卡諾壓縮制冷循環(huán)所需要的設備相同，與卡諾壓縮制冷循環(huán)所需要的設備相同，關鍵在于在循環(huán)的過程中，每一步都不一定是可逆關鍵在于在循環(huán)的過程中，每一步

21、都不一定是可逆的。的。它與卡諾壓縮制冷循環(huán)不同處表現(xiàn)在五個方面。它與卡諾壓縮制冷循環(huán)不同處表現(xiàn)在五個方面。 sWQHHHHss 制冷劑（工質）進壓縮機狀態(tài)不同制冷劑（工質）進壓縮機狀態(tài)不同卡諾：濕氣卡諾：濕氣實際：干氣實際：干氣 壓縮過程不同壓縮過程不同卡諾：等熵過程卡諾：等熵過程實際：不可逆絕熱過程實際：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/ /實際過程耗功實際過程耗功s1s1若若Q=0 則則 Ws=卡諾：等溫過程卡諾：等溫過程實際：不可逆過程，沿著等壓線變化。實際：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

22、態(tài)不同 卡諾：飽和液體卡諾：飽和液體 實際：過冷液體實際：過冷液體 膨脹過程不同膨脹過程不同 卡諾：等熵（膨脹機）卡諾：等熵（膨脹機） 實際：等焓（節(jié)流閥）實際：等焓（節(jié)流閥） 實際壓縮制冷循環(huán)：實際壓縮制冷循環(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 222223 333114 44444ST對于實際壓縮制冷循環(huán)，經歷的對于實際壓縮制冷循環(huán)，經歷的12 12 對應于壓縮機對應于壓縮機 （工廠：冰機，氨壓機，制冷機）（工廠：冰機，氨壓機，制冷機）23 23 冷凝器進行冷凝器進行 在

23、冷凝器里，冷卻水（或空氣）把在冷凝器里，冷卻水（或空氣）把 工質的熱量帶走，使其由高壓氣體工質的熱量帶走，使其由高壓氣體 轉變成高壓液體。轉變成高壓液體。34 34 節(jié)流閥進行節(jié)流閥進行 （冰箱毛細管）（冰箱毛細管）41 41 蒸發(fā)器進行蒸發(fā)器進行 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計算壓縮制冷過程的熱力學計算 410HHq23HHqH12HHWs12410HHHHwqs)(410HHGGqQt 單位冷凍量：單位冷凍量：1kg1kg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 冷凝器的單位熱負荷冷凝器的單

24、位熱負荷 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) 冰機的制冷能力冰機的制冷能力Q Qt t kJ/h kJ/hGG制冷劑循環(huán)量制冷劑循環(huán)量00/qQGHHGqQ 3600/ )(sTwGN00/qQG/0qws 制冷劑循環(huán)量制冷劑循環(huán)量 kg/h 冷凝器的熱負荷冷凝器的熱負荷 kJ/hQH是設計冷凝器的基本依據(jù)。是設計冷凝器的基本依據(jù)。 Kw 壓縮機的軸功率壓縮機的軸功率360036000000QqqQNT Kw例8.3 某一空氣調節(jié)裝置的制冷能力為4.18104kJh-1，采用氨蒸汽壓縮制冷循環(huán)。氨蒸發(fā)溫度為283K。假定氨進入壓縮機時為飽和蒸

25、汽，壓縮機出口壓力為1.7MPa，而離開冷凝器時是飽和液體，且壓縮過程為可逆過程。求：(1)循環(huán)氨的流量；(2)在冷凝器中制冷劑放出的熱量；(3)壓縮機的理論功率；(4)理論制冷系數(shù) 解：1234TSTHTL圖8-13 例8.3附圖查氨的lnp-H圖，見附錄5知： 1411213kgkJ390;kgkJ1610;kgkJ1475HHHH41LLL344.18 1038.5 kg h1475390QQmQHH412438.516103904.697 10kJ hHQm HH12338.51610 14755198 kJ hSWm HH342314753908.041610 1475LSQHHWH

