化工热力学-第六章-蒸汽动力循环与制冷循环ppt课件.ppt

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1、1第六章第六章蒸汽动力循环与制冷循环蒸汽动力循环与制冷循环 26.1 6.1 蒸汽动力循环蒸汽动力循环 n一一. . 蒸汽动力循环为正向卡诺循环蒸汽动力循环为正向卡诺循环n二二. . 蒸汽动力循环蒸汽动力循环 1. 1. 工作原理及工作原理及T-ST-S图图蒸汽动力循环的主要设备有：蒸汽动力循环的主要设备有：透平机（汽轮机）透平机（汽轮机）冷凝器冷凝器水泵水泵锅炉、过热器等组成锅炉、过热器等组成工作介质一般为水工作介质一般为水3水泵水泵锅炉锅炉1234P P1 1T T1 1的高压高温蒸汽进入的高压高温蒸汽进入气轮机等熵膨胀到状态气轮机等熵膨胀到状态2 2，同时对外做功，同时对外做功，2 2点

2、状态点状态为乏汽从汽轮机流出后进为乏汽从汽轮机流出后进入冷凝器，乏汽在冷凝器入冷凝器，乏汽在冷凝器中放出汽化潜热而变为该中放出汽化潜热而变为该压力下的饱和水，放出的压力下的饱和水，放出的热量由冷却水带走，达到热量由冷却水带走，达到状态状态3 3，饱和水经水泵升，饱和水经水泵升压到压到P P1 1进入锅炉，在锅炉进入锅炉，在锅炉吸收热量，使工质变化到吸收热量，使工质变化到状态状态1 1，完成一个循环。，完成一个循环。 气气轮轮机机冷冷凝凝器器4T-ST-S图图QHQLWsTT吸吸T放放S 卡诺循环产功卡诺循环产功很大，但难于实现，很大，但难于实现，问题在于：问题在于： （1 1）湿蒸汽对）湿蒸汽

3、对汽轮机和水泵有浸蚀汽轮机和水泵有浸蚀作用，汽轮机带水量作用，汽轮机带水量不得超过不得超过10%10%，水泵，水泵不能带入蒸汽进泵；不能带入蒸汽进泵； （2 2）绝热可逆）绝热可逆过程实际上难以实现过程实际上难以实现。 第一个具有第一个具有实际意义的蒸汽动力实际意义的蒸汽动力循环是朗肯循环。循环是朗肯循环。 12345（1 1）工质进汽轮机状态不同）工质进汽轮机状态不同（2 2）膨胀过程不同）膨胀过程不同 2. 2. 郎肯循环郎肯循环（3 3）工质出冷凝器状态不同）工质出冷凝器状态不同（4 4）压缩过程不同）压缩过程不同（5 5）工作介质吸热过程不同）工作介质吸热过程不同郎肯循环：饱和水郎肯循

4、环：饱和水 郎肯循环：不可逆绝热过程，若忽郎肯循环：不可逆绝热过程，若忽略掉工作介质水的摩擦与散热，可略掉工作介质水的摩擦与散热，可简化为可逆过程。简化为可逆过程。 郎肯循环：不可逆吸热过程，沿郎肯循环：不可逆吸热过程，沿着等压线变化着等压线变化 卡诺循环：湿蒸汽卡诺循环：湿蒸汽卡诺循环：等熵过程卡诺循环：等熵过程卡诺循环：气液共存卡诺循环：气液共存卡诺循环：等熵过程卡诺循环：等熵过程卡诺循环：等温过程卡诺循环：等温过程郎肯循环也是由四个步骤组成，与卡诺循环不同表现在郎肯循环也是由四个步骤组成，与卡诺循环不同表现在郎肯循环：干蒸汽郎肯循环：干蒸汽郎肯循环：不可逆绝热过程郎肯循环：不可逆绝热过程

5、6 1 12 2 对应于汽轮对应于汽轮机机 2 23 3 冷凝器进行冷凝器进行，在冷凝器里冷却水把工，在冷凝器里冷却水把工作介质的热量带走使其由作介质的热量带走使其由气体转变为液体。气体转变为液体。 3 34 4水泵中进行水泵中进行 4 41 1 锅炉进行，锅炉进行，水在锅炉中恒压加热。水在锅炉中恒压加热。 12234ST水水 过热蒸汽饱和蒸汽沸点定压升温定温定压汽化定压升温73. 3. 郎肯循环过程的热力学计算郎肯循环过程的热力学计算 4141HHHQH 233 2HHHQL2323HHHQL1212HHHws1212HHHws2121HHHHWWSRSsSRsSWW(1) (1) 工作介质

