化工热力学第六章-蒸汽动力循环和制冷循环解读课件

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1、单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,*,,,,第七章,蒸汽动力循环,和制冷循环,2024/11/27,第七章内容,§7.1,蒸汽动力循环,,§7.1.1,Rankine,(,朗肯,),循环,,§7.1.2,Rankine,循环的改进,,§7.2,气体绝热膨胀制冷原理,,§7.2.1,节流膨胀,,§7.2.2,对外作功的绝热膨胀,,§,7.3,制冷循环,,§7.3.1,蒸汽压缩制冷循环,,§7.3.2,吸收制冷循环,工作原理,,循环中工质状态变化,,能量转换计算,,循环过程热力学分析,2024/11/27,前言,循环：,,体系从初态

2、开始，经历一系列的中间状态，又重新回到初态，此封闭的热力学过程称为循环。,,蒸汽动力循环：,,是以水蒸汽为工质，将,热连续地转变成功,的过程，其主要设备是各种热机。,,产功的过程。如火力发电厂，大型化工厂,,冷冻循环：,,是将热连续地由低温处输送到高温处的过程，其主要设备是热泵。,,耗功的过程。,,-100,℃,以上为普冷，,-100,℃,以下为深冷。,2024/11/27,前言,如何将,1atm,,300atm?,,需要压缩机，消耗动力。,中国,60,年代，,1500~1800,度,电,/,吨,NH,3,。,,中国,70,年代，仅,10~30,度电,/,吨,NH,3,。,,这是由于透平机直

3、接带动压缩机的缘故。,蒸汽动力循环的作用：,,电,高温热源,,废热锅炉，产生,高压蒸汽,,压缩机 (氢循环压缩机),,透平机,2024/11/27,流体通过压缩机、膨胀机,§,7.1,蒸汽动力循环,稳定流动体系的热力学第一定理：,,∵,,,u,2,≈,0,，,g,,Z,≈,0,，,若绝热过程,Q,=0,,W,s,=,,H= H,2,-H,1,高压高温,蒸汽带动透平产生,轴功,。,,（流体通过机械设备的旋转轴与环境所交换的能量，称为,轴功,Ws,。,）,2024/11/27,锅炉,透平机,水泵,冷凝器,过热器,2,3,4,1,§,7.1,蒸汽动力循环,3,,4,水在水泵中被压缩升

4、压。,,4,,1,,进入锅炉被加热汽化，直至成为,过热蒸汽,后。,,1,2,进入透平机膨胀作功。,,2,3,作功后的低压,湿,蒸汽进入冷凝器被冷凝成,水,，再回到水泵中，完成一个循环。,蒸汽动力循环原理,蒸汽动力循环,主要由,水泵,、,锅炉,、,透平机,和,冷凝器,组成。,2024/11/27,锅炉,水泵,冷凝器,透平机,2,4,1,3,原理,水压缩,水加热至,过热蒸汽,蒸汽作功,蒸汽冷凝,,成,水,理想,Rankine,循环,1,2,3,T,S,4,等,S,膨胀,等,S,压缩,等压吸热,相变,3,,4,饱和水,可逆绝热压缩过程。,（等,S,）,,4,,1,高压水,等压升温和汽化，等

5、压吸热过程,,1,2,过热蒸汽,可逆绝热膨胀过程。,（等,S,）,,2,3,湿蒸汽,等压等温可逆冷却为,饱和水,（相变）。,§7.1.1,Rankine,(,朗肯,),循环,2024/11/27,卡诺循环的缺点,T,S,锅炉加热,4,1,2,3,透平机后的乏气,,,,汽,+,液,汽,+,液,泵,冷凝器,透平机,缺点之二,:,,对于泵易产生气缚,,现象,缺点之一,:,,透平机要求干度,X>0. 9,,但,2,点的,X<0.88,,易损坏叶片,结论,:,卡诺循环不适合变热为功,!,2024/11/27,（,1,）工质进汽轮机状态不同,（,2,）膨胀过程不同,郎肯循环与卡诺循环的区别,（,3,）

6、工质出冷凝器状态不同,（,4,）压缩过程不同,（,5,）工作介质吸热过程不同,郎肯循环：,饱和水,,郎肯循环：,不可逆绝热过程,，若忽略掉工作介质水的摩擦与散热，可简化为可逆过程。,郎肯循环：,不可逆吸热过程，,沿着等压线变化,卡诺循环：,湿蒸汽,卡诺循环：,等熵过程,卡诺循环：,气液共存,卡诺循环：,等熵过程,卡诺循环：,等温过程,郎肯循环：,干蒸汽,郎肯循环：,不可逆绝热过程,2024/11/27,锅炉,透平机,水泵,冷凝器,过热器,2,3,4,1,W,S,可逆绝热膨胀功,Q,1,Q,2,W,P,可逆绝热压缩功,稳流体系,理想,Rankine,循环,2024/11/27,锅炉,透平机,水泵

