第七章 蒸汽动力循环和制冷循环7[1].3
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9.第七章 蒸汽动力循环和制冷循环
水 泵
冷 凝 器
3
朗肯（Rankine）被后人誉为那个时代 的天才，他的初等教育基本是在父亲及 家庭教师的指导下完成的。进入爱丁堡 大学学习2 年后，他离校去做一名土木 工程师。1840 年后，他转而研究数学 物理，1848 ～1855 年间，他用大量精 力研究理论物理、热力学和应用力学。 1855 年后，Rankine 在格拉斯哥大学 担任土木工程和力学系主任。1853 年 当选为英国皇家学会会员。他一生论著 颇丰，共发表学术论文154 篇，并编写 了大量的教科书及手册，其中一些直到 现今还在作为标准教科书使用。 朗肯在热力学、流体力学 及土力学等 领域均有杰出的贡献。他建立的土压力 理论，至今仍在广泛应用。朗肯计算出 一个热力学循环(后称为朗肯循环)的热 效率，被作为是蒸汽动力发电厂性能的 对比标准。
锅炉
Condensor 冷凝器 2 – 3 表示乏汽在冷凝 器中的等温等压冷凝 过程，放出的热量。
水泵
汽轮机
冷凝器
Q2 H H 3 H 2 kJ / kg
能量分析
Pump 水泵
H Q Ws
锅炉
3 – 4 表示冷凝水通过 水泵由P3升压至P4的可逆 绝热压缩过程，需要消耗 的轴功
1 2，4 4理想朗肯循环（等熵） 1 2’，4 4’实际朗肯循环（不等熵）
实际Rankine循环
实际上，工质在汽轮机和水泵 中不可能是完全可逆的，即不 可能作等熵膨胀或等熵压缩。 T 2 2’ 4 4’ 这个不可逆性可用等熵效率ηs 来表示。
4’
1 4
3
S
2 2’
等熵效率ηs的定义：“对膨胀作功过程，不 可逆绝热过程的做功量与可逆绝热过程的做 功量之比。
7.1 气体的压缩与膨胀过程
∆H = 0
绝热节流过程是等焓过程。节流时存在摩擦阻力损耗，故 节流过程是不可逆过程，节流后熵值一定增加。流体 节流时，由于压力变化而引起的温度变化称为节流效 应，或Joule-Thomson效应。
微分节流效应系数，以µJ表示， ∂T µJ = ∂P H 由热力学基本关系式可知，µJ 可以从P-V-T关系和 CP性质来计算 ∂V T −V ∂T P µJ = CP 理想气体绝热节流后温度不变 ，µJ=0 µJ >0 节流后温度降低称冷效应； µJ =0 节流后温度不变称零效应； µJ < 0 节流后温度升高称热效应。 同一气体在不同状态下节流，µJ 有可能为正、为负 或为零。
∆TS = T2 − T1 = ∫ µS dP
P 2
从温度降、冷冻量和回收轴功来说，做外功的绝 热膨胀要比节流膨胀优越。但绝热节流膨胀的 好处，它所需的设备很简单，只需一个节流阀， 便于调节且可直接得到液体。工业和民用设备 多采用节流膨胀。 【例题6-8】绝热节流膨胀和绝热可逆膨胀计算。
∂T µS = ∂P S
CP>0，T>0，
∂V >0 ∂T P
T ∂T P µS = CP
µS >0
任何气体在任何条件下，进行等熵膨胀，气体温度必 定是降低的，总是得到制冷效应。
压力变化所引起温度变化称积分等熵膨胀效应∆T S为
P 1 等熵膨胀过程也可在T—S图上表示出来，如图6-5， 膨胀前的状态为1（T1,P1）由此点沿等熵线（作垂 线）与膨胀后的压力P2的等压线相交，即为膨胀后 的状态点2′（T2′ ，P2′ ）。等熵膨胀的积分温度效 应∆TS = T2 - T1，即可由T-S图直接读出。 等熵膨胀的冷冻量要比节流膨胀的冷冻量大，所超过 的数值相当于等熵膨胀对外所做的轴功。同样的压 力差，产生的温度降比节流膨胀为大 实际对外作功的绝热膨胀并不是可逆的，不是等熵过 程，而是向着熵增大的方向进行，它界于等焓和等 熵膨胀之间。实际膨胀机所作的轴功小于可逆膨胀 所作的轴功。
7.1 气体的压缩与膨胀过程
图 6-4 氮气转化温度曲线示意图
压力变化所引起的温度变化（∆TH），称为积分节 流效应。
∆TH = T2 − T1 = ∫P µJ dP
P 2
