第六章內容§6.1蒸汽動力循環§6.1.1Rankine(朗肯)循環§6.1.2Rankine循環的改進§6.2氣體絕熱膨脹制冷原理§6.2.1節流膨脹§6.2.2對外作功的絕熱膨脹§6.3制冷循環§6.3.1蒸汽壓縮制冷循環§6.3.2吸收制冷循環2022/12/1第六章內容§6.1蒸汽動力循環2022/12/11前言循環：體系從初態開始，經歷一系列的中間狀態，又重新回到初態，此封閉的熱力學過程稱為循環。蒸汽動力循環：是以水蒸汽為工質，將熱連續地轉變成功的過程，其主要設備是各種熱機。產功的過程。如火力發電廠，大型化工廠冷凍循環：是將熱連續地由低溫處輸送到高溫處的過程，其主要設備是熱泵。耗功的過程。-100℃以上為普冷，-100℃以下為深冷。2022/12/1前言循環：2022/12/12前言如何將1atm300atm?需要壓縮機，消耗動力。中國60年代，1500~1800度電/噸NH3。中國70年代，僅10~30度電/噸NH3。這是由于透平機直接帶動壓縮機的緣故。蒸汽動力循環的作用：電高溫熱源廢熱鍋爐，產生高壓蒸汽壓縮機透平機2022/12/1前言如何將1atm300atm?中國60年代，1500~3意義：中國50%的能源需要進口。中國的能源利用率僅是世界平均水平的50%

。化工是耗能大戶，僅次于冶金。提高能源利用率是當今的首要任務。應用：每噸NH3，耗電1500度高壓蒸汽推動透平10~30度2022/12/1意義：高壓蒸汽推動透平10~30度2022/12/14流體通過壓縮機、膨脹機

∵u2≈0，gZ≈0，若絕熱過程Q=0Ws=H=H2-H1高壓高溫蒸汽帶動透平產生軸功。（流體通過機械設備的旋轉軸與環境所交換的能量，稱為軸功Ws。）§6.1蒸汽動力循環穩定流動體系的熱力學第一定理：2022/12/1流體通過壓縮機、膨脹機§6.1蒸汽動力循環穩定流動體系的熱5鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341§6.1蒸汽動力循環34水在水泵中被壓縮升壓。41

進入鍋爐被加熱汽化，直至成為過熱蒸汽后。12進入透平機膨脹作功。23作功后的低壓濕蒸汽進入冷凝器被冷凝成水，再回到水泵中，完成一個循環。蒸汽動力循環原理蒸汽動力循環主要由水泵、鍋爐、透平機和冷凝器組成。2022/12/1鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341§6.1蒸汽動力循環36鍋爐水泵冷凝器透平機2413原理水壓縮水加熱至過熱蒸汽蒸汽作功蒸汽冷凝成水理想Rankine循環123TS4等S膨脹等S壓縮可逆吸熱相變34飽和水可逆絕熱壓縮過程。（等S）41高壓水等壓升溫和汽化，可逆吸熱過程12過熱蒸汽可逆絕熱膨脹過程。（等S）23濕蒸汽等壓等溫可逆冷卻為飽和水（相變）。§6.1.1Rankine(朗肯)循環2022/12/1鍋爐水泵冷凝器透平機2413原理水壓縮水加熱至過熱蒸汽蒸汽作7卡諾循環的缺點TS鍋爐加熱4123透平機后的乏氣,汽+液汽+液泵冷凝器透平機缺點之二:對于泵易產生氣縛現象缺點之一:透平機要求干度X>0.9但2點的X<0.88易損壞葉片結論:卡諾循環不適合變熱為功!2022/12/1卡諾循環的缺點TS鍋爐加熱4123透平機后的乏氣,汽+液泵冷8（1）工質進汽輪機狀態不同（2）膨脹過程不同郎肯循環與卡諾循環的區別（3）工質出冷凝器狀態不同（4）壓縮過程不同（5）工作介質吸熱過程不同郎肯循環：飽和水

郎肯循環：不可逆絕熱過程，若忽略掉工作介質水的摩擦與散熱，可簡化為可逆過程。郎肯循環：不可逆吸熱過程，沿著等壓線變化卡諾循環：濕蒸汽卡諾循環：等熵過程卡諾循環：氣液共存卡諾循環：等熵過程卡諾循環：等溫過程郎肯循環：干蒸汽郎肯循環：不可逆絕熱過程2022/12/1（1）工質進汽輪機狀態不同（2）膨脹過程不同郎肯循環與卡諾循9鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341WS可逆絕熱膨脹功Q1Q2WP可逆絕熱壓縮功0穩流體系0理想Rankine循環2022/12/1鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341WS可逆絕熱膨脹功Q1Q210鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341WS膨脹功Q1Q2WP壓縮功123TS4abQ2WNQ1Q1=面積1ba41Q2=面積2ba322022/12/1鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341WSQ1Q2WP壓縮功12111TS234Ql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WN2022/12/11TS234Ql越大，Q2越小，做的凈功WN就越大。凈功W12理想Rankine循環的熱效率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。評價動力循環的指標：熱效率和氣耗率。1、熱效率η：循環的凈功與工質向高溫熱庫吸收的熱量之比2022/12/1理想Rankine循環的熱效率η2、氣耗率SSC：Speci131TS234實際Rankine循環2’4’2

2’4

4’1

2，44理想朗肯循環（等熵）1

2’，44’實際朗肯循環（不等熵）實際上，工質在汽輪機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。這個不可逆性可用等熵效率ηs來表示。等熵效率ηs的定義：“對膨脹作功過程，不可逆絕熱過程的做功量與可逆絕熱過程的做功量之比。2022/12/11TS234實際Rankine循環2’4’22’4141TS2342’4’等熵效率ηs實際Rankine循環的熱效率η實際Rankine循環2022/12/11TS2342’4’等熵效率ηs實際Rankine循環的熱效15Q2（放熱）Q1吸熱實際Rankine循環1TS232’4’2022/12/1Q2（放熱）Q1吸熱實際Rankine循環1TS232’4’16實際與理想Rankine循環的比較陰影部分5’5’’4’5’5’是實際循環比理想循環少做的功，也恰為其蒸汽冷凝時多放出的熱。S1S’4S’5656’4’1234PHPLTS5”5’2022/12/1實際與理想Rankine循環的比較陰影部分5’5’’4’5’17例1：某蒸汽動力裝置按理想Rankine循環工作,鍋爐壓力為40×105Pa,產生440℃的過熱蒸汽,乏氣壓力為0.04×105Pa,蒸汽流量為60T/hr,試求:(1)過熱蒸汽每小時從鍋爐中的吸熱量與乏氣每小時在冷凝器中放出的熱量和乏氣的濕度(2)汽輪機作出的理論功率與泵消耗的理論功率.(3)循環的熱效率和氣耗率1TS23456）氣耗率SSC=3600/-WNQ2（放熱）Q1吸熱2022/12/1例1：某蒸汽動力裝置按理想Rankine循環工作,鍋爐壓力18狀態點1：根據P1,T1值查蒸汽表直接得H1,S11TS2345各狀態點的焓值如何確定？P1P2狀態點3：根據P3=P2，且是飽和點，查蒸汽表直接得H3,S3和V3狀態點4：根據S4=S3,得S4；根據P4=P1和