6、在锅炉中吸热量工作介质在锅炉中吸热量kJ/kgkJ/kg(2) (2) 工作介质在冷凝器中排放的热量工作介质在冷凝器中排放的热量kJ/kgkJ/kg（理想）（理想） (3) (3) 汽轮机工作介质的单位产功量汽轮机工作介质的单位产功量（理想）（理想）kJ/kgkJ/kg834HHHwp3443ppVpVVdpwPPp HsspHpsQwwwHHHHHHQww414321)( (4) (4) 水泵中工作介质的单位耗功量水泵中工作介质的单位耗功量 kJ/kg由于液态水的不可压缩性，水泵中工作介质耗功量可按下列式近似由于液态水的不可压缩性，水泵中工作介质耗功量可按下列式近似计算计算(5) (5) 热

7、效率热效率定义：锅炉中所提供的热量中转化为净功的量定义：锅炉中所提供的热量中转化为净功的量数学式：数学式： 94. 4. 应用举例应用举例nP135-138 P135-138 例例6-16-16-26-2例例6-16-1自看自看例例6-26-2 某核动力循环如图所示，锅炉从温度为某核动力循环如图所示，锅炉从温度为320320 的核反应堆的核反应堆吸入热量吸入热量Q Q1 1产生压力为产生压力为7MPa7MPa、温度为、温度为360 360 的过热蒸汽（点的过热蒸汽（点1 1），），过热蒸汽经汽轮机膨胀做功后于过热蒸汽经汽轮机膨胀做功后于0.008MPa0.008MPa压力下排出（点压力下排出（

8、点2 2），乏），乏气在冷凝器中向环境温度气在冷凝器中向环境温度 t t0 0=20 =20 下进行定压放热变为饱和水下进行定压放热变为饱和水（点（点3 3），然后经泵返回锅炉（点），然后经泵返回锅炉（点4 4）完成循环，已知汽轮机的额）完成循环，已知汽轮机的额定功率为定功率为1515 10104 4 kW, kW,汽轮机作不可逆的绝热膨胀汽轮机作不可逆的绝热膨胀, ,其等熵效率为其等熵效率为0.75,0.75,而水泵可认为作可逆绝热压缩而水泵可认为作可逆绝热压缩, ,试求试求: :(1)(1)此动力循环中蒸汽的质量流量此动力循环中蒸汽的质量流量; ;(2)(2)汽轮机出口乏气的湿度汽轮机出口

9、乏气的湿度; ;(3)(3)循环的热效率循环的热效率. .10例例6-2 6-2 插图插图核反应堆核反应堆锅炉锅炉汽轮机汽轮机t=320 t=320 1 12 2或或223 34 4冷凝器冷凝器P1=7MPa t1=360 P1=7MPa t1=360 2 2221 13 34 4T TS SP2=0.008MPaP2=0.008MPa11n 解:12一一. . 提高郎肯循环热效率的措施提高郎肯循环热效率的措施HLHscTTQw131214121HHHHHHHHQwHs对卡诺循环：对卡诺循环：对郎肯循环：对郎肯循环：(3) (3) 使吸热过程向卡诺循环靠近，以提高热效率使吸热过程向卡诺循环靠近

10、，以提高热效率 要使要使：(1) H(1) H2 2，降低压力，降低压力P P2 2（汽轮机出口蒸汽压力）（汽轮机出口蒸汽压力）(2) H(2) H1 1，提高汽轮机进口蒸汽的压力或温度，提高汽轮机进口蒸汽的压力或温度131.1.再热循环再热循环 7 7QRHwsh+wsL4 43 32 21p2 P1T p3 p32 2S S5 5 4 413 36 68再热循环的热效率再热循环的热效率 RHHSLSHRHHpSLSHsQQwwQQwwwQw（2 2）乏汽湿含量减少，干度增加。）乏汽湿含量减少，干度增加。 结论：结论：（1 1）提高提高1412345621kgkg(1-)kgTS123456

11、水2kg(1-)kg2.2.回热循环回热循环15（2 2）热效率提高，但设备成本提高。）热效率提高，但设备成本提高。6123)(1 (1HHHHQQQQwwHLHHps42454552)1 (HHHHHHHH回热循环的热效率：回热循环的热效率：抽气量抽气量取回热器作能量衡算取回热器作能量衡算结论：结论：（1 1）减少了工作介质吸热过程的温差（不可逆），由）减少了工作介质吸热过程的温差（不可逆），由T TH H-T-T4 4 减少到减少到T TH H-T-T6 6163.3. 热电循环热电循环n分为分为两种两种：n（1 1） 背压式汽轮机联合供电供热循环背压式汽轮机联合供电供热循环n特点：特点：