7、,冷凝器,过热器,2,3,4,1,W,S,,膨胀功,Q,1,Q,2,W,P,压缩功,1,2,3,T,S,4,a,b,Q,2,W,N,Q,1,Q,1,=,面积,1ba41,Q,2,=,面积,2ba32,2024/11/27,1,T,S,2,3,4,Q,l,越大，,Q,2,越小，做的净功,W,N,就越大。,,Q,l,受,锅炉中金属材料的极限的限制，约,550~600,o,C,。,,Q,2,受为环境温度,的限制,。,净功,W,N,= IQ,1,（面积,1ba41,）,-Q,2,（面积,2ba32,）,I,,=,面积,12341,a,b,理想,Rankine,循环,W,N,2024/11/27,用,

8、T-S,图表示热和功,T-S,图 ：,温-熵图,T-S,图的用处,：,,(1),体系可逆地从状态,A,到状态,B,,,在,T-S,图上曲线,AB,下的面积就等于体系在该过程中的,热效应,，一目了然。,2024/11/27,用,T-S,图表示热和功,(2)容易,计算热机循环时的效率,,热机所作的,功,W,为,闭合曲线,ABCDA,所围的面积。,,图中,ABCDA,表示任一可逆循环。,ABC,是吸热过程，,所吸之热等于,ABC,曲线下的面积；,,CDA,是放热过程，,所放之热等于,CDA,曲线下的面积,。,2024/11/27,T-S,图：,既显示体系所吸取或释放的热量；又显示体系所作的功。,p-

9、V,图：,只能显示所作的功。,用,T-S,图表示热和功的优点,2024/11/27,理想,Rankine,循环的热效率,η,,和气耗率,SSC,2,、气耗率,SSC,：,Specific Steam Consumption,,作出,1kW.h,净功消耗的蒸气公斤数。,评价动力循环的指标,：,热效率,和,气耗率,。,1,、热效率,η,：,,循环的净功与工质向高温热库吸收的热量之比,2024/11/27,1,T,S,2,3,4,实际,Rankine,循环,2’,4’,2,,,2’,4,,,4’,1,,,2,，,4,,4,理想朗肯循环（,等熵）,,1,,,2’,，,4,,4’,实际朗肯循

10、环,（不等熵）,实际上，工质在汽轮机和水泵中不可能是完全可逆的，即,不可能作,等熵膨胀,或等熵压缩。,这个不可逆性可用,等熵效率,η,s,来表示。,等熵效率,η,s,的定义：,“对膨胀作功过程，不可逆绝热过程的做功量与可逆绝热过程的做功量之比。,2024/11/27,1,T,S,2,3,4,2’,4’,等熵效率,η,s,实际,Rankine,循环的,热效率,η,实际,Rankine,循环,2024/11/27,Q,2,（放热）,Q,1,吸热,实际,Rankine,循环,1,T,S,2,3,2’,4’,2024/11/27,实际与理想,Rankine,循环的比较,,理想循环,实际循环,Q,1,1

11、2344’6’1,12345’5’’6’1,Q,2,54’ 6’65,5’5’’ 6’65’,W,N,1234561,12345’61,S,1,S’,4,S’,5,6,5,6’,4’,1,2,3,4,P,H,P,L,T,S,5”,5’,2024/11/27,例,1,：（,p.176,例题,7-1,）某蒸汽动力装置按理想,Rankine,循环工作,,,锅炉压力为,40×10,5,Pa,,产生,440℃,的过热蒸汽,,,乏气压力为,0.04×10,5,Pa,,蒸汽流量为,60T/hr,,试求,:,,(1)过热蒸汽每小时从锅炉中的,吸热量,与乏气每小时在冷凝器中,放出的热量,和,乏气的湿度,,(2)

12、 汽轮机作出的,理论功率,与泵消耗的,理论功率,.,,(3) 循环的,热效率,和,气耗率,,1,T,S,2,3,4,5,6,）气耗率,SSC =,3600/-W,N,Q,2,（放热）,Q,1,,吸热,2024/11/27,状态点,1,：,根据,P,1,,T,1,值查蒸汽表直接得,H,1,,S,1,1,T,S,2,3,4,5,各状态点的焓值如何确定？,P,1,P,2,状态点,3,：,根据,P,3,=P,2,，且是饱和点，查蒸汽表直接得,H,3,, S,3,和,V,3,,,状态点,4,：,根据,S,4,=S,3,,得,S,4,；,,根据,P,4,=P,1,和,,,,得,H,4,状态点,2,：,根据

13、,P,2,和,S,2,=S,1,可得,H,2,,注意：状态点,2,是湿蒸汽,H,2,= xH,2g,+,（,1-x) H,2L,2024/11/27,2,点,(,湿蒸汽,),1,点,(,过热蒸汽）,2024/11/27,3,点,(,饱和液体,),4,点,(,未饱和水,),5,点,(,饱和水,),2024/11/27,计算,：,1,）,过热蒸汽每小时从锅炉中的,吸热量,Q,1,2,）,乏气每小时在冷凝器中,放出的热量,Q,2,3,）,乏气的湿度,4,）,汽轮机作出的,理论功率,P,T,1-X=1-0.805=0.195,2024/11/27,5,）,泵消耗的,理论功率,N,P,.,6,）,循环的