26、H3.3.制冷劑的選擇制冷劑的選擇 選擇原則：選擇原則：大氣壓力下沸點低；大氣壓力下沸點低；汽化潛熱大，減少制冷劑的循環(huán)量，縮小壓縮機的汽化潛熱大，減少制冷劑的循環(huán)量，縮小壓縮機的尺寸尺寸；常溫下的冷凝壓力應盡可能的低，以降低對冷凝常溫下的冷凝壓力應盡可能的低，以降低對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)內進行；的放熱過程在兩相區(qū)內進行；具有化學穩(wěn)定性、不易燃、不分解、無腐蝕性。具有化學穩(wěn)定性、不易燃、不分解、無腐蝕性。8.5 8.5 多級壓縮制冷和復迭式制冷多級壓縮制冷和復迭

27、式制冷 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，時，采用兩級壓縮采用兩級壓縮低于低于-45-45時，采用三級壓縮時，采用三級壓縮1.1.兩級壓縮制冷循環(huán)兩級壓縮制冷循環(huán) (1) (1) 工作原理及工作原理及T-ST-S圖圖 低壓蒸發(fā)器低壓蒸發(fā)器高壓蒸發(fā)器高壓蒸發(fā)器冷凝器冷凝器低壓汽缸低壓汽缸高壓汽缸高壓汽缸中間冷卻器中間冷卻器節(jié)流閥節(jié)流閥I節(jié)流閥節(jié)流閥I I汽液分離器汽液分離器12234567812345678STPm 耗功小，節(jié)能耗功小，節(jié)能 制冷率大制冷率大 可同時得到不同可同時得到不同溫度的低溫溫度的低溫 (2) (2)兩級壓縮兩級蒸發(fā)的好處兩級壓縮兩

28、級蒸發(fā)的好處思考一下三級壓縮三級思考一下三級壓縮三級蒸發(fā)的原理圖蒸發(fā)的原理圖 ? ?2.2. 復迭式制冷復迭式制冷（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（2 2）特點：）特點： 使用兩種（或兩種以上）制冷劑使用兩種（或兩種以上）制冷劑; ; 各自構成獨立的制冷循環(huán)各自構成獨立的制冷循環(huán); ; 低溫度級的蒸發(fā)器是更低溫度級的冷低溫度級的蒸發(fā)器是更低溫度級的冷凝器凝器. .(3)(3)工作原理及工作原理及T-ST-S圖圖 ST12345678（4 4） 對兩種制冷劑的要求對兩種制冷劑的要求（如氨、乙烯組成的復迭式制冷）（如氨、乙烯組成的復迭式制冷） 低溫循環(huán)的制冷劑（

29、低溫循環(huán)的制冷劑（NHNH3 3）蒸發(fā)溫度）蒸發(fā)溫度 更低溫更低溫度制冷劑（乙烯）的凝固溫度度制冷劑（乙烯）的凝固溫度Ts;Ts; 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 低溫制冷循環(huán)低溫制冷循環(huán)蒸發(fā)的溫度蒸發(fā)的溫度. .8.6 其它制冷循環(huán)其它制冷循環(huán)8.6.1 蒸汽噴射制冷蒸汽噴射制冷水泵水泵節(jié)流閥節(jié)流閥冷凝器冷凝器蒸發(fā)器蒸發(fā)器擴壓管擴壓管噴射器噴射器混合室混合室噴管噴管1223455鍋爐鍋爐TS12345151(a)工作原理圖(b) TS圖圖8-14蒸汽噴射制冷循環(huán)熱能系數(shù)熱能系數(shù) LHQQ收益代價優(yōu)點 不消耗機械功，直接消耗熱能實現(xiàn)致冷 缺點 混合過程的不