12、n 冷凝器中冷却工质的介质为热用户的介质（不一定是冷冷凝器中冷却工质的介质为热用户的介质（不一定是冷却水）冷凝温度由供热温度决定，却水）冷凝温度由供热温度决定，Q QL L得以利用；得以利用；n 排气压力受供热温度影响，较郎肯循环排气压力高排气压力受供热温度影响，较郎肯循环排气压力高, ,大于大于大气压力；大气压力； n 热电循环效率热电循环效率 = =循环热效率循环热效率+ +提供热用户的热量提供热用户的热量/ /输入的总输入的总热量。热量。HLQQ17锅炉锅炉汽轮机汽轮机1 12 23 34 42 21 13 34 4T TS SQLqHWS18（2 2）抽气式汽轮机联合供电供热循环抽气式

13、汽轮机联合供电供热循环n特点：特点： 工质部分供热，部分作功工质部分供热，部分作功 供热量与乏汽无关供热量与乏汽无关19TS17234561-1冷凝器冷凝器热用户热用户锅锅炉炉水泵水泵水泵水泵加热器加热器234567P -hh20HRHsHsshRHHQQwQwHHHHwHHQHHQ能量利用参数热效率27715761)1 (HRHQQ 热电循环效率热电循环效率 TS1734561-2214.4.应用举例应用举例nP140-143 P140-143 例例6-36-46-36-4例例6-36-3自看自看 n例例6-46-4某化工厂采用如下的蒸汽动力装置以同时提供动力和热能。某化工厂采用如下的蒸汽动

14、力装置以同时提供动力和热能。已知汽轮机入口的蒸汽参数为已知汽轮机入口的蒸汽参数为3.5MPa,435 3.5MPa,435 , ,冷凝器的压力为冷凝器的压力为0.004MPa,0.004MPa,中间抽汽压力中间抽汽压力PP为为1.3MPa,1.3MPa,抽汽量为抽汽量为10kg/s,10kg/s,其中一部其中一部分进入加热器分进入加热器, ,将锅炉给水预热到抽汽压力将锅炉给水预热到抽汽压力PP下的饱和温度下的饱和温度, ,其其余提供给热用户余提供给热用户, ,然后冷凝成饱和水返回锅炉循环使用。已知该然后冷凝成饱和水返回锅炉循环使用。已知该装置的供热量是装置的供热量是5050 10103 3kJ

15、/h.kJ/h.试求此蒸汽动力循环装置的热效率试求此蒸汽动力循环装置的热效率与能量利用系数。与能量利用系数。22TS1234567P1冷凝器冷凝器汽轮机汽轮机热用户热用户锅锅炉炉水泵水泵水泵水泵加热器加热器234567P -hh23解：解：246.2 6.2 节流膨胀与作外功的绝热膨胀节流膨胀与作外功的绝热膨胀 n一一. .节流膨胀过程节流膨胀过程n高压流体经过节流阀后迅速膨胀到低压的过程称为节高压流体经过节流阀后迅速膨胀到低压的过程称为节流膨胀。流膨胀。n1.1.特点：等焓过程特点：等焓过程n由热力学第一定律：由热力学第一定律： SWQZgcH221 Q=0=0（来不及传热），（来不及传热）

16、， Ws=0=0（不做功）（不做功）若忽略掉动能、位能的影响若忽略掉动能、位能的影响 H=0=0对于对于H=f（T，P） P发生变化发生变化 T也随之发生变化也随之发生变化25（1 1） 定义式定义式流体节流时，由于压力变化而引起的温度变化，流体节流时，由于压力变化而引起的温度变化，称为微分节流效应称为微分节流效应 2. 2. 微分节流效应（焦汤效应）微分节流效应（焦汤效应）（6-126-12）数学式：数学式：HJPT节流过程：节流过程：dPPHdTTHdHTP0dHPTHTHPHPTH=fH=f（T T，P P）26pPCTH（6-136-13） PTTVTVPH1PPJTVTVC故故27H