1Leabharlann 将真实气体状态方程关系式代入上式即可积分求 算。常见气体如空气、氨、Freon等，人们已经 积累了一些常用的热力学性质图表，直接利用这 些图表也比较便利。如图6-5所示T-S图，根据 节流前状态（P1 ， T1 ），找出点1，由点1沿等 焓线交节流后压力P2 的等压线得点2，点2对应 的温度即为节流后的温度。
∂T µS = ∂P S
CP>0，T>0，
∂V >0 ∂T P
T ∂T P µS = CP
µS >0
任何气体在任何条件下，进行等熵膨胀，气体温度必 定是降低的，总是得到制冷效应。
压力变化所引起温度变化称积分等熵膨胀效应∆T S为
P 1 等熵膨胀过程也可在T—S图上表示出来，如图6-5， 膨胀前的状态为1（T1,P1）由此点沿等熵线（作垂 线）与膨胀后的压力P2的等压线相交，即为膨胀后 的状态点2′（T2′ ，P2′ ）。等熵膨胀的积分温度效 应∆TS = T2 - T1，即可由T-S图直接读出。 等熵膨胀的冷冻量要比节流膨胀的冷冻量大，所超过 的数值相当于等熵膨胀对外所做的轴功。同样的压 力差，产生的温度降比节流膨胀为大 实际对外作功的绝热膨胀并不是可逆的，不是等熵过 程，而是向着熵增大的方向进行，它界于等焓和等 熵膨胀之间。实际膨胀机所作的轴功小于可逆膨胀 所作的轴功。
微分节流效应系数，以µJ表示， ∂T µJ = ∂P H 由热力学基本关系式可知，µJ 可以从P-V-T关系和 CP性质来计算 ∂V T −V ∂T P µJ = CP 理想气体绝热节流后温度不变 ，µJ=0 µJ >0 节流后温度降低称冷效应； µJ =0 节流后温度不变称零效应； µJ < 0 节流后温度升高称热效应。 同一气体在不同状态下节流，µJ 有可能为正、为负 或为零。
压力变化所引起的温度变化（∆TH），称为积分节 流效应。
∆TH = T2 − T1 = ∫P µJ dP
P 2
1Leabharlann 将真实气体状态方程关系式代入上式即可积分求 算。常见气体如空气、氨、Freon等，人们已经 积累了一些常用的热力学性质图表，直接利用这 些图表也比较便利。如图6-5所示T-S图，根据 节流前状态（P1 ， T1 ），找出点1，由点1沿等 焓线交节流后压力P2 的等压线得点2，点2对应 的温度即为节流后的温度。
∂T µS = ∂P S
CP>0，T>0，
∂V >0 ∂T P
T ∂T P µS = CP
µS >0
任何气体在任何条件下，进行等熵膨胀，气体温度必 定是降低的，总是得到制冷效应。
压力变化所引起温度变化称积分等熵膨胀效应∆T S为
P 1 等熵膨胀过程也可在T—S图上表示出来，如图6-5， 膨胀前的状态为1（T1,P1）由此点沿等熵线（作垂 线）与膨胀后的压力P2的等压线相交，即为膨胀后 的状态点2′（T2′ ，P2′ ）。等熵膨胀的积分温度效 应∆TS = T2 - T1，即可由T-S图直接读出。 等熵膨胀的冷冻量要比节流膨胀的冷冻量大，所超过 的数值相当于等熵膨胀对外所做的轴功。同样的压 力差，产生的温度降比节流膨胀为大 实际对外作功的绝热膨胀并不是可逆的，不是等熵过 程，而是向着熵增大的方向进行，它界于等焓和等 熵膨胀之间。实际膨胀机所作的轴功小于可逆膨胀 所作的轴功。
微分节流效应系数，以µJ表示， ∂T µJ = ∂P H 由热力学基本关系式可知，µJ 可以从P-V-T关系和 CP性质来计算 ∂V T −V ∂T P µJ = CP 理想气体绝热节流后温度不变 ，µJ=0 µJ >0 节流后温度降低称冷效应； µJ =0 节流后温度不变称零效应； µJ < 0 节流后温度升高称热效应。 同一气体在不同状态下节流，µJ 有可能为正、为负 或为零。
化工热力学 蒸汽动力循环与制冷循环
31
(2) T-S图法
TH T2 T1
T 等H线 T1
P1 P2
T2
S (3) 利用经验公式估算
对于空气，当压力变化不太大时，不考虑温度的
影响，可直接按下式近似估算：
TH 0.29( p2
p1
)
273 T1
2
式中：压力单位为大气压atm，温度单位为热力学温度开尔文。
对于不同的流体，其表达式不同。
图读取ΔTS
T2
P1 P2
S 37
④ 用等焓节流效应计算
s
J
V Cp
Ts
p2
J dp
p1
V p2 dp
C p1 p
若Cp=const
1 p2
Ts
TH
Cp
V dp
p1
38
