1、2022-7-6前言前言循環(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。第1頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6前言前言33004002223NHHNatmC ，合成氨合成氨如何將1atm 300atm?需要壓縮機(jī)，消耗動(dòng)力。中國(guó)60年代，15001800度電/噸NH3。中國(guó)70年代，僅1030度電/噸NH3。這

2、是由于透平機(jī)直接帶動(dòng)壓縮機(jī)的緣故。蒸汽動(dòng)力循環(huán)的作用：電高溫?zé)嵩磸U熱鍋爐，產(chǎn)生高壓蒸汽壓縮機(jī) (氫循環(huán)壓縮機(jī))透平機(jī)第2頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6l流體通過(guò)壓縮機(jī)、膨脹機(jī)sWQuZgH 227.1 蒸汽動(dòng)力循環(huán) u20，g Z0，若絕熱過(guò)程Q=0lWs= H= H2-H1l高壓高溫蒸汽帶動(dòng)透平產(chǎn)生軸功。l（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。）第3頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6鍋爐透平機(jī)水泵冷凝器過(guò)熱器23417.1 蒸汽動(dòng)力循環(huán)3 4水在水泵中被壓縮升壓。4 1 進(jìn)入鍋爐被加熱汽化，直至成為過(guò)熱蒸汽后。1 2 進(jìn)入透平機(jī)膨脹作功。2 3 作功后的低壓濕蒸汽進(jìn)入冷凝器被冷

3、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。第4頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6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3 4 飽和水可逆絕熱壓縮過(guò)程。（等S）4 1 高壓水等壓升溫和汽化，等壓吸熱過(guò)程1 2 過(guò)熱蒸汽可逆絕熱膨脹過(guò)程。（等S）2 3 濕蒸汽等壓等溫可逆冷卻為飽和水（相變）。朗肯)循環(huán)第5頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6卡諾循環(huán)的缺卡諾循環(huán)的缺點(diǎn)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

4、現(xiàn)象缺點(diǎn)之一:透平機(jī)要求干度X0. 9但2點(diǎn)的X0 經(jīng)節(jié)流膨脹后，氣體溫度降低。（冷效應(yīng)） T- JJ-T()HTpT-J0 的氣體,如N2 。3) H2和 He等氣體在常溫下J-T0轉(zhuǎn)化曲線(xiàn)J-T=0第50頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-61、T-S圖上求TH T1T2TH等焓線(xiàn)12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-T1第51頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6節(jié)流膨脹節(jié)流膨脹122TTTH 、dPPPJ21dPVTVTCPPPp 211T1，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2127329. 03）（、對(duì)于空氣估算、對(duì)于

5、空氣估算TPTH ， HTT1； HTP 1T需要預(yù)冷使需要預(yù)冷使第52頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6對(duì)外作功的絕熱膨脹對(duì)外作功的絕熱膨脹SSPT PpTVCT PTTSPS NoImage0 PTV絕大多數(shù)絕大多數(shù)0 永遠(yuǎn)永遠(yuǎn)S 膨膨脹脹，永永遠(yuǎn)遠(yuǎn)能能制制冷冷。即即等等S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)S第53頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6P1P2TS對(duì)外作功絕熱膨脹的溫度降對(duì)外作功絕熱膨脹的溫度降dPTPPSS 21 dPTVCTPPPp 212ST

6、1T2T2THTS21H等焓線(xiàn)HSTT 第54頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6節(jié)流膨脹與等熵膨脹的比節(jié)流膨脹與等熵膨脹的比較較節(jié)流膨脹節(jié)流膨脹等熵膨脹等熵膨脹H=0S=0TH較小，冷凍量小較小，冷凍量小TS較大，冷凍量大較大，冷凍量大少數(shù)氣體要預(yù)冷，才能使少數(shù)氣體要預(yù)冷，才能使T任何氣體均是任何氣體均是T不作功不作功作功作功節(jié)流閥，節(jié)流閥，設(shè)備簡(jiǎn)單，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便操作方便 膨脹機(jī)，膨脹機(jī)，設(shè)備復(fù)雜設(shè)備復(fù)雜汽液兩相區(qū)、液相區(qū)均可用汽液兩相區(qū)、液相區(qū)均可用使用時(shí)不能有液滴使用時(shí)不能有液滴用用得最多，普冷，小型深冷得最多，普冷，小型深冷大、中型氣體液化大、中型氣體液化節(jié)流膨脹與等熵膨脹均是獲取低溫即

7、制冷的方法第55頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-67.3 7.3 制冷循環(huán)制冷循環(huán)蒸汽壓縮制冷循環(huán)吸收制冷循環(huán)熱泵的工作原理消耗外功消耗熱能第56頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6蒸汽壓縮制冷循環(huán)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)流閥第57頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6蒸汽壓縮制冷循環(huán)