14、,理论,热效率,η,7,）气耗率,SSC,2024/11/27,例,2,有一理想,Rankine,(,朗肯,),循环，在,40bar,和,0.08bar,的压力之间操作，锅炉产生的是,400℃,的过热蒸气,，冷凝器所用的冷却水的温度为,25℃,。求,1,）,Q,1,，,Q,2,；,2,）透平作的理论功和水泵消耗的理论功，,3,）热效率,η,，气耗率,SSC,，并试对此循环作热力学分析。,1,T,S,2,3,4,5,气耗率,SSC =,3600/W,N,,=3.29,,（,Kg.kw,-1,.h,-1,）,=36%,2024/11/27,例,3,： 同例,2,，但透平机的,等熵效率为,0.85

15、,。,1,T,S,2,3,4,2’,5,=30.6%,SSC =,3600/W,N,,=3.871,,（,Kg.kw,-1,.h,-1,）,由上式计算出,H,2’,,其它计算同例,1,2024/11/27,提高循环的热效率的措施,,(1),提高蒸气过热温度,提高蒸气过热温度的影响,T,4,T,4,’,1,2,3,4,4’,6,5,7,9,8,T,P,N,2024/11/27,提高循环的热效率的措施,,(2),提高蒸汽压力,T,4,2’,3,’,4’,6,7,9,8,T,P,H,*,S,1,1’,2,3,4,7’,5,P,H,P,L,2024/11/27,提高循环的热效率的措施,,(3),降低乏

16、气压力（背压）,1,、降低背压时所增加的功比增加的热量大，因而提高了整个循环的热效率。,2,、降低背压会降低乏气的干度，应注意。,P,H,P,L,P’,L,9,8,6’,1’,1,2,3,4,5,7,5’,T,S,2024/11/27,§,7.1.2,Rankine,循环的改进,1,、,回热循环,：,1,6,T,S,2,3,4,5,1Kg,α,1-,α,锅炉,透平机,水泵,冷凝器,过热器,2,3,4,1,回热,,加热器,水泵,2’,2’,α,1-,α,5,6,1Kg,抽出部分蒸汽,α,Kg,到,回热加热器,2024/11/27,回热循环与,Rankine,循环比较,优点,：,,(1),提高了水

17、在锅炉中吸热的温位，从而增加了蒸汽有效能量，做功本领变大。,,(2),整个循环的工质只有一部分通过冷凝器．,排往自然环境的有效能减少,。,,(3),减少,锅炉热负荷和冷凝器换热面积，节省金属材料。,缺点：,,1）,中压蒸气和水在水加热器中不可逆,混,合，损失了部分有效能,。,,2）,设备增加。,总之，利大于弊！,现代蒸汽动力循环普遍采用这种方式。根据需要，可分为,多次,。,2024/11/27,锅炉,透平机,水泵,冷凝器,过热器,2,3,4,1,回热,,加热器,水泵,2’,α,1-,α,5,6,1Kg,回热循环的计算,计算关键：,利用质量平衡和能量平衡计算抽气量,α,。,例题,6-3,2024

18、/11/27,(2),热电循环,i),汽轮机排汽压力大于大气压力,;,,ii),排汽的参数根据用户需要而定，由供热温度决定。,,,由于排汽经冷凝器放热直接用于供热，所以,汽轮机排汽压力与供热温度相适应，无法单独调节。,A,背压式汽轮机联合供电供热循环,§,7.1.2,Rankine,循环的改进,2024/11/27,2,1,3,4,T,S,泵,,锅炉,1,2,3,4,透平机,,q,H,q,L,W,s,W,p,A,背压式汽轮机联合供电供热循环,2024/11/27,用热效率和能量利用系数同时评价,,A,背压式汽轮机联合供电供热循环,2024/11/27,特点：,,,① 冷凝器中冷却工质的介质为热

19、用户的介质（不一定是冷却水）冷凝温度由供热温度决定，,Q,L,得以利用；,,② 排气压力受供热温度影响，较郎肯循环排气压力高,,,大于大气压力；,,,③ 热电循环效率,=,循环热效率,+,提供热用户的热量,/,输入的总热量。,,A,背压式汽轮机联合供电供热循环,2024/11/27,,类似于,回热循环,;,,,克服背压式汽轮机受供热温度的限制问题,;,,,通过控制抽气量,,来调节供热和供电两方面 的要求。,,B,抽汽式汽轮机联合供电供热循环,2024/11/27,1,2,3,4,5,6,2,´,透平机,锅炉,泵,,泵,,W,s,Q,2,W,p1,W,p2,,1-,Feedwater,he