得H4狀態點2：根據P1和S2=S1可得H2注意：狀態點2是濕蒸汽H2=xH2g+（1-x)H2L2022/12/1狀態點1：根據P1,T1值查蒸汽表直接得H1,S11TS2192點(濕蒸汽)1點(過熱蒸汽）2022/12/12點(濕蒸汽)1點(過熱蒸汽）2022/12/1203點(飽和液體)4點(未飽和水)5點(飽和水)2022/12/13點(飽和液體)4點(未飽和水)5點(飽和水)2022/1221計算：1）過熱蒸汽每小時從鍋爐中的吸熱量Q12）乏氣每小時在冷凝器中放出的熱量Q23）乏氣的濕度4）汽輪機作出的理論功率PT1-X=1-0.805=0.1952022/12/1計算：1）過熱蒸汽每小時從鍋爐中的吸熱量Q12）乏氣每小時在225）泵消耗的理論功率NP.6）循環的理論熱效率η7）氣耗率SSC2022/12/15）泵消耗的理論功率NP.6）循環的理論熱效率η7）氣耗率S23例2有一理想Rankine(朗肯)循環，在40bar和0.08bar的壓力之間操作，鍋爐產生的是400℃的過熱蒸氣，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，并試對此循環作熱力學分析。1TS2345氣耗率SSC=3600/WN=3.29

（Kg.kw-1.h-1）=36%2022/12/1例2有一理想Rankine(朗肯)循環，在40bar和024例3：同例2，但透平機的等熵效率為0.85。1TS2342’5=30.6%SSC=3600/WN=3.871

（Kg.kw-1.h-1）由上式計算出H2’其它計算同例12022/12/1例3：同例2，但透平機的等熵效率為0.85。1TS23425實際與理想Rankine循環的比較2022/12/1實際與理想Rankine循環的比較2022/12/126提高循環的熱效率的措施

(1)提高蒸氣過熱溫度提高蒸氣過熱溫度的影響T4T4’12344’65798TPN2022/12/1提高循環的熱效率的措施(1)提高蒸氣過熱溫度提高蒸氣過熱溫27提高循環的熱效率的措施

(2)提高蒸汽壓力T42’3’4’6798TPH*S11’2347’5PHPL2022/12/1提高循環的熱效率的措施(2)提高蒸汽壓力T42’3’4’628提高循環的熱效率的措施

(3)降低乏氣壓力（背壓）1、降低背壓時所增加的功比增加的熱量大，因而提高了整個循環的熱效率。2、降低背壓會降低乏氣的干度，應注意。PHPLP’L986’1’1234575’TS2022/12/1提高循環的熱效率的措施(3)降低乏氣壓力（背壓）1、降低背29§6.1.2Rankine循環的改進1、回熱循環：16TS23451Kgα1-α鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341回熱加熱器水泵2’2’α1-α561Kg抽出部分蒸汽αKg到回熱加熱器2022/12/1§6.1.2Rankine循環的改進1、回熱循環：16TS30回熱循環與Rankine循環比較優點：(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，做功本領變大。(2)整個循環的工質只有一部分通過冷凝器．排往自然環境的有效能減少。(3)減少鍋爐熱負荷和冷凝器換熱面積，節省金屬材料。缺點：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）設備增加。總之，利大于弊！現代蒸汽動力循環普遍采用這種方式。根據需要，可分為多次。2022/12/1回熱循環與Rankine循環比較優點：缺點：總之，利大于弊31鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341回熱加熱器水泵2’α1-α561Kg回熱循環的計算計算關鍵：利用質量平衡和能量平衡計算抽氣量α。例題7-42022/12/1鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341回熱水泵2’α1-α561322、再熱循環§6.1.2Rankine循環的改進兩級透平機；提高了干度。TS12467538PHPM12345678Wbq0dWPq14q56c2022/12/12、再熱循環§6.1.2Rankine循環的改進兩級透平機33各種不同蒸汽循環的比較思考：為什么回熱循環熱效率高而有效能利用率低？2022/12/1各種不同蒸汽循環的比較思考：為什么回熱循環熱效率高而有效能利34制冷循環制冷循環：利用機械功使熱量從低溫→高溫的過程。利用制冷循環達到兩種目的：1）制冷使指定的空間保持低于環境的溫度，熱量從低溫空間轉移到高溫環境。夏天的房間、冰箱。制冷機2）加熱使指定的空間保持高于環境的溫度，熱量從低溫環境轉移到高溫空間。冬天的房間。熱泵2022/12/1制冷循環制冷循環：利用機械功使熱量從低溫→高溫的過程。20235使物系的溫度降到低于周圍環境物質(大氣)的溫度的過程稱為制冷過程。制冷過程的實現就是利用外功將熱從低溫物體傳給高溫環境介質的過程。制冷廣泛地應用于生產和日常生活中。制冷循環2022/12/1使物系的溫度降到低于周圍環境物質(大氣)的溫度的過程稱為制冷36§6.2節流膨脹與作外功的絕熱膨脹制冷原理：高壓常溫氣體通過絕熱膨脹變為低溫液體，此液體作為工質再去冷卻需要低溫的物體。獲得低溫的方法有兩種：§6.2.1節流膨脹（等H）§6.2.2作外功的絕熱膨脹（等S）2022/12/1§6.2節流膨脹與作外功的絕熱膨脹制冷原理：高壓常溫氣體通過37§6.2.1節流膨脹小孔流體通過節流閥門或多孔塞，是節流膨脹或絕熱閃蒸過程。∵Q=0

Ws=0，

u2=0，gZ=0，

∴H=0（節流過程是等焓過程）利用節流過程，獲得低溫和冷量P2V1V12022/12/1§6.2.1節流膨脹小孔流體通過節流閥門或多孔塞，是節流膨38

是體系的強度性質。因為節流過程的,所以當：Joule-Thomson系數μJ-T的定義：

>0經節流膨脹后，氣體溫度降低。（冷效應）

<0經節流膨脹后，氣體溫度升高。(熱效應）

=0經節流膨脹后，氣體溫度不變。(零效應）

通過節流過程氣體溫度能否降低，取決于該氣體的μJ-T=？

稱為焦-湯系數（Joule-Thomsoncoefficient),它表示經節流過程后，氣體溫度隨壓力的變化率。2022/12/1是體系的強度性質。因為節流過程的39μJ-T的計算2）理想氣體的μJ-T=？μJ-T=02022/12/1μJ-T的計算2）理想氣體的μJ-T=？μJ-T=0202240例4：在25℃時，某氣體的P-V-T可表達為PV=RT+6.4×104P，在25℃，30MPa時將該氣體進行節流膨脹，問膨脹后氣體的溫度上升還是下降？能否作為作為制冷介質？解：可見，節流膨脹后，溫度升高。所以不能作為作為制冷介質。→

