第三章低温原理与技术
制冷和低温技术原理
第二节 制冷与低温技术的应用
四、在科学研究及医疗卫生方面的应用
第三节 制冷与低温技术的发展史
1875年卡利和林德用氨作制冷剂，从此蒸气压缩式制 冷机开始占有统治地位。在此期间，空气绝热膨胀会显著 降低空气温度的现象开始用于制冷。1844年，医生高里用 封闭循环的空气制冷机为患者建立了一座空调站，空气制 冷机使他一举成名。威廉·西门斯在空气制冷机中引入了回 热器，提高了制冷机的性能。1859年，卡列发明了氨水吸 收式制冷系统，申请了原理专利。1910年左右，马利斯·莱 兰克发明了蒸气喷射式制冷系统。
在基础研究方面：计算机仿真制冷循环始于1960年。 如今，普冷和低温领域中的各种循环，如：焦－汤节流制 冷循环(J－T循环)、斯特林制冷循环、维勒米尔循环(VM 循环)、吉福特－麦克马洪循环(G－M循环)、索尔文循环
第三节 制冷与低温技术的发展史
(SV循环)、逆向布雷顿循环、脉管式循环、吸收式制冷循 环、热电制冷循环；利用声制冷、光制冷、化学方法制冷 的各种循环；以及各种新型的混合型循环，如：热声斯特 林发动机驱动小型脉管制冷机的循环均广泛应用计算机仿 真技术于循环研究。研究制冷系统的热物理过程、系统及 部件的稳态和瞬态特性以及单一工质和混合工质的性质等 等，也离不开微电子和计算机技术的应用。
许多生产场所需要生产用空调系统，例如高温生产车 间、纺织厂、造纸厂、印刷厂、胶片厂、精密仪器车间、 精密加工车间、精密计量室、计算机房等的空调系统，为 各生产环境提供恒温恒湿条件，以保证产品质量或机床、 仪表的精度。
4、第三章 水产品低温加工贮藏技术 (1)
冷却食品和冻结食品合称冷冻食品， 冷却食品和冻结食品合称冷冻食品，可按原料 及消费形式分为果蔬类、水产类、肉禽蛋类、 及消费形式分为果蔬类、水产类、肉禽蛋类、调理 方便食品类这四大类 2、冷冻食品的特点 、 易保藏，广泛用于肉、 水产、 易保藏，广泛用于肉、禽、水产、乳、蛋、蔬菜和 水果等易腐食品的生产、运输和贮藏；营养、方便、 水果等易腐食品的生产、运输和贮藏；营养、方便、 卫生、经济； 卫生、经济；
二、低温对酶活性的影响 低温可抑制酶的活性，但不能使其钝化。 低温可抑制酶的活性，但不能使其钝化。 三、低温对反应速度的影响 低温或冷冻的作用就是抑制食品中物质 的变质反应速度。 的变质反应速度。
低温保藏食品的历史 公元前一千多年，我国就有利用天然冰雪来贮藏食 品的记载。 冻结食品的产生起源于19世纪上半叶冷冻机的发明。 1877年，Charles Tellier（法）将氨-水吸收式冷冻机 用于冷冻阿根廷的牛肉和新西兰的羊肉并运输到法 国，这是食品冷冻的首次商业应用，也是冷冻食品 的首度问世。
第二节 冷藏保鲜技术
1、冰藏保鲜 、 以冰为介质，将鱼贝类的温度降低到接近冰融点， 以冰为介质，将鱼贝类的温度降低到接近冰融点，并在 该温度下保藏。 该温度下保藏。 2、 2、冷海水保鲜 -1~0摄氏度冷却海水。 摄氏度冷却海水。 摄氏度冷却海水 3、冰温保鲜 、 0摄氏度以下至冻结点之间的温度保存。 摄氏度以下至冻结点之间的温度保存。 摄氏度以下至冻结点之间的温度保存 4、微冻保鲜 、 微冻，超冷却或轻度冷冻。 摄氏度左右 摄氏度左右。 微冻，超冷却或轻度冷冻。-3摄氏度左右。
（3）技术管理 ） 思考：如何避免以上品质和色泽的变化， 思考：如何避免以上品质和色泽的变化， 最大程度提高水产品贮藏质量？ 最大程度提高水产品贮藏质量？
人类制造低温的原理
人类制造低温的原理低温制造是指在自然环境下不可能出现的低温条件下，利用人类创造的技术手段，人工制造出低温环境，以满足各种需要，包括科学研究、医学处理、工业加工等。