20、ater,q,H,q,L,T,S,1,2,2,´,3,4,5,6,α,1-α,B,抽汽式汽轮机联合供电供热循环,2024/11/27,制冷循环,制冷循环：,利用机械功使,热量,从,低温,→,高温,的过程。,,利用制冷循环达到两种目的：,,1,）制冷,,使指定的空间保持,低于环境,的温度，热量从低温空间转移到高温环境。夏天的房间、冰箱。,,制冷机,,2,）加热,,使指定的空间保持,高于环境,的温度，热量从低温环境转移到高温空间。冬天的房间。,,热泵,2024/11/27,夏天,低温房间,高温环境,热量,制冷机,2024/11/27,冬天,高温房间,低温环境,热量,热泵,2024/11/27,§7

21、.2 & §7.3,制冷循环及原理,2024/11/27,§7.2,节流膨胀与作外功的绝热膨胀,制冷原理,：,高压常温气体,通过,绝热膨胀,变为,低温液体,，此液体作为工质再去冷却需要低温的物体。,,获得低温的方法有,两种,：,,§7.2.1,节流膨胀（等,H,）,,§7.2.2,作外功的绝热膨胀（等,S,）,2024/11/27,§7.2.1,节流膨胀,小孔,流体通过节流阀门或多孔塞，是节流膨胀或绝热闪蒸过程。,,∵,Q,=0,,W,s,=0,，,,,u,2,=0,，,g,,Z=0,，,,,∴,,H=0,（,节流过程是等焓过程）,,利用,节流过程,，获得,低温,和,冷量,,P,2,V

22、,1,V,1,2024/11/27,,是体系的强度性质。因为节流过程的,,,所以当,：,Joule-Thomson,系数,μ,J-T,的,定义：,,>0,经节流膨胀后，气体温度降低。（,冷效应,）,,<0,经节流膨胀后，气体温度升高。,(,热效应）,,,=,0,经节流膨胀后，气体温度不变。,(,零效应）,,通过节流过程气体温度能否降低，取决于该气体的,μ,J-T,=,？,,,,称为焦-汤系数（,Joule-Thomson coefficient),,它表示经节流过程后，气体温度随压力的变化率。,2024/11/27,μ,J-T,的计算,2,）理想气体的,μ,J-T,=,？,μ,J-T,=0,2

23、024/11/27,例,4,：在,25℃,时，某气体的,P-V-T,可表达为,PV=RT,+6.4×10,4,P,，,在,25℃,，,30MPa,时将该气体进行节流膨胀，问膨胀后气体的温度上升还是下降？能否作为作为制冷介质,？,,解：,可见，节流膨胀后，温度升高。所以不能作为,作为制冷介质。,→,,→,→,2024/11/27,例,5,,请证明凡是遵循理想气体状态方程的气体在节流过程中温度不发生变化，它既,不能作为制冷介质，也不能作为制热介质。,解：∵,,PV=RT V=RT/P,已知某真实气体服从两项维里方程，试分析在什么条件下该气体可作为蒸汽压缩制冷的工质？,2024/11/27,

24、转化曲线（,inversion curve,),,每一种,工质在不同,T,P,区间的,μ,J-T,是不同的（,+,、,-,，,0,），而,μ,J-T,=0,的那条线被称为,转化曲线。,,显然，工作物质（即筒内的气体）不同，转化曲线的,T,p,区间也不同。,N,2,的转化曲线温度高，能液化的范围大；,而,H,2,,和,He,则很难液化。,转化曲线,μ,J-T,=0,2024/11/27,结论：,,1,）不是,所有气体,在,所有,T,，,P,下的,节流膨胀均能使,T,降低,的,。,,2,）制冷介质应选那种在常温常压下,μ,J-T,>0,,的气体,,,如,N,2,。,,3) H,2,和,He,等气体

25、在常温下,μ,J-T,<0,,，经节流过程，温度反而升高。若在节流前先降低温度，可使它们的,μ,J-T,>0,转化曲线,μ,J-T,=0,2024/11/27,1,、,T-S,图上求,△T,H,,T,1,T,2,△,T,H,等焓线,1,2,§,7.2.1,节流膨胀,节流膨胀的温度降,△T,H,是衡量制冷效果的重要指标。,如何计算节流膨胀温度降,△T,H,？,△T,H,=T,2,-T,1,2024/11/27,§,7.2.1,节流膨胀,T,1,，,P,1,——,节流膨胀前的温度、压力,,T,2,，,P,2,——,节流膨胀后的温度、压力,2024/11/27,§,7.2.2,对外作功的绝热膨胀,对

26、外作功的绝热膨胀,：若过程为可逆，则为,等,S,膨胀,。,,等,S,膨胀与节流膨胀有异同点。,,异：等,S,膨胀通过,膨胀机,对外作功，而,节流膨胀不作功,,同：均为,绝热膨胀。,节流膨胀,等,S,膨胀,微分等熵膨胀效应系数,μ,S,2024/11/27,P,1,P,2,T,S,对外作功绝热膨胀的温度降,2’,S,T,1,T,2,T,2’,△,T,H,△,T,S,2,1,H,等焓线,2024/11/27,节流膨胀与等熵膨胀的比较,节流膨胀,等熵膨胀,△H=0,△S=0,△T,H,较小，冷冻量小,△T,S,较大，冷冻量大,少数气体要预冷，才能使,T,↓,任何气体均是,T,↓,不作功,作功,节流阀

