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

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(wèn)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。可得H2、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(wèn)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(wèn)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)崞鳎c2

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)崞鞯哪芰糠治銮蟮茫豢紤]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?；?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(xiě)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(xiě)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?，但?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(jiàn)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(huà)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(jiàn)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