→→2022/12/1例4：在25℃時，某氣體的P-V-T可表達為PV=RT+6.41例5請證明凡是遵循理想氣體狀態方程的氣體在節流過程中溫度不發生變化，它既不能作為制冷介質，也不能作為制熱介質。解：∵

PV=RTV=RT/P已知某真實氣體服從兩項維里方程，試分析在什么條件下該氣體可作為蒸汽壓縮制冷的工質？2022/12/1例5請證明凡是遵循理想氣體狀態方程的氣體在節流過程中溫度不42轉化曲線（inversioncurve)

每一種工質在不同T,P區間的μJ-T是不同的（+、-，0），而μJ-T=0的那條線被稱為轉化曲線。顯然，工作物質（即筒內的氣體）不同，轉化曲線的T,p區間也不同。N2的轉化曲線溫度高，能液化的范圍大；而H2

和He則很難液化。轉化曲線μJ-T=02022/12/1轉化曲線（inversioncurve)每一種工質在不同43結論：1）不是所有氣體在所有T，P下的節流膨脹均能使T降低的。2）制冷介質應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，經節流過程，溫度反而升高。若在節流前先降低溫度，可使它們的μJ-T>0轉化曲線μJ-T=02022/12/1結論：轉化曲線μJ-T=02022/12/1441、T-S圖上求△TH

T1T2△TH等焓線12§6.2.1節流膨脹節流膨脹的溫度降△TH是衡量制冷效果的重要指標。如何計算節流膨脹溫度降△TH？△TH=T2-T12022/12/11、T-S圖上求△THT45§6.2.1節流膨脹T1，P1——節流膨脹前的溫度、壓力T2，P2——節流膨脹后的溫度、壓力2022/12/1§6.2.1節流膨脹T1，P1——節流膨脹前的溫度、壓力246§6.2.2對外作功的絕熱膨脹對外作功的絕熱膨脹：若過程為可逆，則為等S膨脹。等S膨脹與節流膨脹有異同點。異：等S膨脹通過膨脹機對外作功，而節流膨脹不作功同：均為絕熱膨脹。節流膨脹等S膨脹微分等熵膨脹效應系數μS2022/12/1§6.2.2對外作功的絕熱膨脹對外作功的絕熱膨脹：若過程為可47P1P2TS對外作功絕熱膨脹的溫度降2’ST1T2T2’△TH△TS21H等焓線2022/12/1P1P2TS對外作功絕熱膨脹的溫度降2’ST1T2T2’△T48節流膨脹與等熵膨脹的比較節流膨脹與等熵膨脹均是獲取低溫即制冷的方法2022/12/1節流膨脹與等熵膨脹的比較節流膨脹與等熵膨脹均是獲取低溫即制冷49§6.3制冷循環§6.3.1蒸汽壓縮制冷循環§6.3.2吸收制冷循環§6.3.3熱泵的工作原理2022/12/1§6.3制冷循環2022/12/150§6.3.1蒸汽壓縮制冷循環蒸汽壓縮制冷循環是由壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發器組成。

制冷循環的工質采用低沸點物質作為制冷劑。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器中的汽化，實現在高溫下排熱，低溫下吸熱過程。q0q2冰箱冷凍室提供q0通過冰箱散熱片向大氣排出q2壓縮機蒸發器1542冷卻器節流閥2022/12/1§6.3.1蒸汽壓縮制冷循環蒸汽壓縮制冷循環是由壓縮機、冷凝51§6.3.1蒸汽壓縮制冷循環理想制冷循環(可逆制冷)即為逆卡諾循環。四個可逆過程構成：1-2：絕熱可逆壓縮,從T1升溫至T2，等熵過程，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，等熵過程，對外作功4-1：等溫可逆吸熱(q0）

ST3214T1T21、逆向卡諾循環壓縮機蒸發器節流閥冷凝器WSq0q22022/12/1§6.3.1蒸汽壓縮制冷循環理想制冷循環(可逆制冷)即為逆卡52鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341§6.1．蒸汽動力循環蒸汽動力循環原理TS41232022/12/1鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341§6.1．蒸汽動力循環蒸汽53逆卡諾循環的缺點：（1）1→2和3→4的過程會形成液滴，在壓縮機和膨脹機的氣缸中產生“液擊”現象，容易損壞機器；（2）實際過程難以接近四個可逆過程；問題：如何改進？1、逆向卡諾循環ST3214T1T22022/12/1逆卡諾循環的缺點：1、逆向卡諾循環ST3214T1T2202542、蒸汽壓縮制冷循環蒸汽壓縮制冷循環由四步構成：1→2低壓蒸汽的壓縮2→4高壓蒸汽的冷凝4→5高壓液體的節流膨脹，P↓，T↓5→1低壓液體的蒸發蒸汽壓縮制冷循環對逆卡諾循環的改進：1）把絕熱可逆壓縮過程1→2安排在過熱蒸汽區，使濕蒸汽變為干氣。即“干法操作”。2）把原等熵膨脹過程改為4→5的等焓節流膨脹過程，節流閥的設備簡單、操作易行。T1=T5=蒸發溫度T3=T4=冷凝溫度節流膨脹（等H）等S膨脹2022/12/12、蒸汽壓縮制冷循環蒸汽壓縮制冷循環由四步構成：蒸汽壓縮制冷552TS4135q0q23、蒸汽壓縮制冷循環——幾個重要指標1）單位制冷量q0(在蒸發器中吸收的熱量)2022/12/12TS4135q0q23、蒸汽壓縮制冷循環——幾個重要指標156q2WsTS3214循環的ΔH=0，故q0例6試求工作于兩個恒溫熱庫高溫TH和低溫TL間的理想制冷循環即逆向卡諾(Carnot)循環的放熱量q2，制冷量q0以及制冷系數εC。THTL2022/12/1q2WsTS3214循環的ΔH=0，故q0例6試求57結論：逆向卡諾循環的制冷系數εC僅是溫度(蒸發溫度TL和冷凝溫度TH的函數，與工質性質無關。在相同溫度區間[TL,

