第七章壓縮、膨漲、動力循環(huán)與制冷循環(huán)

1、第七章第七章 壓縮、膨漲、壓縮、膨漲、動力循環(huán)與制冷循環(huán)動力循環(huán)與制冷循環(huán)引引 言言循環(huán)循環(huán):系統(tǒng)從初態(tài)開始，經(jīng)歷一系系統(tǒng)從初態(tài)開始，經(jīng)歷一系列的中間狀態(tài)后，又重新回到初態(tài)，列的中間狀態(tài)后，又重新回到初態(tài)，此封閉的熱力過程稱為循環(huán)。此封閉的熱力過程稱為循環(huán)。循環(huán)本質(zhì)循環(huán)本質(zhì):功與熱之間的相互轉(zhuǎn)化。功與熱之間的相互轉(zhuǎn)化。能量的轉(zhuǎn)化：借助工質(zhì)在循環(huán)過程能量的轉(zhuǎn)化：借助工質(zhì)在循環(huán)過程中連續(xù)不斷、周而復(fù)始的發(fā)生中連續(xù)不斷、周而復(fù)始的發(fā)生p-T-V變化，狀態(tài)變化過程中將熱轉(zhuǎn)化變化，狀態(tài)變化過程中將熱轉(zhuǎn)化為功。為功。動力循環(huán)動力循環(huán)正向循環(huán)正向循環(huán) 制冷循環(huán)制冷循環(huán)逆向循環(huán)逆向循環(huán) 工質(zhì)的膨脹和壓縮構(gòu)成了

2、這兩類循工質(zhì)的膨脹和壓縮構(gòu)成了這兩類循環(huán)的基本元素。環(huán)的基本元素。圖7-1水吸收熱變?yōu)樗魵?，其能量可以頂開壺蓋?？諝鈮嚎s機(jī)7.1 氣體的壓縮氣體的壓縮 7.1.1 活塞式壓氣機(jī)活塞式壓氣機(jī) 的壓氣過程的壓氣過程 7.1.2 壓縮過程的壓縮過程的 熱力學(xué)分析熱力學(xué)分析圖7-2 活塞式壓氣機(jī)的理想過程圖7-3 壓縮過程的p -V 圖圖7-4 壓縮過程的T -S 圖 等溫壓縮過程等溫壓縮過程，等溫線12T 絕熱壓縮過程絕熱壓縮過程，絕熱線12S 多變壓縮過程，多變壓縮過程，實(shí)際的壓縮過程是多變壓縮過程，多變壓縮過程，多變線12m 等溫過程方程式等溫過程方程式 絕熱過程方程式絕熱過程方程式 實(shí)際（多

3、變）過程方程實(shí)際（多變）過程方程 1 122pVp VpV1mk,S RS RS RWWW絕熱多變 等溫2,2,2,VVV絕熱多變 等溫2,2,2,TTT絕熱多變 等溫1 122kkkpVp VpVk為絕熱指數(shù) 1122mmmp Vp VpVm 為多變過程指數(shù) 若為可逆過程，按照“得功為正（或耗功為得功為正（或耗功為正）正）”的規(guī)定，其軸功可按式(7-1)計(jì)算 理想氣體等溫、多變及絕熱壓縮過程的方程式代入式(7-1)積分得理論功耗的計(jì)算式。 22111,ddJ spps RtppWV pn V p (7-1) 1211121,lnlnppVpppRTwRs 等等溫溫(7-2a)12,1111k

4、ks RpkwRTkp絕熱（7-3a） 12,1111mms RpmwRTmp多變（7-4a） 121,lnppZRTwRs 等等溫溫(7-2b)12,11Z11kks RpkwRTkp絕熱(7-3b)12,11Z11mms RpmwRTmp多變(7-4b) 壓縮真實(shí)氣體，其耗功的計(jì)算公式 又將如何？【例例7-1】某廠每天至少需要1.0 MPa的壓縮空氣100 m3，用于生產(chǎn)。因此，要將室溫（取20）的空氣從常壓的0.1MPa壓縮至1.0MPa，要求技術(shù)人員通過計(jì)算，選擇、確定所需要的空氣壓縮機(jī)的技術(shù)參數(shù)，以便購買時參考。如果技術(shù)人員是你，如何處理？假定進(jìn)出口平均壓縮因子為1.05。提示：提示

5、：如果耗功較少、壓縮空氣的溫度升高不大，一般比較有利?？煞謩e計(jì)算可逆等溫壓縮、可逆絕熱壓縮及可逆多變壓縮過程的耗功量及最終溫度等技術(shù)參數(shù)，以便采購時參考。求三種壓縮過程的功耗和終溫。解解（1）可逆等溫壓縮過程，由式(7-2b)，得2,11ln1.01.05 8.314 293.15ln0.1s RpwZRTp等溫-1=5893J mol過程等溫12,293.15 KTT等溫622,-121 101000.475.s8.314 293.1524 3600tp VnmolRT1,2799s Rs RWn wJ s等溫等溫（2）可逆絕熱壓縮過程，由式（7-3b）得 12,111.4 11.4111.

