化工熱力學(xué)課件

第二章流體的P-V-T關(guān)系VolumetricPropertiesofPureFluids2流體的P-V-T關(guān)系

流體指除固體以外的流動(dòng)相（氣體、液體）的總稱。均勻流體一般分為液體和氣體兩類。2流體的P-V-T關(guān)系本章目的：

1.流體的P-V-T關(guān)系可直接用于設(shè)計(jì)如：1）一定T、P下，ρ？Vm?

2)管道直徑的選?。毫髁?/p>

3）儲(chǔ)罐的承受壓力：P

2.利用可測(cè)的熱力學(xué)性質(zhì)（T，P，V，CP）計(jì)算不可測(cè)的熱力學(xué)性質(zhì)（H，S，G，f，

φ，α，γ）（將在第三、四章介紹）2流體的P-V-T關(guān)系本章要求：

1.了解純物質(zhì)的P-T圖和P-V圖

2.正確、熟練地應(yīng)用R-K方程、兩項(xiàng)維力方程計(jì)算單組分氣體的P-V-T關(guān)系

3.正確、熟練地應(yīng)用三參數(shù)普遍化方法計(jì)算單組分氣體的P-V-T關(guān)系

4.了解計(jì)算真實(shí)氣體混合物P-V-T關(guān)系的方法，并會(huì)進(jìn)行計(jì)算。2流體的P-V-T關(guān)系2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)2.2氣體的狀態(tài)方程式2.3對(duì)比態(tài)原理及其應(yīng)用2.4真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系2.5液體的PVT關(guān)系2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)

流體的PVT數(shù)據(jù)是化工生產(chǎn)﹑工程設(shè)計(jì)和科學(xué)研究最為基本的數(shù)據(jù)，它們是化工熱力學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是可以直接測(cè)量的，但是眾多的數(shù)據(jù)都做測(cè)量，那么必然既浪費(fèi)時(shí)間又不經(jīng)濟(jì)，是否能夠找出物質(zhì)或者混合物的PVT數(shù)據(jù)，運(yùn)用熱力學(xué)的基礎(chǔ)理論將這些數(shù)據(jù)加以關(guān)聯(lián)，提出日益精確的計(jì)算方法？要找到物質(zhì)PVT之間的計(jì)算關(guān)系式，首先，我們就要搞清楚純物質(zhì)PVT行之間有何種數(shù)學(xué)關(guān)系。

三維立體圖2-1是典型的純物質(zhì)的PVT關(guān)系圖。2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)圖2-1純物質(zhì)的PVT圖（a）凝固時(shí)收縮2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理表明,純物質(zhì)的P-V-T之間實(shí)際上存在有這樣的函數(shù)關(guān)系，即

f(P,V,T)=02.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)2.1.1P-T圖

2.1.2P-V圖2.1.3PVT關(guān)系2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)2.1.1P-T圖

c點(diǎn)：臨界點(diǎn)(CriticalPoint)，該點(diǎn)表示純物質(zhì)汽-液兩相可以共存的最高溫度Tc和最高壓力Pc。在圖中高于Tc和Pc，由虛線隔開的區(qū)域成為密流區(qū)，密流區(qū)的流體稱超臨界流體或簡(jiǎn)稱流體，在這個(gè)區(qū)域流體的屬性不同與氣體也不同于液體，它具有特殊的屬性。2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)2.1.1P-T圖

當(dāng)P<Pc,T<Tc時(shí)，等溫加壓或等壓降溫均可液化，屬于汽體；當(dāng)P<Pc,T>Tc時(shí)，等溫加壓可變?yōu)榱黧w，等壓降溫可液化，屬于氣體；當(dāng)P=Pc,T=Tc時(shí)，兩相性質(zhì)相同；當(dāng)T>Tc,P>Pc，即處于密流區(qū)時(shí)，既不符合氣體定義，也不符合液體定義，若A點(diǎn)（液相狀態(tài)）變化到B點(diǎn)（汽相狀態(tài)），這個(gè)過(guò)程是一個(gè)漸變的過(guò)程，沒有明顯的相變化。2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)該圖分為四相區(qū)（固相區(qū)、液相區(qū)、氣相區(qū)、超臨界區(qū)）三線（熔化曲線、升華曲線、汽化曲線），二點(diǎn)（三相點(diǎn)，臨界點(diǎn)）。根據(jù)相律：F=c-P+2一般區(qū)域：F=1-1+2=2有兩變量可變平衡線上：F＝1－2＋2＝1只有一個(gè)變量可變?nèi)帱c(diǎn)：F＝1－3＋2＝0

P、T均為定2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)2.1.2

P-V圖2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)2.1.2P-V圖從圖中看出純物質(zhì)P-V圖有三個(gè)特點(diǎn)：⑴體系汽-液兩相的比容（體積）差隨溫度和壓力的上升而減少，外延至ΔV=0點(diǎn)，求得Pc,Tc,Vc。2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)2.1.2P-V圖

⑵在單相區(qū)，等溫線為光滑的曲線或直線，高于臨界溫度的等溫線光滑無(wú)轉(zhuǎn)折點(diǎn)；低于臨界溫度的等溫線有轉(zhuǎn)折點(diǎn)，由三部分組成。2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)2.1.2P-V圖

⑶等溫線在臨界點(diǎn)處出現(xiàn)水平拐點(diǎn)，該點(diǎn)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)皆為零斜率曲率2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)2.1.3PVT關(guān)系以上我們是將PVT性質(zhì)兩兩分開進(jìn)行討論的，若將這三個(gè)性質(zhì)合在一起用圖表示，那么就需要用三維坐標(biāo)才能體現(xiàn)出來(lái)。2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)2.1.3PVT關(guān)系2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)2.1.3PVT關(guān)系

對(duì)于純物質(zhì)而言，在單相區(qū)里，PVT三者之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系，用數(shù)學(xué)式表示為：(隱函數(shù)關(guān)系）

f(P,V,T)=0

2流體的P-V-T關(guān)系

2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)2.2氣體的狀態(tài)方程式2.3對(duì)比態(tài)原理及其應(yīng)用2.4真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系2.5液體的PVT關(guān)系2.2氣體的狀態(tài)方程式

對(duì)于純物質(zhì)而言，在單相區(qū)里，PVT三者之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系，用數(shù)學(xué)式表示為：(隱函數(shù)關(guān)系）對(duì)1摩爾物質(zhì)f(P,V,T)=0

對(duì)n摩爾物質(zhì)f(P,V,T,n)=0

根據(jù)相律。純流體的PVT性質(zhì)中任意兩個(gè)確定后，體系的狀態(tài)就確定了，故f(P,V,T)=0稱為狀態(tài)方程（EOS）。

2.2氣體的狀態(tài)方程式EOS必要條件

1）滿足臨界條件

2）P→0（V→∞）符合理想氣體定律獲得EOS的途徑

1）理論推導(dǎo)

2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納

3）半經(jīng)驗(yàn)半理論

2.2氣體的狀態(tài)方程式EOS的價(jià)值1）精確地代表相當(dāng)廣泛范圍內(nèi)的PVT數(shù)據(jù)，大大減少實(shí)驗(yàn)測(cè)定工作量。2）可直接計(jì)算不做實(shí)驗(yàn)測(cè)定的其它熱力學(xué)性質(zhì)3）進(jìn)行相平衡的計(jì)算但其通用性差，要在廣泛的氣體密度范圍內(nèi)即用于極性物質(zhì)，又用于非極性物質(zhì)，又要精度，很難做到。2.2氣體的狀態(tài)方程式2.2.1理想氣體狀態(tài)方程2.2.2立方型狀態(tài)方程2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程2.2.1理想氣體狀態(tài)方程

PV=nRT工

是表達(dá)式f(P,V,T)=0最簡(jiǎn)單的形式。

2.2.1理想氣體狀態(tài)方程（1）理想氣體的兩個(gè)假設(shè)（2）掌握理想氣體氣體狀態(tài)方程需明確的三個(gè)問題2.2.1理想氣體狀態(tài)方程（1）理想氣體的兩個(gè)假設(shè)

A.氣體分子間無(wú)作用力

B.氣體分子本身不占有體積2.2.1理想氣體狀態(tài)方程（2）掌握理想氣體氣體狀態(tài)方程需明確的三個(gè)問題：

A.理想氣體本身是假設(shè)的，實(shí)際上是不存在的。但它是一切真實(shí)氣體當(dāng)P→0時(shí)可以接近的極限，因而該方程可以用來(lái)判斷真實(shí)氣體狀態(tài)方程的正確程度，即：真實(shí)氣體狀態(tài)方程在P→0時(shí)，應(yīng)變?yōu)椋?/p>