低温制造技术可以制造出极低温度的环境，例如：液氦、液氮、液氧等低温液体，还可以制造出超低温度环境，例如：高温超导体所需要的液氦温度，以及可能的其他超低温度条件（例如亚开尔温度）。
人类制造低温的原理取决于不同的制造方式。
最常见的制造低温的方式是利用液化技术。
气体在压缩时会释放热量，而在减压时则会吸收热量。
因此，通过将空气压缩并冷却后，可使其变成液态，由于这些气体在液态下不会产生热，所以液化气体是制造极低温度的有效手段。
通常情况下，液态氮和液态氧是常见的低温液体，它们分别在多达77K（-196C）和90K（-183C）的温度下沸腾。
此外，由于氦的沸点只有4.2K（-269C），所以液态氦是制造极低温度的优质材料。
另一种制造极低温度的工艺被称为制冷剂技术。
制冷剂技术使用某些化合物，例如氟利昂和氨等，作为制冷剂，以便将温度降低到非常低的水平。
在制冷剂技术中，制冷剂的变态可以被利用来降低温度。
制冷剂的变态可以被分为三个步骤：压缩、冷却和扩散。
在第一步中，制冷剂被压缩，而在第二步中，被压缩的制冷剂被冷却因而改变状态，从而吸收热量。
在第三个步骤中，制冷剂被扩散并进一步降温，从而释放热量并将可控制的低温环境传输至另一个区域或隔间。
除此之外，还有其他制造低温的方法，例如：通过热辐射制冷（康拉德制冷法）。
这种方法可以通过封闭一个盒子，将盒子本身作为一个热源，然后在盒子内放置一些隔离材料，例如反射镜和绝缘材料。
最后，需要在盒子内放置大量的黑色薄膜。
黑色薄膜可以通过吸收外部自然环境的热量而使盒子内温度持续降低至最终温度，通常可以达到20K（-253C）以下。
总之，人类制造低温的原理通常是通过将热量从特定的区域中去除，以使该区域的温度降低至所需的水平。
液化技术、制冷剂技术以及热辐射制冷等方法都有助于创造可控制的极低温度环境，以满足各种不同的需求，从而使低温制造成为现代工业和科学研究的重要组成部分之一。
03-液化天然气技术(LNG)-第三章 制冷原理和方法
温度为T0、压力为p0的原料气， 经冷凝换热器换热后，温度降为T2、 压力降为p2，部分冷凝分离出来的 凝液在分离器中分离出来，并节流 减压后排出，未冷凝的气体经膨胀 机绝热膨胀到压力p3、温度T3。低 温低压干气流经冷凝换热器吸收热 量，将自身升温到T4后输出。
13
第三节 蒸气压缩制冷
2020/8/5
7
二、节流循环
气体节流降温组成的制冷循环，称为节流循环。下图为 一种简单的一次节流循环的T-S图（温熵图）。
所吸收的热量（即制冷量）为：
一次节流循环的T-S图
qoh =cP T1 T4 HT
天然气往往具有一定压力，在液化过程中，只 要善于利用气体的压力，就可以组成各种节流制 冷循环，为工艺装置补充冷量。
1.微分节流效应:
定义：
αH
T P
（3-2）
αH—微分节流效应系数（或焦—汤系数），经变换，可改写为：
H
1 Cp
T
V T
P
V
（3-3）
式中：Cp—气体的定压比热。
对于理想气体，由于PV=RT，则
V R V T p P T
由公式（3-3）得αH =0，即
理想气体节流温度不变。
液化天然气技术
第三章 制冷原理和方法
2020/8/5
1
制取冷量的方法: 气体膨胀制冷和相变制冷两大类。
（1）气体膨胀制冷:
高压力气体 节流阀或膨胀机绝热膨胀
气体降压
（2）相变制冷:
获得冷量
降温
利用某些物质（即制冷剂）在相变时的吸热效应来产生冷量。 蒸汽压缩式、蒸汽喷射式和吸收式。
天然气液化常采用----节流膨胀制冷、膨胀机绝热膨胀制
制冷与低温技术原理—第3章 蒸气压缩式制冷-制冷剂解读
第 3 章 蒸气压缩式制冷 ---制冷剂
3.3 蒸气压缩式制冷中的制冷剂
3.3.1 制冷剂概述
1. 制冷剂的发展和种类