27、，,设备简单，,操作方便,膨胀机，,设备复杂,汽液两相区、液相区均可用,使用时不能有液滴,用,得最多，普冷，小型深冷,大、中型气体液化,节流膨胀与等熵膨胀均是获取低温即制冷的方法,2024/11/27,§,7.3,制冷循环,,§7.3.1,蒸汽压缩制冷循环,,§7.3.2,吸收制冷循环,,§7.3.3,热泵的工作原理,消耗外功,消耗热能,2024/11/27,§7.3.1,蒸汽压缩制冷循环,蒸汽压缩制冷循环是由,压缩机、冷凝器、,节流阀,、蒸发器,组成。,,,制冷循环的工质采用,低沸点,物质作为制冷剂。如：氟里昂,R22,（,CHClF,2,）的,T,b,=,-40.80,℃,，,N,2,的,

28、T,b,=,-195.75,℃,,利用制冷剂在,冷凝器中的,液化和在,蒸发器中的,汽化，实现在,高温下排热，低温下吸热过程。,q,0,q,2,冰箱冷冻室提供,q,0,通过冰箱散热片向大气,排,出,q,2,压缩机,蒸发器,1,5,4,2,冷却器,节,,流,,阀,2024/11/27,§7.3.1,蒸汽压缩制冷循环,理想制冷循环,(,可逆制冷,),即为逆卡诺循环。,,四个可逆过程构成,：,1-2,：,绝热可逆压缩,,,从,T,1,升温至,T,2,，等熵过程，消耗外功,W,S,,2-3,： 等温可逆放热,(,q,2,）；,,3-4,：,绝热可逆膨胀，从,T,2,降温至,T,1,，等熵过程，对外作功,

29、,4-1,：等温可逆吸热,(,q,0,）,,,S,T,3,2,1,4,T,1,T,2,1,、逆向卡诺循环,压,,缩,,机,蒸发器,节,,流,,阀,冷凝器,W,S,q,0,q,2,2024/11/27,锅炉,透平机,水泵,冷凝器,过热器,2,3,4,1,§,7.1,．蒸汽动力循环,蒸汽动力循环原理,T,S,4,1,2,3,2024/11/27,逆卡诺循环的缺点：,,（,1,）,1→2,和,3→4,的过程会形成液滴，在压缩机和膨胀机的气缸中产生“液击”现象，容易损坏机器；,,（,2,）实际过程难以接近四个可逆过程；,,问题：如何改进？,1,、逆向卡诺循环,S,T,3,2,1,4,T,1,T,2,2

30、024/11/27,2,、蒸汽压缩制冷循环,蒸汽压缩制冷循环由,四步,构成：,,1,→,2,低压蒸汽的压缩,,2,→,4,高压蒸汽的冷凝,,4,→,5,高压液体的节流膨胀，,P,↓,,，,T,↓,,5,→,1,低压液体的蒸发,蒸汽压缩制冷循环,对,逆卡诺循环,的改进：,,1,）把绝热可逆压缩过程,1→2,安排在,过热蒸汽,区，使湿蒸汽变为干气。,即“干法操作”。,,2,）把原,等熵膨胀,过程改为,4→5,的,等焓节流膨胀,过程，节流阀的设备简单、操作易行。,T,1,=T,5,=,蒸发温度,T,3,=T,4,=,冷凝温度,节流膨胀,,（等,H,）,等,S,膨胀,2024/11/27,2,T,S,

31、4,1,3,5,q,0,q,2,3,、蒸汽压缩制冷循环,——,几个重要指标,1,）单位制冷量,q,0,(,在蒸发器中吸收的热量,),2024/11/27,q,2,W,s,T,S,3,2,1,4,循环的,ΔH,= 0,，故,q,0,例,6,试求工作于两个恒温热库高温,T,H,和低温,T,L,间的理想制冷循环即逆向卡诺,(Carnot),循环的放热量,q,2,，制冷量,q,0,以及制冷系数,ε,C,。,T,H,T,L,2024/11/27,结论：,,逆向卡诺循环的制冷系数,ε,C,仅是温度,(,蒸发温度,T,L,和冷凝温度,T,H,的函数，与工质性质无关。,,在相同温度区间,[,T,L,,,,T,

32、H,,],工作的任何制冷循环，以逆向卡诺循环的制冷系数,ε,C,为最大。,,它可作为一切实际循环的比较标准。,2024/11/27,例,7,有一氨冷冻循环装置，其,制冷能力,（,冷冻量）为,10,5,,kJ·h,-1,，,蒸发温度,-15℃,，,冷凝温度,30 ℃,。假设压缩机绝热可逆运行，求,1,）制冷剂的循环量；,2,）压缩机功耗和处理的蒸气量；,3,）冷凝器热负荷；,4,）节流阀后制冷剂中,蒸气的含量,；,5,）循环制冷系数；,6,）,ε,C,解：,关键是要确定,1,2,3,4,5,点的状态,,单级蒸汽压缩制冷循环图,温熵图,压焓图,2024/11/27,由,氨的饱和蒸汽表,查取有关数据