2.不可逆对外做功的绝热膨胀
对活塞式膨胀机
➢ 当t<30℃
ηs=0.65
➢ 当t>30℃ ηs=0.7～0.75
T 1
3
卡诺循环产功 很大，但难于实现， 问题在于：
（1）湿蒸汽对 汽轮机和水泵有浸蚀 作用，汽轮机带水量 不 得 超 过 10% ， 水 泵 不能带入蒸汽进泵；
（2）绝热可逆 过程实际上难以实现 。
第一个具有 实际意义的蒸汽动力 循环是朗肯循环。
T-S图
T
T吸
4
T放
3
QH 1 Ws
2 QL
S
4
2. 郎肯循环
dH H dT H dP T P P T
dH 0
H
T P T
P H
H
T P
25
H T
P
Cp
蒸汽动力循环与制冷循环ppt课件
(1)此动力循环中蒸汽的质量流量; (2)汽轮机出口乏气的湿度; (3)循环的热效率.
8
例7-2 插图
t=320 ℃
1
汽轮机
核
反 应 堆
锅 炉
4
2 或2’ 冷 凝器
3
T P1=7MPa, t1=360 ℃ 1
4
3
2 2’
P2=0.008MPa
S
9
一. 提高郎肯循环热效率的措施
对卡诺循环： 对郎肯循环：
– ③ 热电循环效率 QRH
QH
QH H1 H 7
QRH H6 H 2 ws H1 H 2 (1 )H 2 H3
而 ws
QH
故 ws Qh
QH
16
1 汽轮机
锅 炉
7
P’2
α
(1-α)kg 3
冷
热
凝器
用
户
4
卡诺循环：等温过程
郎肯循环：不可逆吸热过程， 5 沿着等压线变化
3.郎肯循环过程的热力学计算
(1)工作介质在锅炉中吸热量
QH H 41 H1 H 4
kJ/kg
(2)工作介质在冷凝器中排放的热量
QL H 2'3 H 3 H 2'
kJ/kg
QL H 23 H 3 H 2
6
5
水泵 加热器 水泵
T
1
7α 6
2
5
1-α
4
3
S
17
4.应用举例
[P140-143 例6-3、6-4]例6-3自看
例6-4.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。已知汽轮机入口的蒸汽参数为3.5MPa,435 ℃,冷凝 器的压力为0.004MPa,中间抽汽压力P’为0.13MPa,抽 汽量为10kg/s,其中一部分进入加热器,将锅炉给水预热到 抽汽压力P’下的饱和温度,其余提供给热用户,然后冷凝成 饱和水返回锅炉循环使用。已知该装置的供热量是 50103kJ/h.试求此蒸汽动力循环装置的热效率与能量利 用系数。
8
例7-2 插图
t=320 ℃
1
汽轮机
核
反 应 堆
锅 炉
4
2 或2’ 冷 凝器
3
T P1=7MPa, t1=360 ℃ 1
4
3
2 2’
P2=0.008MPa
S
9
一. 提高郎肯循环热效率的措施
对卡诺循环： 对郎肯循环：
– ③ 热电循环效率 QRH
QH
QH H1 H 7
QRH H6 H 2 ws H1 H 2 (1 )H 2 H3
而 ws
QH
故 ws Qh
QH
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1 汽轮机
锅 炉
7
P’2
α
(1-α)kg 3
冷
热
凝器
用
户
4
卡诺循环：等温过程
郎肯循环：不可逆吸热过程， 5 沿着等压线变化
3.郎肯循环过程的热力学计算
(1)工作介质在锅炉中吸热量
QH H 41 H1 H 4
kJ/kg
(2)工作介质在冷凝器中排放的热量
QL H 2'3 H 3 H 2'
kJ/kg
QL H 23 H 3 H 2
6
5
水泵 加热器 水泵
T
1
7α 6
2
5
1-α
4
3
S
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4.应用举例
[P140-143 例6-3、6-4]例6-3自看
例6-4.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。已知汽轮机入口的蒸汽参数为3.5MPa,435 ℃,冷凝 器的压力为0.004MPa,中间抽汽压力P’为0.13MPa,抽 汽量为10kg/s,其中一部分进入加热器,将锅炉给水预热到 抽汽压力P’下的饱和温度,其余提供给热用户,然后冷凝成 饱和水返回锅炉循环使用。已知该装置的供热量是 50103kJ/h.试求此蒸汽动力循环装置的热效率与能量利 用系数。
