第6章 压缩、膨胀、蒸汽动力循环与制冷循环

1、2022-5-14第七章第七章压缩、膨胀、蒸汽动力压缩、膨胀、蒸汽动力循环与制冷循环循环与制冷循环2022-5-14前言前言热能和功之间如何实现互相转化？热能和功之间如何实现互相转化？通过工通过工质在质在循环过程循环过程中的中的状态变化状态变化而实现的。而实现的。n循环的种类：循环的种类：n1.动力循环（正向循环）动力循环（正向循环）将热能转化为机械能将热能转化为机械能的循环。这种循环是产功的过程，其主要设备是的循环。这种循环是产功的过程，其主要设备是各种热机。各种热机。n2.制冷循环（逆向循环）制冷循环（逆向循环）将热能从低温热源转将热能从低温热源转给高温热源的循环。种循环是耗功的过程，其主

2、给高温热源的循环。种循环是耗功的过程，其主要设备是各种制冷机。要设备是各种制冷机。2022-5-147.1 气体的压缩与膨胀气体的压缩与膨胀n1.气体压缩就压缩型式而言气体压缩就压缩型式而言 压缩过程压缩过程将体积从将体积从V2 压缩到压缩到V1，有如下三种途径：，有如下三种途径：n(1) 一次等外压压缩一次等外压压缩 在外压为在外压为P1下，一次从下，一次从V2压缩压缩到到V1 ，环境对体系所作的功为：，环境对体系所作的功为： 112Wp VV压缩（）2022-5-14n(2) 多次等外压压缩多次等外压压缩 211WP VVP VVP VV多级压缩（） （） （）2022-5-14n(3)

3、可逆压缩可逆压缩12lnVWnRTV可 逆 压 缩2022-5-14n2.气体膨胀过程：气体膨胀过程：n设在定温下，一定量理想气体在活塞筒中设在定温下，一定量理想气体在活塞筒中克服外压克服外压,经经4种不同途径，体积从种不同途径，体积从V1膨胀膨胀到到V2所作的功。所作的功。n(1)自由膨胀（自由膨胀（free expansion） 210eWP VV膨胀（）0eP 2022-5-14n(2) 等外压膨胀（等外压膨胀（pe保持不变）保持不变） 21eWP VV膨胀（）n体系所作的功如阴影面积所示。体系所作的功如阴影面积所示。2022-5-14n(3) 多次等外压膨胀多次等外压膨胀122WP V

4、VPVVP VV多级膨胀（）（）（）2022-5-147.1 气体的压缩与膨胀气体的压缩与膨胀(4) 可逆膨胀过程可逆膨胀过程21lnVWnRTV可逆膨胀2022-5-147.1 气体的压缩与膨胀气体的压缩与膨胀 从以上的膨胀与压缩过程看出从以上的膨胀与压缩过程看出: :功与变化的途径有关。功与变化的途径有关。虽然始终态相同，但虽然始终态相同，但途径不同，所作的功也大不相同途径不同，所作的功也大不相同。显然，显然，可逆膨胀，体系对环境作最大功；可逆膨胀，体系对环境作最大功； 可逆压缩，环境对体系作最小功。可逆压缩，环境对体系作最小功。化工生产中常用的压气机：化工生产中常用的压气机： 压缩机，鼓

5、风机等。压缩机，鼓风机等。 虽然机构和工作原理不尽相同，但从热力学观点来看，气体虽然机构和工作原理不尽相同，但从热力学观点来看，气体状态变化过程并无本质区别，都是消耗电能或机械能使气体状态变化过程并无本质区别，都是消耗电能或机械能使气体压缩生压的过程压缩生压的过程。 从热力学的角度又可分为从热力学的角度又可分为: : 等温、绝热、多变三种过程。等温、绝热、多变三种过程。 2022-5-147.1 气体的压缩与膨胀气体的压缩与膨胀 在正常工况下都可视为稳流过程。因此压缩过程的在正常工况下都可视为稳流过程。因此压缩过程的理论轴功可用稳流体系的热力学第一定律来描述（一般理论轴功可用稳流体系的热力学第

6、一定律来描述（一般忽略动能和势能）：忽略动能和势能）：适用于任何介质的可逆或不可逆过程。适用于任何介质的可逆或不可逆过程。对可逆过程的轴功对可逆过程的轴功，还可按下式计算：，还可按下式计算：( )(7 1)s rWHQ 21()(72)ps rpWVdp2022-5-147.1 气体的压缩与膨胀气体的压缩与膨胀气体压缩过程的变化规律以及理论功耗的计算气体压缩过程的变化规律以及理论功耗的计算（1）等温压缩）等温压缩对理想气体，对理想气体，pV=RT，等温过程的焓变为，等温过程的焓变为0，所以，所以 （2）绝热压缩）绝热压缩Q=0对理想气体，对理想气体，pVk=常数常数， 代入上式得：代入上式得：

