第6章 蒸汽動(dòng)力循環(huán)與制冷循環(huán)-河南科技學(xué)院

1、河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院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) 河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院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)一般為水河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院水泵水泵鍋爐鍋爐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

2、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)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懦龅膲毫ο碌娘柡退?，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)冷冷凝凝器器河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院T-ST-S圖圖QHQLWsTT吸吸T放放S 問題在于：問題在于：

3、 （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)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河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院（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

4、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(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

5、汽郎肯循環(huán)：不可逆絕熱過程郎肯循環(huán)：不可逆絕熱過程河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 1 12 2 對(duì)應(yīng)于汽輪對(duì)應(yīng)于汽輪機(jī)機(jī) 2 23 3 冷凝器進(jìn)行冷凝器進(jìn)行，在冷凝器里冷卻水把工，在冷凝器里冷卻水把工作介質(zhì)的熱量帶走使其由作介質(zhì)的熱量帶走使其由氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w。氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w。 3 34 4水泵中進(jìn)行水泵中進(jìn)行 4 41 1 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河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院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 2HHHQL2323HHHQL121

6、2HHHws1212HHHws2121HHHHWWSRSsSRsSWW(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/kg河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院34HHHwp34ppvpvvdpwp HsspHpsQwwwHHHHHHQww413412 (4) (4) 水泵中工作介質(zhì)的單位耗功量水泵中工作介質(zhì)的單位耗功量 kJ/kg由于液態(tài)水的不可壓縮性，水泵中工作介質(zhì)

7、耗功量可按下列式近似計(jì)算由于液態(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(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)式： 河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院4. 4. 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例例例6-26-2 某核動(dòng)力循環(huán)如圖所示，鍋爐從溫度為某核動(dòng)力循環(huán)如圖所示，鍋爐從溫度為320320 的核反應(yīng)堆的核反應(yīng)堆吸入熱量吸入熱量Q Q1 1產(chǎn)生壓力為產(chǎn)生壓力為7MPa7MPa、溫度為、溫度為360 360 的過熱蒸汽（點(diǎn)的過熱蒸汽（點(diǎn)1 1），），過熱蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)膨脹做功后于過熱蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)膨脹做功后于0.008MPa0.0

8、08MPa壓力下排出（點(diǎn)壓力下排出（點(diǎn)2 2），乏），乏氣在冷凝器中向環(huán)境溫度氣在冷凝器中向環(huán)境溫度 t t0 0=20 =20 下進(jìn)行定壓放熱變?yōu)轱柡退逻M(jìn)行定壓放熱變?yōu)轱柡退c(diǎn)（點(diǎn)3 3），然后經(jīng)泵返回鍋爐（點(diǎn)），然后經(jīng)泵返回鍋爐（點(diǎn)4 4）完成循環(huán)，已知汽輪機(jī)的額）完成循環(huán)，已知汽輪機(jī)的額定功率為定功率為1515 10104 4 kW, kW,汽輪機(jī)作不可逆的絕熱膨脹汽輪機(jī)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(rèn)為作可逆絕熱壓縮而水泵可認(rèn)為作可逆絕熱壓縮, ,試求試求: :(1)(1)此動(dòng)力循環(huán)中蒸汽的質(zhì)量流量此動(dòng)力循環(huán)中蒸汽的質(zhì)量流量; ;(2)

9、(2)汽輪機(jī)出口乏氣的濕度汽輪機(jī)出口乏氣的濕度; ;(3)(3)循環(huán)的熱效率循環(huán)的熱效率. .河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院補(bǔ)充例題補(bǔ)充例題:某蒸汽動(dòng)力裝置產(chǎn)生的過熱蒸汽壓力為某蒸汽動(dòng)力裝置產(chǎn)生的過熱蒸汽壓力為8600kPa，溫度，溫度為為5000C。此蒸汽進(jìn)入透平機(jī)絕熱膨脹作功，透平排出。此蒸汽進(jìn)入透平機(jī)絕熱膨脹作功，透平排出乏氣壓力為乏氣壓力為10kPa。乏氣進(jìn)入冷凝器全部冷凝為飽和液態(tài)水，。乏氣進(jìn)入冷凝器全部冷凝為飽和液態(tài)水，然后泵入鍋爐。試求：（然后泵入鍋爐。試求：（1）理想朗肯循環(huán)的熱效率；（）理想朗肯循環(huán)的熱效率；（2）已）已知透平和泵的等熵效率為知透平和泵的等熵效率為0.75，試求在上