17、JPTPRTVP0pJCPRTPRT(2)(2)节流膨胀致冷的可能性节流膨胀致冷的可能性 对理想气体对理想气体=0=0PV=RT V=RT/PPV=RT V=RT/P这说明了理想气体在这说明了理想气体在节流过程中温度不发节流过程中温度不发生变化生变化 28HJPT0PTVTV0PTVTV0PTVTV 真实气体真实气体有三种可能的情况，由定义式知有三种可能的情况，由定义式知当当J J00时，表示节流后压力下降，温度也下降时，表示节流后压力下降，温度也下降致冷致冷当当J J=0=0时，表示节流后压力下降，温度不变化时，表示节流后压力下降，温度不变化当当J J000J J 000，致冷区，致冷区在转

18、化曲线右侧，等在转化曲线右侧，等焓线上，随焓线上，随P P，TT，J J 00V0 Cp0 Cp0恒大于零恒大于零. .36 利用积分等熵温度效应利用积分等熵温度效应dpTTTppss2112dpCTVTdpTppppppss2121 (3) (3) 积分等熵温度效应积分等熵温度效应等熵膨胀时，压力变化为有限值所引起的温度变化，等熵膨胀时，压力变化为有限值所引起的温度变化，称之。称之。计算积分等熵温度效应的方法有计算积分等熵温度效应的方法有4 4种：种： 理想气体的积分等熵温度效应理想气体的积分等熵温度效应T TS S37 在有在有T-ST-S图时，图时，最方便的方法是由最方便的方法是由T-S

19、T-S图读取图读取T TS SkkppTT11212kkppTT11212111211112112kkkksppTTppTTTT对于理想气体对于理想气体绝热可逆过程绝热可逆过程 T-ST-S图法图法P1P2T1T2TS38 用等焓节流效应计算用等焓节流效应计算pJsCVdpCVdpTpppppJs2121dpVCTTpppHs211若若C Cp p=const=const392.2.不可逆对外做功的绝热膨胀不可逆对外做功的绝热膨胀 n对活塞式膨胀机对活塞式膨胀机 当当t t 30 s=0.7t30 s=0.70.750.75n对透平机对透平机 s=0.8s=0.80.850.85n不可逆对外做

20、功的绝热膨胀的温度效应介于等熵膨胀不可逆对外做功的绝热膨胀的温度效应介于等熵膨胀效应和节流膨胀效应之间。效应和节流膨胀效应之间。 ST122理想功实际功SRSWWsWsQH2121H-HH-Hs绝热绝热 Q=0Q=040三三. .等熵膨胀与节流膨胀的比较等熵膨胀与节流膨胀的比较 1220TSP1P21.1.等熵膨胀与气体的属性及状等熵膨胀与气体的属性及状态无关，对任何气体任何状态态无关，对任何气体任何状态都产生制冷效应。都产生制冷效应。HTTs12TTTs -TTT12H制冷量：制冷量：QOSQOH2.2.413.3.设备与操作设备与操作节流膨胀：针形阀，简单，可用于气液两相区操作节流膨胀：针

21、形阀，简单，可用于气液两相区操作等熵膨胀：等熵膨胀：膨胀机膨胀机，复杂，需要低温润滑油，不能用复杂，需要低温润滑油，不能用于产生液滴的场合。于产生液滴的场合。4.4.操作条件与运行情况操作条件与运行情况一般大、中型企业这两种都用，小型企业用节流膨胀一般大、中型企业这两种都用，小型企业用节流膨胀这两种膨胀过程是制冷的依据，也是气体液化的依据。这两种膨胀过程是制冷的依据，也是气体液化的依据。426.3 6.3 制冷循环制冷循环 n当冷冻温度大于当冷冻温度大于-100 -100 ，称普通冷冻。，称普通冷冻。n小于小于-100 -100 称深度冷冻。称深度冷冻。一一. .制冷循环为逆向卡诺循环制冷循环

22、为逆向卡诺循环 正向卡诺循环：工质吸热温度大于工质放热温度。正向卡诺循环：工质吸热温度大于工质放热温度。逆向卡诺循环：工质吸热温度小于工质放热温度。逆向卡诺循环：工质吸热温度小于工质放热温度。 43等温蒸发等温蒸发等温冷凝等温冷凝TS1234T放T吸WS耗功过程：耗功量最小。耗功过程：耗功量最小。实际过程的耗功量要大于逆向卡诺循环的耗功量实际过程的耗功量要大于逆向卡诺循环的耗功量44二二. .蒸汽压缩制冷循环蒸汽压缩制冷循环 n1.1.工作原理及工作原理及T-ST-S图图主要设备有：主要设备有：n压缩机压缩机n冷凝器冷凝器 n膨胀机（节流阀）膨胀机（节流阀）n蒸发器蒸发器四部分组成。四部分组成