PV=nRT2.2.1理想氣體狀態(tài)方程B.低壓下的氣體（特別是難液化的N2，H2，CO，CH4，…），在工程設(shè)計(jì)中，在幾十個(gè)大氣壓（幾個(gè)MPa）下，仍可按理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算P、V、T：而對(duì)較易液化的氣體，如NH3，CO2，C2H4（乙炔）等，在較低壓力下，也不能用理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算。2.2.1理想氣體狀態(tài)方程C.應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程時(shí)要注意R的單位（第6頁(yè)，表2-1）常用的是（SI制）當(dāng)T（K），P（Pa），V（m3/mol）時(shí)，R=8.314J/molK

當(dāng)T（K），P（Pa），V（m3/kmol）時(shí)，R=8.314×103J/kmolK2.2氣體的狀態(tài)方程式2.2.1理想氣體狀態(tài)方程2.2.2立方型狀態(tài)方程2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程2.2.2立方型狀態(tài)方程

（1）Van

DerWaals方程

（2）R-K方程Redlich-Kwong

（3）S-R-K方程（4）Peng-Robinson方程2.2.2立方型狀態(tài)方程（1）Van

DerWaals方程第一個(gè)有實(shí)驗(yàn)意義的狀態(tài)方程是由Van

DerWaals在1873年提出的（原型）

a/V2:壓力校正項(xiàng)b：體積校正項(xiàng)2.2.2立方型狀態(tài)方程（1）Van

DerWaals方程顯壓型2.2.2立方型狀態(tài)方程（1）VanDerWaals方程

常數(shù)a,b值的確定：在臨界點(diǎn)處，函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)都為零,可得2.2.2立方型狀態(tài)方程（1）VanDerWaals方程

VDW方程實(shí)際上是由分子運(yùn)動(dòng)論提出的半理論、半經(jīng)驗(yàn)的方程式，是立方型方程的基礎(chǔ)。VDW盡管對(duì)理想氣體狀態(tài)方程式進(jìn)行了修正，并將修正后的方程用于解決實(shí)際氣體的PVT性質(zhì)的計(jì)算，但其精確度不是太高，不能滿足一些工程需要，只能用于估算2.2.2立方型狀態(tài)方程（2）R-K方程Redlich-Kwong

1949年由Redlich和Kwong共同研究提出的

R-K方程的一般形式（顯壓型）（1摩爾）2.2.2立方型狀態(tài)方程（2）R-K方程Redlich-Kwong便于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的形式其中：B=b/RT，A/B=a/bRT1.5即Z=f1(h),h=f2(Z)，通過(guò)試差即可計(jì)算出V

2.2.2立方型狀態(tài)方程（2）R-K方程Redlich-KwonR-K方程的解法：①已知T，V，求P，顯壓型，直接計(jì)算，很方便。（P9，例2-1），在計(jì)算時(shí)，一定要注意單位，

1atm=0.101325×106Pa=0.101325MPa②已知P，T，求V，用上式試差求解，工程上最常用的情況，P，T易測(cè)③已知P，V，求T，如求操作溫度，試差求解2.2.2立方型狀態(tài)方程（2）R-K方程Redlich-KwonR-K方程的應(yīng)用范圍⑴適用于氣體PVT性質(zhì)的計(jì)算；⑵非極性、弱極性物質(zhì)誤差在2%左右，對(duì)于強(qiáng)極性物質(zhì)誤差在10-20%。2.2.2立方型狀態(tài)方程（1）Van

DerWaals方程（2）R-K方程Redlich-Kwong（3）S-R-K方程（4）Peng-Robinson方程2.2.2立方型狀態(tài)方程Soave是把R-K方程中的常數(shù)看作是溫度的函數(shù)2.2.2立方型狀態(tài)方程（1）Van

DerWaals方程（2）R-K方程Redlich-Kwong（3）S-R-K方程

（4）Peng-Robinson方程2.2.2立方型狀態(tài)方程（4）Peng-Robinson方程是對(duì)VanderWaals和R-K方程的進(jìn)一步修正2.2.2立方型狀態(tài)方程

R-K方程經(jīng)過(guò)修正后，應(yīng)用范圍拓寬，可用于兩相PVT性質(zhì)的計(jì)算，對(duì)于烴類計(jì)算，其精確度很高。2.2氣體的狀態(tài)方程式2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）

維里方程Virial

Equation（2）B-W-R方程（8常數(shù)）（3）M-H狀態(tài)方程（9常數(shù)）2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）維里方程Virial

Equation（2）B-W-R方程（8常數(shù)）（3）M-H狀態(tài)方程（9常數(shù)）2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）維里方程Virial

Equation（1）方程的提出（2）兩項(xiàng)維里方程（3）應(yīng)用范圍與條件2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）維里方程Virial

Equation（1）方程的提出2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）維里方程Virial

Equation（1）方程的提出在氣相區(qū)，等溫線近似于雙曲線形式，從圖中可以看到當(dāng)P升高時(shí)，V變小。

1907年，荷蘭Leiden大學(xué)，Onness通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，認(rèn)為氣體或蒸汽的PV乘積，非常接近于常數(shù)，于是，他提出了用壓力的冪級(jí)數(shù)形式來(lái)表示PV得乘積

PV=a+bP+cP2+……2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）維里方程Virial

Equation（1）方程的提出用大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證這個(gè)方程式，并且又從中發(fā)現(xiàn)了一些規(guī)律PV=a(1+B

'P+C

'P

2

+D

'P

3

＋

……)

其中：a,B

',C

',D

',

都是溫度和物質(zhì)的函數(shù)2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）維里方程Virial

Equation（1）方程的提出當(dāng)壓力趨于0時(shí)，PV=a；又理想氣體狀態(tài)方程PV=RT知，

a=RT2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）維里方程Virial

Equation

1）方程的提出可得到用壓力表示的維里方程（顯壓型）PV=RT(1+B

'P+C

'P

2

+D

'P

3

+……)

2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）維里方程Virial

Equation

1）方程的提出把RT移到等式右邊，可得到：

Z壓縮因子

2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）維里方程Virial

Equation

1）方程的提出用體積作為顯函數(shù)的維里方程為：2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）維里方程Virial

Equation

1）方程的提出用壓力或體積表示的維里方程中的常數(shù)，都具有一定的物理意義：B,B

'：第二維里系數(shù)，它表示對(duì)一定量的真實(shí)氣體，兩個(gè)分子間的作用所引起的真實(shí)氣體與理想氣體的偏差。C,C

'：第三維里系數(shù)，它表示對(duì)一定量的真實(shí)氣體，三個(gè)分子間的作用所引起的真實(shí)氣體與理想氣體的偏差。D,D

'：……維里系數(shù)=f(物質(zhì)，溫度)。2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）維里方程Virial

Equation

1）方程的提出當(dāng)時(shí)對(duì)于這些常數(shù)，Onness也沒有給出任何解釋，直到統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的出現(xiàn)，才對(duì)這些常數(shù)做出了比較滿意的解釋，統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)實(shí)際上就是維里方程的理論基礎(chǔ)，因而我們才可以說(shuō)，維里方程是具有理論基礎(chǔ)的方程。2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）維里方程Virial

Equation

2）兩項(xiàng)維里方程在實(shí)際中，我們常遇到兩兩分子作用，因此我們多采用兩項(xiàng)維里方程2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）

維里方程Virial

Equation

2）兩項(xiàng)維里方程常用的兩項(xiàng)維里方程2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）

維里方程Virial

Equation

3）應(yīng)用范圍與條件維里方程是一個(gè)理論狀態(tài)方程，其計(jì)算范圍應(yīng)該是很寬闊的，但由于維里系數(shù)的缺乏，使維里方程的普遍性和通用性受到了限制。在使用維里方程時(shí)應(yīng)注意：⑴用于氣相PVT性質(zhì)的計(jì)算，對(duì)液相不適用；⑵P<1.5Mpa時(shí)，用（2-28a），（2-28b）計(jì)算,可滿足工程要求；⑶1.5Mpa<P<5Mpa時(shí)，用（2-29）三項(xiàng)；⑷高壓，精確度要求高時(shí)，可根據(jù)情況，多取幾項(xiàng)。目前采用維里方程計(jì)算氣體PVT性質(zhì)時(shí)，一般最多采取三項(xiàng)。這是由于多于三項(xiàng)的維里方程中的常數(shù)奇缺，所以多于三項(xiàng)的維里方程一般不大采用。2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）

維里方程Virial

Equation（2）B-W-R方程（8常數(shù)）（3）M-H狀態(tài)方程（9常數(shù)）2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（2）B-W-R方程（8常數(shù)）

Benedict-Webb-Rubin

(2-34)式2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（1）

維里方程Virial

Equation（2）B-W-R方程（8常數(shù)）（3）M-H狀態(tài)方程（9常數(shù)）2.2.3多常數(shù)狀態(tài)方程（3）M-H狀態(tài)方程（9常數(shù)）優(yōu)點(diǎn)：①計(jì)算精度高，氣相1%，液相<5%；②常數(shù)易確定，僅需要臨界點(diǎn)和常壓下的數(shù)據(jù)；③可用于極性氣體PVT性質(zhì)的計(jì)算；④可用于VLE和液相性質(zhì)的計(jì)算。問題：對(duì)液相極性物質(zhì)計(jì)算的誤差大，最大可達(dá)16%。2.3對(duì)比態(tài)原理及其應(yīng)用