7、 212( )11ln(7 3)ps rppWQVdpRTp21( )(74)ps rpWHVdp 12211()kkTpTp2022-5-147.1 气体的压缩与膨胀气体的压缩与膨胀或或 k-绝热指数，与气体性质有关。绝热指数，与气体性质有关。（3）多变压缩）多变压缩 pVn=常数常数, n-多变指数多变指数 1 nS1 （4）节流过程是等焓过程节流过程是等焓过程 由稳定流动体系的热力学第一定理：由稳定流动体系的热力学第一定理：22suHg ZQWn Q=0， Ws=0， u2=0，g Z=0 ， H=0n H1=H22022-5-14（5）利用节流过程，获得）利用节流过程，获得低温低温和和

8、冷量冷量（6）理想气体节流后温度不变）理想气体节流后温度不变2022-5-14Joule-Thomson效应效应1852年年Joule和和Thomson 设计了新的实验，称为设计了新的实验，称为节流过程节流过程。在这个实验中，使人们对在这个实验中，使人们对实际气体的实际气体的U和和H的的性性质有所了解，并且在获得质有所了解，并且在获得低温和气体液化低温和气体液化工业工业中有重要应用。中有重要应用。节流过程的温度变化节流过程的温度变化节流效应节流效应Joule- Thomson效应效应.节流中温度随压力的变化率节流中温度随压力的变化率称为微分节流称为微分节流效应系数或效应系数或Joule- Th

9、omson效应系数效应系数2022-5-14节流过程（节流过程（throttling proces)在一个圆形绝热筒的中在一个圆形绝热筒的中部有一个多孔塞和小孔，使气部有一个多孔塞和小孔，使气体不能很快通过，并维持塞两体不能很快通过，并维持塞两边的压差。边的压差。图图2是终态，左边气体压是终态，左边气体压缩，通过小孔，向右边膨胀，缩，通过小孔，向右边膨胀，气体的终态为气体的终态为 。fff,p V T实验装置如图所示。图实验装置如图所示。图1是始态，左边有状态为是始态，左边有状态为 的气体的气体。iii,p V T2022-5-14节流过程（节流过程（throttling proces)202

10、2-5-14节流过程的节流过程的U和和H11WpV 开始，环境将一定量气体压缩时所作功（即以开始，环境将一定量气体压缩时所作功（即以气体为体系得到的功）为：气体为体系得到的功）为：节流过程是在绝热筒中进行的，节流过程是在绝热筒中进行的，Q=0 ，所以：所以：21UUUW 气体通过小孔膨胀，对环境作功为：气体通过小孔膨胀，对环境作功为：22WpV1 111 (=0)pVVVV2222 (=0)p VV VV 2022-5-14节流过程的节流过程的U和和H 在压缩和膨胀时体系净功的变化应该是两个功在压缩和膨胀时体系净功的变化应该是两个功的代数和。的代数和。121 122WWWpVp V即即211

11、122UUpVp V节流过程是个等焓过程。节流过程是个等焓过程。21HH移项移项22211 1Up VUpV2022-5-14焦焦汤系数定义：汤系数定义： 0 经节流膨胀后，气体温度降低。经节流膨胀后，气体温度降低。 T- JJ-T()(7 17)HTp 称为焦称为焦-汤系数（汤系数（Joule-Thomson coefficient),它表示经节流过它表示经节流过程后，气体温度随压力的变化率。程后，气体温度随压力的变化率。J-T 是体系的强度性质。因为节流过程的是体系的强度性质。因为节流过程的 ,所以当所以当：d0p J-TT- J0 经节流膨胀后，气体温度升高。经节流膨胀后，气体温度升高。

12、 T- J =0 经节流膨胀后，气体温度不变。经节流膨胀后，气体温度不变。2022-5-14由焦由焦- -汤系数定义，可知，在汤系数定义，可知，在T-pT-p图的等焓线上任一图的等焓线上任一点的斜率即为该点的点的斜率即为该点的J-T()HTpJ-T当当 时的温度称为转化温度时的温度称为转化温度，这时气体经焦这时气体经焦-汤实验，温度不变。该点处于等焓线的最高点，也称汤实验，温度不变。该点处于等焓线的最高点，也称转化点转化点J-T02022-5-14转化温度（转化温度（inversion temperature) )当当 时的温度称为转化温度时的温度称为转化温度，这时气体经焦这时气体经焦-汤实验

