化工熱力學(xué)第六章 蒸汽動(dòng)力循環(huán)和制冷循環(huán)課件

第七章蒸汽動(dòng)力循環(huán)和制冷循環(huán)2022/12/16第七章內(nèi)容§7.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)§7.1.1Rankine(朗肯)循環(huán)§7.1.2Rankine循環(huán)的改進(jìn)§7.2氣體絕熱膨脹制冷原理§7.2.1節(jié)流膨脹§7.2.2對(duì)外作功的絕熱膨脹§7.3制冷循環(huán)§7.3.1蒸汽壓縮制冷循環(huán)§7.3.2吸收制冷循環(huán)工作原理循環(huán)中工質(zhì)狀態(tài)變化能量轉(zhuǎn)換計(jì)算循環(huán)過(guò)程熱力學(xué)分析2022/12/16前言循環(huán)：體系從初態(tài)開(kāi)始，經(jīng)歷一系列的中間狀態(tài)，又重新回到初態(tài)，此封閉的熱力學(xué)過(guò)程稱(chēng)為循環(huán)。蒸汽動(dòng)力循環(huán)：是以水蒸汽為工質(zhì)，將熱連續(xù)地轉(zhuǎn)變成功的過(guò)程，其主要設(shè)備是各種熱機(jī)。產(chǎn)功的過(guò)程。如火力發(fā)電廠，大型化工廠冷凍循環(huán)：是將熱連續(xù)地由低溫處輸送到高溫處的過(guò)程，其主要設(shè)備是熱泵。耗功的過(guò)程。-100℃以上為普冷，-100℃以下為深冷。2022/12/16流體通過(guò)壓縮機(jī)、膨脹機(jī)§7.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)穩(wěn)定流動(dòng)體系的熱力學(xué)第一定理：

∵

u2≈0，gZ≈0，若絕熱過(guò)程Q=0Ws=H=H2-H1高壓高溫蒸汽帶動(dòng)透平產(chǎn)生軸功。（流體通過(guò)機(jī)械設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸與環(huán)境所交換的能量，稱(chēng)為軸功Ws。）2022/12/16鍋爐透平機(jī)水泵冷凝器過(guò)熱器2341§7.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)34水在水泵中被壓縮升壓。41

進(jìn)入鍋爐被加熱汽化，直至成為過(guò)熱蒸汽后。12進(jìn)入透平機(jī)膨脹作功。23作功后的低壓濕蒸汽進(jìn)入冷凝器被冷凝成水，再回到水泵中，完成一個(gè)循環(huán)。蒸汽動(dòng)力循環(huán)原理蒸汽動(dòng)力循環(huán)主要由水泵、鍋爐、透平機(jī)和冷凝器組成。2022/12/16鍋爐水泵冷凝器透平機(jī)2413原理水壓縮水加熱至過(guò)熱蒸汽蒸汽作功蒸汽冷凝成水理想Rankine循環(huán)123TS4等S膨脹等S壓縮等壓吸熱相變34飽和水可逆絕熱壓縮過(guò)程。（等S）41高壓水等壓升溫和汽化，等壓吸熱過(guò)程12過(guò)熱蒸汽可逆絕熱膨脹過(guò)程。（等S）23濕蒸汽等壓等溫可逆冷卻為飽和水（相變）?！?.1.1Rankine(朗肯)循環(huán)2022/12/16卡諾循環(huán)的缺點(diǎn)TS鍋爐加熱4123透平機(jī)后的乏氣,汽+液汽+液泵冷凝器透平機(jī)缺點(diǎn)之二:對(duì)于泵易產(chǎn)生氣縛現(xiàn)象缺點(diǎn)之一:透平機(jī)要求干度X>0.9但2點(diǎn)的X<0.88易損壞葉片結(jié)論:卡諾循環(huán)不適合變熱為功!2022/12/16鍋爐透平機(jī)水泵冷凝器過(guò)熱器2341WS可逆絕熱膨脹功Q1Q2WP可逆絕熱壓縮功穩(wěn)流體系理想Rankine循環(huán)2022/12/161TS234Ql越大，Q2越小，做的凈功WN就越大。Ql受鍋爐中金屬材料的極限的限制，約550~600oC。Q2受為環(huán)境溫度的限制。凈功WN= IQ1（面積1ba41）-Q2（面積2ba32）I=面積12341ab理想Rankine循環(huán)WN2022/12/16用T-S圖表示熱和功(2)容易計(jì)算熱機(jī)循環(huán)時(shí)的效率