TH

]工作的任何制冷循環，以逆向卡諾循環的制冷系數εC為最大。它可作為一切實際循環的比較標準。2022/12/1結論：2022/12/158例7有一氨冷凍循環裝置，其制冷能力（冷凍量）為105

kJ·h-1，蒸發溫度-15℃，冷凝溫度30℃。假設壓縮機絕熱可逆運行，求1）制冷劑的循環量；2）壓縮機功耗和處理的蒸氣量；3）冷凝器熱負荷；4）節流閥后制冷劑中蒸氣的含量；5）循環制冷系數；6）εC解：關鍵是要確定1,2,3,4,5點的狀態單級蒸汽壓縮制冷循環圖溫熵圖壓焓圖2022/12/1例7有一氨冷凍循環裝置，其制冷能力（冷凍量）為105kJ59由氨的飽和蒸汽表查取有關數據：1點：T1=-15℃H1=1664kJ/kg；S1=9.021kJ/kg·Kv1=0.508m3/kg2點：T3=30℃其相應飽和蒸汽壓力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：T4=30℃與飽和液體相交，據此查得H4=134kcal/kg=560.53kJ/kg；5點：T5=T1=-15℃，由于4-5是等焓過程，H5=H4=560.53kJ/kg； T1T22022/12/1由氨的飽和蒸汽表查取有關數據：2點：T3=30℃其相應飽和蒸601.制冷劑的循環量m3.壓縮機功耗PT2.壓縮機每小時處理的制冷劑蒸汽量V:4.冷凝器熱負荷Q22022/12/11.制冷劑的循環量m3.壓縮機功耗PT2.壓縮機每小時處理的616.制冷系數5.節流閥后制冷劑中蒸汽的含量即求5點的干度X7.逆卡諾循環的制冷系數εC2022/12/16.制冷系數5.節流閥后制冷劑中蒸汽的含量即求5點的干度X7621、為了增加冷凍量，制冷劑在冷凝器中，被過冷到低于飽和溫度的4’（過冷液體）。2、冷凍量增加了5’5dc5’，若耗功量WS仍為H2-H1，則制冷系數ε增大。3、為了計算方便，4’過冷液體的性質用4’點溫度對應的飽和液體代替。4、實際制冷循環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——實際制冷循環2TS2’5’414’35cd2022/12/14、蒸汽壓縮制冷循環——實際制冷循環2TS2’5’414’3632TS2’5’4實際蒸汽壓縮制冷循環14’2’點的性質用等熵效率計算35冷凝溫度蒸發溫度過冷溫度過冷度：T4

=T3：T4’=T4-T4’:T5’=T5=T1解題關鍵：確定2’,4’點的狀態4’點過冷液體的性質用4’點溫度對應的飽和液體代替。5、幾個定義30℃25℃5℃-15℃冰箱四星級T1=-24℃三星級T1=-18℃國際標準冷凍條件2022/12/12TS2’5’4實際蒸汽壓縮制冷循環14’2’點的性質用等熵642TS2’5’414’35實際蒸汽壓縮制冷循環計算q0q21）單位制冷量q0(在蒸發器中吸收的熱量)2022/12/12TS2’5’414’35實際蒸汽壓縮制冷循環計算q0q2165補充習題1.制冷循環裝置以NH3為工質，制冷能力是10000kcal/hr，冷凝溫度25℃，蒸發溫度-20℃，一技術員根據生產工藝要求，認為這樣條件下工作，功耗過大，建議進行改進，冷凝溫度仍為25℃，但過冷到20℃，蒸發溫度改為-5℃，問1）在T-S圖上標出該制冷循環改進前后各狀態點。（標出各點的T，P）；2）計算改進前后的制冷系數ε；3）改進后理想功耗可減少多少KW？設壓縮過程按可逆絕熱過程考慮。有關數據查NH3的T-S圖。2022/12/1補充習題1.制冷循環裝置以NH3為工質，制冷能力是1000066蒸發溫度、冷凝溫度的選擇3、制冷級數的選擇：當蒸發溫度<-25℃一級壓縮當蒸發溫度<-30℃二級壓縮當蒸發溫度<-45℃三級壓縮2、冷凝溫度：取決于冷卻介質的溫度。問題：冰箱制冷系數冬天大還是夏天大？為什么？1、蒸發溫度：取決于被冷物系的溫度。蒸發溫度越低，耗能越高。應根據需要選擇蒸發溫度。2022/12/1蒸發溫度、冷凝溫度的選擇3、制冷級數的選擇：2、冷凝溫度：取67如當地冷卻水溫度為常年18℃，則氨制冷循環的冷凝溫度應選

。A.18℃；B.8℃；C.28℃；D.48℃。如被冷物系要求達-15℃，則制冷循環中氨的適宜蒸發溫度為

。A.-15℃；B.-10℃；C.-20℃；D.-45℃。2022/12/1如當地冷卻水溫度為常年18℃，則氨制冷循環的冷凝溫度應選68制冷劑的選擇制冷劑的選擇必須具備以下幾點基本要求：(1)在大氣壓力下制冷劑的沸點要低．這是一個重要的性能指標。(2)制冷劑在常溫下的冷凝壓力應盡量低，以降低對設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量，縮小壓縮機的尺寸。(4)具有較高的臨界溫度和較低凝固溫度。(5)具有化學穩定性，在操作條件下不燃燒，不分解．不聚合，對設備不應有明顯的腐蝕作用。2022/12/1制冷劑的選擇制冷劑的選擇必須具備以下幾點基本要求：2022/69制冷劑的選擇工業上常用的制冷劑有氨、R12（CF2Cl2）和R11（CFCl3）R22(CHF2Cl)等。例：NH3：潛熱大，沸點-33.4℃；冷凝溫度30℃；P=12atm；蒸發溫度-30℃；P=1atm；1、氟里昂不同的牌號適合不同的冷凍量。2、R11、