6、41.01.05 8.314 293.1511.4 10.1kks RpkwZRTkp絕熱-1 8336 J mol1,3960s Rs RWn wJ s絕熱絕熱由理想氣體的絕熱過程方程式得 111122kkkkpTpT，因此絕熱壓縮的終溫為 11 1.41.422,111.293.15565.98 K0.1kkSpTTp0（3）取空氣的多變指數(shù)m=1.2 ，可逆多變壓縮過程功耗由式（7-4b）計(jì)算12,1111mms RpmwZRTmp多變1.2 1.05 8.314 293.1511.2 10.1-17182 J mol1,3411s Rs RWn wJ s多變多變由多

7、變過程的方程式 111122mmmmpTpT11 1.21.2212,11.0293.15430.3 K0.1mmpTTp多變 討論：討論：從計(jì)算可知，把一定量的氣體從相同的初態(tài)壓縮到相同的終壓時，絕熱壓縮消耗的功為3960Js-1，為最大值；等溫壓縮2799Js-1，為最小值；多變壓縮3411Js-1，介于兩者之間。實(shí)際生產(chǎn)過程中，消耗的功越多，表明生產(chǎn)成本消耗的功越多，表明生產(chǎn)成本越高、利潤越少。越高、利潤越少。 絕熱壓縮后被壓縮氣體的溫度565.98K ，為最高；等溫壓縮后為293.15 K ，為最低；多變壓縮后為430.3 K ，介于兩者之間。實(shí)際上，溫度過高將不利于保證壓氣機(jī)汽缸得到

8、溫度過高將不利于保證壓氣機(jī)汽缸得到良好的潤滑和機(jī)器的安全運(yùn)行。良好的潤滑和機(jī)器的安全運(yùn)行。 因此，在出口壓力達(dá)到1.0 MPa的條件下，選擇多變壓縮選擇多變壓縮指數(shù)指數(shù) m 較小的空氣壓縮機(jī)為宜。較小的空氣壓縮機(jī)為宜。7.2 氣體的膨脹氣體的膨脹7.2.1 節(jié)流膨脹節(jié)流膨脹膨脹閥高壓流體流經(jīng)管道中的某一節(jié)流元件(如孔板、節(jié)流閥、毛細(xì)管等)，迅速膨脹到低壓的過程稱節(jié)流節(jié)流膨脹。膨脹。特點(diǎn)：過程等焓特點(diǎn)：過程等焓由熱力學(xué)第一定律：H = 0 流體進(jìn)行節(jié)流膨脹，由于壓力變化而引起的溫度變化稱為節(jié)流效應(yīng)或節(jié)流效應(yīng)或Joule-thomson效應(yīng)效應(yīng)。節(jié)流時微小壓力的變化所引起的溫度變化，稱為微分節(jié)微分

9、節(jié)流效應(yīng)流效應(yīng)。數(shù)學(xué)式為：ppHJCVTVTpT(7-6) （1） 理想氣體理想氣體0HJpT理想氣體在節(jié)流過程中溫度不發(fā)生變化；理想氣體在節(jié)流過程中溫度不發(fā)生變化；不能用于制冷。不能用于制冷。是否可以制熱？是否可以制熱？（2）真實(shí)氣體）真實(shí)氣體J0 節(jié)流后溫度降低，制冷。J = 0 節(jié)流后溫度不變。J0 節(jié)流后溫度升高，制熱。轉(zhuǎn)化點(diǎn)轉(zhuǎn)化點(diǎn) 轉(zhuǎn)化溫度轉(zhuǎn)化溫度 轉(zhuǎn)化曲線轉(zhuǎn)化曲線 圖7-7 節(jié)流效應(yīng)的 T-P圖圖7-8 不同氣體的轉(zhuǎn)化曲線利用轉(zhuǎn)化曲線可以確定節(jié)流膨脹后獲得低溫的操作條件。利用轉(zhuǎn)化曲線可以確定節(jié)流膨脹后獲得低溫的操作條件。積分節(jié)流效應(yīng)：積分節(jié)流效應(yīng)： 實(shí)際節(jié)流時，壓力變化為一有限值，

10、由此所引起的溫度變化稱為積分節(jié)流效應(yīng)。積分節(jié)流效應(yīng)。2121dpHJpTTTp（7-7） 圖7-9 節(jié)流效應(yīng)及等熵膨脹效應(yīng)在T-s 圖上的表示工程上，積分節(jié)流效應(yīng)TH 可直接利用熱力學(xué)圖求得，極為簡便，見圖7-9。 7.2.2 絕熱作外功膨脹絕熱作外功膨脹氣體從高壓向低壓作絕熱膨脹時，若通過膨脹機(jī)來實(shí)現(xiàn)，則可對外作功，如果過程是可逆的，稱為等等熵膨脹；熵膨脹；特點(diǎn)是膨脹前后熵值不變。膨脹前后熵值不變。透平膨脹機(jī) 等熵膨脹時，壓力的微小變化所引起的溫度變化，稱為微分等熵膨脹效應(yīng)系數(shù)，以微分等熵膨脹效應(yīng)系數(shù)，以 s 表示。表示。ppSSCTVTpT (7-8)氣體進(jìn)行等熵膨脹時，對外做功，膨脹后氣

