蒸汽动力循环和制冷循环学习教案

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1、会计学1第一页，共97页。2022-7-18第1页/共97页第二页，共97页。2022-7-1833004002223NHHNatmC ，合成氨合成氨如何将1atm 300atm?需要(xyo)压缩机，消耗动力。中国60年代，15001800度电/吨NH3。中国70年代，仅1030度电/吨NH3。这是由于(yuy)透平机直接带动压缩机的缘故。蒸汽动力循环的作用：电高温热源废热锅炉，产生高压蒸汽压缩机(氢循环压缩机)透平机第2页/共97页第三页，共97页。2022-7-18l流体(lit)通过压缩机、膨胀机sWQuZgH 227.1 蒸汽(zhn q)动力循环 u20，g Z0，若绝热过程Q=0

2、lWs=H=H2-H1l高压高温蒸汽带动透平产生轴功。l（流体通过机械设备的旋转轴与环境所交换的能量，称为轴功Ws。）第3页/共97页第四页，共97页。2022-7-18锅炉透平机水泵冷凝器过热器23417.1 蒸汽动力(dngl)循环3 4水在水泵中被压缩升压。4 1 进入锅炉被加热汽化，直至成为(chngwi)过热蒸汽后。1 2 进入透平机膨胀作功。2 3 作功后的低压湿蒸汽进入冷凝器被冷凝成水，再回到水泵中，完成一个循环。蒸汽动力(dngl)循环原理蒸汽动力循环主要由水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。第4页/共97页第五页，共97页。2022-7-18锅炉(gul)水泵(shubng)冷凝

3、器透平机2413原理(yunl)水压缩水加热至过热蒸汽蒸汽作功蒸汽冷凝成水理想Rankine循环123TS4等S膨胀等S压缩等压吸热相变3 4 饱和水可逆绝热压缩过程。（等S）4 1 高压水等压升温和汽化，等压吸热过程1 2 过热蒸汽可逆绝热膨胀过程。（等S）2 3 湿蒸汽等压等温可逆冷却为饱和水（相变）。朗肯)循环第5页/共97页第六页，共97页。2022-7-18TS锅炉(gul)加热4123透平机后的乏气,汽+液汽+液泵冷凝器透平机缺点(qudin)之二:对于泵易产生气缚现象缺点之一:透平机要求干度X0.9但2点的X0 经节流膨胀后，气体温度降低。（冷效应）T-JJ-T()HTpT-J0

4、 的气体,如N2。3)H2和 He等气体在常温下J-T0转化(zhunhu)曲线J-T=0第50页/共97页第五十一页，共97页。2022-7-18T1T2TH等焓线12节流(ji li)膨胀节流膨胀的温度降TH是衡量(hng ling)制冷效果的重要指标。如何计算节流(ji li)膨胀温度降TH？TH=T2-T1第51页/共97页第五十二页，共97页。2022-7-18122TTTH 、dPPPJ21dPVTVTCPPPp 211T1，P1节流(ji li)膨胀前的温度、压力T2，P2节流(ji li)膨胀后的温度、压力2127329.03）（、对于空气估算、对于空气估算TPTH ，HTT1

5、；HTP 1T需要预冷使需要预冷使第52页/共97页第五十三页，共97页。2022-7-18SSPT PpTVCT PTTSPS NoImage0 PTV绝大多数绝大多数0 永远永远S 膨膨胀胀，永永远远能能制制冷冷。即即等等S对外作功的绝热膨胀：若过程为可逆，则为等S膨胀。等S膨胀与节流膨胀有异同(ytng)点。异：等S膨胀通过膨胀机对外作功，而节流膨胀不作功同：均为绝热膨胀。节流(ji li)膨胀等S膨胀(png zhng)微分等熵膨胀效应系数S第53页/共97页第五十四页，共97页。2022-7-18P1P2TSdPTPPSS 21 dPTVCTPPPp 212ST1T2T2THTS21

6、H等焓线HSTT 第54页/共97页第五十五页，共97页。2022-7-18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(dwn)即制冷的方法第55页/共97页第五十六

7、页，共97页。2022-7-18消耗(xioho)外功消耗热能第56页/共97页第五十七页，共97页。2022-7-18蒸汽压缩制冷(zhlng)循环是由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器组成。制冷(zhlng)循环的工质采用低沸点物质作为制冷(zhlng)剂。如：氟里昂R22（CHClF2）的Tb=-40.80，N2 的Tb=-195.75 利用制冷(zhlng)剂在冷凝器中的液化和在蒸发器中的汽化，实现在高温下排热，低温下吸热过程。q0q2冰箱(bngxing)冷冻室提供q0通过冰箱散热片向大气排出q2压缩机蒸发器1542冷却器节流阀第57页/共97页第五十八页，共97页。2022-7-181