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

問題：冰箱與空調用的制冷劑相同嗎？選擇的依據是什么？2022/12/1制冷劑的選擇工業上常用的制冷劑有氨、R12（CF2Cl2）和70氯氟烷烴（CFC）的替代品2022/12/1氯氟烷烴（CFC）的替代品2022/12/171§6.3.2吸收制冷循環吸收制冷循環是另一種制冷方式。它與蒸汽制冷循環主要區別在于：氣體的壓縮方式不同。蒸汽制冷循環靠的是壓縮機。吸收制冷循環靠的是“化學泵”。“化學泵”由制冷劑和吸收劑組成。沸點高的物質作為吸收劑，而沸點較低容易揮發的物質作為制冷劑。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2022/12/1§6.3.2吸收制冷循環吸收制冷循環是另一種制冷方式。272§5.3.2吸收制冷循環“化學泵”由吸收器、蒸汽解吸器、溶液泵、換熱器及調節閥組成。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。“化學泵”低壓濃NH3高壓濃NH3Q1QHQ2QLW冷凝器吸收器蒸發器調節閥換熱器溶液泵節流筏蒸汽發生器濃溶液稀溶液吸收器蒸汽解吸器2022/12/1§5.3.2吸收制冷循環“化學泵”由吸收器、蒸汽解吸器、73§6.3.2吸收制冷循環此熱源僅需低品質的余熱。若廠里有低壓余熱可利用，采用吸收制冷最經濟。主要耗能處為蒸汽解吸器。吸收制冷循環優點：節能！水-溴化鋰溶液的吸收制冷大量用于中央空調，可考慮太陽能作為熱源。（江陰雙良，7.5億產值）q0—冷凍量q—低品位蒸汽供熱量Q1QHQ2QLW冷凝器吸收器蒸發器調節閥換熱器溶液泵節流筏蒸汽發生器濃溶液稀溶液2022/12/1§6.3.2吸收制冷循環此熱源僅需低品質的余熱。主要耗能74將吸收式制冷循環與蒸汽壓縮制冷循環相比較，其不同點僅在于：蒸汽壓縮制冷循環：壓縮機（消耗機械功）吸收式制冷循環：吸收塔，解吸器，換熱器，泵（消耗低品位熱量）2022/12/1將吸收式制冷循環與蒸汽壓縮制冷循環相比較，其不同點僅在于：275§6.3.3熱泵的工作原理在制冷循環中，消耗機械功，使熱量從低溫物體轉移到高溫物體。制冷循環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。利用該原理可以實現由低溫環境向高溫系統的供熱(如室內供暖)。該加熱的裝置稱為熱泵。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。2022/12/1§6.3.3熱泵的工作原理在制冷循環中，消耗機械功，使熱量76制冷裝置的上限溫度是大氣環境溫度T0，下限溫度是冷庫需維持的溫度TL。對熱泵循環，下限溫度是大氣環境溫度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εHPQ1—熱泵傳給高溫物體的熱量，包括消耗機械功變成的熱量。WS消耗的機械功εHP=5，表示消耗1J的機械功，可以獲得5J的熱量。顯然，利用熱泵比直接燒電爐獲得的熱量更多！燒電爐，消耗1J的機械功，僅獲得1J的熱量2022/12/1制冷裝置的上限溫度是大氣環境溫度T0，下限溫度是冷庫需維持的77這是在理想條件下必須付出的最小代價。

例8在-20℃的冬天，需要采暖裝置。維持20℃所需的供熱率為105kJ/h，試計算①可逆熱泵循環；②電熱器；③供熱系數εHP僅為0.4εHPC的空調，所需消耗的功率。解：①可逆熱泵循環的供熱系數為εHPC2022/12/1這是在理想條件下必須付出的最小代價。例8在-20℃的冬天78②電熱器供暖結論：電熱器供暖方便，但能耗大！

③空調的供熱系數為εHP2022/12/1②電熱器供暖結論：電熱器供暖方便，但能耗大！③空調的79家用空調工作原理夏天冷凝器（在室外）)(膨脹閥蒸發器（在室內）a）壓縮機轉換閥2022/12/1家用空調工作原理夏天冷凝器（在室外）)(膨脹閥蒸發器（在室80家用空調工作原理冬天蒸發器（在室外）)(膨脹閥冷凝器（在室內）壓縮機轉換閥b）2022/12/1家用空調工作原理冬天蒸發器（在室外）)(膨脹閥冷凝器（在室81CompactheatpumpCompactheatpump2022/12/1CompactheatpumpCompactheat82蒸汽動力循環冷凍循環熱轉變成功消耗功將熱從低溫傳給高溫1、制冷2、加熱制冷機熱泵鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341第六章總結壓縮機蒸發器1542冷卻器節流閥2022/12/1蒸汽動力循環冷凍循環熱轉變成功消耗功將熱從低溫傳給高溫1、制83蒸汽動力循環1TS2342’1.朗肯循環等S膨脹3.再熱循環2.回熱循環冷凍循環2TS2’5’414’352.吸收制冷循環2.等S膨脹1.等H膨脹原理：1.蒸汽壓縮制冷循環2022/12/1蒸汽動力循環1TS2342’1.朗肯循環等S膨脹3.再熱循環84Q2（放熱）Q1吸熱實際Rankine循環計算1TS232’4’2022/12/1Q2（放熱）Q1吸熱實際Rankine循環計算1TS232’85制冷原理>0

節流膨脹后，氣體溫度降低.(冷效應)<0節流膨脹后，氣體溫度升高.(熱效應）

=0節流膨脹后，氣體溫度不變（零效應）

2、制冷介質應選那種在常溫常壓下μJ-T>0

的氣體,如N2

。2022/12/1制冷原理>0節流膨脹后，氣體溫度降低.(冷效應)2、制冷介862TS2’5’414’351）冷凝溫度：T4

=T32）過冷溫度：T4’3）過冷度=T4-T4’4）蒸發溫度:T5’=T5=T1幾個易混淆的概念：實際蒸汽壓縮制冷循環計算6）單位制冷量q0(在蒸發器中吸收的熱量)q0q22022/12/12TS2’5’414’351）冷凝溫度：T4=T32）過冷872TS2’5’414’35實際蒸汽壓縮制冷循環計算q0q22022/12/12TS2’5’414’35實際蒸汽壓縮制冷循環計算q0q2288精品課件！2022/12/1精品課件！2022/12/189精品課件！2022/12/1精品課件！2022/12/190燒電爐，消耗1J的機械功，僅獲得1J的熱量利用熱泵比直接燒電爐獲得的熱量更多！制冷循環是蒸汽動力循環的逆過程。制冷循環：利用機械功使熱量從低溫→高溫的過程。家用空調，夏天制冷和冬天供熱利用的均是制冷循環原理。夏天制冷:制冷機冬天供熱：熱泵合理利用能源，是對社會最大的貢獻！

2022/12/1燒電爐，消耗1J的機械功，僅獲得1J的熱量制冷循環是蒸汽動力91第六章內容§6.1蒸汽動力循環§6.1.1Rankine(朗肯)循環§6.1.2Rankine循環的改進§6.2氣體絕熱膨脹制冷原理§6.2.1節流膨脹§6.2.2對外作功的絕熱膨脹§6.3制冷循環§6.3.1蒸汽壓縮制冷循環§6.3.2吸收制冷循環2022/12/1第六章內容§6.1蒸汽動力循環2022/12/192前言循環：體系從初態開始，經歷一系列的中間狀態，又重新回到初態，此封閉的熱力學過程稱為循環。蒸汽動力循環：是以水蒸汽為工質，將熱連續地轉變成功的過程，其主要設備是各種熱機。產功的過程。如火力發電廠，大型化工廠冷凍循環：是將熱連續地由低溫處輸送到高溫處的過程，其主要設備是熱泵。耗功的過程。-100℃以上為普冷，-100℃以下為深冷。2022/12/1前言循環：2022/12/193前言如何將1atm300atm?需要壓縮機，消耗動力。中國60年代，1500~1800度電/噸NH3。中國70年代，僅10~30度電/噸NH3。這是由于透平機直接帶動壓縮機的緣故。蒸汽動力循環的作用：電高溫熱源廢熱鍋爐，產生高壓蒸汽壓縮機透平機2022/12/1前言如何將1atm300atm?中國60年代，1500~94意義：中國50%的能源需要進口。中國的能源利用率僅是世界平均水平的50%