33、：,,1,点,：,T,1,=-15℃,,H,1,=1664,kJ/kg,；,,S,1,=,9.021,kJ/kg·K,,v,1,=0.508m,3,/kg,2,点：,T,3,=30℃,其相应饱和蒸汽压力,P,3,=1.17,MPa,；,P,2,=,P,3,,,S,2,=,S,1,= 9.021,kJ/kg·K=2.158 kcal/kg·K,；,,*,用,S,2,和,P,2,查,H,2,,=,1880,kJ/kg=450,kcal/kg,；,4,点,：,T,4,=30℃,与饱和液体相交,，据此查得,,H,4,= 134 kcal/kg=560.53kJ/kg,；,5,点,：,T,5,=,T,1

34、,= -15℃,，由于,4-5,是等焓过程,，,,H,5,=,H,4,= 560.53kJ/kg,；,T,1,T,2,2024/11/27,1.,制冷剂的循环量,m,3.,压缩机功耗,P,T,2.,压缩机每小时处理的制冷剂蒸汽量,V:,4.,冷凝器热负荷,Q,2,2024/11/27,6.,制冷系数,5.,节流阀后制冷剂中蒸汽的含量,即求,5,点的干度,X,7.,逆卡诺循环的制冷系数,ε,C,2024/11/27,,1,、为了增加冷冻量，制冷剂在冷凝器中，被过冷到低于饱和温度的,4’,（,过冷液体）,。,,2,、冷冻量增加了,5’5dc5’,，,若,耗功量,W,S,仍为,H,2,-H,1,，则

35、,制冷系数,ε,增大。,,3,、为了计算方便，,4’,过冷液体的性质用,4’,点温度对应的饱和液体代替,。,,4,、,实际制冷循环往往不可能是完全等熵的，,2—>2’,，则,耗功量,W,S,为,H,2,’-H,1,。,4,、蒸汽压缩制冷循环,——,实际制冷循环,2,T,S,2’,5’,4,1,4’,3,5,c,d,2024/11/27,2,T,S,2’,5’,4,实际蒸汽压缩制冷循环,1,4’,2’,点的性质用等熵效率计算,3,5,冷凝温度,蒸发温度,过冷温度,过冷度,：,T,4,,=,T,3,：,T,4’,=T,4,-,T,4’,:T,5’,=T,5,=T,1,解题关键：确定,2’, 4’,

36、点的状态,4’,点过冷液体的性质用,4’,点温度对应的饱和液体代替。,5,、几个定义,30℃,25℃,5℃,-15℃,冰箱四星级,T,1,=,-24℃,三星级,T,1,=,-18℃,国际标准,,冷冻条件,2024/11/27,2,T,S,2’,5’,4,1,4’,3,5,实际蒸汽压缩制冷循环计算,q,0,q,2,1,）单位制冷量,q,0,(,在蒸发器中吸收的热量,),p.150,例,6-9,2024/11/27,补充习题,1.,制冷循环装置以,NH,3,为工质，制冷能力是,10000kcal/hr,，,冷凝温度,25 ℃,,，,蒸发温度,-20℃,，,一技术员根据生产工艺要求，认为这样条件下工

37、作，功耗过大，建议进行改进，,冷凝温度仍为,25 ℃,，,但,过冷到,20℃,，蒸发温度改为,-5℃,，,问,1,）在,T-S,图上标出该制冷循环改进前后各状态点。（标出各点的,T,，,P,）；,2,）计算改进前后的制冷系数,ε,；,3,）,改进后理想功耗可减少多少,KW,？设压缩过程按可逆绝热过程考虑。有关数据查,NH,3,的,T-S,图。,2024/11/27,改进前：,1,点,-20℃,查氨饱和蒸汽表 得,H,1,=1657.43,kJ / kg,,,S,1,=9.0962,kJ /,kg.K,P,1,,=0.1902,MPa,,2,点,查,lnP,-H,图，,T,4,=25℃,对应的,

38、P4,=1.003,MPa,,与,S,2,=,S,1,=9.0962,kJ /,kg.K,相交处的点即为,2,点，,P,2,,=1.003,MPa,,H,2,=1880,kJ / kg,,,3,点,T,3,=25℃,，,P,3,= P,4,,=1.003,MPa,,4,点,T,3,=25℃,，,P,4,,=1.003,MPa,,查氨饱和蒸汽表,H,4,=536.45,kJ / kg,,,5,点,H,5,=,H,4,=536.45,kJ / kg,2024/11/27,改进后：,1,＇,点,-5℃,，,查氨饱和蒸汽表,得,,,H,1,＇,=1676.35,kJ / kg,,，,S,1,＇,=8.