10、述條件下實(shí)際動(dòng)力循環(huán)，試求在上述條件下實(shí)際動(dòng)力循環(huán)的熱效率；（的熱效率；（3）設(shè)計(jì)要求實(shí)際動(dòng)力循環(huán)輸出的軸功率為）設(shè)計(jì)要求實(shí)際動(dòng)力循環(huán)輸出的軸功率為8000kW，試求蒸汽的流量以及鍋爐和冷凝器的傳熱速率。，試求蒸汽的流量以及鍋爐和冷凝器的傳熱速率。分析：分析：WQ循環(huán)過程輸出循環(huán)過程輸出的凈功的凈功工質(zhì)從高溫?zé)嵩垂べ|(zhì)從高溫?zé)嵩此盏臒崴盏臒岷幽峡萍紝W(xué)院化學(xué)化工學(xué)院PNmW實(shí)際輸出軸實(shí)際輸出軸功率功率循環(huán)過程輸出循環(huán)過程輸出的凈功的凈功鍋爐和冷凝器的傳熱速率，即單位時(shí)間鍋爐和冷凝器鍋爐和冷凝器的傳熱速率，即單位時(shí)間鍋爐和冷凝器所傳遞的熱量。所傳遞的熱量。HHQqmLLQqm河南科技學(xué)院化學(xué)

11、化工學(xué)院解：解：首先根據(jù)題意畫出循環(huán)的首先根據(jù)題意畫出循環(huán)的T-S圖。圖。河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 從水蒸汽表可查得從水蒸汽表可查得8600kPa，5000C的過熱蒸汽的的過熱蒸汽的h2=3390.9kJkg-1，s2=6.6858kJkg-1K-1。（1）過熱蒸汽在透平中為等熵膨脹過程，因此：）過熱蒸汽在透平中為等熵膨脹過程，因此：11216.6858sskJ kgK點(diǎn)為濕蒸汽，所以：點(diǎn)為濕蒸汽，所以：222(1)glss xsx查壓力為查壓力為10kPa，溫度為，溫度為45.830C飽和水蒸氣表得：飽和水蒸氣表得：11110.64938.1502lgskJ kgKskJ kgK11191.

12、832584.7lghkJ kghkJ kg河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院222(1)glss xsx2=0.80467同理：同理：1222(1)2117.3glhh xhxkJ kg透平等熵膨脹作出的可逆軸功為：透平等熵膨脹作出的可逆軸功為：212117.33390.9SRwhhh 11273.6kJ kg 已知：已知：h4 = hl = 191.83kJkg-1所以，冷凝過程的傳熱量為：所以，冷凝過程的傳熱量為：河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院32191.832117.3Lqhhh 11925.5kJ kg 水泵所消耗的可逆軸功：水泵所消耗的可逆軸功：,443()SR pumpwvpp查飽和水蒸氣表得：

13、查飽和水蒸氣表得：v4=1010m3kg-11,8.676SR pumpwkJ kg根據(jù)熱力學(xué)第一定律得：根據(jù)熱力學(xué)第一定律得：43,191.838.676SR pumphhw1200.5kJ kg河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院鍋爐的吸熱量為：鍋爐的吸熱量為：143390.9200.5Hqhhh 13190.4kJ kg朗肯循環(huán)提供的凈功為：朗肯循環(huán)提供的凈功為：11273.68.6761264.9NwkJ kg朗肯循環(huán)的熱效率為：朗肯循環(huán)的熱效率為：1264.90.39653190.4Nwq河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院（2）已知透平的等熵效率為）已知透平的等熵效率為0.7510.75 ( 1273.6

14、)955.2ssSRwwkJ kg 所以：所以：1213390.9955.22435.7shhwkJ kg水泵耗功為：水泵耗功為：,8.67611.570.75SR pumpS pumpsww所以：所以：143,191.83 11.57203.4S pumphhwkJ kg河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院鍋爐吸收的熱量為：鍋爐吸收的熱量為：1143390.9203.43187.5HqhhkJ kg輸出凈功：輸出凈功：1,955.2 11.57943.36NsS pumpwwwkJ kg 實(shí)際循環(huán)的熱效率：實(shí)際循環(huán)的熱效率：943.360.29603187.5Nwq河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院（3）1800

15、0084.77943.36pnNmkg swHHQm qLLQm q河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院一一. . 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河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院1.1.再熱循環(huán)再熱

16、循環(huán) 7 7QRHwsh+wsL4 43 32 21p2 P1T p3 p32 2S S5 5 4 413 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）提高提高河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院12345621kgkg(1-)kgTS123456水2kg(1-)kg2.2.回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院（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 (1HHHHQQQQwwHLHHps42454552,)1 (HHHH

17、HHHH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 6河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院3.3. 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

18、；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河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院鍋爐鍋爐汽輪機(jī)汽輪機(jī)1 12 23 34 42 21 13 34 4T TS SqLqHWS河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院（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)效率熱電循環(huán)