13、，温度不变。汤实验，温度不变。J-T0 在常温下，一般气体的在常温下，一般气体的 均为正值。例如，空均为正值。例如，空气的气的 ，即压力下降，即压力下降 ，气体温度下降气体温度下降 。 101.325 kPaJ-TJ-T0.4 K/101.325 kPa0.4 K但但 和和 等气体在常温下，等气体在常温下， ，经节流过程，经节流过程，温度反而升高。若降低温度，可使它们的温度反而升高。若降低温度，可使它们的HeJ-T02HJ-T02022-5-14等焓线（等焓线（isenthalpic curve) ) 为了求为了求 的值，必须的值，必须作出等焓线，这要作若干个作出等焓线，这要作若干个节流过程实

14、验。节流过程实验。J-T如此重复，得到若干个点如此重复，得到若干个点，将点连结就是等焓线。将点连结就是等焓线。实验实验1 1，左方气体为左方气体为 ，经节流过程后终态为经节流过程后终态为 ，在在T-p图上标出图上标出1 1、2 2两点。两点。22p T1 1p T实验实验2 2，左方气体仍为左方气体仍为 ，调节多孔塞或小孔大小，调节多孔塞或小孔大小，使终态的压力、温度为使终态的压力、温度为 ，这就是，这就是T-p图上的点图上的点3 3。1 1p T33p T2022-5-14显然，在点3左侧，等焓线（等焓线（isenthalpic curve) )J-T0在点在点3 3右侧右侧，J-T0在点在

15、点3 3处，处， 。 J-T0在线上任意一点的在线上任意一点的切线切线 ，就是该温，就是该温度压力下的度压力下的 值。值。J-T()HTp2022-5-14转化曲线（转化曲线（inversion curve) ) 在虚线以左在虚线以左， ，是是致冷区致冷区，在这个区内，可在这个区内，可以把气体液化以把气体液化；J-T0 虚线以右，虚线以右， ，是，是致热区致热区，气体通过节流过气体通过节流过程温度反而升高。程温度反而升高。J-T0 选择不同的起始状态选择不同的起始状态 ，作若干条等焓线。作若干条等焓线。1 1p T 将各条等焓线的极大值将各条等焓线的极大值相连，就得到一条虚线，将相连，就得到一

16、条虚线，将T-p图分成两个区域。图分成两个区域。2022-5-14转化曲线（转化曲线（inversion curve) )2022-5-14转化曲线（转化曲线（inversion curve) ) 显然，工作物质（即筒内显然，工作物质（即筒内的气体）不同，转化曲线的的气体）不同，转化曲线的T,p区间也不同。区间也不同。 例如，例如， 的转化曲线温的转化曲线温度高，能液化的范围大；度高，能液化的范围大；2N而而 和和 则很难液化。则很难液化。2HHe2022-5-14转化曲线转化曲线（inversion curve) )但但 和和 等气体在常温下，等气体在常温下， ，经节流过程，经节流过程，温度

17、反而升高。若降低温度，可使它们的温度反而升高。若降低温度，可使它们的HeJ-T02HJ-T0结论：不是结论：不是所有所有气体气体在在所有所有T T，P P下的下的节流膨胀均节流膨胀均能使能使T T降低降低。2022-5-14节流膨胀原理节流膨胀原理sWQuZgH 22J-T()HTp节流过程中节流过程中 H=0,但由于但由于不可逆损失使不可逆损失使dp0=00. 9但但2点的点的X0 经节流膨胀后，气体温度降低。经节流膨胀后，气体温度降低。 T- JJ-T()HTp 称为焦称为焦-汤系数（汤系数（Joule-Thomson coefficient),它表示经节流过它表示经节流过程后，气体温度随

18、压力的变化率。程后，气体温度随压力的变化率。J-T 是体系的强度性质。因为节流过程的是体系的强度性质。因为节流过程的 ,所以当所以当：d0p J-TT- J0 经节流膨胀后，气体温度升高。经节流膨胀后，气体温度升高。 T- J =0 经节流膨胀后，气体温度不变。经节流膨胀后，气体温度不变。2022-5-14转化温度（转化温度（inversion temperature) )当当 时的温度称为转化温度时的温度称为转化温度，这时气体经焦这时气体经焦-汤实验，温度不变。汤实验，温度不变。J-T0 在常温下，一般气体的在常温下，一般气体的 均为正值。例如，空均为正值。例如，空气的气的 ，即压力下降，即