2.3.1氣體的對(duì)比態(tài)原理2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用2.3.1氣體的對(duì)比態(tài)原理

通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，許多物質(zhì)的氣體當(dāng)接近臨界點(diǎn)時(shí)，都顯示出相似的性質(zhì)，因而引出了對(duì)比參數(shù)的概念。2.3.1氣體的對(duì)比態(tài)原理

對(duì)比參數(shù)

Pr=P/Pc

Vr=V/Vc

Tr=T/Tc

2.3.1氣體的對(duì)比態(tài)原理

f(p,V,T)=0f′(Pr

,Vr

,Tr

)

=02.3.1氣體的對(duì)比態(tài)原理理想氣體PV=RT真實(shí)氣體PV=ZRT

2.3.1氣體的對(duì)比態(tài)原理

真實(shí)氣體與理想氣體的偏差集中反映在壓縮因子Z上，人們發(fā)現(xiàn)所有氣體的臨界壓縮因子ZC相近，表明所有氣體在臨界狀態(tài)具有與理想氣體大致相同的偏差。

2.3.1氣體的對(duì)比態(tài)原理如果將各種物質(zhì)的Zc視為相同的常數(shù)，則：各物質(zhì)在相同的Pr，Tr（Vr）下，有相同的Z值。這就引出對(duì)比態(tài)原理。對(duì)比態(tài)原理：所有的物質(zhì)在相同的對(duì)比態(tài)下，表現(xiàn)出相同的性質(zhì)。即：組成、結(jié)構(gòu)、分子大小相近的物質(zhì)有相近的性質(zhì)。2.3.1氣體的對(duì)比態(tài)原理對(duì)比狀態(tài)原理盡管不太嚴(yán)密，但在實(shí)際當(dāng)中很有指導(dǎo)意義。2.3對(duì)比態(tài)原理及其應(yīng)用2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用

普遍化狀態(tài)方程

普遍化關(guān)系式2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用普遍化狀態(tài)方程1

普遍化vanderWaal方程

把p=pcpr,V=VcVr,T=TcTr,Vc=3b，代入方程2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用得

符合f(pr,Vr,Tr)=0且無(wú)a、b參數(shù)

2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用普遍化狀態(tài)方程

VanderWaals方程

R-K方程2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用普遍化的方程只是一種計(jì)算方法，嚴(yán)格來(lái)講并不一定準(zhǔn)確。特別是在低壓下不適用，這就暴露出它的局限性。已知在低壓下大多數(shù)氣體都遵守理想氣體定律，即：

PV=RT2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用對(duì)比參數(shù)來(lái)表示，則得是臨界壓縮因子，令=ZC，則得

2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用

如果上式成立，則必須要求ZC是一個(gè)通用常數(shù)，但實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，各種氣體的ZC是不一樣的，即非常數(shù)（對(duì)一些單原子氣體，ZC=0.27，其它的ZC在0.25-0.29之間），這就表明，上式在低壓下不適用，只能近似成立。

2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用普遍化狀態(tài)方程表現(xiàn)為兩點(diǎn)：⑴不含有物性常數(shù)，以對(duì)比參數(shù)作為獨(dú)立變量；⑵可用于任何流體、任意條件下的PVT性質(zhì)的計(jì)算。2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用普遍化關(guān)系式1）三參數(shù)普遍化關(guān)系式

2）應(yīng)用舉例2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用普遍化關(guān)系式1）三參數(shù)普遍化關(guān)系式

z=f(Pr,Tr,第三參數(shù))

第三參數(shù)的特性：最靈敏反映物質(zhì)分子間相互作用力的物性參數(shù)，當(dāng)分子間的作用力稍有不同，就有明顯的變化。2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用普遍化關(guān)系式2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑴偏心因子⑵普遍化的維里系數(shù)法（普維法）⑶普遍化的壓縮因子法（普壓法）⑷注意事項(xiàng)2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑴偏心因子

1955年，K.S.Pitzer提出了以偏心因子作為第三因子的關(guān)系式

z=f(Pr,Tr,

ω

)

物質(zhì)的偏心因子是根據(jù)物質(zhì)的蒸汽壓力定義的。

2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑴偏心因子A、B為因物質(zhì)而異的常數(shù)物質(zhì)的偏心因子是根據(jù)物質(zhì)的蒸汽壓力定義的2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑴偏心因子把飽和蒸汽壓PS對(duì)比參數(shù)代入，得為直線方程蒸汽壓曲線終止于臨界點(diǎn)2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式在臨界點(diǎn)Tr=Pr=1，此時(shí)a=b，所以在臨界點(diǎn)對(duì)比蒸氣壓曲線斜率為-a2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑴偏心因子2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑴偏心因子Pitzer對(duì)大量的物質(zhì)進(jìn)行了試驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)：①球形分子（非極性，量子）氬、氪、氙的斜率相同,且在Tr=0.7時(shí)，logPrs=－1②非球形分子的直線都位于球形分子的下面，物質(zhì)的極性越大，其偏離程度也越大。1.01.21.41.61.8-1-2-3logPrs1/Tr

1

2Ar,Kr,Xe非球形分子1非球形分子22）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑴偏心因子2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑴偏心因子

定義:Tr=0.7時(shí)，某一物質(zhì)對(duì)比蒸氣壓的對(duì)數(shù)與惰性氣體對(duì)比飽和蒸氣壓的對(duì)數(shù)之差。

2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑴偏心因子偏心因子是具有物理意義的，它的物理意義為：其值的大小，是反映物質(zhì)分子形狀與物質(zhì)極性大小的量度。

球形分子（Ar，Kr，Xe等）ω

=0；非球形分子ω>02）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑴偏心因子Pitzer提出了兩個(gè)非常有用的普遍化關(guān)系式①以兩項(xiàng)維里系數(shù)表示的普遍化關(guān)系式（簡(jiǎn)稱為普維法）②以壓縮因子的多項(xiàng)式表示的普遍化關(guān)系式（簡(jiǎn)稱普壓法）2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用普遍化關(guān)系式2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑴偏心因子⑵普遍化的維里系數(shù)法（普維法）⑶普遍化的壓縮因子法（普壓法）⑷注意事項(xiàng)2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑵普遍化的維里系數(shù)法（普維法）普維法是以兩項(xiàng)維里方程作為基礎(chǔ)的，提出了用普遍化方法計(jì)算第二維里系數(shù)兩項(xiàng)維里方程2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑵普遍化的維里系數(shù)法（普維法）

是無(wú)因次數(shù)群，是溫度的函數(shù)，普遍化第二維里系數(shù)要計(jì)算PVT性質(zhì)，首先要計(jì)算出這一數(shù)群2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑵普遍化的維里系數(shù)法（普維法）Pitzer提出了下面的計(jì)算方程式2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑵普遍化的維里系數(shù)法（普維法）

這兩個(gè)式子完全是經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，是由大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的來(lái)的，沒有特殊的物理意義。既然是關(guān)聯(lián)式，式中的具體數(shù)據(jù)就不能更改。2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用普遍化關(guān)系式2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑴偏心因子⑵普遍化的維里系數(shù)法（普維法）⑶普遍化的壓縮因子法（普壓法）⑷注意事項(xiàng)2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑶普遍化的壓縮因子法（普壓法）普壓法是以多項(xiàng)式表示出來(lái)的方法：Z=Z0+ωZ1＋．．．．2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑶普遍化的壓縮因子法（普壓法）一般取前兩項(xiàng)，即能滿足工程需要

z=z0+ωz'

z0=f1(Pr,Tr)

z'=f2(Pr,Tr)

2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑶普遍化的壓縮因子法（普壓法）z0=f1(Pr,Tr)2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑶普遍化的壓縮因子法（普壓法）

z'=f2(Pr,Tr)2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑶普遍化的壓縮因子法（普壓法）普壓法的計(jì)算過(guò)程TcPcVc

T,PTrPr查圖或表Z0Z1式(2-38)ZTPV2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用普遍化關(guān)系式2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑴偏心因子⑵普遍化的維里系數(shù)法（普維法）⑶普遍化的壓縮因子法（普壓法）⑷注意事項(xiàng)2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑷注意事項(xiàng)

①應(yīng)用范圍：以P18圖2-9中的曲線為界，當(dāng)Tr，Pr的對(duì)應(yīng)點(diǎn)落在曲線上方時(shí)，用普維法；落在下方時(shí)用普壓法；當(dāng)求P時(shí)，Pr未知，用Vr判據(jù)，Vr

≥

2

，用普維法直接計(jì)算，而Vr<2時(shí)，用普壓法迭代求取。選擇合適的計(jì)算方法，這一點(diǎn)很重要，希望大家在運(yùn)用三參數(shù)普遍化關(guān)系式計(jì)算時(shí)，一定要注意以上幾點(diǎn)，在使用之前，一定要注意判斷。2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑷注意事項(xiàng)