11、體的氣體進(jìn)行等熵膨脹時，對外做功，膨脹后氣體的溫度總是下降溫度總是下降,是嗎？為什么？是嗎？為什么？ 積分等熵膨脹效應(yīng)積分等熵膨脹效應(yīng)氣體等熵膨脹時，壓力變化為一有限值，所引起的溫度變化，稱積分等熵膨脹效應(yīng)2121dpSSpTTTp (7-9) 由圖由圖7-9可以明顯看出，可以明顯看出，TsTH ，這是工業(yè)上將其用于大中型氣體液化裝置中，做大幅度降溫用的原因。 由于兩種膨脹各具有優(yōu)、缺點(diǎn)，工程上常將兩種膨脹結(jié)合并用。由于兩種膨脹各具有優(yōu)、缺點(diǎn)，工程上常將兩種膨脹結(jié)合并用。膨脹類型節(jié)流膨脹絕熱做外功膨脹特 點(diǎn)H=0S=0T 與制冷量TH 小/制冷量小Ts 大/制冷量大預(yù) 冷個別氣體需預(yù)冷，方能使

12、溫度下降不需預(yù)冷，任何氣體溫度均下降作功 WsWs=0 Ws 0設(shè)備、操作、投資節(jié)流閥/結(jié)構(gòu)簡單/操作方便/投資小膨脹機(jī)/結(jié)構(gòu)復(fù)雜/操作較復(fù)雜/投資大流體相態(tài)汽液兩相區(qū)、液相區(qū)不適于出現(xiàn)液滴的場合應(yīng) 用普冷、小型深冷大、中型的氣體液化表7-1 節(jié)流膨脹與絕熱作外功膨脹優(yōu)缺點(diǎn)比較【例例7-2】某工廠某一壓縮機(jī)出口的空氣狀態(tài)為P1=9.12MPa(90 atm)，T1=300K, K，現(xiàn)需膨脹到P2=0.203MPa (2 atm)。作為工程技術(shù)人員，如果有下列兩種膨脹供你選擇，選擇那一種？為什么？取環(huán)境溫度為25。節(jié)流膨脹；做外功的絕熱膨脹，已知膨脹機(jī)的實(shí)際輸出的功等于可逆絕熱膨脹時軸功的80%

13、（即等熵效率為80%）。提示：提示：只有求出兩種膨脹發(fā)生后氣體的溫度、膨脹機(jī)的作功量（有效功）及膨脹過程的損失功；然后，確定較經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的一種作為選項(xiàng)。例7-2圖1 空氣的TS示意圖解解：取1 mol作為計(jì)算基準(zhǔn)。 對于節(jié)流膨脹過程，根據(jù)式（6-24）計(jì)算損失功。先計(jì)算環(huán)境的熵變S sur。根據(jù)節(jié)流膨脹的特點(diǎn) Q0 ，H 0，于是有 Q sur0 。則 sursursur00298.15QST計(jì)算系統(tǒng)的熵變Ssys。查附錄13空氣的T-s圖得：P19.12 MPa、T1300 K時：1113012molJh11103.87KmolJs由H1的等焓線12與P2的等壓線交點(diǎn)2，得KT2802(節(jié)流

14、膨脹后溫度) 11241.118KmolJssys21sss節(jié)流膨脹所做功節(jié)流膨脹所做功0SW節(jié)流節(jié)流膨脹過程的損失功節(jié)流膨脹過程的損失功 00LWTSTSStsyssur（）10 .93560)03.8741.118()2515.273(molJ做外功的絕熱膨脹，過程絕熱，若同時是可逆的，則為等熵過程。從壓縮機(jī)出口狀態(tài)1作等熵線12，與P20.203 MPa等壓線的交點(diǎn)2。查附錄13得KT982（可逆絕熱膨脹后溫度） 1288.7614molJH112,12.53971301288.7614molJHHHWRS由式（由式（6-46-4）得）得可逆軸功可逆軸功過程的等熵效率為0.8，此過程實(shí)際

15、是不可逆的絕熱膨脹，故8 . 012.53971301222121,HHHHHWWRSSS123 .8694molJH由H2與P2，在附錄13空氣的T-s圖上查得T2133K(作外功絕熱膨脹后溫度)。膨脹機(jī)實(shí)際所作功膨脹機(jī)實(shí)際所作功17 .4317)12.5397(8 . 0molJWWRSS7.3 蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力裝置主要由四種設(shè)備組成：(1)稱為鍋爐的蒸汽發(fā)生器；(2)蒸汽輪機(jī)；(3)冷凝器；(4)水泵。工質(zhì)工質(zhì)周而復(fù)始地流過上述四種設(shè)備，構(gòu)成了（絕熱）壓縮、（等溫）膨脹、等溫壓縮、絕熱膨脹四個步驟的熱力熱力循環(huán)，使吸自高溫?zé)嵩吹臒崮艿囊徊糠洲D(zhuǎn)變成有用功輸出，實(shí)現(xiàn)熱向功的轉(zhuǎn)