19、压力下降 ，气体温度下降气体温度下降 。 101.325 kPaJ-TJ-T0.4 K/101.325 kPa0.4 K但但 和和 等气体在常温下，等气体在常温下， ，经节流过程，经节流过程，温度反而升高。若降低温度，可使它们的温度反而升高。若降低温度，可使它们的HeJ-T02HJ-T02022-5-14等焓线（等焓线（isenthalpic curve) ) 为了求为了求 的值，必须的值，必须作出等焓线，这要作若干个作出等焓线，这要作若干个节流过程实验。节流过程实验。J-T如此重复，得到若干个点如此重复，得到若干个点，将点连结就是等焓线。将点连结就是等焓线。实验实验1 1，左方气体为左方气体

20、为 ，经节流过程后终态为经节流过程后终态为 ，在在T-p图上标出图上标出1 1、2 2两点。两点。22p T1 1p T实验实验2 2，左方气体仍为左方气体仍为 ，调节多孔塞或小孔大小，调节多孔塞或小孔大小，使终态的压力、温度为使终态的压力、温度为 ，这就是，这就是T-p图上的点图上的点3 3。1 1p T33p T2022-5-14显然，在点3左侧，等焓线（等焓线（isenthalpic curve) )J-T0在点在点3 3右侧右侧，J-T0在点在点3 3处，处， 。 J-T0在线上任意一点的在线上任意一点的切线切线 ，就是该温，就是该温度压力下的度压力下的 值。值。J-T()HTp202

21、2-5-14转化曲线（转化曲线（inversion curve) ) 在虚线以左在虚线以左， ，是是致冷区致冷区，在这个区内，可在这个区内，可以把气体液化以把气体液化；J-T0 虚线以右，虚线以右， ，是，是致热区致热区，气体通过节流过气体通过节流过程温度反而升高。程温度反而升高。J-T0 选择不同的起始状态选择不同的起始状态 ，作若干条等焓线。作若干条等焓线。1 1p T 将各条等焓线的极大值将各条等焓线的极大值相连，就得到一条虚线，将相连，就得到一条虚线，将T-p图分成两个区域。图分成两个区域。2022-5-14转化曲线（转化曲线（inversion curve) )2022-5-14转化

22、曲线（转化曲线（inversion curve) ) 显然，工作物质（即筒内显然，工作物质（即筒内的气体）不同，转化曲线的的气体）不同，转化曲线的T,p区间也不同。区间也不同。 例如，例如， 的转化曲线温的转化曲线温度高，能液化的范围大；度高，能液化的范围大；2N而而 和和 则很难液化。则很难液化。2HHe2022-5-14转化曲线转化曲线（inversion curve) )但但 和和 等气体在常温下，等气体在常温下， ，经节流过程，经节流过程，温度反而升高。若降低温度，可使它们的温度反而升高。若降低温度，可使它们的HeJ-T02HJ-T0结论：不是结论：不是所有所有气体气体在在所有所有T

23、T，P P下的下的节流膨胀均节流膨胀均能使能使T T降低降低。2022-5-14节流膨胀原理节流膨胀原理sWQuZgH 22J-T()HTp节流过程中节流过程中 H=0,但由于但由于不可逆损失使不可逆损失使dp0=00小孔小孔2022-5-14如何求如何求J-TJ-T？HTJPT 便可求出。便可求出。可知，可知，则，则若知若知对于实际气体对于实际气体TJPTVEOS )(,pPCVTVT PTTHPH 理想气体的理想气体的J-T=？1 PTHTHHPPT2022-5-141、T-S图上求图上求TH T1T2TH等焓线等焓线126.2.1 6.2.1 节流膨胀节流膨胀节流膨胀的温度降节流膨胀的温

24、度降TH是衡量制冷效是衡量制冷效果的重要指标。果的重要指标。如何计算节流膨胀如何计算节流膨胀温度降温度降TH？TH=T2-T12022-5-146.2.1 6.2.1 节流膨胀节流膨胀122TTTH 、dPPPJ21dPVTVTCPPPp 211T1，P1节流膨胀前的温度、压力节流膨胀前的温度、压力T2，P2节流膨胀后的温度、压力节流膨胀后的温度、压力2127329. 03）（、对于空气估算、对于空气估算TPTH ， HTT1； HTP 1T需要预冷使需要预冷使2022-5-.2对外作功的绝热膨胀对外作功的绝热膨胀SSPT PpTVCT PTTHPH 0 PTV绝大多数绝大