。化工是耗能大戶，僅次于冶金。提高能源利用率是當今的首要任務。應用：每噸NH3，耗電1500度高壓蒸汽推動透平10~30度2022/12/1意義：高壓蒸汽推動透平10~30度2022/12/195流體通過壓縮機、膨脹機

∵u2≈0，gZ≈0，若絕熱過程Q=0Ws=H=H2-H1高壓高溫蒸汽帶動透平產生軸功。（流體通過機械設備的旋轉軸與環境所交換的能量，稱為軸功Ws。）§6.1蒸汽動力循環穩定流動體系的熱力學第一定理：2022/12/1流體通過壓縮機、膨脹機§6.1蒸汽動力循環穩定流動體系的熱96鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341§6.1蒸汽動力循環34水在水泵中被壓縮升壓。41

進入鍋爐被加熱汽化，直至成為過熱蒸汽后。12進入透平機膨脹作功。23作功后的低壓濕蒸汽進入冷凝器被冷凝成水，再回到水泵中，完成一個循環。蒸汽動力循環原理蒸汽動力循環主要由水泵、鍋爐、透平機和冷凝器組成。2022/12/1鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341§6.1蒸汽動力循環397鍋爐水泵冷凝器透平機2413原理水壓縮水加熱至過熱蒸汽蒸汽作功蒸汽冷凝成水理想Rankine循環123TS4等S膨脹等S壓縮可逆吸熱相變34飽和水可逆絕熱壓縮過程。（等S）41高壓水等壓升溫和汽化，可逆吸熱過程12過熱蒸汽可逆絕熱膨脹過程。（等S）23濕蒸汽等壓等溫可逆冷卻為飽和水（相變）。§6.1.1Rankine(朗肯)循環2022/12/1鍋爐水泵冷凝器透平機2413原理水壓縮水加熱至過熱蒸汽蒸汽作98卡諾循環的缺點TS鍋爐加熱4123透平機后的乏氣,汽+液汽+液泵冷凝器透平機缺點之二:對于泵易產生氣縛現象缺點之一:透平機要求干度X>0.9但2點的X<0.88易損壞葉片結論:卡諾循環不適合變熱為功!2022/12/1卡諾循環的缺點TS鍋爐加熱4123透平機后的乏氣,汽+液泵冷99（1）工質進汽輪機狀態不同（2）膨脹過程不同郎肯循環與卡諾循環的區別（3）工質出冷凝器狀態不同（4）壓縮過程不同（5）工作介質吸熱過程不同郎肯循環：飽和水

郎肯循環：不可逆絕熱過程，若忽略掉工作介質水的摩擦與散熱，可簡化為可逆過程。郎肯循環：不可逆吸熱過程，沿著等壓線變化卡諾循環：濕蒸汽卡諾循環：等熵過程卡諾循環：氣液共存卡諾循環：等熵過程卡諾循環：等溫過程郎肯循環：干蒸汽郎肯循環：不可逆絕熱過程2022/12/1（1）工質進汽輪機狀態不同（2）膨脹過程不同郎肯循環與卡諾循100鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341WS可逆絕熱膨脹功Q1Q2WP可逆絕熱壓縮功0穩流體系0理想Rankine循環2022/12/1鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341WS可逆絕熱膨脹功Q1Q2101鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341WS膨脹功Q1Q2WP壓縮功123TS4abQ2WNQ1Q1=面積1ba41Q2=面積2ba322022/12/1鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341WSQ1Q2WP壓縮功121021TS234Ql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WN2022/12/11TS234Ql越大，Q2越小，做的凈功WN就越大。凈功W103理想Rankine循環的熱效率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。評價動力循環的指標：熱效率和氣耗率。1、熱效率η：循環的凈功與工質向高溫熱庫吸收的熱量之比2022/12/1理想Rankine循環的熱效率η2、氣耗率SSC：Speci1041TS234實際Rankine循環2’4’2

2’4

4’1

2，44理想朗肯循環（等熵）1

2’，44’實際朗肯循環（不等熵）實際上，工質在汽輪機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。這個不可逆性可用等熵效率ηs來表示。等熵效率ηs的定義：“對膨脹作功過程，不可逆絕熱過程的做功量與可逆絕熱過程的做功量之比。2022/12/11TS234實際Rankine循環2’4’22’41051TS2342’4’等熵效率ηs實際Rankine循環的熱效率η實際Rankine循環2022/12/11TS2342’4’等熵效率ηs實際Rankine循環的熱效106Q2（放熱）Q1吸熱實際Rankine循環1TS232’4’2022/12/1Q2（放熱）Q1吸熱實際Rankine循環1TS232’4’107實際與理想Rankine循環的比較陰影部分5’5’’4’5’5’是實際循環比理想循環少做的功，也恰為其蒸汽冷凝時多放出的熱。S1S’4S’5656’4’1234PHPLTS5”5’2022/12/1實際與理想Rankine循環的比較陰影部分5’5’’4’5’108例1：某蒸汽動力裝置按理想Rankine循環工作,鍋爐壓力為40×105Pa,產生440℃的過熱蒸汽,乏氣壓力為0.04×105Pa,蒸汽流量為60T/hr,試求:(1)過熱蒸汽每小時從鍋爐中的吸熱量與乏氣每小時在冷凝器中放出的熱量和乏氣的濕度(2)汽輪機作出的理論功率與泵消耗的理論功率.(3)循環的熱效率和氣耗率1TS23456）氣耗率SSC=3600/-WNQ2（放熱）Q1吸熱2022/12/1例1：某蒸汽動力裝置按理想Rankine循環工作,鍋爐壓力109狀態點1：根據P1,T1值查蒸汽表直接得H1,S11TS2345各狀態點的焓值如何確定？P1P2狀態點3：根據P3=P2，且是飽和點，查蒸汽表直接得H3,S3和V3狀態點4：根據S4=S3,得S4；根據P4=P1和