熱機(jī)所作的功W為閉合曲線(xiàn)ABCDA所圍的面積。

圖中ABCDA表示任一可逆循環(huán)。ABC是吸熱過(guò)程，所吸之熱等于ABC曲線(xiàn)下的面積；

CDA是放熱過(guò)程，所放之熱等于CDA曲線(xiàn)下的面積。2022/12/16T-S圖：既顯示體系所吸取或釋放的熱量；又顯示體系所作的功。p-V圖：只能顯示所作的功。用T-S圖表示熱和功的優(yōu)點(diǎn)2022/12/16理想Rankine循環(huán)的熱效率η和氣耗率SSC2、氣耗率SSC：SpecificSteamConsumption作出1kW.h凈功消耗的蒸氣公斤數(shù)。評(píng)價(jià)動(dòng)力循環(huán)的指標(biāo)：熱效率和氣耗率。1、熱效率η：循環(huán)的凈功與工質(zhì)向高溫?zé)釒?kù)吸收的熱量之比2022/12/161TS234實(shí)際Rankine循環(huán)2’4’2

2’4

4’1

2，44理想朗肯循環(huán)（等熵）1

2’，44’實(shí)際朗肯循環(huán)（不等熵）實(shí)際上，工質(zhì)在汽輪機(jī)和水泵中不可能是完全可逆的，即不可能作等熵膨脹或等熵壓縮。這個(gè)不可逆性可用等熵效率ηs來(lái)表示。等熵效率ηs的定義：“對(duì)膨脹作功過(guò)程，不可逆絕熱過(guò)程的做功量與可逆絕熱過(guò)程的做功量之比。2022/12/161TS2342’4’等熵效率ηs實(shí)際Rankine循環(huán)的熱效率η實(shí)際Rankine循環(huán)2022/12/16實(shí)際與理想Rankine循環(huán)的比較理想循環(huán)實(shí)際循環(huán)Q112344’6’112345’5’’6’1Q254’6’655’5’’6’65’WN12345’61S1S’4S’5656’4’1234PHPLTS5”5’2022/12/16例1：（p.176例題7-1）某蒸汽動(dòng)力裝置按理想Rankine循環(huán)工作,鍋爐壓力為40×105Pa,產(chǎn)生440℃的過(guò)熱蒸汽,乏氣壓力為0.04×105Pa,蒸汽流量為60T/hr,試求:(1)過(guò)熱蒸汽每小時(shí)從鍋爐中的吸熱量與乏氣每小時(shí)在冷凝器中放出的熱量和乏氣的濕度(2)汽輪機(jī)作出的理論功率與泵消耗的理論功率.(3)循環(huán)的熱效率和氣耗率1TS23456）氣耗率SSC=3600/-WNQ2（放熱）Q1吸熱2022/12/162點(diǎn)(濕蒸汽)1點(diǎn)(過(guò)熱蒸汽）2022/12/163點(diǎn)(飽和液體)4點(diǎn)(未飽和水)5點(diǎn)(飽和水)2022/12/165）泵消耗的理論功率NP.6）循環(huán)的理論熱效率η7）氣耗率SSC2022/12/16例2有一理想Rankine(朗肯)循環(huán)，在40bar和0.08bar的壓力之間操作，鍋爐產(chǎn)生的是400℃的過(guò)熱蒸氣，冷凝器所用的冷卻水的溫度為25℃。求1）Q1，Q2；2）透平作的理論功和水泵消耗的理論功，3）熱效率η，氣耗率SSC，并試對(duì)此循環(huán)作熱力學(xué)分析。1TS2345氣耗率SSC=3600/WN=3.29

（Kg.kw-1.h-1）=36%2022/12/16例3：同例2，但透平機(jī)的等熵效率為0.85。1TS2342’5=30.6%SSC=3600/WN=3.871