圖2－92）三參數(shù)普遍化關(guān)系式⑷注意事項(xiàng)②計(jì)算精度：選用方程進(jìn)行計(jì)算時(shí)，精度的大小對(duì)于工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)也是一個(gè)很重要的指標(biāo)，三參數(shù)普遍化關(guān)系是能夠很好的滿足工程需要，一般對(duì)于非極性和弱極性物質(zhì)，誤差約3%，強(qiáng)極性物質(zhì)為5-10%。2.3對(duì)比態(tài)原理及其應(yīng)用2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用普遍化狀態(tài)方程

普遍化關(guān)系式三參數(shù)普維法普壓法2.3對(duì)比態(tài)原理及其應(yīng)2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用普遍化關(guān)系式1）兩參數(shù)普遍化壓縮因子圖2）三參數(shù)普遍化關(guān)系式

3）應(yīng)用舉例2.3對(duì)比態(tài)原理及其應(yīng)用2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用普遍化關(guān)系式3）應(yīng)用舉例

P18-19，例2-4例2-52.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用3）應(yīng)用舉例計(jì)算時(shí)要注意：①當(dāng)Vr<2時(shí)，由T，V用普壓法求P，要用迭代法計(jì)算。z=z0+ωz'

z0

=f1(Pr,Tr)

z'

=f2(Pr,Tr)

由P＝ZRT／VZRT/V=PcPr

P＝PcPr2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用3）應(yīng)用舉例注意②用普維法計(jì)算P可以直接計(jì)算，不必迭代當(dāng)Vr

≥

2時(shí)，由T，V求P，可以用兩項(xiàng)維里方程，2.3.2對(duì)比狀態(tài)原理的應(yīng)用3）應(yīng)用舉例注意③在這里要提醒大家的是，在工作中要計(jì)算PVT性質(zhì)時(shí)，首先必須會(huì)查找手冊(cè)，查出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，只有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)才是最為可靠的。如果確實(shí)找不到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，就要進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法就是我們前面介紹的，但并不僅僅是這些，有些我們沒有講到的方法也是很有價(jià)值的。在選取方程式計(jì)算時(shí)，一定要注意你所選取的方程是否適用于你所研究的范圍，切不可沒有原則的亂用。2流體的P-V-T關(guān)系

2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)

2.2氣體的狀態(tài)方程式

2.3對(duì)比態(tài)原理及其應(yīng)用

2.4真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系

2.5液體的PVT關(guān)系2.4真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系

真實(shí)氣體混合物的非理想性，可看成是由兩方面的原因造成的:

①由純氣體的非理想性②由于混合作用所引起的非理想性。2.4真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系

真實(shí)氣體混合物PVT性質(zhì)的計(jì)算方法，與純組分PVT性質(zhì)的計(jì)算方法是相同的，也有兩種：

①狀態(tài)方程法

②普遍化關(guān)系式法但由于混合物組分?jǐn)?shù)的增加，使它的計(jì)算又具有特殊性。2.4真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系

對(duì)純組分氣體PV=zRT

對(duì)混合物氣體PV=zmRT2.4真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系2.4.1普遍化關(guān)系式法2.4.2狀態(tài)方程法2.4真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系2.4.1普遍化關(guān)系式法1）虛擬臨界常數(shù)法2）道爾頓定律+z圖3）阿瑪格定律+z圖4）應(yīng)用舉例2.4.1普遍化關(guān)系式法1）虛擬臨界常數(shù)法

該法是由W.B.Kay提出的，其思想是把混合物人為地看作是一種純物質(zhì)，由于世界上的每一種純物質(zhì)，都具有相應(yīng)的臨界點(diǎn)，那么把混合物看作一種純物質(zhì)，就要找出它的臨界常數(shù),這些常數(shù)是通過(guò)一些混合規(guī)則將混合物中各組分的臨界參數(shù)聯(lián)系在一起，由于它不是客觀上真實(shí)存在的，所以稱其為虛擬臨界常數(shù)2.4.1普遍化關(guān)系式法1）虛擬臨界常數(shù)法Kay規(guī)則：虛擬對(duì)比參數(shù)2.4真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系2.4.1普遍化關(guān)系式法1）虛擬臨界常數(shù)法2）道爾頓定律+z圖3）阿瑪格定律+z圖4）三參數(shù)普遍化關(guān)系式法5）應(yīng)用舉例2.4.1普遍化關(guān)系式法2）道爾頓定律+z圖

定義：混合物的總壓力是各獨(dú)立組分分別于混合物的溫度和總體積下的純組分壓力之和。（混合氣體中各組成氣體的壓力等于它在同溫度下獨(dú)占總體積的壓力）2.4.1普遍化關(guān)系式法2）道爾頓定律+z圖⑴要點(diǎn):Zm=ΣyiZi

2.4.1普遍化關(guān)系式法2）道爾頓定律+z圖

⑵注意點(diǎn)

道爾頓定律關(guān)鍵在于組分i的壓縮因子zi的計(jì)算，而組分i的壓縮因子的計(jì)算關(guān)鍵又在于Pi的計(jì)算，應(yīng)用道爾頓定律時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：2.4.1普遍化關(guān)系式法2）道爾頓定律+z圖

①zi是由Tr，Pr查兩參數(shù)壓縮因子圖得來(lái)的

②Pi是純組分的分壓，不能稱為分壓；對(duì)理想氣體混合物，分壓力為對(duì)真實(shí)氣體混合物，純組分的壓力為2.4真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系2.4.1普遍化關(guān)系式法1）虛擬臨界常數(shù)法2）道爾頓定律+z圖3）阿瑪格定律+z圖4）應(yīng)用舉例2.4.1普遍化關(guān)系式法3）阿瑪格定律+z圖定義：（假設(shè)阿瑪格定律適用于真實(shí)氣體混合物，則）氣體混合物的總體積應(yīng)該為各組分分別在混合物的溫度和總壓力下測(cè)得的體積之和。

2.4.1普遍化關(guān)系式法3）阿瑪格定律+z圖

阿瑪格定律與壓縮因子相結(jié)合，也可以計(jì)算真實(shí)氣體混合物的PVT性質(zhì)⑴要點(diǎn)2.4.1普遍化關(guān)系式法3）阿瑪格定律+z圖

⑵注意點(diǎn)：①zi是由查TriPri兩參數(shù)壓縮因子圖得到,2.4.1普遍化關(guān)系式法3）阿瑪格定律+z圖與D-定律的區(qū)別主要表現(xiàn)在對(duì)zi的求取不同D-定律：zi是由Pi、T混決定，一般要試差或迭代，可用于低于5Mpa以下的體系A(chǔ)-定律：zi是由P混、T混決定，不需要試差或迭代，可用于高壓體系，30Mpa以上2.4真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系2.4.1普遍化關(guān)系式法1）虛擬臨界常數(shù)法2）道爾頓定律+z圖3）阿瑪格定律+z圖4）應(yīng)用舉例2.4真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系2.4.1普遍化關(guān)系式法1）虛擬臨界常數(shù)法2）道爾頓定律+z圖3）阿瑪格定律+z圖4）應(yīng)用舉例2.4.1普遍化關(guān)系式法4）應(yīng)用舉例例：分別用下列方法計(jì)算含N240.1%、C2H4

59.9%（mol）的混合氣體的600atm、323K下的摩爾體積（1）理想氣體定律（2）Amagat定律及二能數(shù)壓縮因子圖（3）Dolton定律及二能數(shù)壓縮因子圖（4）虛擬臨界參數(shù)法2.4真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系2.4.2狀態(tài)方程法

1）混合物的維里方程

2）混合物的R-K方程2.4.2混合物的狀態(tài)方程真實(shí)氣體分子力作用力非常復(fù)雜，因此在真實(shí)氣體狀態(tài)方程中，這種分子韹相互作用通過(guò)不同的參數(shù)來(lái)表現(xiàn)除維里方程外，大多數(shù)狀態(tài)方程至今沒有從理論上建立混合規(guī)則，主要是經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)的混合規(guī)則，各狀態(tài)方程有其特定的混合規(guī)則，使用要配套。2.4.2混合物的狀態(tài)方程混合規(guī)則：即為混合物的性質(zhì)與Qm與純物質(zhì)性質(zhì)及其組成之間的關(guān)系式。

如果有了混合規(guī)則，便可根據(jù)純物質(zhì)的參數(shù)及組成求出混合物的性質(zhì)。2.4.2混合物的狀態(tài)方程混合物參數(shù)Qm一般通過(guò)組成的二次型表達(dá)。

2.4.2混合物的狀態(tài)方程1）混合物的維里方程①混合物的維里系數(shù)與組成間的關(guān)系對(duì)單組分氣體對(duì)氣體混合物2.4.2狀態(tài)方程法1）混合物的維里方程①混合物的維里系數(shù)與組成間的關(guān)系

Bm是混合物的第二維里系數(shù)，它表示所有可能雙分子效應(yīng)的加和。2.4.2狀態(tài)方程法1）混合物的維里方程①混合物的維里系數(shù)與組成間的關(guān)系