16、換。由式（由式（6-236-23）得作外功絕熱膨脹的損失功）得作外功絕熱膨脹的損失功1,42.107912.53977 .4317molJWWWRSSL例7-2 表1 節(jié)流膨脹與作外功絕熱膨脹比較過 程T2 /KT T /KWsJmol-1WLJmol-1節(jié) 流 膨 脹280-2009356.0作外功絕熱膨脹133-167-4317.71079.42 從計(jì)算結(jié)果，作外功絕熱膨脹的損失功小，降溫幅度大，還對外做功，比較經(jīng)濟(jì)。因此因此選擇作外功的絕熱膨脹。中國中國60年代，年代，15001800度度電電/噸噸NH3。中國中國70年代，僅年代，僅1030度電度電/噸噸NH3。這是由于透平機(jī)直接帶動壓

17、縮機(jī)的緣故。這是由于透平機(jī)直接帶動壓縮機(jī)的緣故。蒸汽動力循環(huán)的作用：蒸汽動力循環(huán)的作用：如何將如何將1atm 300atm?需要壓縮機(jī)，消耗動力。需要壓縮機(jī)，消耗動力。電電高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?廢熱鍋爐，產(chǎn)生廢熱鍋爐，產(chǎn)生高壓蒸汽高壓蒸汽壓縮機(jī)壓縮機(jī)透平機(jī)透平機(jī)33004002223NHHNatmC ，合成氨 高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯梢允菧囟容^高的工業(yè)廢熱、地?zé)?、太陽的輻射熱等，也可以是礦物燃料燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔獾臒崮芑蚝巳剂贤ㄟ^核裂變轉(zhuǎn)變而來的熱能。 7.3.1 卡諾（卡諾（Carnot）蒸汽循環(huán)）蒸汽循環(huán)工作于高溫和低溫兩個熱源之間的Carnot熱機(jī)，又稱Carnot循環(huán)循環(huán)。它由兩個兩個等溫等溫可

18、逆過程和兩個可逆過程和兩個絕熱絕熱可逆過可逆過程構(gòu)成。程構(gòu)成。如果以水蒸氣為工質(zhì)，則可以實(shí)現(xiàn)等溫吸熱和等溫放熱過程。 圖7-10 Carnot循環(huán)的p-V圖圖7-11 Carnot循環(huán)的TS圖 Carnot循環(huán)是由可逆過程構(gòu)成的、效率最高的熱力循環(huán)。它可以最大限度地將高溫?zé)嵩摧斎氲臒崃哭D(zhuǎn)變?yōu)楣Α?,1LS CHLHHTWQQQT(7-10a)Carnot循環(huán)效率 ,1S CLCHHWTQT(7-10b) Carnot循環(huán)對外作(最大最大)功Ws,cCarnot循環(huán)雖然是效率最高的循環(huán)，但它卻不能用于生產(chǎn)不能用于生產(chǎn)。7.3.2 Rankine循環(huán)及其熱效率循環(huán)及其熱效率理想理想R

19、ankine循環(huán)循環(huán) 第一個具有實(shí)踐意義的蒸汽動力循環(huán)是Rankine循環(huán)。它也由四個步驟組成。該裝置的示意圖及TS圖、HS圖分別見圖7-12圖7-14。圖7-12 Rankine循環(huán)圖7-13 Rankine循環(huán)的TS 圖圖7-14 Rankine循環(huán)的HS 圖理想理想Rankine循環(huán)循環(huán)是指：Rankine循環(huán)中各個過程是完全可逆的，忽略工質(zhì)的流動阻力與溫差傳熱，該循環(huán)對應(yīng)于圖7-13圖7-14上的12341。應(yīng)用式（6-1），忽略膨脹前后流體的位差與速度，Z0,u2/2 0；則對于單位質(zhì)量單位質(zhì)量的流體，式(6-3)寫為 Swqh (6-3)1) 41過程：過程：鍋爐中的高壓水恒壓升溫

20、和恒壓汽化高壓水恒壓升溫和恒壓汽化，不作功Ws=0，過程有相變有相變，根據(jù)式（6-3），每kg工質(zhì)在鍋爐中的吸熱量410hhhq-1kJ kg工質(zhì)）（ (7-11) 2) 12過程：過程：汽輪機(jī)中工質(zhì)作等熵（可逆絕熱）膨脹等熵（可逆絕熱）膨脹，Q=0 ，此過程降壓降溫降壓降溫，根據(jù)式（6-13），單位工質(zhì)對外作功量12hhhwS-1kJ kg工質(zhì)）（(7-12) 3) 23過程：過程：低壓濕蒸汽在冷凝器中作等壓等溫等壓等溫冷凝，不作功不作功Ws=0，此過程有相變有相變，依式（6-13），單位工質(zhì)冷凝的放熱量232hhhq-1kJ kg工質(zhì)）（(7-13) 4) 34過程：過程：飽和水在水泵中作

21、等熵（可逆絕熱）等熵（可逆絕熱）壓縮，Q=0，此過程升壓升溫?zé)o相變升壓升溫?zé)o相變，根據(jù)式（6-13），水泵壓縮單位工質(zhì)消耗的壓縮功34hhhwp-1kJ kg工質(zhì)）（ (7-14) 由于水的不可壓縮性，壓縮過程中水的容積變化很小，過程可逆，消耗的壓縮功亦可按式(7-1)計(jì)算，即)(34ppvwp水(7-15) 5) 熱效率熱效率是鍋爐所供給的熱量中轉(zhuǎn)化為凈功的分率，用符號表示 41432100)()()()(hhhhhhqwwQWWPSPS(7-16)蒸汽動力循環(huán)中，水泵的耗功遠(yuǎn)小于汽輪機(jī)的做功量(WpWs)，水泵的耗功Wp0,常忽略不計(jì)，則412100hhhhqwQWSS(7-17) 6)