得H4狀態點2：根據P1和S2=S1可得H2注意：狀態點2是濕蒸汽H2=xH2g+（1-x)H2L2022/12/1狀態點1：根據P1,T1值查蒸汽表直接得H1,S11TS21102點(濕蒸汽)1點(過熱蒸汽）2022/12/12點(濕蒸汽)1點(過熱蒸汽）2022/12/11113點(飽和液體)4點(未飽和水)5點(飽和水)2022/12/13點(飽和液體)4點(未飽和水)5點(飽和水)2022/12112計算：1）過熱蒸汽每小時從鍋爐中的吸熱量Q12）乏氣每小時在冷凝器中放出的熱量Q23）乏氣的濕度4）汽輪機作出的理論功率PT1-X=1-0.805=0.1952022/12/1計算：1）過熱蒸汽每小時從鍋爐中的吸熱量Q12）乏氣每小時在1135）泵消耗的理論功率NP.6）循環的理論熱效率η7）氣耗率SSC2022/12/15）泵消耗的理論功率NP.6）循環的理論熱效率η7）氣耗率S114例2有一理想Rankine(朗肯)循環，在40bar和0.08bar的壓力之間操作，鍋爐產生的是400℃的過熱蒸氣，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，并試對此循環作熱力學分析。1TS2345氣耗率SSC=3600/WN=3.29

（Kg.kw-1.h-1）=36%2022/12/1例2有一理想Rankine(朗肯)循環，在40bar和0115例3：同例2，但透平機的等熵效率為0.85。1TS2342’5=30.6%SSC=3600/WN=3.871

（Kg.kw-1.h-1）由上式計算出H2’其它計算同例12022/12/1例3：同例2，但透平機的等熵效率為0.85。1TS234116實際與理想Rankine循環的比較2022/12/1實際與理想Rankine循環的比較2022/12/1117提高循環的熱效率的措施

(1)提高蒸氣過熱溫度提高蒸氣過熱溫度的影響T4T4’12344’65798TPN2022/12/1提高循環的熱效率的措施(1)提高蒸氣過熱溫度提高蒸氣過熱溫118提高循環的熱效率的措施

(2)提高蒸汽壓力T42’3’4’6798TPH*S11’2347’5PHPL2022/12/1提高循環的熱效率的措施(2)提高蒸汽壓力T42’3’4’6119提高循環的熱效率的措施

(3)降低乏氣壓力（背壓）1、降低背壓時所增加的功比增加的熱量大，因而提高了整個循環的熱效率。2、降低背壓會降低乏氣的干度，應注意。PHPLP’L986’1’1234575’TS2022/12/1提高循環的熱效率的措施(3)降低乏氣壓力（背壓）1、降低背120§6.1.2Rankine循環的改進1、回熱循環：16TS23451Kgα1-α鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341回熱加熱器水泵2’2’α1-α561Kg抽出部分蒸汽αKg到回熱加熱器2022/12/1§6.1.2Rankine循環的改進1、回熱循環：16TS121回熱循環與Rankine循環比較優點：(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，做功本領變大。(2)整個循環的工質只有一部分通過冷凝器．排往自然環境的有效能減少。(3)減少鍋爐熱負荷和冷凝器換熱面積，節省金屬材料。缺點：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）設備增加。總之，利大于弊！現代蒸汽動力循環普遍采用這種方式。根據需要，可分為多次。2022/12/1回熱循環與Rankine循環比較優點：缺點：總之，利大于弊122鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341回熱加熱器水泵2’α1-α561Kg回熱循環的計算計算關鍵：利用質量平衡和能量平衡計算抽氣量α。例題7-42022/12/1鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341回熱水泵2’α1-α5611232、再熱循環§6.1.2Rankine循環的改進兩級透平機；提高了干度。TS12467538PHPM12345678Wbq0dWPq14q56c2022/12/12、再熱循環§6.1.2Rankine循環的改進兩級透平機124各種不同蒸汽循環的比較思考：為什么回熱循環熱效率高而有效能利用率低？2022/12/1各種不同蒸汽循環的比較思考：為什么回熱循環熱效率高而有效能利125制冷循環制冷循環：利用機械功使熱量從低溫→高溫的過程。利用制冷循環達到兩種目的：1）制冷使指定的空間保持低于環境的溫度，熱量從低溫空間轉移到高溫環境。夏天的房間、冰箱。制冷機2）加熱使指定的空間保持高于環境的溫度，熱量從低溫環境轉移到高溫空間。冬天的房間。熱泵2022/12/1制冷循環制冷循環：利用機械功使熱量從低溫→高溫的過程。202126使物系的溫度降到低于周圍環境物質(大氣)的溫度的過程稱為制冷過程。制冷過程的實現就是利用外功將熱從低溫物體傳給高溫環境介質的過程。制冷廣泛地應用于生產和日常生活中。制冷循環2022/12/1使物系的溫度降到低于周圍環境物質(大氣)的溫度的過程稱為制冷127§6.2節流膨脹與作外功的絕熱膨脹制冷原理：高壓常溫氣體通過絕熱膨脹變為低溫液體，此液體作為工質再去冷卻需要低溫的物體。獲得低溫的方法有兩種：§6.2.1節流膨脹（等H）§6.2.2作外功的絕熱膨脹（等S）2022/12/1§6.2節流膨脹與作外功的絕熱膨脹制冷原理：高壓常溫氣體通過128§6.2.1節流膨脹小孔流體通過節流閥門或多孔塞，是節流膨脹或絕熱閃蒸過程。∵Q=0

Ws=0，

u2=0，gZ=0，

∴H=0（節流過程是等焓過程）利用節流過程，獲得低溫和冷量P2V1V12022/12/1§6.2.1節流膨脹小孔流體通過節流閥門或多孔塞，是節流膨129

是體系的強度性質。因為節流過程的,所以當：Joule-Thomson系數μJ-T的定義：

>0經節流膨脹后，氣體溫度降低。（冷效應）

<0經節流膨脹后，氣體溫度升高。(熱效應）

=0經節流膨脹后，氣體溫度不變。(零效應）

通過節流過程氣體溫度能否降低，取決于該氣體的μJ-T=？

稱為焦-湯系數（Joule-Thomsoncoefficient),它表示經節流過程后，氣體溫度隨壓力的變化率。2022/12/1是體系的強度性質。因為節流過程的130μJ-T的計算2）理想氣體的μJ-T=？μJ-T=02022/12/1μJ-T的計算2）理想氣體的μJ-T=？μJ-T=02022131例4：在25℃時，某氣體的P-V-T可表達為PV=RT+6.4×104P，在25℃，30MPa時將該氣體進行節流膨脹，問膨脹后氣體的溫度上升還是下降？能否作為作為制冷介質？解：可見，節流膨脹后，溫度升高。所以不能作為作為制冷介質。→

→→2022/12/1例4：在25℃時，某氣體的P-V-T可表達為PV=RT+6.132例5請證明凡是遵循理想氣體狀態方程的氣體在節流過程中溫度不發生變化，它既不能作為制冷介質，也不能作為制熱介質。解：∵

PV=RTV=RT/P已知某真實氣體服從兩項維里方程，試分析在什么條件下該氣體可作為蒸汽壓縮制冷的工質？2022/12/1例5請證明凡是遵循理想氣體狀態方程的氣體在節流過程中溫度不133轉化曲線（inversioncurve)