8、-2：绝热可逆压缩,从T1升温至T2，等熵过程，消耗(xioho)外功WS2-3：等温可逆放热(q2）；3-4：绝热可逆膨胀，从T2降温至T1，等熵过程，对外作功4-1：等温可逆吸热(q0）ST3214T1T21、逆向卡诺循环压缩机蒸发器节流阀冷凝器q0q2第58页/共97页第五十九页，共97页。2022-7-18锅炉透平机水泵冷凝器过热器23417.1蒸汽动力(dngl)循环蒸汽动力循环(xnhun)原理TS4123第59页/共97页第六十页，共97页。2022-7-181、逆向(n xin)卡诺循环ST3214 T1T2第60页/共97页第六十一页，共97页。2022-7-18蒸汽压缩制冷

9、循环(xnhun)对逆卡诺循环(xnhun)的改进：1）把绝热可逆压缩过程12安排在过热蒸汽区，使湿蒸汽变为干气。即“干法操作”。2）把原等熵膨胀过程改为45的等焓节流膨胀过程，节流阀的设备简单、操作易行。T1=T5=蒸发温度T3=T4=冷凝温度节流膨胀（等H）等S膨胀第61页/共97页第六十二页，共97页。2022-7-18KgKJHHWs/312，位位制制冷冷剂剂）压压缩缩机机消消耗耗的的功功（单单 124105HHHHWqs ）制制冷冷系系数数2TS4135q0q2hKJQhKgqQm/,/,2000制制冷冷装装置置制制冷冷能能力力）制制冷冷剂剂循循环环量量 KgKJHHq/6422，）

10、冷冷凝凝器器放放热热量量 kWmWshKJQhKJmWPsT,3600/,/,40 ）压缩机消耗的功率）压缩机消耗的功率)/(41510KgKJHHHHq 1）单位制冷量q0(在蒸发器中吸收(xshu)的热量)第62页/共97页第六十三页，共97页。2022-7-18q2Ws 232)(1SSTqTHH 下放热量下放热量高温高温）循环在）循环在解：解：410)(2SSTqTLL 下吸热量下吸热量低温低温）循环在）循环在 14SSTH TS3214循环(xnhun)的H=0，故）（放放吸吸qqqWs q0 41SSTTLH 例6 试求工作(gngzu)于两个恒温热库高温TH和低温TL间的理想制冷

11、循环即逆向卡诺(Carnot)循环的放热量q2，制冷量q0以及制冷系数C。THTL第63页/共97页第六十四页，共97页。2022-7-18结论：逆向卡诺循环的制冷系数C仅是温度(蒸发温度TL和冷凝温度TH的函数，与工质性质无关。在相同温度区间TL,TH 工作的任何制冷循环，以逆向卡诺循环的制冷系数C为最大。它可作为一切(yqi)实际循环的比较标准。sCWq03 ）制冷系数）制冷系数LHLTTT 4141SSTTSSTLHL 第64页/共97页第六十五页，共97页。2022-7-18解：关键是要确定(qudng)1,2,3,4,5点的状态单级蒸汽压缩制冷(zhlng)循环图温熵图压焓图第65页

12、/共97页第六十六页，共97页。2022-7-182点：T3=30其相应饱和(boh)蒸汽压力P3=1.17MPa；P2=P3 S2=S1=9.021kJ/kgK=2.158 kcal/kgK；*用S2和P2查H2=1880 kJ/kg=450kcal/kg；4点：T4=30与饱和(boh)液体相交，据此查得H4=134 kcal/kg=560.53kJ/kg；5点：T5=T1=-15，由于4-5是等焓过程，lH5=H4=560.53kJ/kg；T1T2第66页/共97页第六十七页，共97页。2022-7-18hkgHHQ62.9053.5601664105410 kWHHmWmPsT44.5

13、36001664188062.903600360012 hKJHHmQ44221009.1266.56017.189188.90 1.制冷剂的循环(xnhun)量m3.压缩机功耗(n ho)PT2.压缩机每小时处理(chl)的制冷剂蒸汽量V:hmmvV/04.4662.90506.031 4.冷凝器热负荷Q200qQm 第67页/共97页第六十八页，共97页。2022-7-186.制冷(zhlng)系数5.节流阀后制冷剂中蒸汽(zhn q)的含量即求5点的干度XglXHXHH ）（15kgkJHkgkJHCgL/1664/89.34915 的的查得：查得：kgkJH/66.5605 已知已知1