8、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） ST3214 T1T21、逆向卡諾循環(huán)壓縮機(jī)蒸發(fā)器節(jié)流閥冷凝器q0q2第58頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6鍋爐透平機(jī)水泵冷凝器過(guò)熱器23417.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)蒸汽動(dòng)力循環(huán)原理TS4123第59頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6逆卡諾循環(huán)的缺點(diǎn)：（1）12和34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

9、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)ST3214 T1T2第60頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-62、蒸汽壓縮制冷循環(huán)蒸汽壓縮制冷循環(huán)由四步構(gòu)成：12 低壓蒸汽的壓縮24 高壓蒸汽的冷凝45 高壓液體的節(jié)流膨脹，P ，T51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12安排在過(guò)熱蒸汽區(qū)，使?jié)裾羝優(yōu)楦蓺狻＜础案煞ú僮鳌薄?）把原等熵膨脹過(guò)程改為45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膨脹第61頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6KgKJHHWs/312，位位制制冷冷劑劑）壓壓縮縮機(jī)機(jī)消

10、消耗耗的的功功（單單 124105HHHHWqs ）制制冷冷系系數(shù)數(shù)2TS4135q0q2hKJQhKgqQm/,/,2000制制冷冷裝裝置置制制冷冷能能力力）制制冷冷劑劑循循環(huán)環(huán)量量 KgKJHHq/6422，）冷冷凝凝器器放放熱熱量量 kWmWshKJQhKJmWPsT,3600/,/,40 ）壓縮機(jī)消耗的功率）壓縮機(jī)消耗的功率3、蒸汽壓縮制冷循環(huán)幾個(gè)重要指標(biāo))/(41510KgKJHHHHq 1）單位制冷量q0(在蒸發(fā)器中吸收的熱量)第62頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6q2Ws 232)(1SSTqTHH 下放熱量下放熱量高溫高溫）循環(huán)在）循環(huán)在解：解： 410)(2SSTqTLL 下吸熱

11、量下吸熱量低溫低溫）循環(huán)在）循環(huán)在 14SSTH TS3214循環(huán)的H = 0，故）（放放吸吸qqqWs q0 41SSTTLH 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)C。THTL第63頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6結(jié)論：逆向卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)C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)C為最大。它可作為一切實(shí)際循環(huán)的比較標(biāo)準(zhǔn)。sCWq03 ）制冷系數(shù)）制冷系數(shù)LHLTTT 4141SSTTSSTLHL 第64頁(yè)/共9

12、7頁(yè)2022-7-6 例7 有一氨冷凍循環(huán)裝置，其制冷能力（冷凍量）為105 kJh-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） C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)圖溫熵圖壓焓圖第65頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6 由氨的飽和蒸汽表查取有關(guān)數(shù)據(jù)：1點(diǎn)： T1=-15H1=1664kJ/kg；S1=9.021kJ/kgKv1=0.508m3/kg2點(diǎn)：T3=30其相應(yīng)飽和蒸汽壓力P3=1.17MPa； P2=P3 S2 = S1

13、 = 9.021kJ/kgK=2.158 kcal/kgK；*用S2和P2查H2 =1880 kJ/kg=450kcal/kg；4點(diǎn)： T4=30與飽和液體相交，據(jù)此查得lH4= 134 kcal/kg=560.53kJ/kg；5點(diǎn)： T5 =T1= -15，由于4-5是等焓過(guò)程，lH5 = H4 = 560.53kJ/kg；T1T2第66頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6hkgHHQ62.9053.5601664105410 kWHHmWmPsT44. 536001664188062.903600360012 hKJHHmQ44221009.1266.56017.189188.90 1.制冷劑的循

14、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:hmmvV/04.4662.90506. 031 4.冷凝器熱負(fù)荷Q200qQm 第67頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-66.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XglXHXHH ）（ 15kgkJHkgkJHCgL/1664/89.34915 的的查得：查得：kgkJH/66.5605 已知已知16. 0 X求得：求得：7.逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)C7 . 5153015.27315 ）（LHLCTTT 10. 51664188053.560166412410 HHHHWqs 第68頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-61、為了增加冷

15、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55dc5，若耗功量WS仍為H2-H1，則制冷系數(shù)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，22，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)2TS2541435c d第69頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-62TS254實(shí)際蒸汽壓縮制冷循環(huán)142點(diǎn)的性質(zhì)用等熵效率計(jì)算不不可可,SSSWW ）（）（1212 HHHH 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