蒸汽动力循环和制冷循环
第七章蒸汽动力循环和制冷循环0、引言蒸汽动力循环：是以蒸汽为工质，将热连续地转变成功的过程，其主要设备是各种热机。
产功的过程。
如：火力发电厂，大型化工厂。
常用的工质是水蒸气。
制冷循环：是将热连续地由低温处输送到高温处的过程，其主要设备是热泵。
耗功的过程。
7.1．蒸汽动力循环一、蒸汽动力循环基本原理主要由水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。
4→1水进入锅炉被加热汽化，直至成为过热蒸汽。
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，回到水泵中。
3→4水在水泵中被压缩升压，再回到锅炉中，完成一个循环。
二、朗肯循环及其热效率原理：朗肯循环是最简单的蒸汽动力循环，主要由：水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。
1、理想朗肯循环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，可逆吸热过程。
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）。
气体压缩式制冷机以气体为制冷剂,由压缩机、冷凝器、回热器、膨胀机和冷箱等组成(图1) 。
经压缩机压缩的气体先在冷凝器中被冷却，向冷却水（或空气）放出热量，然后流经回热器被返流气体进一步冷却,并进入膨胀机绝热膨胀,压缩气体的压力和温度同时下降。
气体在膨胀机中膨胀时对外作功，成为压缩机输入功的一部分。
同时膨胀后的气体进入冷箱，吸取被冷却物体的热量，即达到制冷的目的。
此后，气体返流经过回热器，同压缩气体进行热交换后又进入压缩机中被压缩。
气体制冷机都应采用回热器，这不但能提高制冷机的经济性而且可以降低膨胀机前压缩气体的温度，因而降低制冷温度。
气体制冷机能达到的制冷温度范围较宽，从高于0℃到低于-100℃；制冷温度较高时其经济性较差,但当制冷温度低于-90℃时其经济性反而高于蒸气制冷机。
压缩式制冷机蒸气压缩式制冷机由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构和一些辅助设备组成。
这类制冷机的制冷剂在常温和普通低温下能够液化，在制冷机的工作过程中制冷剂周期性地冷凝和蒸发。
七 蒸汽动力循环与制冷循环
山西农业大学工程技术学院
3.3 乏汽压力对热效率的影响
T
T1
5 4’ 4 3 6 1
ηt
0.48 0.47
0.46
0.45 0.44 0.43
T0
3'
2
2
0.42 0.41 0.40
背压
s3’ s3
s1
s
p2 ( kPa)
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设初温T1＝定值，初压p1＝定值 降低乏汽的压力p2→与乏汽压力 相应的饱和温度也随着降低，放热 过程2'-3'要比原过程2-3有较低的放 热温度，即T2‘＜T2。虽然这时加热 过程的起点T0也降低为T0’，但它对 整个加热过程的平均加热温度影响 很小。
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例题分析
3) 循环净功 w0=wT-wp=1332.6-3.1=1329.5kJ/kg 4) 循环热效率 循环吸热：q1 =3568.6-140.9=3427.7KJ/kg 故 =0.39=39% 5）循环热耗率： qt=3600/ηt=3600/0.39=9230.77KJ/(kw.h) 6）循环汽耗率： d=3600/w0=3600/1329.5=2.71kg/KWh
提高循环热效率的途径
改变循环参数
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提高初温度t1 提高初压力p1 降低乏汽压力p2 再热循环 回热循环 联合循环 热电联产 燃气-蒸汽联合循环 新型动力循环
改变循环形式
联合循环
…...