14、6.0 X求得：求得：7.逆卡诺循环的制冷(zhlng)系数C7.5153015.27315 ）（LHLCTTT 10.51664188053.560166412410 HHHHWqs 第68页/共97页第六十九页，共97页。2022-7-182TS2541435cd第69页/共97页第七十页，共97页。2022-7-182TS254实际(shj)蒸汽压缩制冷循环142点的性质用等熵效率(xio l)计算不不可可,SSSWW ）（）（1212 HHHH 35冷凝(lngnng)温度蒸发温度过冷温度过冷度：T4=T3：T4=T4-T4:T5=T5=T1解题关键：确定2,4 点的状态4点过冷液体的

15、性质用4点温度对应的饱和液体代替。5、几个定义30255-15冰箱四星级T1=-24三星级T1=-18国际标准冷冻条件第70页/共97页第七十一页，共97页。2022-7-182TS2541435实际(shj)蒸汽压缩制冷循环计算q0q2KgKJHHWs/,312 位位制制冷冷剂剂）压压缩缩机机消消耗耗的的功功（单单124105HHHHWqs ）制制冷冷系系数数hKJQhKgqQm/,/,2000制制冷冷装装置置制制冷冷能能力力）制制冷冷剂剂循循环环量量 KgKJHHq/,6422 ）冷冷凝凝器器放放热热量量kWmWhKJQhKJmWPssT,3600/,/,40 ）压缩机消耗的功率）压缩机消

16、耗的功率)/(41510KgKJHHHHq 1）单位制冷量q0(在蒸发器中吸收(xshu)的热量)p.150例6-9第71页/共97页第七十二页，共97页。2022-7-18第72页/共97页第七十三页，共97页。2022-7-18=1.003 MPa4 点点 T3=25，P4=1.003 MPa查氨饱和蒸汽表查氨饱和蒸汽表H4=536.45 kJ/kg 5点点 H5=H4=536.45 kJ/kg第73页/共97页第七十四页，共97页。2022-7-18 4点点 T4=20，H4=512.46 kJ/kg/kg 5点点 H5=H4=512.46 kJ/kg 第74页/共97页第七十五页，共9

17、7页。2022-7-181241HHHH 2、冷凝温度(wnd)：取决于冷却介质的温度(wnd)。问题2：冰箱制冷系数冬天大还是夏天大？为什么？1、蒸发温度：取决于被冷物系的温度。蒸发温度越低，耗能越高。应根据需要选择蒸发温度。问题1：冰箱能否当空调用？第75页/共97页第七十六页，共97页。2022-7-18第76页/共97页第七十七页，共97页。2022-7-18第77页/共97页第七十八页，共97页。2022-7-18替代品品名替代品品名沸点沸点(0C ）被替代品被替代品HFC-134a-26.5CFC-12R500-33.5CFC-12R32-53.15R22R141b32.05R11

18、、R113R142b-9.2用作高温下致冷用作高温下致冷R12327.85R11、R113R124-10.95R502、R22R125-48.45R502、R22R23-80.05CFC-13R407c-43.7R22氯氟烷烃（CFC）的替代品第78页/共97页第七十九页，共97页。2022-7-18吸收制冷循环是另一种(y zhn)制冷方式。它与蒸汽制冷循环主要区别在于：气体的压缩方式不同。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”由制冷剂和吸收剂组成。沸点高的物质作为吸收剂，而沸点较低容易挥发的物质作为制冷剂。在氨水溶液中，氨是制冷剂，水是吸收剂。在水-溴化锂溶液中

19、水是制冷剂，溴化锂是吸收剂第79页/共97页第八十页，共97页。2022-7-18“化学泵”由吸收(xshu)器、蒸汽解吸器、溶液泵、换热器及调节阀组成。工作原理：制冷剂在低温下被吸收(xshu)剂吸收(xshu)，在高温下被解吸成高压蒸汽。氨水溶液氨是制冷剂，水是吸收(xshu)剂。“化学(huxu)泵”低压浓NH3高压浓NH3Q1QHQ2QLW冷凝器吸收器蒸发器调节阀换热器溶液泵节流筏蒸汽发生器浓溶液稀溶液吸收器蒸汽解吸器第80页/共97页第八十一页，共97页。2022-7-185.03.00 qq 热力系数热力系数此热源(ryun)仅需低品质的余热。若厂里有低压余热可利用，采用吸收制冷最

20、经济。主要耗能处为蒸汽(zhn q)解吸器。吸收制冷循环优点：节能！水-溴化锂溶液的吸收制冷大量用于中央空调，可考虑太阳能作为热源。（江阴双良，7.5亿产值）q0冷冻量q低品位蒸汽供热量Q1QHQ2QLW冷凝器吸收器蒸发器调节阀换热器溶液泵节流筏蒸汽发生器浓溶液稀溶液第81页/共97页第八十二页，共97页。2022-7-18将吸收式制冷循环与蒸汽压缩制冷循环相比较，其不同点仅在于(ziy)：蒸汽压缩制冷循环：压缩机（消耗机械功）吸收式制冷循环：吸收塔，解吸器，换热器，泵（消耗低品位热量）第82页/共97页第八十三页，共97页。2022-7-18第83页/共97页第八十四页，共97页。2022-