23、。在制冷过程中，要涉及到相变、工质、压力、沸点等问题在制冷过程中，要涉及到相变、工质、压力、沸点等问题 蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器压缩机压缩机膨胀机或膨胀机或节流阀节流阀1234QHQL 载冷体载冷体45特点：特点： 传热过程可逆传热过程可逆(1)(1)卡诺压缩制冷循环卡诺压缩制冷循环压缩、膨胀过程可逆压缩、膨胀过程可逆由热力学第一定律：由热力学第一定律： sWQH0H循环过程循环过程 WsQ 吸放QQQ）（放1423SSTSSTQHH）（）（吸1441SSTSSTQLL46)(14SSTTQLH）（故：故：)(14SSTTWLHs）（定义：消耗单位功所获得的冷量。定义：消耗单位功所获得的冷量。

24、 WsQ吸衡量制冷效果好坏的一个技术指标是制冷系数。衡量制冷效果好坏的一个技术指标是制冷系数。卡诺压缩制冷循环制冷系数卡诺压缩制冷循环制冷系数 LHLLHLTTTSSTTSSTWsQ4141吸47制冷系数与冷却温度制冷系数与冷却温度T TH H和载冷体（被冷物质）和载冷体（被冷物质）T TL L有关。有关。若制冷温度若制冷温度T TL L（由工艺条件决定）一定，（由工艺条件决定）一定，T TH H，结论结论: :若冷却水（空气）若冷却水（空气）T TH H一定，一定，T TL L，因此要以满，因此要以满足工艺条件为依据，尽可能提高足工艺条件为依据，尽可能提高TL 。如果工艺条件为。如果工艺条件

25、为-20-20，一般选取，一般选取T TL L= -25= -25即可性。过冷即可性。过冷55，不能太，不能太多。多。48(2)(2) 实际压缩制冷循环实际压缩制冷循环n实际压缩制冷循环就其循环所需的设备来说，完全实际压缩制冷循环就其循环所需的设备来说，完全与卡诺压缩制冷循环所需要的设备相同，与卡诺压缩制冷循环所需要的设备相同，n关键在于在循环的过程中，每一步都不一定是可逆关键在于在循环的过程中，每一步都不一定是可逆的。的。n它与卡诺压缩制冷循环不同处表现在五个方面。它与卡诺压缩制冷循环不同处表现在五个方面。 49sWQHHHHss 制冷剂（工质）进压缩机状态不同制冷剂（工质）进压缩机状态不同

26、卡诺：湿气卡诺：湿气实际：干气实际：干气 压缩过程不同压缩过程不同卡诺：等熵过程卡诺：等熵过程实际：不可逆绝热过程实际：不可逆绝热过程等熵效率：等熵效率： s=s=等熵过程耗功等熵过程耗功/ /实际过程耗功实际过程耗功s1s1若若Q=0则则 Ws=1 12 222223 333114 44444ST50卡诺：等温过程卡诺：等温过程实际：不可逆过程，沿着等压线变化。实际：不可逆过程，沿着等压线变化。 冷凝过程不同冷凝过程不同 制冷剂出冷凝器状态不同制冷剂出冷凝器状态不同 卡诺：饱和液体卡诺：饱和液体 实际：过冷液体实际：过冷液体 膨胀过程不同膨胀过程不同 卡诺：等熵（膨胀机）卡诺：等熵（膨胀机）

27、 实际：等焓（节流阀）实际：等焓（节流阀） 实际压缩制冷循环：实际压缩制冷循环：1234112341理想压缩制冷循环：理想压缩制冷循环：12”34”112”34”1卡诺压缩制冷循环：卡诺压缩制冷循环：12341 12341 1 12 222223 333114 44444ST51对于实际压缩制冷循环，经历的对于实际压缩制冷循环，经历的1 12 2 压缩机进行压缩机进行 （工厂：冰机，氨压机，制冷机）（工厂：冰机，氨压机，制冷机）2 23 3 冷凝器进行冷凝器进行 在冷凝器里，冷却水（或空气）把在冷凝器里，冷却水（或空气）把 工质的热量带走，使其由高压气体工质的热量带走，使其由高压气体 转变成高