由于交叉維里系數(shù)是考慮分子1與分子2之間的相互作用力的，從文獻(xiàn)上查不到，既然查不到，就要考慮是否可以通過(guò)式子計(jì)算得到。美國(guó)Prausnitz提出了交叉維里系數(shù)的計(jì)算法2.4.2狀態(tài)方程法1）混合物的維里方程

②交叉維里系數(shù)的計(jì)算對(duì)于純組分氣體對(duì)于混合氣體2.4.2狀態(tài)方程法1）混合物的維里方程

②交叉維里系數(shù)的計(jì)算

由Prausnitz提出的經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算

P21（2-53）-（2-57）五個(gè)式子計(jì)算2.4真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系2.4.2狀態(tài)方程法

1）混合物的維里方程

2）混合物的R-K方程2.4.2狀態(tài)方程法2）混合物的R-K方程

③應(yīng)用舉例(P22,例2-7）2流體的P-V-T關(guān)系

2.1純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)

2.2氣體的狀態(tài)方程式

2.3對(duì)比態(tài)原理及其應(yīng)用

2.4真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系

2.5液體的PVT關(guān)系

2.5液體的PVT關(guān)系由于液體的體積（密度）易于測(cè)定，液體的PVT關(guān)系形成了另一套表示和關(guān)聯(lián)方法。2.5液體的PVT關(guān)系2.5.1經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式2.5.2普遍化關(guān)聯(lián)式2.5.1經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（1）Tait方程該方程的表達(dá)式為

式中，D、E在給定溫度下為常數(shù)；V0L和p0為指定溫度下、該液體在對(duì)比態(tài)時(shí)的體積和壓力。

2.5.1經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（2）修正的雷克特方程其形式為：

VS為飽和液體的摩爾體積。ZRA值可查閱文獻(xiàn)。只要有臨界常數(shù)，就可求出不同溫度下的飽和液體的摩爾體積VS，其誤差一般為1-2%。

2.5液體的PVT關(guān)系2.5.1經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式2.5.2普遍化關(guān)聯(lián)式2.5.2普遍化關(guān)聯(lián)式計(jì)算液體密度的普通化關(guān)聯(lián)式為：

式中ρr`為ZC＝0.27時(shí)液體的對(duì)比密度，可從圖2－10中查?。沪裷為ZC≠0.27時(shí)液體的對(duì)比密度；D為校正系數(shù)，可從圖2－11中得到。

第六章

蒸汽動(dòng)力循環(huán)與制冷循環(huán)EnginesandRefrigeration6蒸汽動(dòng)力循環(huán)與制冷循環(huán)

目的：研究循環(huán)中熱、功轉(zhuǎn)換的效果及其影響因素，探求提高能量轉(zhuǎn)換效果的途徑。

內(nèi)容：

1.討論蒸汽動(dòng)力循環(huán)的熱效率、功以及循環(huán)中各工質(zhì)狀態(tài)的變化

2.制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析

要求：掌握工作原理、工質(zhì)狀態(tài)變化、能量轉(zhuǎn)換計(jì)算、能量轉(zhuǎn)換效果熱力學(xué)分析6蒸汽動(dòng)力循環(huán)與制冷循環(huán)

6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

6.2膨脹過(guò)程

6.3制冷循環(huán)6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

1）蒸汽動(dòng)力循環(huán)與正向卡諾循環(huán)

2）蒸汽動(dòng)力循環(huán)工作原理及T-S圖

3）朗肯循環(huán)

4）提高朗肯循環(huán)熱效率的措施

5）應(yīng)用舉例6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

1）蒸汽動(dòng)力循環(huán)與正向卡諾循環(huán)

高溫向低溫傳熱是自發(fā)過(guò)程，是產(chǎn)功過(guò)程，正向卡諾循環(huán)是由兩個(gè)可逆等溫過(guò)程和兩個(gè)可逆絕熱過(guò)程組成的，用T-S圖表示為6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

正向卡諾循環(huán)：

工質(zhì)吸熱溫度大于工質(zhì)排熱溫度

正向卡諾循環(huán)是動(dòng)力循環(huán)，是最理想的情況，因?yàn)樗a(chǎn)功最大。6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

卡諾循環(huán)產(chǎn)功最大，但實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)，問題在于：

①濕蒸汽對(duì)汽輪機(jī)和水泵有侵蝕作用，汽輪機(jī)帶水量不能超過(guò)10%，水泵不能帶入蒸汽進(jìn)泵；

②絕熱可逆過(guò)程實(shí)際難以實(shí)現(xiàn)。6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)1）蒸汽動(dòng)力循環(huán)與正向卡諾循環(huán)

2）蒸汽動(dòng)力循環(huán)工作原理及T-S圖

3）朗肯循環(huán)

4）提高朗肯循環(huán)熱效率的措施

5）應(yīng)用舉例6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

2）蒸汽動(dòng)力循環(huán)工作原理及T-S圖

蒸汽動(dòng)力循環(huán)的主要設(shè)備有：汽輪機(jī)、冷凝器、水泵、鍋爐四部分，工作介質(zhì)一般為水。6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

P1、T1的高溫高壓蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)等熵膨脹到狀態(tài)2，對(duì)外作功，2點(diǎn)狀態(tài)為乏汽，從汽輪機(jī)流出進(jìn)入冷凝器，乏汽在冷凝器中放出汽化潛熱QL，而變?yōu)樵搲毫ο碌娘柡退?，放出的熱量QL由冷卻水帶走，達(dá)到狀態(tài)3，飽和水經(jīng)水泵壓到P1進(jìn)入鍋爐，鍋爐吸收熱量QH，使工質(zhì)變化到狀態(tài)1，完成一個(gè)循環(huán)。6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)1）蒸汽動(dòng)力循環(huán)與正向卡諾循環(huán)2）蒸汽動(dòng)力循環(huán)工作原理及T-S圖3）朗肯循環(huán)4）提高朗肯循環(huán)熱效率的措施5）應(yīng)用舉例6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

3）朗肯循環(huán)Rankine朗肯循環(huán)的原理：也是由四個(gè)部分組成6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)朗肯循環(huán)的過(guò)程為：

1-2′：產(chǎn)功過(guò)程，在汽輪機(jī)中進(jìn)行若忽略的工質(zhì)的摩擦與散熱，此過(guò)程可簡(jiǎn)化為可逆絕熱膨脹（等熵膨脹）

2′-3：乏氣放熱過(guò)程，等溫等壓冷凝放熱在冷凝器中進(jìn)行，在冷凝器里，冷卻水把工質(zhì)的熱量帶走，使其轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡鸵后w

6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)3-4：耗功過(guò)程，飽和液體水在水泵中升壓，可認(rèn)為可逆絕熱壓縮

4-1：工質(zhì)吸熱過(guò)程，等壓升溫、汽化過(guò)程。在鍋爐中進(jìn)行水

6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

朗肯循環(huán)過(guò)程熱力學(xué)計(jì)算

⑴工質(zhì)在鍋爐中的吸熱量

Q1

=ΔH=H1－H4

KJ/Kg⑵工質(zhì)在冷凝器中排放的熱量Q2=

ΔH

=

H3－H2

KJ/Kg6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)⑶汽輪機(jī)中工質(zhì)的單位產(chǎn)功量

WSR=H2－H1

KJ/KgWS=

ΔH

=H2′－H1

KJ/Kg∴∵6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)⑷水泵中工質(zhì)的單位耗功量

Wp=ΔH=H4－H3

KJ/Kg

由于液態(tài)水的不可壓縮性，水泵中工質(zhì)的耗功量可按下式進(jìn)行計(jì)算

kJ/kg6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)⑸熱效率

定義：鍋爐中所給的熱量中轉(zhuǎn)化為凈功的量。6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

⑹氣耗率

定義：輸出1kwh的凈功所消耗的蒸汽量

SSC（specificsteamconsumption）。顯然，熱效率越高，汽耗率越低，表明循環(huán)越完善

6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)計(jì)算步驟：a.先將蒸汽動(dòng)力循環(huán)過(guò)程在T-S圖上表示出來(lái)b.確定各點(diǎn)的狀態(tài)，并查出H,S值c.計(jì)算能量變化，熱效率，汽耗率6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)一般已知：p1，t1，p2各點(diǎn)H、S具體的確定方法如下：狀態(tài)點(diǎn)1，根據(jù)p1、t1值查表得H1、S1值；狀態(tài)點(diǎn)2，根據(jù)p2,,而S2=S1，根據(jù)p2時(shí)的飽和水和飽和水蒸汽的熵，計(jì)算出干度?？傻肏2、t2；狀態(tài)點(diǎn)3，根據(jù)p3=p2，等壓線與飽和液體線的交點(diǎn)，可確定H3、S3；狀態(tài)點(diǎn)4，p4=p1，S4=S3；由p4、S4值可確定H4、S4值。

6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)1）蒸汽動(dòng)力循環(huán)與正向卡諾循環(huán)2）蒸汽動(dòng)力循環(huán)工作原理及T-S圖3）朗肯循環(huán)4）提高朗肯循環(huán)熱效率的措施5）應(yīng)用舉例6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