39、8789,kJ /,kg.K,,2,＇点,查,lnP,-H,图，,T,4,=25℃,与,P,4,=1.003,MPa,,S,2,＇,=,S,1,＇,=8.8789,kJ /,kg.K,,相交处的点即为,2,＇点,H,2,＇,=1800,kJ / kg,,3,点,T,3,=25℃,，,P,3,= P,4,,=1.003,MPa,,,4,＇点,T,4,＇,=20℃,，,H,4,＇,=512.46,kJ / kg / kg,,,5,＇点,H,5,＇,=,H,4,＇,=512.46,kJ / kg,,2024/11/27,蒸发温度、冷凝温度的选择,3,、制冷级数的选择：,,当蒸发温度,<,-25,℃,

40、一级压缩,,当蒸发温度,<,-30,℃,二级压缩,,当蒸发温度,<,-45,℃,三级压缩,2,、冷凝温度：取决于冷却介质的温度。,,问题,2,：冰箱制冷系数冬天大还是夏天大？为什么？,1,、蒸发温度：取决于被冷物系的温度。,,蒸发温度越低，耗能越高。应根据需要选择蒸发温度。,,问题,1,：冰箱能否当空调用？,2024/11/27,制冷剂的选择,制冷剂的选择必须具备以下几点,基本要求,：,,(1),在大气压力下制冷剂的,沸点要低,．这是一个重要的性能指标。,,(2),制冷剂在,常温下的冷凝压力应尽量低,，以降低对设备耐压与密封的要求。,,(3,）,汽化潜热要尽可能大,，可减少制冷剂的循环量，缩小

41、压缩机的尺寸。,,(4),具有,较高的临界温度,和,较低凝固温度。,,(5),具有,化学稳定性,，在操作条件下不燃烧，不分解．不聚合，对设备不应有明显的腐蚀作用。,2024/11/27,制冷剂的选择,工业上常用的制冷剂有氨、,R,12,（,CF,2,Cl,2,）和,R,11,（,CFCl,3,）,,R,22,(,CHF,2,Cl),等。,,例：,NH,3,：,潜热大,，,沸点,-33.4,℃,；,冷凝温度,30℃,,；,P=12atm,；蒸发温度,-30℃,；,P=1atm,；,,1,、氟里昂不同的牌号适合不同的冷冻量。,,2,、,R,11,、,,R,12,、,R,113,、,R,114,、,

42、R,115,对臭氧层有破坏作用，,2010,年禁用。,氢氟碳（,HFC,）对臭氧层没有破坏作用，可作为替代品。,,,问题：,冰箱与空调用的制冷剂相同吗？选择的依据是什么？,2024/11/27,替代品品名,沸点,(,0,C,）,被替代品,HFC-134a,-26.5,CFC-12,R500,-33.5,CFC-12,R32,-53.15,R22,R141b,32.05,R11,、,R113,R142b,-9.2,用作高温下致冷,R123,27.85,R11,、,R113,R124,-10.95,R502,、,R22,R125,-48.45,R502,、,R22,R23,-80.05,CFC-1

43、3,R407c,-43.7,R22,氯氟烷烃（,CFC,）,的替代品,2024/11/27,§,7.3.2,吸收制冷循环,吸收制冷循环,是另一种制冷方式。,,它与蒸汽制冷循环主要区别在于：,气体的压缩方式不同。,,蒸汽制冷循环靠的是压缩机。吸收制冷循环靠的是,“,化学泵,”,。,,“,化学泵,”,由,制冷剂,和,吸收剂,组成。,,沸点高,的物质作为,吸收剂,，而,沸点较低,容易挥发的物质作为,制冷剂,。,,在,氨水溶液,中，,氨,是,制冷剂，水,是,吸收剂,。,,在,水,-,溴化锂,溶液中,水,是制冷剂，,溴化锂,是吸收剂,2024/11/27,§,7.3.2,吸收制冷循环,“,化学泵,”,由

44、,吸收器,、,蒸汽解吸器,、溶液泵、换热器及调节阀组成。,,工作原理：,制冷剂在低温下被吸收剂吸收，在高温下被解吸成高压蒸汽。,,氨水溶液,——,氨是制冷剂，水是吸收剂。,,“化学泵”,低压浓,NH,3,高压浓,NH,3,Q,1,Q,H,Q,2,Q,L,W,冷凝器,吸收器,蒸发器,调节阀,换热器,溶液泵,节流筏,蒸汽发生器,浓,,溶,,液,稀,,溶,,液,吸收器,蒸汽解吸器,2024/11/27,§,7.3.2,吸收制冷循环,此热源仅需低品质的余热。,,若厂里有低压余热可利用，采用吸收制冷最经济。,主要耗能处为蒸汽解吸器。,吸收制冷循环,优点：节能！,水,-,溴化锂,溶液的吸收制冷大量用于中央