（Kg.kw-1.h-1）由上式計(jì)算出H2’其它計(jì)算同例12022/12/16提高循環(huán)的熱效率的措施

(2)提高蒸汽壓力T42’3’4’6798TPH*S11’2347’5PHPL2022/12/16提高循環(huán)的熱效率的措施

(3)降低乏氣壓力（背壓）1、降低背壓時(shí)所增加的功比增加的熱量大，因而提高了整個(gè)循環(huán)的熱效率。2、降低背壓會(huì)降低乏氣的干度，應(yīng)注意。PHPLP’L986’1’1234575’TS2022/12/16§7.1.2Rankine循環(huán)的改進(jìn)1、回?zé)嵫h(huán)：16TS23451Kgα1-α鍋爐透平機(jī)水泵冷凝器過(guò)熱器2341回?zé)峒訜崞魉?’2’α1-α561Kg抽出部分蒸汽αKg到回?zé)峒訜崞?022/12/16回?zé)嵫h(huán)與Rankine循環(huán)比較優(yōu)點(diǎn)：(1)提高了水在鍋爐中吸熱的溫位，從而增加了蒸汽有效能量，做功本領(lǐng)變大。(2)整個(gè)循環(huán)的工質(zhì)只有一部分通過(guò)冷凝器．排往自然環(huán)境的有效能減少。(3)減少鍋爐熱負(fù)荷和冷凝器換熱面積，節(jié)省金屬材料。缺點(diǎn)：1）中壓蒸氣和水在水加熱器中不可逆混合，損失了部分有效能。2）設(shè)備增加?？傊?，利大于弊！現(xiàn)代蒸汽動(dòng)力循環(huán)普遍采用這種方式。根據(jù)需要，可分為多次。2022/12/16鍋爐透平機(jī)水泵冷凝器過(guò)熱器2341回?zé)峒訜崞魉?’α1-α561Kg回?zé)嵫h(huán)的計(jì)算計(jì)算關(guān)鍵：利用質(zhì)量平衡和能量平衡計(jì)算抽氣量α。例題6-32022/12/16(2)熱電循環(huán)i)汽輪機(jī)排汽壓力大于大氣壓力;ii)排汽的參數(shù)根據(jù)用戶(hù)需要而定，由供熱溫度決定。由于排汽經(jīng)冷凝器放熱直接用于供熱，所以汽輪機(jī)排汽壓力與供熱溫度相適應(yīng)，無(wú)法單獨(dú)調(diào)節(jié)。A背壓式汽輪機(jī)聯(lián)合供電供熱循環(huán)§7.1.2Rankine循環(huán)的改進(jìn)2022/12/162134TS泵鍋爐1234透平機(jī)qHqLWsWpA背壓式汽輪機(jī)聯(lián)合供電供熱循環(huán)2022/12/16用熱效率和能量利用系數(shù)同時(shí)評(píng)價(jià)

A背壓式汽輪機(jī)聯(lián)合供電供熱循環(huán)2022/12/16特點(diǎn)：

①冷凝器中冷卻工質(zhì)的介質(zhì)為熱用戶(hù)的介質(zhì)（不一定是冷卻水）冷凝溫度由供熱溫度決定，QL得以利用；②排氣壓力受供熱溫度影響，較郎肯循環(huán)排氣壓力高,大于大氣壓力；

③熱電循環(huán)效率=循環(huán)熱效率+提供熱用戶(hù)的熱量/輸入的總熱量。A背壓式汽輪機(jī)聯(lián)合供電供熱循環(huán)2022/12/16

類(lèi)似于回?zé)嵫h(huán);

克服背壓式汽輪機(jī)受供熱溫度的限制問(wèn)題;

通過(guò)控制抽氣量來(lái)調(diào)節(jié)供熱和供電兩方面的要求。B抽汽式汽輪機(jī)聯(lián)合供電供熱循環(huán)2022/12/161234562′透平機(jī)鍋爐泵泵WsQ2Wp1Wp21-FeedwaterheaterqHqLTS122′3456α1-αB抽汽式汽輪機(jī)聯(lián)合供電供熱循環(huán)2022/12/16制冷循環(huán)制冷循環(huán)：利用機(jī)械功使熱量從低溫→高溫的過(guò)程。利用制冷循環(huán)達(dá)到兩種目的：1）制冷使指定的空間保持低于環(huán)境的溫度，熱量從低溫空間轉(zhuǎn)移到高溫環(huán)境。夏天的房間、冰箱。制冷機(jī)2）加熱使指定的空間保持高于環(huán)境的溫度，熱量從低溫環(huán)境轉(zhuǎn)移到高溫空間。冬天的房間。熱泵2022/12/16夏天低溫房間高溫環(huán)境熱量制冷機(jī)2022/12/16冬天高溫房間低溫環(huán)境熱量熱泵2022/12/16§7.2&§7.3