IGCC PFBC-CC
三 再热循环
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再热概念：当蒸汽在汽轮机中膨胀作功而压力降低到某个 中间压力时，把蒸汽从汽轮机引出，送至再热器重新加热， 使蒸汽的温度再次达到较高的温度，然后送回汽轮机的低 压汽缸，进一步膨胀作功。 再热循环—具有再热的循环。 再热循环目的：提高汽轮机排汽干度，为初压提高创造条 件；提高循环热效率。 1. 再热循环组成系统图和T-S图
《工程热力学》热力学第七章蒸汽动力循环steam power cycle
水蒸气动力循环系统
过热器 汽轮机 T
1.
5
锅
炉
发电机 4
2.
3
凝汽器
4
3
给水泵
1
6
2 s
第7 章
7-2 朗肯循环
P232~263
水蒸气动力循环系统的简化 简化（理想化）：
1 汽轮机 1→2 汽轮机 s 膨胀
锅
2→3 凝汽器 p 放热
炉
发电机 3→4 给水泵 s 压缩
4
2
4→1 锅炉 p 吸热
凝汽器
0.746
h′ = 151.47kJ / kg
h′′ = 2566.48kJ / kg
h2b = x2bh′′ + (1 − x2b )h′ = 2566.48× 0.746 + (1− 0.746) ×151.47 = 1953.0kJ / kg
汽耗率 热效率
d = 3600 = 3600 = 2.663kg / kW.h wnet 1352
第七章 蒸汽动力循环 Steam Power Cycles
第7 章
7-1 概述
P232~263
4 1
3
2
第7 章
基基本本内内容 容
7-1 概述
P232~263
简单朗肯循环 再热循环 抽汽回热循环
q1 (T1 ), q2 (T2 ),
wnet , d ,ηt
目的
掌握蒸汽动力循环热力学分析 方法，提高循环热效率。
(h1 − hb ) + (ha − h2 ) (h1 − h4 ) + (ha − hb )
第7 章
7-4 蒸汽再热循环
蒸汽再热循环图
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制冷机 热泵
4
水泵
3
38
第七章复习
蒸汽动力循环
等S膨胀
1.朗肯循环 3.再热循环 2.回热循环 4.热电循环
冷冻循环
原理： 1.等H膨胀 2.等S膨胀
1.蒸汽压缩制冷循环
2.吸收制冷循环
q0 制冷系数 4~5 Ws
2’
WS WP 热效率 0.3 ~ 0.4 Q1
冷冻量
24
5、说明
冷凝温度 ：T4 =T3
国际标准 冷冻条件 30℃
实际蒸汽压 缩制冷循环
2
过冷温度 ：T4’ 25℃ 过冷度 =T4-T4’ 5℃ 蒸发温度 :T5’=T5=T1 -15℃ T
冰箱四星级T1=-24℃ 三星级T1=-18℃
2’
4 4’ 5’ 5 S
3
1
解题关键：确定2’, 4’ 点的状态 2’点性质用等 熵效率计算
显然，利用热泵比直接烧电炉获得的热量更多！
34
例： 在零下20℃的冬天，为了维持室内温度为 20℃，必须采用采暖装置。维持20℃所需的供热 量为每小时105kJ，试计算下列供热方式所需消耗 的功率： ①可逆热泵循环；②电热器；③供热 系数仅为可逆热泵循环的0.4倍的实际热泵装置。
解： ①可逆热泵循环的性能系数为
TH
Q1
热泵
HPC
TH 293.15 TH TL 293.15 253.15
5
WS TL=T0
35
10 WS 3.79 KW C 3600 7.325
7.325
Q1
Q0 TL