19、效率 HRHQQHhsHssRHHQQwQwHHHHwHHQHHQ能量利用參數(shù)熱效率32212671)1 (河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院TS12345671冷凝器冷凝器汽輪機(jī)汽輪機(jī)熱用戶熱用戶鍋鍋爐爐水泵水泵水泵水泵加熱器加熱器234567P1-(1-)kg河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院4.4.應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例例例6-46-4某化工廠采用如下的蒸汽動(dòng)力裝置以同時(shí)提供動(dòng)力某化工廠采用如下的蒸汽動(dòng)力裝置以同時(shí)提供動(dòng)力和熱能。已知汽輪機(jī)入口的蒸汽參數(shù)為和熱能。已知汽輪機(jī)入口的蒸汽參數(shù)為3.5MPa,435 3.5MPa,435 , ,冷凝器的壓力為冷凝器的壓力為0.004MPa,0.004MPa,中間抽汽壓力

20、中間抽汽壓力P P為為0.13MPa,0.13MPa,抽汽量為抽汽量為10kg/s,10kg/s,其中一部分進(jìn)入加熱器其中一部分進(jìn)入加熱器, ,將鍋爐給水將鍋爐給水預(yù)熱到抽汽壓力預(yù)熱到抽汽壓力P P下的飽和溫度下的飽和溫度, ,其余提供給熱用戶其余提供給熱用戶, ,然后冷凝成飽和水返回鍋爐循環(huán)使用。已知該裝置的然后冷凝成飽和水返回鍋爐循環(huán)使用。已知該裝置的供熱量是供熱量是5050 10103 3kJ/h.kJ/h.試求此蒸汽動(dòng)力循環(huán)裝置的熱效試求此蒸汽動(dòng)力循環(huán)裝置的熱效率與能量利用系數(shù)。率與能量利用系數(shù)。河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院TS1234567P1冷凝器冷凝器汽輪機(jī)汽輪機(jī)熱用戶熱用戶鍋鍋爐爐

21、水泵水泵水泵水泵加熱器加熱器234567P -hh河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院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也隨之發(fā)生變化也隨之發(fā)生

22、變化河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院（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）河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院pPCTH（6-136-13） dpTVTVdTCdHPp0dTPTTVTVPH1PPJTVTVC時(shí)，時(shí)，故故河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院HJPTPRTVP0pJCPRTPRT(2)(2)節(jié)流膨脹致冷的可能性

23、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 河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院HJPT0PTVTV0PTVTV0PTVTV 真實(shí)氣體真實(shí)氣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)化曲線右側(cè)，等在轉(zhuǎn)化曲線右側(cè)，等焓線上，隨焓線上

24、，隨PP，TT，J J 00 Cp0V0 Cp0恒大于零恒大于零. .河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 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，稱之。等熵膨脹時(shí)，壓力變化為有限值所引起的溫度變化，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河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 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-ST-S圖讀取

25、圖讀取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P1P2T1T2TS河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 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=const河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院2.2.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=0.70.750.75n對(duì)透平機(jī)對(duì)透平機(jī) s=0.8s=0.80.

26、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河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院三三. .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態(tài)無關(guān)，對(duì)任何氣體任何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)都產(chǎn)生制冷效應(yīng)。狀態(tài)都產(chǎn)生制冷效應(yīng)。QOS=Ho-H2=(Ho-H1)+(H1-H2)=QOH+WRHTTs12TTTs -TTT12H制冷量：制冷量

27、：QOSQOHQOH=Ho-H2= Ho-H12.2.河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院3.3.設(shè)備與操作設(shè)備與操作節(jié)流膨脹：簡單，針形閥節(jié)流膨脹：簡單，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)。河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院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-100 -100 ，稱普通冷凍。，稱普通冷凍。n小于小于-100

28、 -100 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)：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。 河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院等溫蒸發(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)的耗功量實(shí)際過程的耗功量要大于逆向卡諾循環(huán)的耗功量河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院二二. .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)

29、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)等問題 蒸發(fā)器蒸發(fā)器冷凝器冷凝器壓縮機(jī)壓縮機(jī)膨脹機(jī)或膨脹機(jī)或節(jié)流閥節(jié)流閥1234QHQL 載冷體載冷體河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院特點(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 WsQ 吸放QQQ）（放1423SSTSSTQHH）（）（吸1441SST

30、SSTQLL河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院)(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)?？ㄖZ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) LHLLHLTTTSSTTSSTWsQ4141吸河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院制冷系數(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

31、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。河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院(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

32、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。河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院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s1s1若若Q=0則則 Ws=河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院卡諾：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)

33、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)：1212”3 34 4”1 1卡諾壓縮制冷循環(huán)：卡諾壓縮制冷循環(huán)：1 12 23 34 41 1 1 12 22 22 23 33 31 14 44 44 4ST河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院對(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1 12 2 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)）2 23 3 冷凝器進(jìn)行冷凝器進(jìn)行 在冷