制冷循環(huán)及原理2022/12/16§7.2節(jié)流膨脹與作外功的絕熱膨脹制冷原理：高壓常溫氣體通過(guò)絕熱膨脹變?yōu)榈蜏匾后w，此液體作為工質(zhì)再去冷卻需要低溫的物體。獲得低溫的方法有兩種：§7.2.1節(jié)流膨脹（等H）§7.2.2作外功的絕熱膨脹（等S）2022/12/16§7.2.1節(jié)流膨脹小孔流體通過(guò)節(jié)流閥門(mén)或多孔塞，是節(jié)流膨脹或絕熱閃蒸過(guò)程?！逹=0

Ws=0，

u2=0，gZ=0，

∴H=0（節(jié)流過(guò)程是等焓過(guò)程）利用節(jié)流過(guò)程，獲得低溫和冷量P2V1V12022/12/16

是體系的強(qiáng)度性質(zhì)。因?yàn)楣?jié)流過(guò)程的,所以當(dāng)：Joule-Thomson系數(shù)μJ-T的定義：

>0經(jīng)節(jié)流膨脹后，氣體溫度降低。（冷效應(yīng)）

<0經(jīng)節(jié)流膨脹后，氣體溫度升高。(熱效應(yīng)）

=0經(jīng)節(jié)流膨脹后，氣體溫度不變。(零效應(yīng)）

通過(guò)節(jié)流過(guò)程氣體溫度能否降低，取決于該氣體的μJ-T=？

稱(chēng)為焦-湯系數(shù)（Joule-Thomsoncoefficient),它表示經(jīng)節(jié)流過(guò)程后，氣體溫度隨壓力的變化率。2022/12/16μJ-T的計(jì)算2）理想氣體的μJ-T=？μJ-T=02022/12/16例4：在25℃時(shí)，某氣體的P-V-T可表達(dá)為PV=RT+6.4×104P，在25℃，30MPa時(shí)將該氣體進(jìn)行節(jié)流膨脹，問(wèn)膨脹后氣體的溫度上升還是下降？能否作為作為制冷介質(zhì)？解：可見(jiàn)，節(jié)流膨脹后，溫度升高。所以不能作為作為制冷介質(zhì)?！?/p>

→→2022/12/16例5請(qǐng)證明凡是遵循理想氣體狀態(tài)方程的氣體在節(jié)流過(guò)程中溫度不發(fā)生變化，它既不能作為制冷介質(zhì)，也不能作為制熱介質(zhì)。解：∵

PV=RTV=RT/P已知某真實(shí)氣體服從兩項(xiàng)維里方程，試分析在什么條件下該氣體可作為蒸汽壓縮制冷的工質(zhì)？2022/12/16轉(zhuǎn)化曲線(xiàn)（inversioncurve)

每一種工質(zhì)在不同T,P區(qū)間的μJ-T是不同的（+、-，0），而μJ-T=0的那條線(xiàn)被稱(chēng)為轉(zhuǎn)化曲線(xiàn)。顯然，工作物質(zhì)（即筒內(nèi)的氣體）不同，轉(zhuǎn)化曲線(xiàn)的T,p區(qū)間也不同。N2的轉(zhuǎn)化曲線(xiàn)溫度高，能液化的范圍大；而H2

和He則很難液化。轉(zhuǎn)化曲線(xiàn)μJ-T=02022/12/16結(jié)論：1）不是所有氣體在所有T，P下的節(jié)流膨脹均能使T降低的。2）制冷介質(zhì)應(yīng)選那種在常溫常壓下μJ-T>0

的氣體,如N2。3)H2和He等氣體在常溫下μJ-T<0

，經(jīng)節(jié)流過(guò)程，溫度反而升高。若在節(jié)流前先降低溫度，可使它們的μJ-T>0轉(zhuǎn)化曲線(xiàn)μJ-T=02022/12/161、T-S圖上求△TH