28、压液体。转变成高压液体。3 34 4 节流阀进行节流阀进行 （冰箱毛细管）（冰箱毛细管）4 41 1 蒸发器进行蒸发器进行 大盐水槽供热（冰箱食物热）大盐水槽供热（冰箱食物热）522.2.压缩制冷过程的热力学计算压缩制冷过程的热力学计算 410HHq23HHqH12HHWs12410HHHHwqs)(4100HHGGqQ 单位冷冻量：单位冷冻量：1kg1kg制冷剂在循环过程中所提供的冷量。制冷剂在循环过程中所提供的冷量。 kJ/kg kJ/kg 冷凝器的单位热负荷冷凝器的单位热负荷 kJ/kg kJ/kg 单位耗功量单位耗功量 kJ/kg kJ/kg 制冷系数制冷系数 冰机的制冷能力冰机的制冷

29、能力Q Q0 0 kJ/h kJ/hG G制冷剂循环量制冷剂循环量531 1冷冻吨冷冻吨=1=1* *10103 3* *334.5/24=1.394334.5/24=1.394* *10104 4 kJ/h kJ/h1 1冷冻吨冷冻吨= =每天将每天将273.16K273.16K的的1 1吨水凝结为同温度的冰所需取走的热量。吨水凝结为同温度的冰所需取走的热量。由于由于1kg1kg水凝结为冰要放出水凝结为冰要放出334.5 kJ334.5 kJ的热量的热量00/qQGHHGqQ 3600/sTGwN00/qQG/0qws 制冷剂循环量制冷剂循环量kg/h 冷凝器的热负荷冷凝器的热负荷kJ/hQ

30、H是设计冷凝器的基本依据。是设计冷凝器的基本依据。Kw 压缩机的轴功率压缩机的轴功率360036000000QqqQNTKw冷凍工程上冷凍容量（能力）的標準單位冷凍工程上冷凍容量（能力）的標準單位 54计算举例计算举例nP148P148151 151 例例6-76-76-9 6-9 大家下去大家下去自看自看553.3.制冷剂的选择制冷剂的选择 n选择原则：选择原则：P149P149五条五条大气压力下沸点低；大气压力下沸点低；汽化潜热大，减少制冷剂的循环量，缩小压缩机的汽化潜热大，减少制冷剂的循环量，缩小压缩机的尺寸尺寸；常温下的冷凝压力应尽可能的低，以降低对冷凝常温下的冷凝压力应尽可能的低，以

31、降低对冷凝器的耐压与密封的要求；器的耐压与密封的要求；具有较高的临界温度与较低的凝固温度，使大部分具有较高的临界温度与较低的凝固温度，使大部分的放热过程在两相区内进行；的放热过程在两相区内进行；具有化学稳定性、不易燃、不分解、无腐蚀性。具有化学稳定性、不易燃、不分解、无腐蚀性。564.4.载冷体的选用载冷体的选用 n工业上一般选用冷冻盐水工业上一般选用冷冻盐水CaCl2，MgCl2 57三三. . 多级压缩制冷和复迭式制冷多级压缩制冷和复迭式制冷 n在氨制冷剂中，一般蒸发温度低于在氨制冷剂中，一般蒸发温度低于-30-30时，时，采用两级压缩采用两级压缩n低于低于-45-45时，采用三级压缩时，

32、采用三级压缩1.1.两级压缩制冷循环两级压缩制冷循环 (1) (1) 工作原理及工作原理及T-ST-S图图 58低压蒸发器低压蒸发器高压蒸发器高压蒸发器冷凝器冷凝器低压汽缸低压汽缸高压汽缸高压汽缸中中间间冷冷却却器器节流阀节流阀I节流阀节流阀I I汽液分离器汽液分离器122345678水冷器水冷器5912345678STPm 耗功小，节能耗功小，节能 制冷率大制冷率大 可同时得到不同可同时得到不同温度的低温温度的低温 (2) (2)两级压缩两级蒸发的好处两级压缩两级蒸发的好处思考一下三级压缩三级思考一下三级压缩三级蒸发的原理图蒸发的原理图 ? ?602.2.复迭式制冷复迭式制冷n（1 1）目的

33、：为了得到更低的制冷温度）目的：为了得到更低的制冷温度n（2 2）特点：）特点：n 使用两种（或两种以上）制冷剂使用两种（或两种以上）制冷剂; ;n 各自构成独立的制冷循环各自构成独立的制冷循环; ;n 低温度级的蒸发器是更低温度级的冷低温度级的蒸发器是更低温度级的冷凝器凝器. .61(3)(3)工作原理及工作原理及T-ST-S图图 ST1234567862（4 4）对两种制冷剂的要求对两种制冷剂的要求n（如氨、乙烯组成的复迭式制冷）（如氨、乙烯组成的复迭式制冷）n低温循环的制冷剂（低温循环的制冷剂（NHNH3 3）蒸发温度）蒸发温度 更低温更低温度制冷剂（乙烯）的凝固温度度制冷剂（乙烯）的凝