制冷剂 乙醚 二甲基乙醚 CO2（干冰） NH3 SO2 标准沸点-10℃ 毒性大 沸点温度 标准蒸发温度34.5℃， 蒸发压力低于大气压力。 沸点-23.6℃， 蒸发压力比乙醚高的多。 特点 易燃，易爆 应用 淘汰 淘汰
氟里昂的分子通式： 符号表示：
符号表示法1：
CmHnFxClyBrz
R (m-1) (n+1) (x) B (z)
例如: R11，R12，R113
符号表示法2：
将R换成物质分子中组成元素符号
例如: CFC113，HCFC22，HFC134a
氟里昂的种类：
• 含氯氟碳的完全卤代烃CFC类 ：
例如：CFC11，CFC12，CFC113
例如：• 饱和蒸气压力和温度之间的关系， • 热力状态参数之间的关系， • 状态参数与比热容，绝热指数，声速的关系等。
（1）制冷剂的饱和蒸气压力曲线 不同制冷剂的饱和蒸气压力曲线。 （书中图3-25）
标准蒸发温度（标准沸点）ts： 制冷剂在标准大气压下的沸腾温度。
说 明 1. 标准蒸发温度大体上可以反映制冷时能够达到的 低温范围。ts越低的制冷剂，能够达到的制冷温度越低。 2. 习惯上往往依据ts的高低，将制冷剂分为： 高温制冷剂，中温制冷剂，低温制冷剂。 3. 在同一温度下，标准蒸发温度高的制冷剂压力低； 标准蒸发温度低的制冷剂压力高。 4. 制冷剂的饱和蒸发压力-温度特性决定了给定工作温度下 制冷循环的压力和压力比。
（5）溶水性
• 氟利昂和烃类物质都难溶于水； • 氨易溶于水； • 制冷系统中必须严格控制含水量。
低温技术原理与气体分离
低温技术原理与气体分离低温技术是一种以极低温为工作温度的技术手段，用于处理和分离物质。
低温技术主要应用于工业领域，如液化天然气工艺、空分设备、冷冻冷藏技术等。
在低温条件下，气体可以被液化和分离，这是通过降低气体分子的动能实现的，一般采用冷凝或吸附的方式进行气体分离。
低温技术的原理主要包括以下几个方面：1.冷凝原理：冷凝是将气体转变为液体的过程。
当气体的温度降低到或低于其饱和蒸汽压对应温度时，气体会从气态转变为液态或固态。
这是因为低温条件下，气体分子的动能减小，无法克服分子间的相互作用力而凝结成液体或固体。
冷凝过程一般涉及到热量的释放，所以需要将冷凝器保持在较低的温度下或采用冷却介质进行冷却。
2.吸附原理：吸附是一种利用固体表面吸附剂与气体分子之间的吸附力使气体分离的过程。
在低温条件下，一些吸附剂对特定气体具有高的选择性，可以吸附目标气体，而不吸附其他气体。
通过连续吸附与解吸过程，可以实现对气体的分离和纯化。
吸附过程一般需要较低的温度和较高的压力。
3. 物理吸附原理：物理吸附是一种基于物理相互作用力的吸附过程。
在低温条件下，气体分子与固体吸附剂表面发生范德华力（Van derWaals forces）相互作用，使气体分子被吸附在固体表面上。
物理吸附过程主要受温度和压力影响，温度越低或压力越高，物理吸附能力越强。
低温技术常用于气体的分离和纯化。
气体分离主要通过适当的低温条件降低气体分子的动能来实现。
常见的气体分离方法包括：空分、液化天然气工艺、气体吸附等。
空分是将空气中的主要组分氧、氮和稀有气体按照不同的物理性质进行分离的过程。
空分通常采用低温精馏技术，通过连续的冷凝和蒸发过程，将空气中的氧气和氮气分离。
空分设备中的主要组件包括换热器、冷凝器、加热器、精馏塔等。
液化天然气工艺是将天然气中的主要成分甲烷进行液化的过程。
液化天然气工艺通常采用低温冷却和压缩等技术，将天然气中的杂质和碳氢化合物去除，通过降低温度和增加压力，将甲烷气体转变为液态。
制冷与低温技术原理
制冷与低温技术原理制冷与低温技术是一门涉及物理、化学、工程学等多个学科知识的交叉领域，它广泛应用于工业生产、生活和科学研究等各个领域。
在现代社会中，制冷与低温技术已经成为不可或缺的一部分，它为人类的生产生活提供了便利，同时也推动了科学技术的发展。