T1T2△TH等焓線(xiàn)12§7.2.1節(jié)流膨脹節(jié)流膨脹的溫度降△TH是衡量制冷效果的重要指標(biāo)。如何計(jì)算節(jié)流膨脹溫度降△TH？△TH=T2-T12022/12/16§7.2.1節(jié)流膨脹T1，P1——節(jié)流膨脹前的溫度、壓力T2，P2——節(jié)流膨脹后的溫度、壓力2022/12/16§7.2.2對(duì)外作功的絕熱膨脹對(duì)外作功的絕熱膨脹：若過(guò)程為可逆，則為等S膨脹。等S膨脹與節(jié)流膨脹有異同點(diǎn)。異：等S膨脹通過(guò)膨脹機(jī)對(duì)外作功，而節(jié)流膨脹不作功同：均為絕熱膨脹。節(jié)流膨脹等S膨脹微分等熵膨脹效應(yīng)系數(shù)μS2022/12/16P1P2TS對(duì)外作功絕熱膨脹的溫度降2’ST1T2T2’△TH△TS21H等焓線(xiàn)2022/12/16節(jié)流膨脹與等熵膨脹的比較節(jié)流膨脹等熵膨脹△H=0△S=0△TH較小，冷凍量小△TS較大，冷凍量大少數(shù)氣體要預(yù)冷，才能使T↓任何氣體均是T↓不作功作功節(jié)流閥，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便膨脹機(jī)，設(shè)備復(fù)雜汽液兩相區(qū)、液相區(qū)均可用使用時(shí)不能有液滴用得最多，普冷，小型深冷大、中型氣體液化節(jié)流膨脹與等熵膨脹均是獲取低溫即制冷的方法2022/12/16§7.3制冷循環(huán)§7.3.1蒸汽壓縮制冷循環(huán)§7.3.2吸收制冷循環(huán)§7.3.3熱泵的工作原理消耗外功消耗熱能2022/12/16§7.3.1蒸汽壓縮制冷循環(huán)蒸汽壓縮制冷循環(huán)是由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器組成。

制冷循環(huán)的工質(zhì)采用低沸點(diǎn)物質(zhì)作為制冷劑。如：氟里昂R22（CHClF2）的Tb=-40.80℃，N2的Tb=-195.75℃利用制冷劑在冷凝器中的液化和在蒸發(fā)器中的汽化，實(shí)現(xiàn)在高溫下排熱，低溫下吸熱過(guò)程。q0q2冰箱冷凍室提供q0通過(guò)冰箱散熱片向大氣排出q2壓縮機(jī)蒸發(fā)器1542冷卻器節(jié)流閥2022/12/16§7.3.1蒸汽壓縮制冷循環(huán)理想制冷循環(huán)(可逆制冷)即為逆卡諾循環(huán)。四個(gè)可逆過(guò)程構(gòu)成：1-2：絕熱可逆壓縮,從T1升溫至T2，等熵過(guò)程，消耗外功WS2-3：等溫可逆放熱(q2）；3-4：絕熱可逆膨脹，從T2降溫至T1，等熵過(guò)程，對(duì)外作功4-1：等溫可逆吸熱(q0）

ST3214T1T21、逆向卡諾循環(huán)壓縮機(jī)蒸發(fā)器節(jié)流閥冷凝器WSq0q22022/12/16鍋爐透平機(jī)水泵冷凝器過(guò)熱器2341§7.1．蒸汽動(dòng)力循環(huán)蒸汽動(dòng)力循環(huán)原理TS41232022/12/16逆卡諾循環(huán)的缺點(diǎn)：（1）1→2和3→4的過(guò)程會(huì)形成液滴，在壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的氣缸中產(chǎn)生“液擊”現(xiàn)象，容易損壞機(jī)器；（2）實(shí)際過(guò)程難以接近四個(gè)可逆過(guò)程；問(wèn)題：如何改進(jìn)？1、逆向卡諾循環(huán)ST3214T1T22022/12/162、蒸汽壓縮制冷循環(huán)蒸汽壓縮制冷循環(huán)由四步構(gòu)成：1→2低壓蒸汽的壓縮2→4高壓蒸汽的冷凝4→5高壓液體的節(jié)流膨脹，P↓

