工程热力学 第十一章 图文
工程热力学课件11 制冷循环

理想气体
p 2‘
T
2‘
绝热膨胀,温度降低
1 6 1 2 4 3 v 2 s
5
T
转回温度曲线
实际气体
TH
冷效应区
N
热效应区
TL p pN
p
经济性指标最高的逆向循环是同温限 间的逆向卡诺循环。通常制冷循环以环境 为高温热源(T1=T0),因此在以T0为高 温热源、Tc为低温热源间的逆向卡诺循环 的制冷系数:
膨 胀 阀
压缩机
w
4
q2
1
蒸发器
1-2: 2-3: 3-4: 4-1:
制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程 制冷剂在冷凝器中的定压放热过程 制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程 制冷剂在蒸发器中的定压定温气化过程
4 1 3 2
q2 wnet
单位质量制冷剂在冷凝器中放热量:
T
2
q1= h2-h3
单位质量制冷剂在蒸发器中吸热量:
1 h
过冷度愈大,制冷系数增加愈多。制冷剂液体离开冷凝 器的温度取决于冷却介质的温度,过冷度一般很小。多数制冷
装置专设一回热器,使从冷凝器出来的制冷剂液体通过回热器 进一步冷却,增大过冷度。回热器的冷却介质通常为离开蒸发 器的低温低压蒸气。
3 4 1
2
热泵供热原理
在所有制冷装置的工作过程中,热从冷藏室取 出并传给较高温度的环境。因此,实现制冷循环的 结果不仅使放出热量的物体被冷却,而且使吸收热 量的物体被加热。根据这个原理,可利用逆循环实 现将热从低温冷源向高源热源的输送。这种目的在 于输送热量给被加热对象(如室内供暖)的装置称为 热泵。向高温热源输送的热量qH,等于取自低温冷 源(如大气环境)的热量qL与实现逆循环从外界输入 功量wnet 之和,即qH=qL+wnet 。热泵就其实质来看, 和制冷装置完全一样,只是两者工作的温度范围不 同。制冷装置工作的上限温度为大气环境温度,其 目的系从冷藏室吸热,以保持冷藏室低温(下限温度) 恒冷;热泵工作的下限温度为大气环境温度,其目 的是向暖室放热,以保持暖室温度(上限温度)恒暖。
工程热力学课后作业答案(第十一章)第五版 .

11-1空气压缩致冷装置致冷系数为2.5,致冷量为84600kJ/h ,压缩机吸入空气的压力为0.1MPa ,温度为-10℃,空气进入膨胀机的温度为20℃,试求:压缩机出口压力;致冷剂的质量流量;压缩机的功率;循环的净功率。
解:压缩机出口压力1)12(1/)1(-=-k k p p ε 故:))1/(()11(12-+=k k p p ε=0.325 MPa 2134p p p p = T3=20+273=293K k k p p T T /)1()34(34-==209K 致冷量:)41(2T T c q p -==1.01×(263-209)=54.5kJ/kg 致冷剂的质量流量==2q Q m 0.43kg/s k k p p T T /)1()12(12-==368K 压缩功:w1=c p (T2-T1)=106 kJ/kg压缩功率:P1=mw1=45.6kW膨胀功:w2= c p (T3-T4)=84.8 kJ/kg膨胀功率:P2=mw2=36.5kW循环的净功率:P=P1-P2=9.1 KW11-2空气压缩致冷装置,吸入的空气p1=0.1MPa ,t1=27℃,绝热压缩到p2=0.4MPa ,经冷却后温度降为32℃,试计算:每千克空气的致冷量;致冷机消耗的净功;致冷系数。
解:已知T3=32+273=305Kk k p p T T /)1()12(12-==446K k k p p T T /)1()34(34-==205K 致冷量:)41(2T T c q p -==1.01×(300-205)=96kJ/kg致冷机消耗的净功: W=c p (T2-T1)-c p (T3-T4)=46.5kJ/kg 致冷系数:==wq 2ε 2.06 11-3蒸气压缩致冷循环,采用氟利昂R134a 作为工质,压缩机进口状态为干饱和蒸气,蒸发温度为-20℃,冷凝器出口为饱和液体,冷凝温度为40℃,致冷工质定熵压缩终了时焓值为430kJ/kg ,致冷剂质量流量为100kg/h 。
工程热力学与传热学11)蒸汽压缩制冷循环

(11-13)
qv
h1' h5 v1'
qv
?