34、固温度Ts;Ts;n 更低温循环的制冷剂（乙烯）冷凝温度更低温循环的制冷剂（乙烯）冷凝温度 低温制冷循环低温制冷循环蒸发的温度蒸发的温度. .63四四. .吸收式制冷吸收式制冷 n1.1.吸收式制冷的工作原理吸收式制冷的工作原理 泵泵吸吸收收器器换热器换热器解解吸吸器器蒸发器蒸发器节流阀节流阀QL载冷体载冷体水水低品低品位蒸位蒸汽汽TRQR冷凝器冷凝器QH水水64将吸收式制冷循环与蒸汽压缩制冷循环相将吸收式制冷循环与蒸汽压缩制冷循环相比较，其比较，其不同点不同点仅在于：仅在于：蒸汽压缩制冷循环：蒸汽压缩制冷循环：压缩机（消耗机械功）压缩机（消耗机械功）吸收式制冷循环：吸收式制冷循环：吸收塔，解

35、吸器，换热器，泵（消耗低品吸收塔，解吸器，换热器，泵（消耗低品位热量位热量） 652.2.评价吸收式制冷循环的经济指标评价吸收式制冷循环的经济指标 最大热力系数：最大热力系数： 低品位蒸汽供热量制冷量0QQQRLRHRLHLRLTTTTTTQQ用于评价吸收式制冷循环的经济指标是热力系数（能量用于评价吸收式制冷循环的经济指标是热力系数（能量利用系数）利用系数）666.4 6.4 深冷循环（气体液化循环）深冷循环（气体液化循环） n深度冷冻循环的目的就是获得低温度液体。深度冷冻循环的目的就是获得低温度液体。n当气体温度高于其临界温度时，无论加多大的压力当气体温度高于其临界温度时，无论加多大的压力都

36、不能使其液化。因此，气体的临界温度越低，所都不能使其液化。因此，气体的临界温度越低，所需要的液化温度越低。需要的液化温度越低。n如：氮气如：氮气 TcTc=126.2K(-146.95)=126.2K(-146.95)n 氢气氢气 TcTc=33.2K(-249.95)=33.2K(-249.95)n利用一次节流膨胀液化气体是最简单的气体液化循利用一次节流膨胀液化气体是最简单的气体液化循环。环。67 一一. Linde. Linde Cycle ( Cycle (林德循环林德循环) ) n18951895年德国工程师年德国工程师LindeLinde（林德）首先应用此法液化（林德）首先应用此法液

37、化空气，故称简单的林德循环。空气，故称简单的林德循环。 1.1.工作原理及工作原理及T TS S图图 此系统由此系统由压缩机压缩机冷却器冷却器换热器换热器节流阀节流阀气液分离器气液分离器组成组成68121(1-x)kg1kg 气体天然水3450换热器节流阀气液分离器Xkg产品69这是操作稳定时所表示的这是操作稳定时所表示的T-ST-S图。从这一图示来看，图。从这一图示来看，深冷深冷与普通冷冻循环主要区别与普通冷冻循环主要区别表表现在：现在：普冷普冷：两个封闭式循环两个封闭式循环。制制冷循环与被冷物系是两种物冷循环与被冷物系是两种物质，彼此独立封闭循环。质，彼此独立封闭循环。深冷深冷：制冷循环与

38、分离或液制冷循环与分离或液化物质是同一种物质，且是化物质是同一种物质，且是不封闭循环。不封闭循环。ST123450T4702.2. 热力学计算热力学计算n以处理以处理1kg1kg气体为基准气体为基准n（1 1） 气体液化量（液化率）气体液化量（液化率）x xn所谓液化率：所谓液化率：1kg1kg被处理的气体所能产生的液体被处理的气体所能产生的液体kgkg数。数。n取换热器、节流阀、气液分离器为研究体系取换热器、节流阀、气液分离器为研究体系 sWQH0sW0Q0H出入HH102Hx-1xHH）（由热力学第一定律：由热力学第一定律：因体系与环境无轴功交换，若无冷损失，因体系与环境无轴功交换，若无冷