本文将从制冷与低温技术的原理入手，对其进行深入探讨。
首先，制冷技术是利用物质的热力学性质，通过能量转移的方式将热量从一个物体转移到另一个物体，以达到降低物体温度的目的。
在制冷技术中，常用的原理包括蒸发冷却原理、压缩冷却原理和热电制冷原理等。
蒸发冷却原理是利用液体蒸发时吸收热量的特性，通过蒸发器将被制冷物体的热量吸收，从而降低其温度。
压缩冷却原理是通过压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体，然后通过冷凝器散热，使其冷凝成液体，释放热量，从而降低被制冷物体的温度。
热电制冷原理则是利用热电材料在电场作用下产生冷热效应，实现制冷的原理。
其次，低温技术是指将物体的温度降低到较低的温度范围内，通常在零下100摄氏度以下。
低温技术的应用领域非常广泛，包括超导、超流体、超低温物理、医学冷冻、食品冷藏等多个领域。
在低温技术中，常用的原理包括制冷机制冷原理、液氮制冷原理和制冷剂制冷原理等。
制冷机制冷原理是通过制冷机将低温制冷剂制冷后传递给被制冷物体，实现降温的原理。
液氮制冷原理是利用液氮的低温特性，将其用作制冷剂，实现对被制冷物体的低温冷藏。
制冷剂制冷原理则是利用特定的制冷剂对被制冷物体进行制冷，以达到降温的目的。
综上所述，制冷与低温技术的原理涉及到多个方面的知识，包括热力学、物理学、化学等多个学科。
通过对制冷与低温技术原理的深入理解，我们可以更好地应用这些技术，推动科学技术的发展，为人类的生产生活提供更多的便利。
希望本文能够对读者有所帮助，也希望制冷与低温技术能够在未来得到更广泛的应用和发展。
食品的低温保藏
但另一方面，由于它们是个活体，要进行呼 吸，同时它们与采摘前不同的是不能再从母 株上得到水分及其他营养物质，只能消耗其 体内的物质而逐渐衰老变成死体 LOGO
综上所述
食品的腐败变质，主要是由于微生物的生命 活动和食品中的酶所进行的生物化学反应所造 成。防止食品的腐败，对动物性食品来说，主 要是降低温度防止微生物的活动和生物化学变 化；对植物性食品来说，主要保持恰当的温度 （因品种不同而异），控制好水果、蔬菜的呼 吸作用。这样就能达到保持食品质量的良好效 果。
Q10来衡量
Q10=K2/K1 Q10：温度每增加10℃时因酶活性变化所增加的化学 反应率。 K2：温度为（t+10）℃时酶活性所导致的化学反应率。 K1：温度为t℃时酶活性所导致的化学反应率。 大多数酶活性的Q10为2-3之间，即是说温度酶降低 10℃，酶活性就会降低1/2-1/3 LOGO
注意！
快速降氧法：利用人工调节的方式，在短时间
内将氧气和二氧化碳的浓度调到适宜比例，并 经常调节保持不变，误差控制在1%以内，快速 降氧有两种方法：其一是采用催化燃烧装置降 氧并除去二氧化碳，其二是充氮降氧
混合降氧法：先快速，后自然 降压降氧法：抽空处理
LOGO
注意
各种果蔬对气体的组分要求 各不相同，需特别注意各种 果蔬的“临界需氧量”，以 防止二氧化碳浓度过高引起 中毒
c.碎冰冷却法：冰块与食品接触并融化时， 将吸收大量热量而使食品冷却，其相变潜热 为335kj/kg，营养冰块融化时，温度恒定不 变，故食品温度不可能低于0℃，该方法尤 其适合鱼类，可使其湿润、有光泽，且不发 生干耗。
冷却方法
d.真空冷却：原理是水在不同的压力下具有不同的沸 点，当压力为613.3Pa时，水的沸点为0℃，该方法主 要用于冷却叶菜类，当食品中水分每蒸发1kg，热量 减少2460kj，由此可计算冷却时须蒸发的水量，该方 法冷却速度快，冷却均匀。在实际操作中，为了减少 干耗，可先将食品润湿，为蒸发提供更多的水分。缺 LOGO 点：耗能、费用高、干耗大
制冷与低温技术原理习题1