(3)理论比功
w0 h2' h1' (4)单位冷凝热 qk qk h2' h4
(5)制冷系数
1'
w0
增加
(11-14)
增加
(h2' h2 ) (h2 h4 )
(11-14)
h h h h
(7)压缩机
在理论循环中,假设压缩过程为等熵过程。 而实际上,整个过程是一个压缩指数 在不断 变化的多方过程。另外,由于压缩机气缸中有 余隙容积的存在,气体经过吸、排气阀及通道 出有热量交换及流动阻力,这些因素都会使压 缩机的输气量减少,制冷量下降,消耗的功率 增大。
p
4
pk
3 0
2 2 s
5
p0
(11-11)
在蒸发温度和冷凝温度相同的条 件下:
制冷系数愈大 (6)压缩终温 经济性愈好
t2
影响到制冷剂的分解和润滑油结炭。
(7)热力完善度
单级压缩蒸气制冷机理论循环的热 力完善度按定义可表示为
0 h1 h4 1 h1 h4 Tk T0 c h2 h1 Tk 1 h2 h1 T0
q0
单位制冷量可按式(11-5)计算。单位制 冷量也可以表示成汽化潜热r0和节流后的干度 x5的关系:
q0 r0 (1 x5 )
(11-6)
由式(11-6)可知,制冷剂的汽化潜热越 大,或节流所形成的蒸气越少(x5越小)则单 位制冷量就越大。
(2)单位容积制冷量
qv
(11-7)
q0 h1 h4 qv v1 v1
工程热力学高教第三版课后习题第十一章答案

(2) p1 = 3MPa , t1 = 500 C , p2 = 6kPa ,由 h-s 图查得:
h1 = 3453kJ/kg 、 h2 = 2226kJ/kg 、 x2 = 0.859 t2 = 36 o C
取 h2′ ≈ cwt2' = 4.187kJ/(kg ⋅ K) × 36 C = 150.7kJ/kg
o
若不计水泵功,则
ηt =
h1 − h2 3453kJ/kg − 2226kJ/kg = = 37.16% h1 − h2′ 3453kJ/kg − 150.7kJ/kg
142
第十一章 蒸汽动力装置循环
d=
1 1 = = 8.15 × 10−7 kg/J 3 h1 − h2 (3453 − 2226) × 10 J/kg
热效率
ηt =
h1 − h2 − wp h1 − h2 − wp
=
(2996 − 2005 − 3)kJ/kg = 34.76% (2996 − 150.7 − 3)kJ/kg
若略去水泵功,则
ηt =
d=
h1 − h2 2996kJ/kg − 2005kJ/kg = = 34.83% h1 − h2′ 2996kJ/kg − 150.7kJ/kg 1 1 = = 1.009 × 10−6 kg/J 3 h1 − h2 (2996 − 2005) ×10 J/kg
143
第十一章 蒸汽动力装置循环
解: (1)由 p1 = 12.0MPa 、 t1 = 450 o C 及再热压力 pb = 2.4MPa ,由 h-s 图查得
h1 = 3212kJ/kg、s1 = 6.302kJ/(kg ⋅ K)、hb = 2819kJ/kg 、 ha = 3243kJ/kg 、 h2 = 2116kJ/kg 、 x 2 = 0.820 p2 = 0.004MPa 、 s1 = sc = sb = 6.302kJ/(kg ⋅ K) , sc ' = 0.4221kJ/(kg ⋅ K) 、 sc " = 8.4725kJ/(kg ⋅ K)
第11章辐射换热

随T的升高,Ebλ对应的波长λm向短波迁移。
11-2-2 维恩位移定律
光谱辐射力为 Ebλ,max时,λm和 T 之间的关系。
推导
可得: 并且:
当温度不变时:
dEb 0
d
m T 2 .8 9 1 3 7 0 2 .9 6 1 30 m K
E b ,m a1 x .1 0 1 5 6 T 0 5 W /m 3
玻璃
白漆和黑漆
物体的颜色对可见光 呈强烈选择性; 但对红外线的吸收率 均为0.9左右。
可见光,2.5m红外线, 很小,近乎透明体; 紫外线,3m红外线, 1 ,表现不透明性。
温室效应
11-3-3 基尔霍夫定律
1. 灰体