22、汽耗率汽耗率是蒸汽動力裝置中，輸出1kWh的凈功所消耗的蒸氣量蒸氣量。用SSC(Specific steam consumption)表示SWSSC3600kg/ kW h (7-18)由公式，熱效率越高，汽耗率越低，表明循環(huán)越完善。熱效率越高，汽耗率越低，表明循環(huán)越完善。 用上述公式進(jìn)行計(jì)算時，所需各狀態(tài)點(diǎn)的焓值可查閱附錄5或附錄12焓熵圖。具體見書 上相關(guān)內(nèi)容。實(shí)際實(shí)際Rankine循環(huán)循環(huán) 工質(zhì)流動中，實(shí)際存在摩擦、渦流、散熱等因素，汽輪機(jī)及水泵不可能作等熵膨脹及等熵壓縮，且對汽輪機(jī)需考慮膨脹過程的不可逆性不可逆性。因此，蒸汽通過汽輪機(jī)的絕熱膨脹不是等熵的，由圖7-13看出

23、，出口蒸汽不再是2而是2。實(shí)際Rankine循環(huán)如圖7-13、圖7-14中的12 341所示。實(shí)際作出的功應(yīng)該為 WS(不可逆)=H1 H2，顯然它小于等熵膨脹的功 WSR=H1 H2 。兩者之比稱為等熵效率S。工程上，通常用S來表示不可逆性不可逆性。 1) 等熵效率等熵效率S：膨脹作功過程，膨脹作功過程，不可逆絕熱過程不可逆絕熱過程的做功量與的做功量與可逆絕熱過程可逆絕熱過程的做的做功量之功量之比比。21212121RS,)(;hhhhHHHHWWSS不可逆 (7-19) 2) 實(shí)際實(shí)際Rankine循環(huán)的熱效率：循環(huán)的熱效率：4121414321)()(hhhhHHHHHH(7-20) 【

24、例例7-3】某核潛艇以蒸汽動力循環(huán)提供動力的循環(huán)如例7-3圖1。鍋爐從溫度為400的核反應(yīng)堆吸入熱量Q產(chǎn)生壓力為7MPa、溫度為360的過熱蒸汽(點(diǎn)1)，過熱蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)膨脹做功后于0.008MPa壓力下排出(點(diǎn)2)，乏氣在冷凝器中向環(huán)境溫度 t220下進(jìn)行定壓放熱變?yōu)轱柡退?點(diǎn)3)，然后經(jīng)泵返回鍋爐(點(diǎn)4)完成循環(huán)，已知汽輪機(jī)的額定功率為15104kW，汽輪機(jī)作不可逆的絕熱膨脹，其等熵效率為0.75，而水泵可認(rèn)為作可逆絕熱壓縮，試求：(1)此動力循環(huán)中蒸汽的質(zhì)量流量；(2)汽輪機(jī)出口乏氣的濕度；(3)循環(huán)的熱效率。解：解： 作出此動力循環(huán)的Ts圖，見例7-3 圖2。 根據(jù)給定的條件，查附錄5

25、確定1、2狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)。1點(diǎn)（過熱水蒸氣）p17MPa t1360時，查附錄5-3內(nèi)插得導(dǎo)彈核潛艇例7-3 圖2 動力循環(huán)的TS 圖例7-3 圖1 動力循環(huán)示意圖 確定膨脹后的狀態(tài)點(diǎn)，并計(jì)算軸功和汽輪機(jī)出口乏氣的濕度。 在Ts圖中，12過程表示汽輪機(jī)作等熵膨脹（即可逆絕熱膨脹），膨脹后乏氣的干度為X2,而1過程表示汽輪機(jī)的實(shí)際膨脹過程（即不可逆絕熱膨脹）。在此首先計(jì)算汽輪機(jī)出口乏氣的濕度，假定汽輪機(jī)作等熵膨脹，則115 .30458 .3019)8 .30191 .3071(21kgkJh1112801. 6KkgkJs2點(diǎn)(濕蒸汽) P10.008 MPa時，查得附錄5-2得：1288.17

26、3kgkJhsl120 .2577kgkJhsv1122287. 8KkgkJssv1125926KkgkJssl11122801. 6KkgkJss狀態(tài)點(diǎn)2的熵由式（3-79）計(jì)算：22222(1)8.2287(1)0.5926svslss xxsxx膨脹后乏氣的干度為 7448. 02x等熵膨脹等熵膨脹過程終點(diǎn)的焓值為 222(1)2577.00.7488(10.7488) 173.88svslhh xx h等熵膨脹所作的理論功為根據(jù)等熵效率的定義RS,RS,WwwWSSS實(shí)際膨脹過程（12）所做的功為于是實(shí)際膨脹實(shí)際膨脹過程終點(diǎn)的焓值為汽輪機(jī)出口乏氣的濕度為123 .1973kgkJh1

27、12,2 .10725 .30453 .1973kgkJhhwRS1S,12.80475. 02 .1072wkgkJwRSS11238.22415 .304512.804kgkJhwhS設(shè)汽輪機(jī)作實(shí)際膨脹后乏氣的干度為x2，則88.173)1 (0 .257738.2241 2 2xx8603. 0 2x1397. 08603. 011 2 x出口乏氣的熵值由式（3-79）計(jì)算為 計(jì)算水泵所消耗的功和循環(huán)蒸汽的質(zhì)量流量。 水泵所消耗的功（過程34）為水泵壓縮視為絕熱過程，由式（6-3）知， pwhhh341122222162. 75926. 0)8603. 01 (8603. 02287.