21、7-18热泵(r bn)的供热系数HPQ1热泵(r bn)传给高温物体的热量，包括消耗机械功变成的热量。WS消耗的机械功1101 SSSHPWWQWQHP=5，表示消耗1J的机械功，可以获得5J的热量。显然，利用热泵比直接烧电炉获得的热量更多！烧电炉，消耗1J的机械功，仅获得1J的热量第84页/共97页第八十五页，共97页。2022-7-18325.715.25315.29315.293 LHHHPCTTT KWQWHPCS79.3325.736001051 解：可逆热泵(r bn)循环的供热系数为HPC第85页/共97页第八十六页，共97页。2022-7-1893.2325.74.04.0

22、HPCHP KWQWHPCS8.27136001051 电电电热器供暖(n nun)结论(jiln)：电热器供暖方便，但能耗大！KWQWHPS48.993.236001051 实际实际空调(kn dio)的供热系数为HP供暖方式供暖方式电热器电热器空调空调耗电量，耗电量，KW27.89.48功变热的效率功变热的效率11(34)第86页/共97页第八十七页，共97页。2022-7-18夏天(xitin)冷凝器（在室外）)(膨胀阀蒸发器（在室内）a）压缩机转换阀第87页/共97页第八十八页，共97页。2022-7-18冬天(dngtin)第88页/共97页第八十九页，共97页。2022-7-18C

23、ompact heat pump第89页/共97页第九十页，共97页。2022-7-18蒸汽动力(dngl)循环冷冻(lngdng)循环热转变(zhunbin)成功消耗功将热从低温传给高温1、制冷2、加热制冷机热泵锅炉透平机水泵冷凝器过热器2341第六章总结压缩机蒸发器1542冷却器节流阀第90页/共97页第九十一页，共97页。2022-7-18蒸汽动力(dngl)循环1TS23421.朗肯循环(xnhun)等S膨胀(png zhng)3.再热循环2.回热循环4.03.01 QWWPS 热效率热效率冷冻循环2TS25414352.吸收制冷循环2.等S膨胀1.等H膨胀原理：1.蒸汽压缩制冷循环5

24、40 sWq 制冷系数制冷系数第91页/共97页第九十二页，共97页。2022-7-184.03.0641211 ）（）热效率）热效率HHHHQWWPS）（）气耗率：）气耗率：11./36007 hKwKgWSSCsQ2（放热）Q1吸热(x r)）在锅炉中吸热量）在锅炉中吸热量4111HHQ 123HHWS ）在透平机中对外做功）在透平机中对外做功）在冷凝器中放热量）在冷凝器中放热量2322HHQ 344HHWP ）在水泵中消耗功）在水泵中消耗功21 21,5HHHHWWSSS 可可不不）等熵效率）等熵效率 实际(shj)Rankine循环计算1TS2324第92页/共97页第九十三页，共97

25、页。2022-7-180 节流膨胀后，气体温度降低.(冷效应(xioyng)0 的气体,如N2。dPTTTPPJH 21123、节流膨胀、节流膨胀PSHPPSSCHTdPT 214、等熵膨胀、等熵膨胀第93页/共97页第九十四页，共97页。2022-7-182TS25414）（）（）压缩机的等熵效率）压缩机的等熵效率不不可可1212,5HHHHWWSSS 351）冷凝(lngnng)温度：T4=T32）过冷温度(wnd)：T43）过冷度=T4-T44）蒸发(zhngf)温度:T5=T5=T1几个易混淆的概念：实际蒸汽压缩制冷循环计算)/(41510KgKJHHHHq 6）单位制冷量q0(在蒸发

26、器中吸收的热量)q0q2第94页/共97页第九十五页，共97页。2022-7-18KgKJHHWs/812，位位制制冷冷剂剂）压压缩缩机机消消耗耗的的功功（单单 1241010HHHHWqs ）制制冷冷系系数数2TS2541435实际(shj)蒸汽压缩制冷循环计算q0q2hKJQhKgqQm/,/,7000制制冷冷装装置置制制冷冷能能力力）制制冷冷剂剂循循环环量量 KgKJHHq/11422，）冷冷凝凝器器放放热热量量 kWmWshKJQhKJmWPsT,3600/,/,90 ）压缩机消耗的功率）压缩机消耗的功率第95页/共97页第九十六页，共97页。2022-7-18烧电炉，消耗1J的机械功，仅获得1J的热量利用热泵(r bn)比直接烧电炉获得的热量更多！合理利用能源(nngyun)，是对社会最大的贡献！第96页/共97页第九十七页，共97页。