45、空调，可考虑太阳能作为热源。（,江阴双良，,7.5,亿产值,）,q,0,—,冷冻量,,q—,低品位蒸汽供热量,Q,1,Q,H,Q,2,Q,L,W,冷凝器,吸收器,蒸发器,调节阀,换热器,溶液泵,节流筏,蒸汽发生器,浓,,溶,,液,稀,,溶,,液,2024/11/27,将吸收式制冷循环与蒸汽压缩制冷循环相比较，其,不同点,仅在于：,,蒸汽压缩制冷循环：,压缩机（消耗机械功）,,吸收式制冷循环：,,吸收塔，解吸器，换热器，泵（消耗低品位热量,）,2024/11/27,§,7.3.3,热泵的工作原理,在制冷循环中，消耗机械功，,使热量从低温物体转移到高温物体。,,制冷循环不仅使放出热量的,低温物体被

46、冷却,，而且使吸收热量的,高温物体被加热,。,,利用该原理可以实现由低温环境向高温系统的供热,(,如室内供暖,),。,,该加热的装置称为,热泵,。,,热泵与制冷装置工作原理完全相同，只是,两者工作的温度范围不同。,2024/11/27,制冷装置的上限温度是大气环境温度,T,0,，下限温度是冷库需维持的温度,T,L,。,,对热泵循环，下限温度是大气环境温度,T,0,，上限温度为维持较高温度的暖室温度,T,H,。,热泵的供热系数,ε,HP,Q1—,热泵传给高温物体的热量，包括消耗机械功变成的热量。,,W,S,消耗的机械功,ε,HP,=5,，表示消耗,1J,的机械功，可以获得,5J,的热量。,,显然

47、，利用热泵比直接烧电炉获得的热量更多！,,烧电炉，消耗,1J,的机械功，仅获得,1J,的热量,2024/11/27,这是在理想条件下必须付出的最小代价。,,例,8,在,-,20℃,的冬天，需要采暖装置。维持,20℃,所需的供热率为,10,5,kJ/h,，试计算,①,可逆热泵循环；,②,电热器,；,③,供热系数,ε,HP,,仅为,0.4,ε,HP,C,的,空调,，所需消耗的功率。,解：,①,可逆热泵循环的供热系数为,ε,HP,C,2024/11/27,②,电热器供暖,结论：电热器供暖方便，但能耗大！,,③,空调的供热系数为,ε,HP,供暖方式,电热器,空调,耗电量，,KW,27.8,9.48,功

48、变热的效率,η,1,>1(3~4),2024/11/27,家用空调工作原理,夏天,冷凝器（在室外）,) (膨胀阀,蒸发器（在室内）,a）,压缩机,转,,换,,阀,2024/11/27,家用空调工作原理,冬天,2024/11/27,Compact heat pump,Compact heat pump,2024/11/27,蒸汽动力循环,冷冻循环,热转变成功,消耗功将热从低温传给高温,1,、制冷,2,、加热,制,冷机,热泵,锅炉,透平机,水泵,冷凝器,过热器,2,3,4,1,第六章总结,压缩机,蒸发器,1,5,4,2,冷却器,节,,流,,阀,2024/11/27,蒸汽动力循环,1,T,S,2,3

49、,4,2’,1.,朗肯循环,等,S,膨胀,3.,再热循环,2.,回热循环,冷冻循环,2,T,S,2’,5’,4,1,4’,3,5,2.,吸收制冷循环,2.,等,S,膨胀,1.,等,H,膨胀,原理：,1.,蒸汽压缩制冷循环,2024/11/27,Q,2,（放热）,Q,1,吸热,实际,Rankine,循环计算,1,T,S,2,3,2’,4’,2024/11/27,制冷原理,>0,,节流膨胀后，气体温度降低,.(,冷效应,),,<0,节流膨胀后，气体温度升高,.(,热效应）,,,=,0,节流膨胀后，气体温度不变（零效应）,,2,、制冷介质应选那种在常温常压下,μ,J-T,>0,,的气体,,,如,N,

50、2,,。,2024/11/27,2,T,S,2’,5’,4,1,4’,3,5,1,）冷凝温度,：,T,4,,=,T,3,2,）过冷温度,：,T,4’,3,）过冷度,=T,4,-,T,4,’,4,）蒸发温度,:T,5’,=T,5,=T,1,几个易混淆的概念：,实际蒸汽压缩制冷循环计算,6,）单位制冷量,q,0,(,在蒸发器中吸收的热量,),q,0,q,2,2024/11/27,2,T,S,2’,5’,4,1,4’,3,5,实际蒸汽压缩制冷循环计算,q,0,q,2,2024/11/27,烧电炉，消耗,1J,的机械功，仅获得,1J,的热量,,利用热泵比直接烧电炉获得的热量更多！,制冷循环,是蒸汽动力循环的逆过程。,,制冷循环：,利用机械功使,热量从低温,→,高温,的过程。,,家用空调，,夏天制冷,和,冬天供热,利用的均是制冷循环原理。,,夏天制冷,:,制冷机,,冬天供热：,热泵,合理利用能源，是对社会最大的贡献！,,2024/11/27,