25、多数0 永远永远S 膨胀，永远能制冷。膨胀，永远能制冷。即等即等S对外作功的绝热膨胀对外作功的绝热膨胀：若过程为可逆，则为：若过程为可逆，则为等等S膨胀膨胀。等等S膨胀与节流膨胀有异同点。膨胀与节流膨胀有异同点。异：等异：等S膨胀通过膨胀通过膨胀机膨胀机对外作功，而对外作功，而节流膨胀不作功节流膨胀不作功同：均为同：均为绝热膨胀。绝热膨胀。节流膨胀节流膨胀等等S膨胀膨胀微分等熵膨胀效应系数微分等熵膨胀效应系数S S2022-5-14P1P2TS对外作功绝热膨胀的温度降对外作功绝热膨胀的温度降PSHCHT dPTPPSS 21 dPTVCTPPPp 212ST1T2T2THTS21H等焓线等焓线

26、HSTT 2022-5-14节流膨胀与等熵膨胀的比较节流膨胀与等熵膨胀的比较节流膨胀节流膨胀等熵膨胀等熵膨胀H=0S=0TH较小，冷冻量小较小，冷冻量小TS较大，冷冻量大较大，冷冻量大少数气体要预冷，才能使少数气体要预冷，才能使T任何气体均是任何气体均是T不作功不作功作功作功节流阀，节流阀，设备简单，设备简单，操作方便操作方便膨胀机，膨胀机，设备复杂设备复杂汽液两相区、液相区均可用汽液两相区、液相区均可用使用时不能有液滴使用时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、中型气体液化大、中型气体液化节流膨胀与等熵膨胀均是获取低温即制冷的方法节流膨胀与等熵膨胀均是获取低温即制冷的

27、方法2022-5-146.3 6.3 制冷循环制冷循环5.3.1 蒸汽压缩制冷循环蒸汽压缩制冷循环5.3.2 吸收制冷循环吸收制冷循环5.3.3 热泵的工作原理热泵的工作原理2022-5-146.3 6.3 制冷循环制冷循环n制冷循环：制冷循环：利用机械功使利用机械功使热量热量从从低温低温高温高温的过程。的过程。n利用制冷循环达到两种目的：利用制冷循环达到两种目的：1）致冷）致冷使指定的空间保持使指定的空间保持低于环境低于环境的温度，热量从低温的温度，热量从低温空间转移到高温环境。夏天的房间、冰箱。空间转移到高温环境。夏天的房间、冰箱。致冷机致冷机2）加热）加热使指定的空间保持使指定的空间保持

28、高于环境高于环境的温度，热量从低温的温度，热量从低温环境转移到高温空间。冬天的房间。环境转移到高温空间。冬天的房间。热泵热泵2022-5-14夏天夏天低温房间低温房间高温环境高温环境热量热量致冷机致冷机2022-5-14冬天冬天高温房间高温房间低温环境低温环境热量热量热泵热泵2022-5-141-2：绝热可逆压缩绝热可逆压缩, 从从T1升温升温至至T2，等熵过程，消耗外功，等熵过程，消耗外功WS2-3： 等温可逆放热等温可逆放热(q2）；）；3-4： 绝热可逆膨胀，从绝热可逆膨胀，从T2降降温至温至T1，等熵过程，对外作功，等熵过程，对外作功4-1：等温可逆吸热：等温可逆吸热(q0） 理想制冷

29、循环理想制冷循环(可逆制冷可逆制冷)即为即为逆卡诺循环。逆卡诺循环。四个可逆过程构成：四个可逆过程构成：.1蒸汽压缩制冷循环蒸汽压缩制冷循环ST3214 T1T21、逆向卡诺循环、逆向卡诺循环12342022-5-14锅炉锅炉透透平平机机水泵水泵冷冷凝凝器器过过热热器器23416.16.1蒸汽动力循环蒸汽动力循环蒸汽动力循环原理蒸汽动力循环原理TS41232022-5-14 23222SSTqT 下放热量下放热量循环在循环在 41101SSTqT 下下吸吸热热量量循循环环在在142SSTTS3214T1T2循环的循环的H = 0，故，故放放吸吸qqqWs 4121,SSTT q

30、0q2 4121SSTT ，0 sW功功说说明明冷冷冻冻循循环环需需消消耗耗轴轴1、逆向卡诺循环、逆向卡诺循环2022-5-14 4121411SSTTSSTC sWq 0 衡量制冷效率的参数称为衡量制冷效率的参数称为制冷系数制冷系数，其定义为从低温其定义为从低温物体吸取的热量物体吸取的热量q0与所耗功量与所耗功量WS之比：之比：2）逆向卡诺循环制冷系数）逆向卡诺循环制冷系数C 121TTT 1、逆向卡诺循环、逆向卡诺循环逆卡诺循环的制冷系数逆卡诺循环的制冷系数C仅是温度的函数，与工仅是温度的函数，与工质性质无关。质性质无关。在两个温度之间操作的在两个温度之间操作的任何制冷循环，以任何制冷循环