,
大多数工程材料 可作灰体处理。
温度近于太阳表面温度(5800K)时, 与Ebλ,max对应的λm位于可见光区段。
11-2-3 斯忒藩-波耳兹曼定律
1879年斯忒藩(实验),1884年波耳兹曼(理论)
确定了黑体的 Eb与 T的关系。
Eb 0T4
Eb
式中: 0 – 黑体辐射常数
0 5 .6 1 7 80 W /m (2K 4 ) 0
黑体表面温度为627℃时:
分析
E b 2 C 0 ( 1 T 2 ) 4 0 5 .6 0 ( 6 7 1 2 0 ) 4 7 3 0 .2 3 1 7 3 W 0 /m 2
T2 3, Eb2 81
T1
Eb1
说明 高温和低温两种情况下,
黑体的辐射能力有明显的差别。
波段内黑体辐射力:
举例 计算温度分别为2000K 和5800K的黑体 与Ebλ,max对应的λm。
解:由维恩位移公式:
蒸汽动力循环装置

热与流体研究中心
第十一章 蒸汽动力循环装置
“工程热力学”多媒体课件 工程热力学”
二、初参数对朗肯循环热效率的影响
1、初温t1 初温t
T1 ↑ T2不 ⇒ ηt ↑ 变
or 循环1t2t3561t 循环1 =循环123561+循环11t2t21 循环12心
第十一章 蒸汽动力循环装置
“工程热力学”多媒体课件 工程热力学”
蒸汽电厂示意图
热与流体研究中心
第十一章 蒸汽动力循环装置
“工程热力学”多媒体课件 工程热力学”
§11-1 简单蒸汽动力装置循环 11—郎肯循环(Rankine cycle)
一.简介 1、水蒸气的卡诺循环 6ab56
水蒸气卡诺循环有可能实现,但: 水蒸气卡诺循环有可能实现, 1)温限小; 温限小; 2)膨胀末端x太小; 膨胀末端x太小; 3)压缩两相物质的困难; 压缩两相物质的困难; 所以,实际并不实行卡诺循环。 所以,实际并不实行卡诺循环。
b)循环内部热效率 (忽略泵功) 忽略泵功)
ηi =
w act net, q1
=
w,Tact t q1
h −h2act ηT ( h −h2 ) 1 1 = = =ηTηt h −h2' h −h2' 1 1
ws—有效轴功 ηm—机械效率
热与流体研究中心
c)装置有效热效率ηe(考虑机械损失) 装置有效热效率η 考虑机械损失)
a)流程图
b)p-v,T-s 及 h-s 图
热与流体研究中心
第十一章 蒸汽动力循环装置
“工程热力学”多媒体课件 工程热力学”
w,T = h −h2 ? cp (T −T2 ) w, p = h4 −h3 = t t 1 1 w = w,T − w, p net t t
工程热力学第11章-v3共40页PPT资料

TC
qc
TCs34
TCRg
lnv1 v2
qC
wnet
TC T0 TC
c
返回
11
空气压缩制冷循环的特点
优点:工质无毒,无味,不怕泄漏。
缺点:气体(空气)cp很小,
1. 无法实现 T 吸、放热 , < C 2. q2=cp(T1-T4), (T1-T4)不能太大, q2 很小。
若(T1-T4)
3. 活塞式压缩流量m小,制冷量Q2=m q2小
温热源取热,向高温热源供热
制冷循环和制冷系数
Coefficient of Performance
COP q2
w 逆卡诺循环
深冷<1
普冷>1
T
Cqw2 q1q2q2
T2 T0T2
T0不变, T2 εC T2不变, T0 εC
TT 001环 1境
T2
q1 w
T0 qT22
s
热泵循环和供热系数
Coefficient of Performance
COP ' q1
w
逆卡诺循环TFra bibliotek1 1 T0 T1 T1
C ' qw1 q1q1q2
T1 T1T0
w T0
T1不变, T0 εC T0不变, T1 εC
T2 s
制冷能力和冷吨
生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小
制冷能力:制冷设备单位时间内从冷库取走的 热量(kJ/s)。
(1)同样制冷系数下, 增压比下降,这为采用大 流量的叶轮式压气机和膨 胀机提供可能;