，T↓5→1低壓液體的蒸發(fā)蒸汽壓縮制冷循環(huán)對(duì)逆卡諾循環(huán)的改進(jìn)：1）把絕熱可逆壓縮過(guò)程1→2安排在過(guò)熱蒸汽區(qū)，使?jié)裾羝優(yōu)楦蓺?。即“干法操作”?）把原等熵膨脹過(guò)程改為4→5的等焓節(jié)流膨脹過(guò)程，節(jié)流閥的設(shè)備簡(jiǎn)單、操作易行。T1=T5=蒸發(fā)溫度T3=T4=冷凝溫度節(jié)流膨脹（等H）等S膨脹2022/12/162TS4135q0q23、蒸汽壓縮制冷循環(huán)——幾個(gè)重要指標(biāo)1）單位制冷量q0(在蒸發(fā)器中吸收的熱量)2022/12/16q2WsTS3214循環(huán)的ΔH=0，故q0例6試求工作于兩個(gè)恒溫?zé)釒?kù)高溫TH和低溫TL間的理想制冷循環(huán)即逆向卡諾(Carnot)循環(huán)的放熱量q2，制冷量q0以及制冷系數(shù)εC。THTL2022/12/16結(jié)論：逆向卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)εC僅是溫度(蒸發(fā)溫度TL和冷凝溫度TH的函數(shù)，與工質(zhì)性質(zhì)無(wú)關(guān)。在相同溫度區(qū)間[TL,

TH

]工作的任何制冷循環(huán)，以逆向卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)εC為最大。它可作為一切實(shí)際循環(huán)的比較標(biāo)準(zhǔn)。2022/12/16例7有一氨冷凍循環(huán)裝置，其制冷能力（冷凍量）為105

kJ·h-1，蒸發(fā)溫度-15℃，冷凝溫度30℃。假設(shè)壓縮機(jī)絕熱可逆運(yùn)行，求1）制冷劑的循環(huán)量；2）壓縮機(jī)功耗和處理的蒸氣量；3）冷凝器熱負(fù)荷；4）節(jié)流閥后制冷劑中蒸氣的含量；5）循環(huán)制冷系數(shù)；6）εC解：關(guān)鍵是要確定1,2,3,4,5點(diǎn)的狀態(tài)單級(jí)蒸汽壓縮制冷循環(huán)圖溫熵圖壓焓圖2022/12/16由氨的飽和蒸汽表查取有關(guān)數(shù)據(jù)：1點(diǎn)：T1=-15℃H1=1664kJ/kg；S1=9.021kJ/kg·Kv1=0.508m3/kg2點(diǎn)：T3=30℃其相應(yīng)飽和蒸汽壓力P3=1.17MPa；P2=P3

S2=S1=9.021kJ/kg·K=2.158kcal/kg·K；*用S2和P2查H2

=1880kJ/kg=450kcal/kg；4點(diǎn)：T4=30℃與飽和液體相交，據(jù)此查得H4=134kcal/kg=560.53kJ/kg；5點(diǎn)：T5=T1=-15℃，由于4-5是等焓過(guò)程，H5=H4=560.53kJ/kg； T1T22022/12/161.制冷劑的循環(huán)量m3.壓縮機(jī)功耗PT2.壓縮機(jī)每小時(shí)處理的制冷劑蒸汽量V:4.冷凝器熱負(fù)荷Q22022/12/166.制冷系數(shù)5.節(jié)流閥后制冷劑中蒸汽的含量即求5點(diǎn)的干度X7.逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)εC2022/12/161、為了增加冷凍量，制冷劑在冷凝器中，被過(guò)冷到低于飽和溫度的4’（過(guò)冷液體）。2、冷凍量增加了5’5dc5’，若耗功量WS仍為H2-H1，則制冷系數(shù)ε增大。3、為了計(jì)算方便，4’過(guò)冷液體的性質(zhì)用4’點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)的飽和液體代替。4、實(shí)際制冷循環(huán)往往不可能是完全等熵的，2—>2’，則耗功量WS為H2’-H1。4、蒸汽壓縮制冷循環(huán)——實(shí)際制冷循環(huán)2TS2’5’414’35cd2022/12/162TS2’5’4實(shí)際蒸汽壓縮制冷循環(huán)14’2’點(diǎn)的性質(zhì)用等熵效率計(jì)算35冷凝溫度蒸發(fā)溫度過(guò)冷溫度過(guò)冷度：T4