制冷与低温技术原理习题1第三章蒸气压缩式制冷（1）一、填空题1.单级蒸气压缩式制冷循环的理论循环中，制冷系统由（），（），（）和（）四个基本部件组成，并用管道将它们串连成一个封闭的系统。
2.单级制冷机一般可用来制取（）以上的低温。
3.蒸气压缩制冷循环中，节流过程产生的蒸气是（）出来的，该蒸气通常称之为（），它在蒸发器中几乎不产生（）作用。
4.在制冷剂的状态图p－h图中，等温线在液体区（）线，在两相区是（）线，在过热区是（）线。
5.在制冷剂的状态图p－h中可以看到，在过热区，蒸气的过热度越大，其等熵线的斜率越（）。
6.制冷机的性能主要用（），（）和（）反映。
7.单级蒸气压缩式制冷循环中，制冷剂的汽化潜热越（），或节流后所形成的蒸气的干度越（），则循环的单位制冷量越大。
（填大，小，不变）8.单级蒸气压缩式制冷循环中，对某一具体的制冷剂来说，理论循环的蒸气比体积v1随蒸发温度或蒸发压力的降低而（）。
若冷凝温度已经确定，则单位容积制冷量随蒸发温度的降低而（）。
9.单级蒸气压缩式制冷循环的理论比功与（）和（）有关。
10.单级蒸气压缩制冷循环中，冷凝温度越（），蒸发温度越（），则制冷系数越小。
（填高，低，不变）11.设不同制冷剂工质在一定蒸发温度和冷凝温度下完成制冷循环。
通过（）可以反映系统的压力水平，通过（），（）和（）可以了解压缩机的工作条件，（）和（）可以反映制冷机的制冷能力，通过（）可以反映制冷循环的经济性。
12.高压液体过冷对制冷循环的影响表现为：可使单位制冷量（），单位容积制冷量（），循环比功（），制冷系数（）。
（填增加，略增加，减小，不变，或不定）。
13.由制冷剂的热力状态图可知，节流前液体的过冷度愈大，则节流后的干度愈（），循环的单位制冷量愈（）。
因此，采用液体过冷循环，对提高（）和（）都是有利的。
14.采用液体过冷循环，在相同过冷度下，过冷使制冷量和制冷系数提高的百分数与制冷剂的（）和（）有关。
低温技术原理与气体分离
低温技术原理与气体分离低温技术是一种研究和应用低温条件下物质特性以及用于工业气体分离的技术。
气体分离是指将混合气体中的不同成分分离出来，以获得纯净的气体。
低温技术利用物质在低温下的变化特性，如相变和温度依赖性的物理化学特性，实现气体分离。
下面介绍几种常见的低温技术原理和应用于气体分离的示例。
1. 液化分离法液化分离法是将气体冷却到低温并通过液化使不同成分分离开来的方法。
这种方法主要基于不同气体的沸点差异来实现分离。
空气中的氧气和氮气的沸点分别为-183℃和-196℃。
通过冷却空气至-183℃时，氧气首先液化，然后通过分离设备将液态氧气和未液化的氮气分离出来。
2. 蒸馏分离法蒸馏分离法是利用液体沸点差异将混合液体分离的方法，其中也包括低温下进行的蒸馏。
液态空气中含有液态氮气和液态氧气的混合物。
通过将液态混合物加热至氮气的沸点-196℃，氮气首先蒸发成为气体，随后将气体与剩余的液态氧气分离。
3. 吸附分离法吸附分离法通过利用吸附材料对气体分子的选择性吸附来实现分离。
在低温条件下，气体分子在固体吸附剂上的吸附特性可能会发生变化。
低温下，混合气体中的甲烷和乙烷可以通过不同的吸附剂选择性吸附的特性来进行分离。
4. 膜分离法膜分离法利用薄膜对气体分子的选择性透过性来实现分离。
低温条件下，某些气体分子的透过能力可能会发生变化，这可以使得混合气体中的不同成分透过膜的速率不同。
低温下使用适当的膜材料可以实现对氢气和甲烷的选择性分离。
低温技术通过利用低温条件下物质的特性，如相变和温度依赖性，以及气体分子的选择性吸附和透过性，实现了气体的分离。
这些低温技术在工业领域中广泛应用于液化空气、氧气、氮气和其他气体的生产和纯化过程。
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.