4）提高朗肯循環(huán)熱效率的措施

要提高朗肯循環(huán)的熱效率，首先必須找出影響熱效率的主要因素，從熱效率的定義來(lái)看

對(duì)卡諾循環(huán)對(duì)朗肯循環(huán)6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)提高熱效率

⑴H2降低，H2一般受壓力P2及對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度的限制，一般以大氣溫度為極限，t2不可能小于大氣溫度，況且，當(dāng)P2一定，H3也就一定了。6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

⑵H1升高，因?yàn)樗豢蓧嚎s耗功很少，一般可忽略不計(jì)，但H1增加，必須使P1、t1增加，P1太大會(huì)使設(shè)計(jì)的強(qiáng)度出現(xiàn)問題，從而使制造成本增加，提高效率的收益，并不一定能彌補(bǔ)成本提高的花費(fèi)。6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

卡諾循環(huán)要求等溫吸熱和等溫放熱以及等熵膨脹和等熵壓縮。在朗肯循環(huán)中，等溫放熱、等熵膨脹和等熵壓縮這三各過(guò)程基本上能夠與卡諾循環(huán)相符合，差別最大的過(guò)程是吸熱過(guò)程?，F(xiàn)在主要問題是如何能使吸熱過(guò)程向卡諾循環(huán)靠近，以提高熱效率。顯然改造不等溫吸熱是提高熱效率的關(guān)鍵，由此提出了蒸汽的再熱循環(huán)和回?zé)嵫h(huán)。6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)①回?zé)嵫h(huán)：利用蒸汽的熱來(lái)加熱鍋爐給水，這樣就大大減少了溫差傳熱不可逆因素，從而使熱效率提高，使該循環(huán)向卡諾循環(huán)靠近了一步。6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)高壓水6經(jīng)鍋爐加熱至過(guò)熱蒸汽1；過(guò)熱蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)作功，抽出一部分蒸汽2

進(jìn)回?zé)崞鳎?/p>

），其它蒸汽（1－

）在透平中繼續(xù)作功，至濕蒸汽2，經(jīng)冷凝器冷凝至飽和水3，經(jīng)水泵加壓至未飽和水4，進(jìn)入回?zé)崞?，與2

蒸汽交換至兩者溫度都達(dá)到較高水溫5，經(jīng)水泵加熱至6經(jīng)鍋爐，完成一個(gè)循環(huán)。6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

為抽氣系數(shù)，可通過(guò)對(duì)回?zé)崞鞯哪芰糠治銮蟮?，不考慮散熱損失。

ΔH＝Q+Ws=0

(H5－H2

)＋(1－

)(H5-H4）＝06.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)對(duì)于整個(gè)循環(huán)進(jìn)行能量衡算：

ΔH＝0＝Q1+Q2+WS+WP

Q1=H1-H6WS=(1-

)(H2-H2

)+(H2

-H1)Q2＝(1－

)(H3-H2）6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)在回?zé)峒訜崞髦谐槌龅恼羝c經(jīng)過(guò)冷凝壓縮后的未飽和水進(jìn)行熱量交換，從而提高了吸熱溫度，使熱效率升高。回?zé)嵫h(huán)的熱效率為：小結(jié)：①減少了工質(zhì)吸熱過(guò)程的溫差，由T1－T4減少到T1－T6②熱效率提高，但設(shè)備成本也增加。6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)②熱電循環(huán)使高壓蒸汽膨脹做功到某一壓力，再提供乏氣或乏氣的熱量，這種即提供動(dòng)力又提供熱量的循環(huán)稱為熱電循環(huán)?；どa(chǎn)中，不僅需要?jiǎng)恿?，還需要不同品位的熱量，所以既提供能量，又提供動(dòng)力的熱電循環(huán)更適用（Rankine循環(huán)只提供動(dòng)力）6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)③熱電循環(huán)背壓式汽輪機(jī)聯(lián)合供電供熱循環(huán)6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

背壓式汽輪機(jī)聯(lián)合供電供熱循環(huán)

特點(diǎn)：

⑴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，QL得以利用；

⑵排氣壓力受供熱溫度影響，較朗肯循環(huán)排氣壓力高6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)⑶熱電循環(huán)效率6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)③熱電循環(huán)抽氣式汽輪機(jī)聯(lián)合供電供熱循環(huán)6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)抽氣式汽輪機(jī)聯(lián)合供電供熱循環(huán)

特點(diǎn)：⑴工質(zhì)部分供熱,部分作功；

⑵供熱量與乏汽無(wú)關(guān)；

⑶熱電循環(huán)效率為：WS=(1-

)(H3-H2)+(H2-H1)6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)6蒸汽動(dòng)力循環(huán)與制冷循環(huán)6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

6.2膨脹過(guò)程

6.3制冷循環(huán)6.2膨脹過(guò)程

膨脹過(guò)程在實(shí)際當(dāng)中經(jīng)常遇到，如：高壓流體流經(jīng)噴嘴、汽輪機(jī)、膨脹器及節(jié)流閥等設(shè)備或裝置所經(jīng)歷的過(guò)程，都是膨脹過(guò)程。下面討論膨脹過(guò)程的熱力學(xué)現(xiàn)象。著重討論工業(yè)上經(jīng)常遇到的節(jié)流膨脹和絕熱膨脹過(guò)程及其所產(chǎn)生的溫度效應(yīng)6.2膨脹過(guò)程1）節(jié)流膨脹過(guò)程

將高壓流體經(jīng)一節(jié)流閥迅速膨脹到低壓的過(guò)程稱為節(jié)流膨脹。

①特點(diǎn)：等焓過(guò)程

由熱力學(xué)第一定律Q=0（來(lái)不及傳熱），Ws=0（不做功）若忽略掉動(dòng)能、位能的影響∴ΔH=06.2膨脹過(guò)程②微分節(jié)流效應(yīng)（焦湯效應(yīng)）（Joule-Thomson）

定義：流體節(jié)流時(shí)，由于壓力的變化而引起溫度的變化稱為節(jié)流效應(yīng)。節(jié)流時(shí)微小壓力的變化所引起的溫度變化，稱為微分節(jié)流效應(yīng)。數(shù)學(xué)式為6.2膨脹過(guò)程

節(jié)流過(guò)程實(shí)際上是由于壓力變化而引起溫度變化的過(guò)程，是一個(gè)等焓過(guò)程6.2膨脹過(guò)程因節(jié)流前后的焓值不變，dH=0，上式可寫為：

6.2膨脹過(guò)程6.2膨脹過(guò)程即6.2膨脹過(guò)程

③節(jié)流膨脹制冷的可能性a）對(duì)理想氣體

說(shuō)明理想氣體在節(jié)流過(guò)程中溫度不發(fā)生變化∵PV=RTV=RT/P6.2膨脹過(guò)程b）對(duì)真實(shí)氣體

有三種可能的情況

由定義式μJ>0表示節(jié)流后溫度下降，壓力減小，溫度降低致冷6.2膨脹過(guò)程μJ=0,節(jié)流后溫度不變；μJ<0,節(jié)流后溫度升高；6.2膨脹過(guò)程小結(jié)⑴節(jié)流過(guò)程的主要特征是等焓；⑵理想氣體節(jié)流時(shí)溫度不變，不能用于制冷或制熱；⑶真實(shí)氣體節(jié)流效應(yīng)取決于氣體的狀態(tài)，在不同的狀態(tài)下節(jié)流，具有不同的微分節(jié)流效應(yīng)值。6.2膨脹過(guò)程

③轉(zhuǎn)化點(diǎn)，轉(zhuǎn)化曲線

由于真實(shí)氣體的節(jié)流效應(yīng)值隨著狀態(tài)的不同而發(fā)生變化，所以在實(shí)際當(dāng)中，要產(chǎn)生制冷效應(yīng)，必須選擇適當(dāng)?shù)墓?jié)流前狀態(tài)，使其節(jié)流效應(yīng)系數(shù)大于0。欲達(dá)到這一目的，首先要找到轉(zhuǎn)化點(diǎn)。所謂轉(zhuǎn)化點(diǎn)就是節(jié)流效應(yīng)系數(shù)為0時(shí)的溫度、壓力所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)6.2膨脹過(guò)程

P144圖6-8

轉(zhuǎn)化曲線：將圖上各轉(zhuǎn)化點(diǎn)連接起來(lái)所組成的曲線就叫轉(zhuǎn)化曲線。

轉(zhuǎn)化曲線左側(cè)，等焓線上，壓力減小，溫度降低，為制冷區(qū)；

轉(zhuǎn)化曲線右側(cè)，等焓線上，壓力減小，溫度升高，為制熱區(qū)；轉(zhuǎn)化曲線上，節(jié)流效應(yīng)系數(shù)為零。6.2膨脹過(guò)程

④積分節(jié)流效應(yīng)