28、8)1 (KkgkJsxxssslsv1388.173kgkJh11335926. 0KkgkJss1333100084. 1kgmv4點(diǎn)(未飽和水)： MPap741145926. 0KkgkJs假設(shè)水泵作可逆絕熱壓縮11345926. 0KkgkJss1136334051. 710051. 710)008. 07(100084. 1)(kgkJkgNmppvwp13400.181051. 788.173kgkJhwhp3點(diǎn)(飽和液體)：取p 為0.008MPa時的飽和水，由附錄5-2內(nèi)插得到循環(huán)中蒸汽的質(zhì)量流量為 循環(huán)的（實(shí)際）熱效率:由式(7-17)可得如果汽輪機(jī)作等熵膨脹，則循環(huán)的理論

29、熱效率7.3.3蒸汽參數(shù)對蒸汽參數(shù)對Rankine循環(huán)熱效率的影響循環(huán)熱效率的影響在理想的Rankine循環(huán)中，吸熱過程和放熱過程的溫度和壓力溫度和壓力決定了循環(huán)的熱效率。(1)吸熱溫度吸熱溫度都比高溫燃?xì)獾臏囟鹊偷枚?，致使熱效率低下，傳熱不可逆損失極大。(2)放熱過程放熱過程，若降低冷凝溫度也能提高Rankine循環(huán)的熱效率，但這受到冷卻介質(zhì)溫度和冷凝器尺寸的限制。 1477.18418.8111015skgwNmST283. 000.1815 .304518.81141,hhwqwnetSnetS實(shí)際374. 000.1815 .30452 .1072R,Sqw理論 瞧：從頭至尾都是熱力學(xué)

30、第一定律與熱力學(xué)第二定律。瞧：從頭至尾都是熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律。實(shí)際實(shí)際理論理論，看來看來Rankine循環(huán)仍有潛力可挖。循環(huán)仍有潛力可挖。水蒸汽所作的凈功為1,18.811051. 712.804kgkJwwwPSnetS如何提高郎肯循環(huán)的熱效率？如何提高郎肯循環(huán)的熱效率？卡諾循環(huán)：卡諾循環(huán)：HLscTTqw10Rankine循環(huán)：循環(huán)：312141210hhhhhhhhqws要使要使：(1) h2，降低壓力，降低壓力P2（汽輪機(jī)出口蒸汽壓力）（汽輪機(jī)出口蒸汽壓力）(2) h1，提高汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽的壓力或溫度，提高汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽的壓力或溫度(3) 使吸熱過程向卡諾循環(huán)靠近，以提高熱

31、效率使吸熱過程向卡諾循環(huán)靠近，以提高熱效率7.3.4 Rankine循環(huán)的改進(jìn)循環(huán)的改進(jìn) 回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)單位質(zhì)量工質(zhì)抽出部分蒸汽單位質(zhì)量工質(zhì)抽出部分蒸汽Kg到回?zé)峒訜崞鞯交責(zé)峒訜崞骰責(zé)嵫h(huán)的計(jì)算回?zé)嵫h(huán)的計(jì)算計(jì)算方法：利用物料平衡和能量平衡計(jì)算抽氣量計(jì)算方法：利用物料平衡和能量平衡計(jì)算抽氣量依據(jù)熱力學(xué)第一定律可得 )(1 ()(4552hhhh4245hhhh(7-21) 回?zé)嵫h(huán)的熱效率6132121)(1 (1hhhhQQQ回（7-22） 見例題【例例7-4】 回?zé)嵫h(huán)與回?zé)嵫h(huán)與Rankine循環(huán)比較循環(huán)比較優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： (1)提高了水在鍋爐中吸熱提高了水在鍋爐中吸熱的溫位

32、，從而增加了蒸汽有的溫位，從而增加了蒸汽有效能量，做功本領(lǐng)變大。效能量，做功本領(lǐng)變大。(2)整個循環(huán)的工質(zhì)只有一整個循環(huán)的工質(zhì)只有一部分通過冷凝器部分通過冷凝器排往自然排往自然環(huán)境的有效能減少環(huán)境的有效能減少。(3)減少減少鍋爐熱負(fù)荷和冷凝鍋爐熱負(fù)荷和冷凝器換熱面積，節(jié)省金屬材料。器換熱面積，節(jié)省金屬材料。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：(1)中壓蒸氣和水在水中壓蒸氣和水在水加熱器中不可逆加熱器中不可逆混混合，合，損失了部分有效能損失了部分有效能。(2)設(shè)備增加。設(shè)備增加。利大于弊！利大于弊！ ！現(xiàn)代蒸汽動力循環(huán)普遍現(xiàn)代蒸汽動力循環(huán)普遍采用這種方式。根據(jù)需采用這種方式。根據(jù)需要，可分為要，可分為多次多次。7.3.