31、，以C为最为最大。大。它可作为一切实际循环它可作为一切实际循环的比较标准。的比较标准。1）制冷系数）制冷系数：2022-5-14逆卡诺循环的缺点：逆卡诺循环的缺点：（1）12和和34的过程会形成的过程会形成液滴，在压缩机和膨胀机的液滴，在压缩机和膨胀机的气缸中产生气缸中产生“液击液击”现象，现象，容易损坏机器；容易损坏机器；（2）实际过程难以接近四个可）实际过程难以接近四个可逆过程；逆过程；问题：如何改进？问题：如何改进？1、逆向卡诺循环、逆向卡诺循环ST3214 T1T22022-5-142、蒸汽压缩制冷循环、蒸汽压缩制冷循环蒸汽压缩制冷循环是由蒸汽压缩制冷循环是由压缩机、压缩机、冷凝器、冷

32、凝器、节流阀节流阀、蒸发器、蒸发器组成。组成。 制冷循环的工质采用制冷循环的工质采用低沸点低沸点物质作为制冷剂。如：氟里昂物质作为制冷剂。如：氟里昂R22（CHClF2）的）的Tb=-40.80 ，N2 的的Tb=-195.75 利用制冷剂在利用制冷剂在冷凝器中的冷凝器中的液化液化和在和在蒸发器中的蒸发器中的汽化，实现在汽化，实现在高温下排热，低温下吸热过程。高温下排热，低温下吸热过程。q0q2冰箱冷冻冰箱冷冻室提供室提供q0通过冰箱散热片通过冰箱散热片向大气向大气排排出出q22022-5-142、蒸汽压缩制冷循环、蒸汽压缩制冷循环蒸汽压缩制冷循环由蒸汽压缩制冷循环由四步四步构成：构成：12

33、低压蒸汽的压缩低压蒸汽的压缩24 高压蒸汽的冷凝高压蒸汽的冷凝45 高压液体的节流膨胀，高压液体的节流膨胀，P ，T51低压液体的蒸发低压液体的蒸发蒸汽压缩制冷循环蒸汽压缩制冷循环对对逆卡诺循环逆卡诺循环的改进：的改进：1）把绝热可逆压缩过程）把绝热可逆压缩过程12安排在安排在过热蒸汽过热蒸汽区，使区，使湿蒸汽变为干气湿蒸汽变为干气。即即“干法操作干法操作”。2）把原）把原等熵膨胀等熵膨胀过程改为过程改为45的的等焓节流膨胀等焓节流膨胀过程，过程，节流阀的设备简单、操作易行。节流阀的设备简单、操作易行。T1=T5=蒸发温度蒸发温度T3=T4=冷凝温度冷凝温度2022-5-1441510HHHH

34、q 21HHWs sWq 0 2、蒸汽压缩制冷循环、蒸汽压缩制冷循环几个重要指标几个重要指标2）耗功量）耗功量WS1）从低温物体吸取的热量）从低温物体吸取的热量q01241HHHH 4）制冷剂循环量）制冷剂循环量G（循环速率）（循环速率）3）制冷系数）制冷系数G=Q0/ q0 Kg/h 5）理论功耗）理论功耗PT= GWS/3600 kW其中其中Q0制冷能力，制冷能力， KJ/hPT= GWS kJ/h= Q0/ kJ/hq02022-5-14n为了增加冷冻量，制冷剂在为了增加冷冻量，制冷剂在冷凝器中，被过冷到低于饱冷凝器中，被过冷到低于饱和温度的和温度的4（过冷液体）过冷液体）。n其耗功量其

35、耗功量WS仍为仍为H2-H1，但但冷冻量增加了冷冻量增加了55dc5。n制冷系数制冷系数增大。增大。n为了计算方便，为了计算方便， 4过冷液体过冷液体的性质用的性质用4点温度对应的饱和点温度对应的饱和液体代替。液体代替。2、蒸汽压缩制冷循环、蒸汽压缩制冷循环实际制冷循环实际制冷循环2022-5-14n例例5-5 有一氨冷冻循环装置，其冷冻量为有一氨冷冻循环装置，其冷冻量为105 kJh-1，蒸发温蒸发温度度-15，冷凝温度冷凝温度30 。假设压缩机绝热可逆运行，求。假设压缩机绝热可逆运行，求1）制冷剂的循环量；制冷剂的循环量；2）压缩机功耗和处理的蒸气量；）压缩机功耗和处理的蒸气量；3）冷凝）