(2)增压比减小,使压 缩过程和膨胀过程的不可 逆损失的影响减小。
14
例
《工程热力学》教学课件第10-11章

温度比较:
T2,s T2,n T2,T
工程热力学 Thermodynamics 第二节 余隙容积的影响
余隙比: Vc 0.03 ~ 0.08
Vh
p3
2
g
p 2
p2
f
6
4
1
0 Vc
V V1 V4
V
V4 V6
Vh V1 V3
Vh
3
2
p2
3
2
p2
6
4 4
0
Vc
t 1 qL qH 1 431 879 51% 或t 11 1 11 61.41 51.2%
工程热力学 Thermodynamics
柴油机循环
一、柴油机的实际循环与循环的p-V 图
工程热力学 Thermodynamics 二、定压加热理想循环——狄塞尔(Diesel)循环
(一)过程组成
第一节 单级活塞式压气机
一、结构图
二、工作过程
工程热力学 Thermodynamics 三、耗功计算
等熵过程: 多变过程: 等温过程:
能量方程:Wc Wt
1
wc,s
1
RgT1
p2 p1
1
n1
wc,n
n n1
RgT1
p2 p1
n
1
wc,T
RgT1 ln
p2 p1
功量比较:
解:(1) 空气物性参数:
Rg 0.287 kJ (kg K)
cp 1.004 kJ (kg K)
工程热力学 Thermodynamics
可逆压缩的气体出口温度
T2
1
T1
T1
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p
3
T
2
3
2
T0
4
1
4
1 T2
v
s
1 2 绝热压缩 s 3 4 绝热膨胀 s 2 3 等压冷却 p 4 1 等压吸热 p
制冷系数
T
2
3
COP q2 q2
w q1 q2
cp (T1 T4 )
4
cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 )
1
s
1
T2 T3 1 T1 T4
1 T2 1 T1
沸点:Ts ( p 1atm)
水 100°C R22 - 40.8°C R134a - 26.1°C
蒸气压缩制冷空调装置
1-2:绝热压缩过程
4
2-4:定压放热过程 4-5:绝热节流过程 5-1:定压吸热过程
5
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
蒸气压缩制冷循环
比较逆卡诺循环3467 T
4
逆卡诺 73 湿蒸气压缩
“液击”现
象
65
实际 12 既安全,又 增加了单位质量 工质的制冷量71
s 适用于小压比大流量的叶 轮式压气机空气制冷系统
空气压缩制冷的根本缺陷
1. 无法实现 T , 低,经济性差
2. q2=cp(T1-T4)小, 制冷能力q2 很小。
蒸气在两相区易实现 T 汽化潜热大,制冷能力可能大
§ 11-2 蒸气压缩制冷循环
水能用否? 0°C以下凝固不能流动。 一般用低沸点工质,如氟利昂、氨
1 T0环T境0 1
T2 q1
w T0 qT2 2
s
热泵循环和供热系数
Coefficient of Performance
COP ' q1
w
T
卡诺逆循环
' C
q1 w
q1 q1 q2
T1 T1 T0
T1不变, T0 εC T0不变, T1 εC
1 1 T0 T1 T1 w T0
T2 s
制冷能力和冷吨
1 5
s
' q1 h2 h4
w h2 h1
§ 11-4 制冷剂refrigerant
蒸气压缩制冷,要尽可能利用工质两相 区,因此与工质性质密切相关。 对热物性要求: 1. 沸点低,tb<10ºC boiling point
2. 压力适中,蒸发器中稍大于大气压,冷凝器中 不太高;
3. 汽化潜热大,大冷冻能力;
第十一章 制冷循环
Refrigeration Cycles
能源与动力学院 李井华
动力循环与制冷(热泵)循环
• 动力Power循环 —正循环
输入热,通过循环输出功
• 制冷Refrigeration循环 —逆循环
输入功量(或其他代价),从低温取热
• 热泵Heat Pump循环 —逆循环