實(shí)際節(jié)流時(shí)，壓力變化為一有限值，由此所引起的溫度變化稱為積分節(jié)流效應(yīng)6.2膨脹過(guò)程積分節(jié)流效應(yīng)ΔTH的求法

⑴公式法

若壓力變化不大，節(jié)流效應(yīng)系數(shù)為常數(shù)

ΔTH=μJ(P2－P1)6.2膨脹過(guò)程

⑵T-S圖法ΔTH=T2－T1

因此有了T-S圖，

積分節(jié)流效應(yīng)就

不必用公式計(jì)算，可直接算出來(lái)，這是最方便最可行的方法。.6.2膨脹過(guò)程

⑶經(jīng)驗(yàn)公式估算

對(duì)于空氣，當(dāng)壓力變化不大時(shí)，不考慮溫度的影響，可按下式進(jìn)行估算6.2膨脹過(guò)程2）對(duì)外作功的絕熱膨脹

工程上，除了節(jié)流膨脹外，還有另外一種膨脹作功過(guò)程——絕熱膨脹

對(duì)外作功的絕熱膨脹，如果可逆進(jìn)行，則為等熵過(guò)程，因而又稱為等熵膨脹6.2膨脹過(guò)程2）對(duì)外作功的絕熱膨脹

①可逆絕熱膨脹

特點(diǎn)：等熵過(guò)程，要注意絕熱過(guò)程是可逆的才能稱為等熵過(guò)程

微分等熵膨脹效應(yīng)系數(shù)

定義式6.2膨脹過(guò)程等熵膨脹制冷的可能性對(duì)函數(shù)dS=0,S=f(T,P)因?yàn)榈褥剡^(guò)程，dS=0，上式可寫為

6.2膨脹過(guò)程6.2膨脹過(guò)程

說(shuō)明了任何氣體在任何狀態(tài)下經(jīng)絕熱膨脹，都可制冷，這與節(jié)流膨脹不同

∴μS恒大于06.2膨脹過(guò)程比較得

說(shuō)明在相同條件下，等熵膨脹系數(shù)恒大于節(jié)流膨脹系數(shù)，因此等熵膨脹可獲得比節(jié)流膨脹更好的制冷效果∴恒大于零.6.2膨脹過(guò)程積分等熵溫度效應(yīng)

等熵膨脹時(shí)，壓力變化為有限值所引起的溫度變化，稱為積分等熵溫度效應(yīng)6.2膨脹過(guò)程計(jì)算積分等熵溫度效應(yīng)ΔTS的方法有⑴利用微分等熵溫度效應(yīng)計(jì)算(公式法)6.2膨脹過(guò)程⑵T-S圖法

在有T-S圖時(shí)，

最方便的方法是從圖上讀出

ΔTS6.2膨脹過(guò)程⑶用等熵、等焓節(jié)流效應(yīng)計(jì)算若Cp為常數(shù)6.2膨脹過(guò)程

②不可逆對(duì)外作功的絕熱膨脹

實(shí)際上對(duì)外作軸功的膨脹過(guò)程并不是可逆的，因此不是等熵過(guò)程，而是向熵增大的方向進(jìn)行，其終態(tài)位置可由等熵效率計(jì)算確定。對(duì)活塞式膨脹機(jī)，溫度小于等于30℃時(shí)，等熵效率近似等于0.65，溫度高于30℃時(shí)，等熵效率近似等于0.7和0.75之間；對(duì)透平機(jī)，等熵效率在0.8和0.85之間不可逆對(duì)外作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6.2膨脹過(guò)程3)等熵膨脹與節(jié)流膨脹的比較

①等熵膨脹與氣體屬性及狀態(tài)無(wú)關(guān)，對(duì)任何氣體任何狀態(tài)都產(chǎn)生制冷效應(yīng)。節(jié)流膨脹對(duì)理想氣體不產(chǎn)生溫度效應(yīng)，真實(shí)氣體視氣體狀態(tài)而定，若真實(shí)氣體產(chǎn)生制冷效應(yīng)，那么等熵膨脹的溫度效應(yīng)大于節(jié)流膨脹的溫度效應(yīng)，即6.2膨脹過(guò)程

②設(shè)備與操作

節(jié)流膨脹簡(jiǎn)單，針形閥；等熵膨脹復(fù)雜，需要低溫潤(rùn)滑油

③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。這兩種膨脹過(guò)程是化工過(guò)程制冷的依據(jù)，也是氣體液化的依據(jù)6.2膨脹過(guò)程

實(shí)例P146例6-5例6-66蒸汽動(dòng)力循環(huán)與制冷循環(huán)

6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)

6.2

膨脹過(guò)程

6.3

制冷循環(huán)6.3制冷循環(huán)

化工生產(chǎn)中常常需要將物系的溫度降低到大氣環(huán)境的溫度以下，如：合成氨生產(chǎn)分離合成氣中氨需要-30℃，氣體分離液化空氣需要-100℃以下的低溫，在有機(jī)化工生產(chǎn)中，輕烴組分的分離都需要低溫。在日常生活中，我們也經(jīng)常遇到冷凍現(xiàn)象，如：空調(diào)機(jī)調(diào)溫，電冰箱保存食物等。6.3制冷循環(huán)

冷凍溫度高于-100℃稱普通冷凍低于-100℃稱為深度冷凍

要將物質(zhì)冷卻到大氣環(huán)境溫度以下，必須從被冷卻物系取走能量，通常是以熱的形式取出并排入大氣或冷卻水。因此，冷凍過(guò)程實(shí)質(zhì)上是由低溫物系向高溫物系傳熱的過(guò)程，要用逆卡諾循環(huán)來(lái)達(dá)到制冷的目的。6.3制冷循環(huán)

1）制冷循環(huán)--逆向卡諾循環(huán)

2）蒸汽壓縮制冷循環(huán)

3）制冷劑的選擇與載冷體的選用

4）多級(jí)壓縮制冷和復(fù)迭式制冷

5）吸收式制冷

6)熱泵6.3制冷循環(huán)

1）制冷循環(huán)--逆向卡諾循環(huán)

低溫向高溫放熱這一過(guò)程是非自發(fā)過(guò)程，是耗功過(guò)程，必須給它能量才能實(shí)現(xiàn)

理想的冷凍機(jī)是由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程構(gòu)成的循環(huán)

逆向卡諾循環(huán)：工質(zhì)吸熱溫度小于工質(zhì)放熱溫度6.3制冷循環(huán)

1）制冷循環(huán)--逆向卡諾循環(huán)逆向卡諾循環(huán)的過(guò)程1→2絕熱可逆壓縮2→3等溫冷凝過(guò)程3→4絕熱可逆膨脹4→1等溫蒸發(fā)過(guò)程6.3制冷循環(huán)熱力計(jì)算

①工質(zhì)吸熱量

Q0=T1(S1－S4)

②放給環(huán)境的熱量Q2=T2(S3－S2)6.3制冷循環(huán)③耗功量由熱力學(xué)第一定律得

ΔH=∑Q+Ws

ΔH＝0Ws＝－∑Q＝（T2－

T1)(S1－S4)6.3制冷循環(huán)④制冷系數(shù)（效率）

制冷的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)6.3制冷循環(huán)即：理想制冷系數(shù)T2—制冷劑（循環(huán)工作介質(zhì)）在高溫放熱溫度T1—制冷劑在低溫吸熱溫度6.3制冷循環(huán)

逆向卡諾循環(huán)是制冷循環(huán)最理想的情況，因?yàn)樗墓ψ钚。珜?shí)際過(guò)程的耗功量都大于逆向卡諾循環(huán)，工業(yè)上現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的是蒸汽壓縮制冷循環(huán)。6.3制冷循環(huán)1）制冷循環(huán)--逆向卡諾循環(huán)

2）蒸汽壓縮制冷循環(huán)

3）制冷劑的選擇與載冷體的選用

4）多級(jí)壓縮制冷和復(fù)迭式制冷

5）吸收式制冷

6)熱泵6.3制冷循環(huán)

2）蒸汽壓縮制冷循環(huán)

工作原理及T-S圖

蒸汽壓縮制冷循環(huán)的主要設(shè)備有：壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹機(jī)、蒸發(fā)器四部分6.3制冷循環(huán)

對(duì)于實(shí)際壓縮制冷循環(huán)，過(guò)程如下所述：

1-2——對(duì)應(yīng)于壓縮機(jī)，如冰機(jī)、氨壓機(jī)、制冷機(jī)；此為可逆絕熱壓縮過(guò)程應(yīng)用穩(wěn)流體系的能量方程，可得到壓縮機(jī)消耗的功為：

Ws=H2－H1KJ/kg6.3制冷循環(huán)2-4——冷凝器進(jìn)行，在冷凝器里，冷卻劑把工質(zhì)的熱量帶走，使其由高壓氣體變?yōu)楦邏阂后w；此為等壓冷卻、冷凝過(guò)程