30、可逆損失大，熱能利用系數(shù)較低 8.6.2 吸收制冷吸收制冷冷凝器冷凝器冷卻水冷卻水QC發(fā)生器發(fā)生器熱量熱量QH溶液泵溶液泵吸收器吸收器蒸發(fā)器蒸發(fā)器減壓閥減壓閥膨脹閥膨脹閥QL空調用冷卻水空調用冷卻水圖圖8-15 吸收式制冷原理圖吸收式制冷原理圖冷卻水冷卻水QC熱能利用系數(shù)熱能利用系數(shù) LHQQ優(yōu)點優(yōu)點 設備簡單造設備簡單造價低廉價低廉缺點缺點熱能利用系熱能利用系數(shù)較小數(shù)較小 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，其不同點不同點僅在于：僅在于：蒸汽壓縮制冷循環(huán)：蒸汽壓縮制冷循環(huán)：壓縮機（消耗機械功）壓縮機（消耗機械功）吸收式制冷循環(huán)：吸收式制冷循環(huán)

31、：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.評價吸收式制冷循環(huán)的經濟指標評價吸收式制冷循環(huán)的經濟指標 低品位蒸汽供熱量制冷量0QQQRL用于評價吸收式制冷循環(huán)的經濟指標是熱力系數(shù)（能量用于評價吸收式制冷循環(huán)的經濟指標是熱力系數(shù)（能量利用系數(shù)）利用系數(shù)）8.6 熱泵及其應用熱泵及其應用熱泵：熱泵：一種能源采掘一種能源采掘裝置，它以消裝置，它以消耗一部分高品耗一部分高品質的能源質的能源(機械機械能、電能或高能、電能或高溫熱能等溫熱能等)為代為代價，通過逆價，通過逆Carnot循環(huán)，循環(huán)，把自然環(huán)境把自然環(huán)境(水、水、空氣等空氣等)或其它或其它低

32、溫熱源中儲低溫熱源中儲存的能量加以存的能量加以利用轉變成為利用轉變成為高溫的熱量高溫的熱量 高溫環(huán)境高溫環(huán)境低溫環(huán)境低溫環(huán)境圖圖8-16 制冷機與熱泵制冷機與熱泵冷凝器冷凝器蒸發(fā)器蒸發(fā)器壓縮機壓縮機節(jié)流閥節(jié)流閥1245QLQHTS123456780THTL(a) 工作原理圖工作原理圖(b) TS圖圖供熱系統(tǒng)供熱系統(tǒng)圖圖8-17 熱泵工作原理示意圖熱泵工作原理示意圖制熱系數(shù)制熱系數(shù) HLSHSS1QQWWW制熱系數(shù)并不是簡制熱系數(shù)并不是簡單的制冷系數(shù)加單的制冷系數(shù)加1 1 8.7 8.7 深冷循環(huán)和氣體液化深冷循環(huán)和氣體液化深度冷凍循環(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

33、體。當氣體溫度高于其臨界溫度時，無論加多大的壓力當氣體溫度高于其臨界溫度時，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。如：氮氣如：氮氣 Tc=126.2K(-146.95)Tc=126.2K(-146.95) 氫氣氫氣 Tc=33.2K(-249.95)Tc=33.2K(-249.95)利用一次節(jié)流膨脹液化氣體是最簡單的氣體液化循利用一次節(jié)流膨脹液化氣體是最簡單的氣體液化循環(huán)。環(huán)。超低溫環(huán)境液態(tài)氫，液態(tài)氮，液態(tài)氦，液化石油氣，超低溫環(huán)境液態(tài)氫，液態(tài)氮，液態(tài)氦，液化石油氣，天然氣等天然氣等任何氣體只要使其經歷適當?shù)臒崃^程，將其溫度任何氣體只要使其經歷適當?shù)臒崃^程，將其溫度降低至臨界溫度以下，并保持其壓力大于對應溫度降低至臨界溫度以下，并保持其壓力大于對應溫度下的飽和壓力，便可以從氣體轉化為液體。下的飽和壓力，便可以從氣體轉化為液體。 燃料燃料低溫反應低溫反應醫(yī)療醫(yī)療運輸運輸基本的氣體液化循環(huán)基本的氣體液化循環(huán)Linde-Hampson循環(huán)循環(huán) 8.7.1 Linde-Hampson系統(tǒng)工作