输入功量(或其他代价),向高温供热
2 3
1 7
s
节流阀代替膨胀机分析
缺点:
T
1. 损失功量 h4 h6 84越陡越好
2. 少从冷库取走热量
4
2 3
h5 h6 h4 h6 面积8468
8 65
1
h4 h8 (h6 h8 )
ab
s
面积a84ba 面积a86ba 优点: 1. 省掉膨胀机,设备简化;
利>弊
2. 膨胀阀开度,易调节蒸发温度;
4. T-S图上下界线陡峭:上界陡峭,冷凝更接近 定温,下界线陡,节流损失小; 5. 凝固点低,价廉,无毒,不腐蚀,不爆,性质稳定、 油溶性、材料相容性、环境性能、安全性能好。
蒸气压缩制冷循环的计算
蒸发器中吸热量
T
q2 h1 h5 h1 h4
4
冷凝器中放热量
2 3
q1 h2 h4
1
制冷系数
5
q2
h1 h4
h1 h4 q2 s
q1 q2 (h2 h4 ) (h1 h4 ) h2 h1 w
两个等压,热与功均与焓有关
lnp-h图
lgp-h图及计算
制冷空调原理与装置
Condenser
Expansion valve
Compressor
Evaporator
制冷循环和制冷系数
Coefficient of Performance
COP q2
w
T
卡诺逆循环
C
q2 w
q2 q1 q2
T2 T0 T2
T0不变, T2 εC T2不变, T0 εC
lgp
4
q1 3
T
2
4
2 3
1 5
q2 w
h
q2 h1 h5 h1 h4 q1 h2 h4
1 5
s
q2 h1 h4
w h2 h1
lgp
4’ 4
5’ 5
q2 h1 h5' q1 h2 h4'
过冷措施
T
32
工程上常用
2
4
3
4’ 1
1 5’ 5
h
w h2 h1
不变
s
q2 h1 h4'
Cooling Capacity and Ton of Refrigeration
生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小
制冷能力:制冷设备单位时间内从冷库取 走的热量(kJ/s)。
1冷吨:1吨0°C饱和水在24小时内被冷冻 到0°C的冰所需冷量。
水的凝结(熔化)热 r =334 kJ/kg 1冷吨=3.86 kJ/s 1美国冷吨=3.517 kJ/s
5
2R
T
3R
4
回热式空气压缩制冷装置
1R 1
3
T0 T2 3R
4
2
2R
5
1R
1
s
空气回热制冷与非回热的比较
吸热量(收益): T
q2=cp(T1-T4) 不变
放热量: 相同
3
q1=cp(T2-T3) 非回热 T0 =cp(T2R-T5) 回热 T2 3R
回热= 非回热
4
2
2R
5
1R
1
p2R p2 p1R p1
w h2 h1
§ 11-3 热泵Heat pump
q1 q2 w ww
T0
T1
q1
制冷
w
热泵
q1 w
q2
q2
T2
T0
制冷 系数
q2 w
制热 系数
' q1 1
w
蒸气压缩式热泵装置
房间
供暖 化工
温度提升 节能
T0
热泵lgp-h图及计算
lgp
4
q1 3
T
2
4
2 3
1 5
q2 w
h
q2 h1 h5 h1 h4 q1 h2 h4
1
k 1
p2 p1
k
1
k 1
k
空气压缩制冷循环特点
优点:工质无毒,无味,不怕泄漏。
缺点:
1. 无法实现 T , < C
2. q2=cp(T1-T4),空气cp很小, (T1-T4)不 能太大, q2 很小。
若(T1-T4)
3. 活塞式流量m小,制冷量Q2=m q2小,
空气回热制冷循环
制冷循环种类
制冷循环
√ 空气压缩制冷
压缩制冷 Gas compression
√ 蒸气压缩制冷
Vapor-compression
√ 吸收式制冷 Absorption
吸附式制冷
蒸汽喷射制冷
半导体制冷
热声制冷,磁制冷
§11-1 空气压缩制冷循环
冷却水
3
2
冷却器
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
逆勃雷登循环 Reversed Brayton Cycle