Q2=H4－H2KJ/kg6.3制冷循環(huán)4-5——在節(jié)流閥內(nèi)進(jìn)行；節(jié)流膨脹過(guò)程

H4=H5KJ/kg5-1——蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行。等溫等壓蒸發(fā)過(guò)程6.3制冷循環(huán)壓縮制冷過(guò)程的熱力學(xué)計(jì)算

⑴單位冷凍量：1Kg制冷劑在循環(huán)過(guò)程中所提供的冷量對(duì)蒸發(fā)器：

q0

=H1－H4

kJ/kg6.3制冷循環(huán)⑵冷凝器的單位熱負(fù)荷（制冷劑的放熱量）

Q2

=H4－H2

KJ/Kg

⑶壓縮機(jī)單位耗功量

Ws

=H2－H1

KJ/Kg6.3制冷循環(huán)⑷制冷系數(shù)

⑸冰機(jī)的制冷能力（一般冰機(jī)能提供多少冷凍能力，銘牌上都有注釋）

Q0=mq0

KJ/hm為制冷劑循環(huán)量。6.3制冷循環(huán)有時(shí)候制冷能力不是以KJ/h給出的，而是用冷凍噸，所謂冷凍噸就是：1冷凍噸=每天將273.16K的1噸水凝結(jié)為同溫度的冰所需要移走的熱量。由于1Kg水凝結(jié)為冰要放出334.5KJ的熱量，所以

1冷凍噸=1×10

3×334.5/24=1.394×104

KJ/h6.3制冷循環(huán)

⑹制冷劑循環(huán)量

m=Q0

/q0

Kg/h⑺冷凝器的熱負(fù)荷

QH

=mqH

KJ/hQH是設(shè)計(jì)冷凝器的基本依據(jù)。6.3制冷循環(huán)

⑻壓縮機(jī)的軸功率

NT=mWs/3600

KW

Kw6.3制冷循環(huán)計(jì)算舉例

P148-151

例6-7、6-8、6-96.3制冷循環(huán)1）制冷循環(huán)--逆向卡諾循環(huán)

2）蒸汽壓縮制冷循環(huán)

3）制冷劑的選擇與載冷體的選用

4）多級(jí)壓縮制冷和復(fù)迭式制冷

5）吸收式制冷

6)熱泵6.3制冷循環(huán)3）制冷劑的選擇與載冷體的選用

能夠作為制冷劑的物質(zhì)很多，當(dāng)確定了工藝條件后，就要選擇合適的物質(zhì)作為制冷劑，要求所選的制冷劑要安全、節(jié)省、又能滿足工藝要求，選擇原則詳見課本149頁(yè)。6.3制冷循環(huán)①

大氣壓力下沸點(diǎn)低，不僅可獲得較低的制冷溫度，而且在一定制冷溫度下，蒸汽壓力高于大氣壓，防止空氣進(jìn)入；②

常溫下冷凝壓力應(yīng)盡量低，以降低冷凝器的耐壓與密封要求；③

汽化潛熱大,減少制冷劑的循環(huán)量，縮小壓縮機(jī)尺寸；④

具有較高的臨界溫度與較低的凝固溫度，使大部分放熱過(guò)程在兩相區(qū)進(jìn)行；⑤

具有化學(xué)穩(wěn)定性，不易燃，不分解，無(wú)腐蝕。6.3制冷循環(huán)常用制冷劑氨、R-11（CCl2F2),R-13（CClF3）、R-22（CHClF2）R-113（C2Cl3F3）、R-124（C2H3ClF2）甲烷R-50、乙烷R-170、乙烯R-1150蒙特利爾會(huì)議—氟氯烴中限制生產(chǎn)。

工業(yè)上一般選用冷凍鹽水

MgCl2

,CaCl26.3制冷循環(huán)1、采用氨作致冷劑的蒸氣壓縮制冷循環(huán)，液體氨在－50℃下蒸發(fā)，由于冷損失使進(jìn)入壓縮機(jī)的氨氣溫度為－45℃（即過(guò)熱5℃），冷凝器用冷卻水冷卻，水溫為25℃，如果冷凝傳熱溫差為5℃，假設(shè)壓縮過(guò)程為等熵壓縮，制冷劑的質(zhì)量流量為85kg/h。（1）畫出該制冷循環(huán)的T－S圖（2）計(jì)算壓縮機(jī)所消耗的功率（3）單位制冷量與制冷系數(shù)。

6.3制冷循環(huán)上邊介紹的是一級(jí)壓縮制冷循環(huán)，在工業(yè)生產(chǎn)中，有時(shí)需要更低的蒸發(fā)溫度，這樣冷凝溫度和蒸發(fā)溫度之差就會(huì)比較大，高低溫差大就需要較高的壓縮比，壓縮比過(guò)大將會(huì)導(dǎo)致出口溫度過(guò)高，蒸汽溫度過(guò)高就會(huì)引起制冷劑的分解（如氨在120℃以上就會(huì)分解），在這種情況下，單級(jí)壓縮不但不經(jīng)濟(jì)，甚至是不可能的，因此就必須采取措施進(jìn)行改進(jìn)。最好的辦法就是采用多級(jí)壓縮和級(jí)間冷卻，這樣不但可以降低功率消耗，而且還可以提供不同的制冷溫度6.3制冷循環(huán)1）制冷循環(huán)--逆向卡諾循環(huán)

2）蒸汽壓縮制冷循環(huán)

3）制冷劑的選擇與載冷體的選用

4）多級(jí)壓縮制冷和復(fù)迭式制冷

5）吸收式制冷

6)熱泵6.3制冷循環(huán)

4）多級(jí)壓縮制冷和復(fù)迭式制冷

在氨制冷機(jī)中，一般蒸發(fā)溫度低于-30℃時(shí)，采用兩級(jí)壓縮；低于-45℃采用三級(jí)壓縮。6.3制冷循環(huán)

4）多級(jí)壓縮制冷和復(fù)迭式制冷

兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

工作原理及T-S圖見課本P151

兩級(jí)壓縮、兩級(jí)蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)：

⑴耗功小，節(jié)能；

⑵制冷量大；

⑶可同時(shí)得到不同溫度的低溫。6.3制冷循環(huán)多級(jí)壓縮制冷的工作原理與兩級(jí)相同，大家可以下去后自己思考一下三級(jí)壓縮三級(jí)蒸發(fā)的原理圖。多級(jí)壓縮制冷除了可用同一種制冷劑外，還可以用不同的制冷劑構(gòu)成各自的循環(huán)系統(tǒng)，復(fù)迭式制冷就屬于不同的制冷劑各自完成不同的循環(huán)系統(tǒng)6.3制冷循環(huán)復(fù)迭式制冷

目的：為了獲得更低的制冷溫度

特點(diǎn)：⑴使用兩種或兩種以上的制冷劑

⑵各自構(gòu)成獨(dú)立的制冷循環(huán)

⑶低溫度級(jí)的蒸發(fā)器是更低溫度級(jí)的冷凝器6.3制冷循環(huán)

4）多級(jí)壓縮制冷和復(fù)迭式制冷

工作原理及T-S圖，見課本P1526.3制冷循環(huán)對(duì)兩種制冷劑的要求（如氨、乙烯組成復(fù)迭式制冷）

⑴低溫循環(huán)的制冷劑蒸發(fā)溫度T>Ts（更低溫度制冷劑的凝固溫度）⑵更低溫度循環(huán)制冷劑的蒸發(fā)溫度小于低溫循環(huán)的制冷劑的冷凝溫度T<Tc⑶更低溫度循環(huán)制冷劑的冷凝溫度>低溫制冷劑的蒸發(fā)溫度6.3制冷循環(huán)1）制冷循環(huán)--逆向卡諾循環(huán)

2）蒸汽壓縮制冷循環(huán)

3）制冷劑的選擇與載冷體的選用

4）多級(jí)壓縮制冷和復(fù)迭式制冷

5）吸收式制冷

6)熱泵6.3制冷循環(huán)5）吸收式制冷

所謂吸收式制冷，不消耗機(jī)械功，靠消耗低溫位的熱能，使低壓氣變?yōu)楦邏簹?，以達(dá)到制冷目的。

P153圖6-146.3制冷循環(huán)由蒸發(fā)器出來(lái)的低壓氨氣（通常含有少量水分），送入吸收塔，被塔頂噴下的稀氨水吸收，變?yōu)闈獍彼冉?jīng)泵加壓，再經(jīng)換熱器升溫，最后送進(jìn)解吸器，在其中汽化。解吸器實(shí)際是一分餾設(shè)備。由于氨比水容易汽化，因此從解析器頂部出來(lái)的是高壓濃氨氣，由底部出來(lái)的是高壓稀氨水。濃氨氣送入冷凝器，用天然水將其冷凝后，節(jié)流送向蒸發(fā)器制冷。解吸器底部出來(lái)的稀氨水先經(jīng)換熱器冷卻，再經(jīng)降壓后送入吸收塔吸收氨氣用。由于氨溶于稀氨水是吸熱過(guò)程，因此要往解吸器中通入蒸汽進(jìn)行加熱6.3制冷循環(huán)將吸