制
mf
.
m
y h1 h2 h1 hf
冷
气体的液化率依赖于：
(3.8)
原
大气条件下(点1)的压力 P1和温度T1 ,从而决定了h1和hf ；
理
等温压缩后的压力 P2 ，h2由 P2决定。
与
➢我们无法改变环境状态,因此系统的性能取决于压力 p2
技
要使液化率 y 最大，则必须使 h2最小：
术
h ( P )T T1 0
气体名称
沸点(K)
理论最小功(kJ/kg)
氦－3
3.19
8178
氦－4
4.21
6819
制
氢
20.27
冷
氖
27.09
原
氮
77.36
空气
78.8
理
一氧化碳
81.6
与
氩
87.28
技
氧
90.18
术
甲烷
111.7
乙烷
184.5
12019 1335 768.1 738.9 768.6 478.6 635.6 1091 353.1
T
1(S1
Sf
)
(h1
hf
)
w i m f
(3.18)
图3.9 液化率与极限液化率 随制冷剂流率的变化。
制 冷 原 理 与 技 术
图3.10 带预冷林德－汉普 逊系统单位质量氮气液化功
5. 林德双压系统
制 冷 原 理 与 技 术
图3.11 林德双压系统
制 冷 原 理 与 技 术
图3 .12 林德双压系统T－S图
(
h P
)T T1
(JT
C p )T T1
0
(3.10)
简单的林德－汉普逊
循环不能用于液化氖、氢
和氦:
1. 由于这些气体的
制 转化温度低于环境温度，
冷 所以无法降温启动。
原
2. 用林德－汉普逊 系统能够获得降温，通过
理 低温下节流后完全都是蒸
与 汽，没有气体被液化。
技
术
图3.4 用氦或氢作工作流体简单 林德－汉普逊系统的启动过程
与
➢单位质量的液化功:
技 术
w m f
w m y
(
h1 h1
hf h2
)[T1(s1
s2
)
(h1
h2
)]
(3.13)
4. 带预冷林德－汉普逊系统
预冷林德－汉普
逊系统:
制
对简单林德－ 汉普逊系统，当热
冷
交换器入口温度低
原
于环境温度时，可 以改善简单林德－
理
汉普逊系统的性能
与
指标。
技
术
图3.6 液化率随热交换 器入口温度变化关系.
符合德拜表达式:
dQ mcTcdSc CcmcdTc
(3.33)
制 冷
➢容器的熵变为:
Sc
77.93Rc
D3
(T
3 5
Tf
3)
(3.35)
原
➢存在漏热: S6 S5 (mc / m6)Sc
(3.37)
理
与
➢液化率:
(Sg S5) (mc / m6)Sc y
(3.39)
技
Sg Sf
术
➢满液体部分的容积比:
技
的压缩耗功为:
术
.
w
. [T1(S1 S3 ) (h1 h3 )] i[T1(S1 S2 ) (h1 h2 )]
m
(3.21)
图3.13 林德双压系统液化功
制 冷 原 理 与 技 术
6. 复迭式系统
复迭式系统是预冷系统的展开，由其它制冷制Biblioteka 系统来预冷。冷 优点
原
第一个用于生产液空的液化装置
焓降均较小。
制 冷 原 理 与 技 术
9. 海兰特系统
海兰特循环：带高压膨胀机的气体液化循环。实际上 它也是克劳特循环的一种特殊情况。
制
图3.19 海兰特系统
冷
原
理
与
技
术
制 冷 原 理 与 技 术
10. 采用膨胀机的其它液化系统
双压克劳特:原理与林德双压系统相似。
通过节流阀的气体被压缩至高压 经过膨胀机循环气体仅压缩至中压
4. 带预冷林德－汉普逊系统
制
5. 林德双压系统
冷
6. 复迭式系统 7. 克劳特系统
原
8. 卡皮查系统
理
9. 海兰特系统
与
10. 采用膨胀机的其它液化系统 11. 液化系统
技
12. 各种液化系统的性能比较
术
13. 用于氖和氢的预冷林德－汉普逊系统 14. 用于氖或氢的克劳特系统
15. 氦制冷的氢液化系统
液化。
理
采用氦制冷系统与高压系统相比:
与 优点:
技