每一種工質在不同T,P區間的μJ-T是不同的（+、-，0），而μJ-T=0的那條線被稱為轉化曲線。顯然，工作物質（即筒內的氣體）不同，轉化曲線的T,p區間也不同。N2的轉化曲線溫度高，能液化的范圍大；而H2

和He則很難液化。轉化曲線μJ-T=02022/12/1轉化曲線（inversioncurve)每一種工質在不同134結論：1）不是所有氣體在所有T，P下的節流膨脹均能使T降低的。2）制冷介質應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，經節流過程，溫度反而升高。若在節流前先降低溫度，可使它們的μJ-T>0轉化曲線μJ-T=02022/12/1結論：轉化曲線μJ-T=02022/12/11351、T-S圖上求△TH

T1T2△TH等焓線12§6.2.1節流膨脹節流膨脹的溫度降△TH是衡量制冷效果的重要指標。如何計算節流膨脹溫度降△TH？△TH=T2-T12022/12/11、T-S圖上求△THT136§6.2.1節流膨脹T1，P1——節流膨脹前的溫度、壓力T2，P2——節流膨脹后的溫度、壓力2022/12/1§6.2.1節流膨脹T1，P1——節流膨脹前的溫度、壓力2137§6.2.2對外作功的絕熱膨脹對外作功的絕熱膨脹：若過程為可逆，則為等S膨脹。等S膨脹與節流膨脹有異同點。異：等S膨脹通過膨脹機對外作功，而節流膨脹不作功同：均為絕熱膨脹。節流膨脹等S膨脹微分等熵膨脹效應系數μS2022/12/1§6.2.2對外作功的絕熱膨脹對外作功的絕熱膨脹：若過程為可138P1P2TS對外作功絕熱膨脹的溫度降2’ST1T2T2’△TH△TS21H等焓線2022/12/1P1P2TS對外作功絕熱膨脹的溫度降2’ST1T2T2’△T139節流膨脹與等熵膨脹的比較節流膨脹與等熵膨脹均是獲取低溫即制冷的方法2022/12/1節流膨脹與等熵膨脹的比較節流膨脹與等熵膨脹均是獲取低溫即制冷140§6.3制冷循環§6.3.1蒸汽壓縮制冷循環§6.3.2吸收制冷循環§6.3.3熱泵的工作原理2022/12/1§6.3制冷循環2022/12/1141§6.3.1蒸汽壓縮制冷循環蒸汽壓縮制冷循環是由壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發器組成。

制冷循環的工質采用低沸點物質作為制冷劑。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器中的汽化，實現在高溫下排熱，低溫下吸熱過程。q0q2冰箱冷凍室提供q0通過冰箱散熱片向大氣排出q2壓縮機蒸發器1542冷卻器節流閥2022/12/1§6.3.1蒸汽壓縮制冷循環蒸汽壓縮制冷循環是由壓縮機、冷凝142§6.3.1蒸汽壓縮制冷循環理想制冷循環(可逆制冷)即為逆卡諾循環。四個可逆過程構成：1-2：絕熱可逆壓縮,從T1升溫至T2，等熵過程，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，等熵過程，對外作功4-1：等溫可逆吸熱(q0）

ST3214T1T21、逆向卡諾循環壓縮機蒸發器節流閥冷凝器WSq0q22022/12/1§6.3.1蒸汽壓縮制冷循環理想制冷循環(可逆制冷)即為逆卡143鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341§6.1．蒸汽動力循環蒸汽動力循環原理TS41232022/12/1鍋爐透平機水泵冷凝器過熱器2341§6.1．蒸汽動力循環蒸汽144逆卡諾循環的缺點：（1）1→2和3→4的過程會形成液滴，在壓縮機和膨脹機的氣缸中產生“液擊”現象，容易損壞機器；（2）實際過程難以接近四個可逆過程；問題：如何改進？1、逆向卡諾循環ST3214T1T22022/12/1逆卡諾循環的缺點：1、逆向卡諾循環ST3214T1T22021452、蒸汽壓縮制冷循環蒸汽壓縮制冷循環由四步構成：1→2低壓蒸汽的壓縮2→4高壓蒸汽的冷凝4→5高壓液體的節流膨脹，P↓，T↓5→1低壓液體的蒸發蒸汽壓縮制冷循環對逆卡諾循環的改進：1）把絕熱可逆壓縮過程1→2安排在過熱蒸汽區，使濕蒸汽變為干氣。即“干法操作”。2）把原等熵膨脹過程改為4→5的等焓節流膨脹過程，節流閥的設備簡單、操作易行。T1=T5=蒸發溫度T3=T4=冷凝溫度節流膨脹（等H）等S膨脹2022/12/12、蒸汽壓縮制冷循環蒸汽壓縮制冷循環由四步構成：蒸汽壓縮制冷1462TS4135q0q23、蒸汽壓縮制冷循環——幾個重要指標1）單位制冷量q0(在蒸發器中吸收的熱量)2022/12/12TS4135q0q23、蒸汽壓縮制冷循環——幾個重要指標1147q2WsTS3214循環的ΔH=0，故q0例6試求工作于兩個恒溫熱庫高溫TH和低溫TL間的理想制冷循環即逆向卡諾(Carnot)循環的放熱量q2，制冷量q0以及制冷系數εC。THTL2022/12/1q2WsTS3214循環的ΔH=0，故q0例6試求148結論：逆向卡諾循環的制冷系數εC僅是溫度(蒸發溫度TL和冷凝溫度TH的函數，與工質性質無關。在相同溫度區間[TL,

TH

]工作的任何制冷循環，以逆向卡諾循環的制冷系數εC為最大。它可作為一切實際循環的比較標準。2022/12/1結論：2022/12/1149例7有一氨冷凍循環裝置，其制冷能力（冷凍量）為105

kJ·h-1，蒸發溫度-15℃，冷凝溫度30℃。假設壓縮機絕熱可逆運行，求1）制冷劑的循環量；2）壓縮機功耗和處理的蒸氣量；3）冷凝器熱負荷；4）節流閥后制冷劑中蒸氣的含量；5）循環制冷系數；6）εC解：關鍵是要確定1,2,3,4,5點的狀態單級蒸汽壓縮制冷循環圖溫熵圖壓焓圖2022/12/1例7有一氨冷凍循環裝置，其制冷能力（冷凍量）為105kJ150由氨的飽和蒸汽表查取有關數據：1點：T1=-15℃H1=1664kJ/kg；S1=9.021kJ/kg·Kv1=0.508m3/kg2點：T3=30℃其相應飽和蒸汽壓力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：T4=30℃與飽和液體相交，據此查得H4=134kcal/kg=560.53kJ/kg；5點：T5=T1=-15℃，由于4-5是等焓過程，H5=H4=560.53