33、4.2 再熱循環(huán)再熱循環(huán)再熱循環(huán)的熱效率熱效率 PHPLP1RHW(WWW)QQQ再熱（7-23） 特點(diǎn)：特點(diǎn)：（2）（3）乏汽濕含量減少，干度增加。）乏汽濕含量減少，干度增加。（1）兩級透平機(jī)）兩級透平機(jī)7.4 制冷循環(huán)制冷循環(huán)普冷：普冷：當(dāng)冷凍溫度大于當(dāng)冷凍溫度大于100K，稱普冷。，稱普冷。深冷：深冷：小于小于100K稱深冷。稱深冷。制冷循環(huán)：制冷循環(huán)：利用機(jī)械功使利用機(jī)械功使熱量熱量從從低溫低溫高溫高溫的過程。的過程。利用制冷循環(huán)達(dá)到兩種目的：利用制冷循環(huán)達(dá)到兩種目的：1）制冷）制冷使指定的空間保持使指定的空間保持低于環(huán)境低于環(huán)境的溫度，熱量從低溫空的溫度，熱量從低溫空間轉(zhuǎn)移到高溫環(huán)境

34、。夏天的房間、冰箱。間轉(zhuǎn)移到高溫環(huán)境。夏天的房間、冰箱。制冷機(jī)制冷機(jī)2）加熱）加熱使指定的空間保持使指定的空間保持高于環(huán)境高于環(huán)境的溫度，熱量從低溫環(huán)的溫度，熱量從低溫環(huán)境轉(zhuǎn)移到高溫空間。冬天的房間。境轉(zhuǎn)移到高溫空間。冬天的房間。熱泵熱泵3）制冷深度制冷深度高溫環(huán)境高溫環(huán)境熱量熱量制冷機(jī)制冷機(jī)夏天夏天低溫房間低溫房間冰柜冰柜高溫空間高溫空間冬天冬天熱泵熱泵熱量熱量高溫房間高溫房間7.4.1 Carnot制冷循環(huán)制冷循環(huán) 逆向卡諾循環(huán)：工質(zhì)吸熱溫度小于工質(zhì)放熱溫度；此即逆向卡諾循環(huán)：工質(zhì)吸熱溫度小于工質(zhì)放熱溫度；此即 Carnot 制冷循環(huán)。制冷循環(huán)。由兩個等溫過程與兩個等熵過程組成。由兩個等溫

35、過程與兩個等熵過程組成。 1）12過程：過程：制冷劑的等熵等熵 (可逆絕熱可逆絕熱)壓縮。S1=S2，消耗外功Ws，制冷劑的溫度由T1升至T2，壓力由P1升至P2。 3）34過程：過程：制冷劑的等熵等熵 (可逆絕熱可逆絕熱)膨脹，S3=S4,對外作功，制冷劑的溫度由T2降至T1 , 壓力由P2降至P1。2）23過程：過程：制冷劑在溫度T2下可逆等溫等壓可逆等溫等壓放熱(由飽和的高壓蒸汽冷凝為飽和的高壓液體)，相變，放出冷凝熱QH。4）41過程：過程：制冷劑在溫度T1下可逆等溫等壓可逆等溫等壓吸熱(低壓濕蒸汽中部分液體在定溫定壓下蒸發(fā)吸熱QL)。最后回復(fù)到初始狀態(tài)l。循環(huán)的放熱量 )(412ss

36、mTQH(7-24) 循環(huán)的吸熱量 )(411ssmTQL(7-25) 12LHTTQQ制冷劑向高溫物體放出的熱量大于從低溫物體所吸收的熱量制冷劑向高溫物體放出的熱量大于從低溫物體所吸收的熱量。 )(4112ssTTmQQQWLHS5) 制冷效能系數(shù)制冷效能系數(shù) SSQwqWLL凈功低溫下吸收的熱(7-27)逆向逆向Carnot循環(huán)的制冷效能系數(shù)循環(huán)的制冷效能系數(shù)C121SCTTTWQL(7-28)總結(jié)：總結(jié)：高溫物體從制冷劑獲得的熱量總是大于獲得的熱量總是大于制冷劑從低溫物體所取出的熱量取出的熱量，兩者之差等于消耗能量（作壓縮功Ws）所轉(zhuǎn)化的熱量。逆向Carnot循環(huán)的制冷效能系數(shù)僅取決于高