36、冷凝器热负荷；器热负荷；4）节流阀后制冷剂中）节流阀后制冷剂中蒸气的含量蒸气的含量；5）循环制冷）循环制冷系数；系数；6） C解：解：关键是要确定关键是要确定1,2,3,4,5点的状态点的状态单级蒸汽压缩制冷循环图单级蒸汽压缩制冷循环图温熵图温熵图压焓图压焓图2022-5-14n由由氨的氨的T-S图图查取有关数据来计算查取有关数据来计算1点点： T1=-15 与与饱和蒸汽线相交饱和蒸汽线相交，查得，查得 H1=397kcal/kg=1661kJ/kg；S1=2.155kcal/kg.K=9.02kJ/kgKv1=0.506m3/kg2点：点：T3=30其相应饱和蒸汽压力其相应饱和蒸汽压力P3=

37、11.9kg/cm2； P2=P3 ，S2 = S1 = 2.155kcal/kg.K；*用用S2和和P2查查H2 = 452kcal/kg=1891 kJ/kg；4点点： T4=30与饱和液体相交与饱和液体相交，据此查得，据此查得H4= 134 kcal/kg=560.66kJ/kg；5点点： T5 =T1= -15，由于，由于4-5是等焓过程是等焓过程，H5 = H4 = 560.66kJ/kg；T1T22022-5-14hkgHHQqQG88.9066.560166110541000 kWHHGWGPsT81. 53600166117.189188.903600360012 hKJHHG

38、Q44221009.1266.56017.189188.90 1.制冷剂的循环量制冷剂的循环量G3.压缩机功耗压缩机功耗2.压缩机每小时处理的蒸气量压缩机每小时处理的蒸气量hmvGV/98.4588.90506. 03 4.冷凝器热负荷冷凝器热负荷2022-5-148 . 4166117.189166.560166112410 HHHHWqs 6.制冷系数制冷系数5.节流阀后制冷剂中蒸气的含量节流阀后制冷剂中蒸气的含量即求即求5点的干度点的干度XglXHXHH ）（ 15kgkJHHg/46.3511 kgkJH/66.5605 16. 0 X7.逆卡诺循环的制冷系数逆卡诺循环的制冷系数C7

39、. 5153015.27315121 ）（TTTC 2022-5-142TS254实际蒸汽压缩实际蒸汽压缩制冷循环制冷循环142点的性质用点的性质用等熵效率计算等熵效率计算不不可可,SSSWW ）（）（1212HHHH 35冷凝温度冷凝温度蒸发温度蒸发温度过冷温度过冷温度过冷度过冷度：T4 =T3：T4=T4-T4:T5=T5=T1解题关键：确定解题关键：确定2, 4 点的状态点的状态4过冷液体的性质用过冷液体的性质用4点温度对应的饱和液体代替。点温度对应的饱和液体代替。几个定义几个定义30255-15冰箱四星级冰箱四星级T1=-24 三星级三星级T1=-18国际标准国际标准冷冻条件冷冻条件2

40、022-5-14蒸发温度、冷凝温度的选择蒸发温度、冷凝温度的选择3 3、制冷级数的选择：、制冷级数的选择：n当蒸发温度当蒸发温度 -25-25 一级压缩一级压缩n当蒸发温度当蒸发温度 -30-30 二级压缩二级压缩n当蒸发温度当蒸发温度 -45-45 三级压缩三级压缩1241HHHH 2 2、冷凝温度：取决于冷却介质的温度。、冷凝温度：取决于冷却介质的温度。问题问题2 2：冰箱制冷系数冬天大还是夏天大？：冰箱制冷系数冬天大还是夏天大？为什么？为什么？1 1、蒸发温度：取决于被冷物系的温度。、蒸发温度：取决于被冷物系的温度。蒸发温度越低，耗能越高。应根据需要蒸发温度越低，耗能越高。应根据需要选择

41、蒸发温度。选择蒸发温度。问题问题1 1：冰箱能否当空调用？：冰箱能否当空调用？2022-5-14制冷剂的选择制冷剂的选择制冷剂的选择必须具备以下几点制冷剂的选择必须具备以下几点基本要求基本要求：(1)(1)在大气压力下制冷剂的在大气压力下制冷剂的沸点要低沸点要低这是一个重这是一个重要的性能指标。要的性能指标。(2) (2) 制冷剂在制冷剂在常温下的冷凝压力应尽量低常温下的冷凝压力应尽量低，以降低，以降低对设备耐压与密封的要求。对设备耐压与密封的要求。(3(3）汽化潜热要尽可能大汽化潜热要尽可能大，可减少制冷剂的循环量，可减少制冷剂的循环量，缩小压缩机的尺寸。缩小压缩机的尺寸。(4)(4)具有具