39、损失，由体系的能量平衡，则有由体系的能量平衡，则有710121H-HH-Hx （6-266-26）理论液化量理论液化量(6-29) (6-29) 实际液化量实际液化量013221H-Hq-q-H-Hx 冷量损失。这是由于气体液化装置绝热不完全，环冷量损失。这是由于气体液化装置绝热不完全，环境介质热量传给低温设备而引起的冷量损失。境介质热量传给低温设备而引起的冷量损失。 TCx)1 (qp2pCT3q（换热器不完全交换换热器不完全交换）低压气体平均热容低压气体平均热容换热器热端温差换热器热端温差7221o1oH-H)H-x(Hq322132o1oq-q-H-Hq-q-)H-x(Hq (2) (2

40、) 制冷量制冷量q qo o在稳定操作下，液化在稳定操作下，液化xkgxkg气体所取走的热量。气体所取走的热量。理论制冷量：理论制冷量： 实际制冷量：实际制冷量： P P1 1、T T1 1被液化气体初态的压力、温度被液化气体初态的压力、温度 P P2 2被液化气体压缩后的压力被液化气体压缩后的压力121pplnRTWs T12T1pplnRTWs（3 3） 功耗功耗WsWs按理想气体的可逆等温压缩按理想气体的可逆等温压缩（6-286-28）理想理想实际耗功实际耗功 式中：式中：R R气体常数，单位取气体常数，单位取kJ/kgkJ/kgK K压缩机的等温压缩效率，一般按经验可取压缩机的等温压缩

41、效率，一般按经验可取0.590.597312T1xpplnxRTxWsWxo1so1s21soWH-HW)H-x(HWH-HWq (4) (4) 比功比功WxWx每液化每液化1kg1kg气体所消耗的功称为比功。气体所消耗的功称为比功。（5 5） 制冷系数制冷系数问题问题: :一次节流液化循环比较简单，但效率很低。目前只有小型气一次节流液化循环比较简单，但效率很低。目前只有小型气体分离、液化装置如小型空分装置还有采用。体分离、液化装置如小型空分装置还有采用。在简单的林德循环中，由于高压气体的相对量大和热容大，在简单的林德循环中，由于高压气体的相对量大和热容大，用未冷凝低压气体无法将其冷却到足够的

42、低温。用未冷凝低压气体无法将其冷却到足够的低温。 74二二. .克劳德循环克劳德循环n1.1.工作原理及工作原理及T TS S图图 121(1-x)kg1kg 气体天然水3459换热器III节流阀气液分离器Xkg产品换热器I换热器II膨胀机(1-M)kgM67875 克劳德循环的克劳德循环的优优点点主要表现在：主要表现在： （1 1）减少了高压气减少了高压气体的量，增加了作为体的量，增加了作为冷却介质的低压气体冷却介质的低压气体大量；大量； （2 2）提高了液化提高了液化率；率； （3 3）回收了部分回收了部分功功。p2p1STT1T3123446789T9762.2.热力学计算热力学计算（1

43、 1） 液化量液化量x x以图中虚线作为研究体系以图中虚线作为研究体系sWQH0sW0Q0H出入HH42M)H1 (HH入193x)H-(1xHM)H1 (H出由热力学第一定律：由热力学第一定律：体系与环境无轴功交换，无冷损失体系与环境无轴功交换，无冷损失由体系的能量平衡，则有由体系的能量平衡，则有77与林德循环相比较，制冷量多出与林德循环相比较，制冷量多出914321H-H)H-M)(H-(1)H-(Hx91324321H-Hq-q-)H-M)(H-(1)H-(Hx)H-M)(H1 ()H(Hq4321o324321oq-q-)H-M)(H1 ()H(Hq)H-M)(H1 (43若考虑不完全

44、热交换损失若考虑不完全热交换损失q q2 2和系统的冷损失和系统的冷损失q q3 3实际：实际：（2 2） 制冷量制冷量q qo o理论：理论：实际：实际：kgkg78式中：式中：s s等熵膨胀效率等熵膨胀效率 M M未进入膨胀机的气体分率未进入膨胀机的气体分率 m m膨胀机的机械效率膨胀机的机械效率 R R气体常数，单位取气体常数，单位取kJ/kgkJ/kgK K ) H-M)(H1 (-pplnRTWs43121m43s12T1m4312T1) H-M)(H1 (-pplnRT )H-M)(H1 (-PplnRTWsT (3) (3) 功耗功耗WsWs理想：理想：实际：实际：压缩机的等温压缩效率，一般按经验可取压缩机的等温压缩效率，一般按经验可取0.590.5979三三. .应用举例应用举例nP115-158 P115-158 例例6-106-106-116-11自看自看 80