=T3：T4’=T4-T4’:T5’=T5=T1解題關(guān)鍵：確定2’,4’點(diǎn)的狀態(tài)4’點(diǎn)過(guò)冷液體的性質(zhì)用4’點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)的飽和液體代替。5、幾個(gè)定義30℃25℃5℃-15℃冰箱四星級(jí)T1=-24℃三星級(jí)T1=-18℃國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)冷凍條件2022/12/162TS2’5’414’35實(shí)際蒸汽壓縮制冷循環(huán)計(jì)算q0q21）單位制冷量q0(在蒸發(fā)器中吸收的熱量)p.150例6-92022/12/16補(bǔ)充習(xí)題1.制冷循環(huán)裝置以NH3為工質(zhì)，制冷能力是10000kcal/hr，冷凝溫度25℃

，蒸發(fā)溫度-20℃，一技術(shù)員根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，認(rèn)為這樣條件下工作，功耗過(guò)大，建議進(jìn)行改進(jìn)，冷凝溫度仍為25℃，但過(guò)冷到20℃，蒸發(fā)溫度改為-5℃，問(wèn)1）在T-S圖上標(biāo)出該制冷循環(huán)改進(jìn)前后各狀態(tài)點(diǎn)。（標(biāo)出各點(diǎn)的T，P）；2）計(jì)算改進(jìn)前后的制冷系數(shù)ε；3）改進(jìn)后理想功耗可減少多少KW？設(shè)壓縮過(guò)程按可逆絕熱過(guò)程考慮。有關(guān)數(shù)據(jù)查NH3的T-S圖。2022/12/16改進(jìn)前：1點(diǎn)-20℃查氨飽和蒸汽表得H1=1657.43kJ/kg

S1=9.0962kJ/kg.KP1

=0.1902MPa2點(diǎn)查lnP-H圖，T4=25℃對(duì)應(yīng)的P4=1.003MPa與S2=S1=9.0962kJ/kg.K相交處的點(diǎn)即為2點(diǎn)，P2

=1.003MPaH2=1880kJ/kg

3點(diǎn)T3=25℃，P3=P4

=1.003MPa4點(diǎn)T3=25℃，P4

=1.003MPa查氨飽和蒸汽表H4=536.45kJ/kg

5點(diǎn)H5=H4=536.45kJ/kg2022/12/16改進(jìn)后：1＇點(diǎn)-5℃，查氨飽和蒸汽表得

H1＇=1676.35kJ/kg

，S1＇=8.8789kJ/kg.K2＇點(diǎn)查lnP-H圖，T4=25℃與P4=1.003MPaS2＇=S1＇=8.8789kJ/kg.K相交處的點(diǎn)即為2＇點(diǎn)H2＇=1800kJ/kg3點(diǎn)T3=25℃，P3=P4

=1.003MPa4＇點(diǎn)T4＇=20℃，H4＇=512.46kJ/kg/kg

5＇點(diǎn)H5＇=H4＇=512.46kJ/kg

2022/12/16蒸發(fā)溫度、冷凝溫度的選擇3、制冷級(jí)數(shù)的選擇：當(dāng)蒸發(fā)溫度<-25℃一級(jí)壓縮當(dāng)蒸發(fā)溫度<-30℃二級(jí)壓縮當(dāng)蒸發(fā)溫度<-45℃三級(jí)壓縮2、冷凝溫度：取決于冷卻介質(zhì)的溫度。問(wèn)題2：冰箱制冷系數(shù)冬天大還是夏天大？為什么？1、蒸發(fā)溫度：取決于被冷物系的溫度。蒸發(fā)溫度越低，耗能越高。應(yīng)根據(jù)需要選擇蒸發(fā)溫度。問(wèn)題1：冰箱能否當(dāng)空調(diào)用？2022/12/16制冷劑的選擇制冷劑的選擇必須具備以下幾點(diǎn)基本要求：(1)在大氣壓力下制冷劑的沸點(diǎn)要低．這是一個(gè)重要的性能指標(biāo)。(2)制冷劑在常溫下的冷凝壓力應(yīng)盡量低，以降低對(duì)設(shè)備耐壓與密封的要求。(3）汽化潛熱要盡可能大，可減少制冷劑的循環(huán)量，縮小壓縮機(jī)的尺寸。(4)具有較高的臨界溫度和較低凝固溫度。(5)具有化學(xué)穩(wěn)定性，在操作條件下不燃燒，不分解．不聚合，對(duì)設(shè)備不應(yīng)有明顯的腐蝕作用。2022/12/16制冷劑的選擇工業(yè)上常用的制冷劑有氨、R12（CF2Cl2）和R11（CFCl3）