42、有较高的临界温度较高的临界温度和和较低凝固温度。较低凝固温度。(5)(5)具有具有化学稳定性化学稳定性，在操作条件下不燃烧，不分，在操作条件下不燃烧，不分解不聚合，对设备不应有明显的腐蚀解不聚合，对设备不应有明显的腐蚀作用。作用。2022-5-14制冷剂的选择制冷剂的选择工业上常用的制冷剂有氨、工业上常用的制冷剂有氨、R R1111、R R1212、R R2222等等例：例：NHNH3 3：潜热大潜热大，沸点沸点-33.4-33.4；冷凝温度冷凝温度3030 ；P=12atmP=12atm；蒸发温度；蒸发温度-30 -30 ；P=1atmP=1atm； 常用的制冷剂性质见表常用的制冷剂性质见表

43、5-15-1。1 1、氟里昂不同的牌号适合不同的冷冻量。、氟里昂不同的牌号适合不同的冷冻量。2 2、R R1111、R R1212、R R113 113 、R R114 114 、R R115115对臭氧层有破坏作用，对臭氧层有破坏作用，20102010年禁用。年禁用。问题：问题：冰箱与空调用的制冷剂相同吗？选择的依据冰箱与空调用的制冷剂相同吗？选择的依据是什么？是什么？2022-5-146.3.2 6.3.2 吸收制冷循环吸收制冷循环n吸收制冷循环吸收制冷循环是另一种致冷方式。是另一种致冷方式。n它与蒸汽制冷循环主要区别在于：它与蒸汽制冷循环主要区别在于：气体的压缩方式气体的压缩方式不同。不

44、同。n蒸汽制冷循环靠的是压缩机。吸收制冷循环靠的是蒸汽制冷循环靠的是压缩机。吸收制冷循环靠的是“化学泵化学泵”。n“化学泵化学泵”由由制冷剂制冷剂和和吸收剂吸收剂组成。组成。n沸点高沸点高的物质作为的物质作为吸收剂吸收剂，而，而沸点较低沸点较低容易挥发的容易挥发的物质作为物质作为制冷剂制冷剂。n在在氨水溶液氨水溶液中，中，氨氨是是制冷剂，水制冷剂，水是是吸收剂吸收剂。n在在水水- -溴化锂溴化锂溶液中溶液中水水是制冷剂，是制冷剂，溴化锂溴化锂是吸收剂是吸收剂2022-5-146.3.2 6.3.2 吸收制冷循环吸收制冷循环“化学泵化学泵”由由吸收吸收器器、蒸汽解吸器蒸汽解吸器、溶液泵、换热器及

45、溶液泵、换热器及调节阀组成。调节阀组成。工作原理：工作原理：制冷剂制冷剂在低温下被吸收剂在低温下被吸收剂吸收，在高温下被吸收，在高温下被解吸成高压蒸汽。解吸成高压蒸汽。氨水溶液氨水溶液氨是氨是制冷剂，水是吸收制冷剂，水是吸收剂。剂。“化学泵化学泵”低压浓低压浓NH3高压浓高压浓NH3吸收器吸收器蒸汽解吸器蒸汽解吸器2022-5-146.3.2 6.3.2 吸收制冷循环吸收制冷循环5 . 03 . 00 qq 热力系数热力系数此热源仅需低品质的余热。此热源仅需低品质的余热。若厂里有低压余热可利用，采用若厂里有低压余热可利用，采用吸收制冷最经济。吸收制冷最经济。主要耗能处为蒸汽解吸器。主要耗能处为

46、蒸汽解吸器。吸收制冷循环吸收制冷循环优点：节能！优点：节能！水水-溴化锂溴化锂溶液的吸收制冷大量溶液的吸收制冷大量用于中央空调，可考虑太阳能作用于中央空调，可考虑太阳能作为热源。（为热源。（江阴双良，江阴双良，7.5亿产值亿产值）q0冷冻量冷冻量q耗热量耗热量2022-5-146.3.3 6.3.3 热泵的工作原理热泵的工作原理n在制冷循环中，消耗机械功，在制冷循环中，消耗机械功，使热量从低温物体使热量从低温物体转移到高温物体。转移到高温物体。n制冷循环不仅使放出热量的制冷循环不仅使放出热量的低温物体被冷却低温物体被冷却，而，而且使吸收热量的且使吸收热量的高温物体被加热高温物体被加热。n利用该原理可以实现由低温环境向高温系统的供利用该原理可以实现由低温环境向高温系统的供热热