16、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30255-15冰箱四星級(jí)T1=-24 三星級(jí)T1=-18國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)冷凍條件第70頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-62TS2541435實(shí)際蒸汽壓縮制冷循環(huán)計(jì)算q0q2KgKJHHWs/,312 位位制制冷冷劑劑）壓壓縮縮機(jī)機(jī)消消耗耗的的功功（單單124105HHHHWqs ）制制冷冷系系數(shù)數(shù)hKJQhKgqQm/,/,2000制制冷冷裝裝置置制制冷冷能能力力）制制冷冷劑劑循循環(huán)環(huán)量量 KgKJHHq/, 6422 ）冷冷凝凝器器放放熱熱量量kWmWhKJQhKJmWPssT,3600/,/,40 ）壓縮機(jī)消耗的功率）壓縮機(jī)消耗的功率)/( 41510

17、KgKJHHHHq 1）單位制冷量q0(在蒸發(fā)器中吸收的熱量)p.150例6-9第71頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6補(bǔ)充習(xí)題補(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)；3 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。第72頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6改進(jìn)前： 1

18、點(diǎn) -20查氨飽和蒸汽表 得H1=1657.43 kJ / kgS1=9.0962kJ / kg.K P1 =0.1902 MPa2點(diǎn) 查lnP-H圖，T4=25對(duì)應(yīng)的P4 =1.003 MPa 與 S2= S1=9.0962kJ / kg.K相交處的點(diǎn)即為2點(diǎn)，P2 =1.003 MPa H2=1880 kJ / kg 3 點(diǎn) T3=25，P3= P4 =1.003 MPa4 點(diǎn) T3=25，P4 =1.003 MPa 查氨飽和蒸汽表H4=536.45 kJ / kg 5點(diǎn) H5=H4=536.45 kJ / kg第73頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6改進(jìn)后：1點(diǎn) -5，查氨飽和蒸汽表 得 H1

19、=1676.35 kJ / kg ，S1=8.8789kJ / kg.K 2點(diǎn)查lnP-H圖，T4=25 與P4=1.003MPa S2=S1=8.8789kJ / kg.K 相交處的點(diǎn)即為2點(diǎn) H2=1800 kJ / kg 3點(diǎn) T3=25，P3= P4 =1.003 MPa 4點(diǎn) T4=20 ，H4=512.46 kJ / kg / kg 5點(diǎn) H5= H4=512.46 kJ / kg 第74頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6蒸發(fā)溫度、冷凝溫度的選擇蒸發(fā)溫度、冷凝溫度的選擇3 3、制冷級(jí)數(shù)的選擇：、制冷級(jí)數(shù)的選擇： 當(dāng)蒸發(fā)溫度當(dāng)蒸發(fā)溫度 -25-25 一級(jí)壓縮一級(jí)壓縮 當(dāng)蒸發(fā)溫度當(dāng)蒸發(fā)溫度

20、-30-30 二級(jí)壓縮二級(jí)壓縮 當(dāng)蒸發(fā)溫度當(dāng)蒸發(fā)溫度 1(34)第86頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6家用空調(diào)工作原理家用空調(diào)工作原理夏天冷凝器（在室外）) (膨脹閥蒸發(fā)器（在室內(nèi)）a）壓縮機(jī)轉(zhuǎn)換閥第87頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6家用空調(diào)工作原理家用空調(diào)工作原理冬天第88頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6Compact heat pumpCompact heat pump第89頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6蒸汽動(dòng)力循環(huán)冷凍循環(huán)熱轉(zhuǎn)變成功消耗功將熱從低溫傳給高溫1、制冷2、加熱制冷機(jī)熱泵鍋爐透平機(jī)水泵冷凝器過(guò)熱器2341第六章總結(jié)壓縮機(jī)蒸發(fā)器1542冷卻器節(jié)流閥第90頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-6蒸汽動(dòng)力循

21、環(huán)1TS23421.朗肯循環(huán)等S膨脹3.再熱循環(huán)2.回?zé)嵫h(huán)4 . 03 . 01 QWWPS 熱效率熱效率冷凍循環(huán)2TS25414352.吸收制冷循環(huán)2.等S膨脹1.等H膨脹原理：1.蒸汽壓縮制冷循環(huán)540 sWq 制冷系數(shù)制冷系數(shù)第91頁(yè)/共97頁(yè)2022-7-64 . 03 . 0641211 ）（）熱效率）熱效率HHHHQWWPS ）（）氣耗率：）氣耗率：11./36007 hKwKgWSSCsQ2（放熱）Q1吸熱）在鍋爐中吸熱量）在鍋爐中吸熱量4111HHQ 123HHWS ）在透平機(jī)中對(duì)外做功）在透平機(jī)中對(duì)外做功）在冷凝器中放熱量）在冷凝器中放熱量2322HHQ 344HHWP ）在水泵中消耗功）在水泵中消耗功21 21,5HHHHWWSSS 可可不不