R22(CHF2Cl)等。例：NH3：潛熱大，沸點(diǎn)-33.4℃；冷凝溫度30℃

；P=12atm；蒸發(fā)溫度-30℃；P=1atm；1、氟里昂不同的牌號(hào)適合不同的冷凍量。2、R11、

R12、R113、R114、R115對(duì)臭氧層有破壞作用，2010年禁用。氫氟碳（HFC）對(duì)臭氧層沒(méi)有破壞作用，可作為替代品。

問(wèn)題：冰箱與空調(diào)用的制冷劑相同嗎？選擇的依據(jù)是什么？2022/12/16替代品品名沸點(diǎn)(0C

）被替代品HFC-134a-26.5CFC-12R500-33.5CFC-12R32-53.15R22R141b32.05R11、R113R142b-9.2用作高溫下致冷R12327.85R11、R113R124-10.95R502、R22R125-48.45R502、R22R23-80.05CFC-13R407c-43.7R22氯氟烷烴（CFC）的替代品2022/12/16§7.3.2吸收制冷循環(huán)吸收制冷循環(huán)是另一種制冷方式。它與蒸汽制冷循環(huán)主要區(qū)別在于：氣體的壓縮方式不同。蒸汽制冷循環(huán)靠的是壓縮機(jī)。吸收制冷循環(huán)靠的是“化學(xué)泵”。“化學(xué)泵”由制冷劑和吸收劑組成。沸點(diǎn)高的物質(zhì)作為吸收劑，而沸點(diǎn)較低容易揮發(fā)的物質(zhì)作為制冷劑。在氨水溶液中，氨是制冷劑，水是吸收劑。在水-溴化鋰溶液中水是制冷劑，溴化鋰是吸收劑2022/12/16§7.3.2吸收制冷循環(huán)“化學(xué)泵”由吸收器、蒸汽解吸器、溶液泵、換熱器及調(diào)節(jié)閥組成。工作原理：制冷劑在低溫下被吸收劑吸收，在高溫下被解吸成高壓蒸汽。氨水溶液——氨是制冷劑，水是吸收劑。“化學(xué)泵”低壓濃NH3高壓濃NH3Q1QHQ2QLW冷凝器吸收器蒸發(fā)器調(diào)節(jié)閥換熱器溶液泵節(jié)流筏蒸汽發(fā)生器濃溶液稀溶液吸收器蒸汽解吸器2022/12/16§7.3.2吸收制冷循環(huán)此熱源僅需低品質(zhì)的余熱。若廠里有低壓余熱可利用，采用吸收制冷最經(jīng)濟(jì)。主要耗能處為蒸汽解吸器。吸收制冷循環(huán)優(yōu)點(diǎn)：節(jié)能！水-溴化鋰溶液的吸收制冷大量用于中央空調(diào)，可考慮太陽(yáng)能作為熱源。（江陰雙良，7.5億產(chǎn)值）q0—冷凍量q—低品位蒸汽供熱量Q1QHQ2QLW冷凝器吸收器蒸發(fā)器調(diào)節(jié)閥換熱器溶液泵節(jié)流筏蒸汽發(fā)生器濃溶液稀溶液2022/12/16將吸收式制冷循環(huán)與蒸汽壓縮制冷循環(huán)相比較，其不同點(diǎn)僅在于：蒸汽壓縮制冷循環(huán)：壓縮機(jī)（消耗機(jī)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）2022/12/16§7.3.3熱泵的工作原理在制冷循環(huán)中，消耗機(jī)械功，使熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體。制冷循環(huán)不僅使放出熱量的低溫物體被冷卻，而且使吸收熱量的高溫物體被加熱。利用該原理可以實(shí)現(xiàn)由低溫環(huán)境向高溫系統(tǒng)的供熱(如室內(nèi)供暖)。該加熱的裝置稱(chēng)為熱泵。熱泵與制冷裝置工作原理完全相同，只是兩者工作的溫度范圍不同。2022/12/16制冷裝置的上限溫度是大氣環(huán)境溫度T0，下限溫度是冷庫(kù)需維持的溫度TL。對(duì)熱泵循環(huán)，下限溫度是大氣環(huán)境溫度T0，上限溫度為維持較高溫度的暖室溫度TH。熱泵的供熱系數(shù)