相应地降低了使用压力 缩小了压缩机的尺寸
术
减小了系统材料的壁厚
不足:
需用两台压缩机
图3.25 氦气制冷的氢液化系统
制 冷 原 理 与 技 术
制 冷 原 理 与 技 术
氢液化器中正－仲氦转换
氢可能存在两种不同的状态:正氢和仲氢
制
在平衡氢中正氢的浓度主要取决于氢的温度:
制 冷 原 理 与 技 术
图3.5 即使氢或氦的简单林德－汉普逊系统能按正确 方向启动，它仍不能传递足够的能量以获得液体
➢林德－汉普逊系统的耗功 :
QR w m (h2 h1)
(3.11)
制 冷
➢单位质量耗功 :
原
w / m T1(s1 s2 ) (h1 h2 ) (3.12)
理
图3.7 预冷林德－汉普逊系统
制 冷 原 理 与 技 术
制 冷 原 理 与 技 术
图3.8 预冷林德－汉普逊循环的T-S图
制 冷 原 理 与 技 术
➢应用热力学第一定律
0 (m m f )h1 m rha m f hf m h2 m rhd (3.14)
制
➢定义制冷剂的质量流率比:
r
m r m
冷
➢液化率: y h1 h2 r ha hc
原
h1 h f
h1 h f
(3.15) (3.16)
理 与 技
➢带预冷系统的最大液化率: h6 h3 y max h6 hf
(3.17)
术
➢假定主压缩机是可逆等温的,附加压缩机是可逆绝 热的.单位质量加工气体压缩耗功:
w i m
w m
[T1 ( s1
s2 )
(h1
h2
)]
x(h3 he )
(3.26)
w e m e (h3 h4 )
(3.25)
图3.17 克劳特循环单位质量液化功
制 冷 原 理 与 技 术
8. 卡皮查系统
图3.18 卡皮查系统.
制
冷
原
理
与
技
术
卡皮查循环：带有高效率透平
膨胀机的低压液化循环。它采用
低压力，等温节流效应及膨胀机
Q R wi m( hf h1 ) m( h1 hf )
(3.5)
与
➢. 等熵过. 程 S2 Sf
.:
技
Q R mT1(S2 S1) mT1(S1 Sf )
(3.6)
术
➢液化气体的理论最小功:
w i m
T 1(S1 Sf ) (h1 hf )
w i m f
(3.7)
表3.1 液化气体的理论最小功 (初始点P=101.3kPa，T=300K)
丙烷
231.1
140.4
氨
239.8
359.1
3. 简单林德－汉普逊系统
制 冷 原 理 与 技 术
图3.2 林德－汉普逊系统.
制 冷 原 理 与 技 术
制 冷 原 理 与 技 术
图3.3 林德－汉普逊循环的T－S图
➢热力学第一定律应用于除压缩机外的所有设备，得到:
0 (m m f )h1 m f h f m h2
制 冷 原 理 与 技 术
图3.24 生产液氢或氖的 液氮预冷克劳特系统
制 冷 原 理 与 技 术
15. 氦制冷的氢液化系统
氦制冷机采用改进的克劳特系统，在循环中
制
氦气并不被液化，但达到的温度比液氢或氖更低。 压缩氦气经液氮槽预冷，进入膨胀机膨胀产
冷
冷降温，冷氦气返回以冷却高压的氢或氖，以使其
原
制 冷 原 理 与 技 术
➢稳定物流的热力学第一定律:
Qnet Wnet
.
m (
h
v
2
/
2
gz
)
.
m (
h
v
2
/
2 gz )
(3.3)
out
in
制
➢通常动能和势能的变化相对于焓变而言小得多:
.
.
.. ..
冷
Q net W net mh mh
(3.4)
out
in
原
➢理想系统时:
理
. ..
.
制 冷 原 理 与 技 术
➢ 取热交换器，两个气液分离器，二个节流阀，作为 热力分析系统，针对稳定流动，根据能量守恒原则， 可得液化率为:
制
h1 h3 h1 h2
y
i
(3.19)
冷
h1 hf h1 hf
原
..
➢中间压力蒸汽流率比： i mi / m
(3.20)
理
与
➢热力学第一定律应用于两个压缩机，单位质量气体