这是在理想条件下必须付出的最小代价。
②若采用电热器供暖，则有
10 WS 27.8KW 3600 1 Q1
kg h
1
kJ 1 kg 1
kw
19
各参数的计算
1）单位制冷量q0－
在给定的制冷操作条件下，单位质量的制冷剂在一次循环中所获得的冷量。 1
kJ kg
q0 H1 H5 H1 H4
可由稳流体系热一律得到：
2
4
1 5
0 0 0 △H + △u2/2 +g △Z = Q + Ws H1-H5 = H1-H4
16
q2
通过冰箱散热片向大气排出q2
１、蒸汽压缩制冷循环
工质(制冷剂):低沸点物质 如：氟里昂R22(CHClF2) 的Tb=-40.80 ℃
冰箱 冷藏 室提 供q0 如何实现指定空间的制冷效 果？
q0
利用制冷剂在蒸发器中的汽化， 实现低温下吸热；在冷凝器中 的液化实现在高温下排热。
17
２、蒸汽压缩制冷循环过程分析： 1→2 低压蒸汽的压缩
27
工业上常用的制冷剂有氨、R11、R12、R22、二氧化碳、 乙烯等 例：NH3：潜热大，沸点-33.4℃；冷凝温度30℃ ； P=12atm、蒸发温度-30℃； （P=1atm、蒸发温度70℃）
1、氟里昂不同的牌号适合不同的冷冻量。 2、R11、R12、R113 、R114 、R115对臭氧层有破坏作用， 2010年禁用。
逆向 Carnot 循环4个过程的分析
1 2 △U > 0 Qr = 0 dS = 0 2 3 3 dS < 0 4 △U < 0 Qr = 0 dS = 0 4 1 dS > 0 Qr > 0 Qr < 0
T Q 3 2 1 1 S
T
W > 0 绝热压缩
4 4 Q
向高温放热
T
W < 0 绝热膨胀 从低温吸热
29
“化学泵”由吸 收器、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 收剂吸收，在高 温下被解吸成高 压蒸汽。 氨水溶液——氨 是制冷剂，水是 吸收剂。
高压NH3 (g)
解吸器
稀 氨 水
浓 氨 水
低压NH3 (g) “化学泵”吸收器 30
•吸收制冷循环优点：节能！ •主要耗能处为蒸汽解吸器。
1
§7.3 制冷循环
§7.3.1 蒸汽压缩制冷
§7.3.2 吸收式制冷 §7.3.3 热泵及其应用
2
制
冷
制得
Tlow
<
保持
To
－100℃
普 通 制 冷
深 冷
3
制 冷 的 应 用
低温反应 气 温 调节
气体液化
制冷
润滑油净化
食品储存
结晶分离
4
热力学第二定律分析制冷过程
自发
Q
Tlow
代价 (W)
To
1
TH TH TL
WS
理想的供热系数
HPC
Q1 WS Q0 WS WS
TL=T0
C
TL TH TL
HPC
33
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
问题：消耗1J的机械功，利用热泵或直接烧电炉， 谁获得的热量多？
热泵： HP =5，即消耗1J的机械功，可获得5J的热量。
烧电炉，消耗1J的机械功，仅获得1J的热量。
返回
12
1）制冷系数ε 从低温热源吸收的热 消耗的外功 q0 Ws
C
TH Q1
致冷机
TH=T2
WS TL=T1
2）逆向卡诺循环制冷系数εC
T1 S1 S 4 T1 T2 T1 S1 S 4 T2 T1
Q2 = Q0 TL
c
它可作为一切实际制冷循环的比较标准。
§7.2 节流膨胀与作外功的绝热膨胀
§7.2.1 节流膨胀 §7.2.2 作外功的绝热膨胀
§7.3 制冷循环
§7.3.1 蒸汽压缩制冷 §7.3.2 吸收式制冷 §7.3.2 热泵及其应用
37
第七章复习
蒸汽动力循环
热转变成功 1
过 热 器 锅炉
制冷循环
消耗功将热从低温传给高温
1、制冷
2、加热
透 平 机 2 冷 凝 器
2 4 3
q 0 H1 H4 W s H2 H1
5
1
S
22
单级蒸汽压缩制冷循环图
温熵图
压焓图
23
４、蒸汽压缩制冷循环——实际制冷循环
提高制冷系数ε的措施？ • 制冷剂在冷凝器中，被过冷 到低于饱和温度的4’（过冷液 体）。 • 其耗功量WS仍为H2-H1，但冷 冻量增加了5’5dc5’。 ∴制冷系数ε增大。 • 为了计算方便， 4’过冷液体 的性质用4’点温度对应的饱和 液体代替。
2→4 高压蒸汽的冷凝 4→5 高压液体的节流膨胀， P↓ ，T↓ 5→1低压液体的蒸发
q2
q0
T1=T5=蒸发温度
18
３、蒸汽压缩制冷循环——几个重要参数
单位制冷量q0－
kJ kg
1
1
设备的制冷能力Q0－
kJ h
制冷剂循环量m，（循环速率）－
耗功量WS － 理论功耗PT － 制冷系数ε
5
制冷的实质：利用外功将热持续的从低温 物体传给高温环境介质
制冷循环：消耗外功使热量从低温→高温的
逆向循环。 • 利用制冷循环达到两种目的：
1）致冷
– 欲使指定的空间保持低于环境的温度，热量需从低温 空间转移到高温环境。如：夏天的房间、冰箱。 – 致冷机 示意图
2）加热
– 欲使指定的空间保持高于环境的温度，热量需从低温 环境转移到高温空间。如：冬天的房间。 示意图 – 热泵
第七章蒸汽动力循环和制冷循环
§7.1 蒸汽动力循环
§7.1.1 朗肯循环及其热效率 §7.1.2 朗肯循环的改进
§7.2 节流膨胀与作外功的绝热膨胀
§7.2.1 节流膨胀 §7.2.2 作外功的绝热膨胀
§7.3 制冷循环
§7.3.1 蒸汽压缩制冷循环 §7.3.2 吸收制冷循环 §7.3.2 热泵及其应用
二、蒸汽压缩制冷循环
冷凝、冷却器
T
2
4
节流阀 压缩机
C
2 3
4
1 5
5
蒸发器
1
15
S
蒸汽压缩制冷循环对逆向卡诺循环的改进：
T (饱和l) 4
等压线
过热蒸气 2
(饱和g) 3 等焓线 5 (湿蒸汽) 1 (饱和g) S
把绝热可逆压缩过程 1→2安排在过热蒸汽区， 使湿蒸汽变为干气 。 原等熵膨胀过程改为 4→5的等焓节流膨胀过 程。(节流阀)
5
电热器供暖最方便，但能耗最大。 ③实际热泵的供热系数为
HP 0.4 HPC 0.4 7.325 2.93
105 WS 9.48KW 3600 2.93 Q1
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第七章蒸汽动力循环与制冷循环
§7.1 蒸汽动力循环
§7.1.1 朗肯循环及其热效率 §7.1.2 朗肯循环的改进
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f (T1 , T2 ) ，与制冷剂无关。 c逆向carnot max
逆向卡诺循环的缺点：
（1）1→2和3→4的过程会形成 液滴，在压缩机和膨胀机的 气缸中产生“液击”现象， 容易损坏机器； （2）实际过程难以接近四个可 逆过程；
T 3 T2 2
4 T1 1
问题：如何改进？
S
14
制冷级数的选择： • 当蒸发温度< -25℃ • 当蒸发温度< -30℃ • 当蒸发温度< -45℃
26
一级压缩 二级压缩 三级压缩
有关“多级压缩 制冷”内容请参 考教材
（2）制冷剂的选择 制冷剂的选择必须具备以下几点基本要求：