37、溫物體與低溫物體的溫度制冷效能系數(shù)僅取決于高溫物體與低溫物體的溫度 T2和和T1，與制冷劑的性質(zhì)無關(guān)。與制冷劑的性質(zhì)無關(guān)。 7.4.2 蒸汽壓縮制冷循環(huán)蒸汽壓縮制冷循環(huán) Carnot制冷循環(huán)在實(shí)際應(yīng)用中是有困難的，因?yàn)樵跐裾羝麉^(qū)域壓縮和膨脹會在壓縮機(jī)和膨脹機(jī)汽缸中形成液滴，造成“汽蝕”現(xiàn)象，容易損壞機(jī)器；同時壓縮機(jī)汽缸里液滴的迅速蒸發(fā)會使壓縮機(jī)的容積效率降低。單級蒸汽壓縮制冷循環(huán)單級蒸汽壓縮制冷循環(huán)12過程過程表示等熵壓縮過程234過程過程為發(fā)生相變發(fā)生相變的等壓冷卻、冷凝過程。 45過程過程為節(jié)流膨脹過程（即等焓過程）。 51過程過程為蒸發(fā)過程（其特點(diǎn)為等壓等溫相變過程）。 蒸

38、汽壓縮制冷循環(huán)的基本計(jì)算蒸汽壓縮制冷循環(huán)的基本計(jì)算1）單位制冷量）單位制冷量 Lq單位質(zhì)量單位質(zhì)量的制冷劑在一次循環(huán)中所獲得的冷量（即在低溫環(huán)境吸收的熱量）冷量（即在低溫環(huán)境吸收的熱量）。 41hhqL-1kJ kg (7-29 )制冷裝置的制冷能力 ，制冷劑在給定的操作條件下，每小時每小時從低溫空間吸取的熱量，其單位為kJh-1LQ 2) 制冷劑每小時的循環(huán)量制冷劑每小時的循環(huán)量m LLqQm-1kg h（7-30） 3) 冷凝器的放熱量冷凝器的放熱量 HQ冷凝器的放熱量包括顯熱和潛熱量部分，由式(6-5) 24HQH 3243HHHH)(2424hhmHH（7-31） 4) 壓縮機(jī)消耗的功

39、壓縮機(jī)消耗的功 SW)(1221hhmmwHWSS（7-32） 壓縮機(jī)消耗的功率壓縮機(jī)消耗的功率STmwP -1kJ h3600SWkW （7-33）5) 制冷效能系數(shù)制冷效能系數(shù) 制冷裝置提供的單位制冷量與壓縮單位質(zhì)量制冷劑所消耗的功量之比。制冷裝置提供的單位制冷量與壓縮單位質(zhì)量制冷劑所消耗的功量之比。 12411241hhhhHHHHWQSL（7-34） 為了提高制冷效能系數(shù)，工程上常采用過冷。提高制冷效能系數(shù)，工程上常采用過冷。 【例例7-5】某公司有一蒸汽壓縮制冷裝置，采用氨作制冷劑，制冷能力為105kJh，蒸發(fā)溫度為-15，冷凝溫度為30，設(shè)壓縮機(jī)作可逆絕熱壓縮，試求：制冷劑每小時的

40、循環(huán)量；壓縮機(jī)消耗的功率及處理的蒸汽量；冷凝器的放熱量；節(jié)流后制冷劑中蒸汽的含量；循環(huán)的制冷效能系數(shù)；相同溫度區(qū)間內(nèi)，逆向Carnot循環(huán)的制冷系數(shù)。例7-5圖1 例7-5圖2 Hp lnsT 解解：(1) 此循環(huán)的 圖、 圖見例7-5圖1 和例7-5圖2 ，由附錄79查出各狀態(tài)點(diǎn)的焓值。狀態(tài)點(diǎn)狀態(tài)點(diǎn)1 1：由附錄7查得蒸發(fā)溫度為-15時，制冷劑為飽和蒸汽的焓值、熵值及比容。Hp ln狀態(tài)點(diǎn)狀態(tài)點(diǎn)2：由冷凝溫度30時相應(yīng)的冷凝壓力為1.17MPa，在附錄9氨的2p圖上，找出1點(diǎn)位置，沿等熵線與1.17MPa的等壓線的交點(diǎn)3，圖上直接查得kgkJh/18802狀態(tài)點(diǎn)狀態(tài)點(diǎn)4 4：從附錄7氨的飽和

41、蒸汽壓表查得30時飽和液體的焓值kgkJh/53.5604狀態(tài)點(diǎn)狀態(tài)點(diǎn)5 5：45過程是等焓的節(jié)流膨脹過程，故kgkJhh/53.56045(2) (2) 計(jì)算：計(jì)算： 制冷劑的循環(huán)量制冷劑的循環(huán)量hkghhQqQmLLL/62.9053.560166410541壓縮機(jī)每小時處理的制冷劑蒸汽量壓縮機(jī)每小時處理的制冷劑蒸汽量04.46508. 062.901 mvVt3-1mh3-1m kg508. 01v-1kJ kg16641h-1-1kJ kg K021. 91s壓縮機(jī)消耗的功率kWhhmmwPST44. 53600)16641880(62.903600)(12 冷凝器的放熱量冷凝器的放熱

42、量kgkJhhmHQH/1096.11)53.5601880(62.90)(442x 設(shè)節(jié)流后（狀態(tài)點(diǎn)設(shè)節(jié)流后（狀態(tài)點(diǎn)5）制冷劑中氣相含量為）制冷劑中氣相含量為，由式（3-78）有sVsLxhxhhh555)1 (由附錄7查得-15時 16645svh-1kJ kg89.3495slh53.56045 hh-1kJ kg-1kJ kg代入得 16. 0 x 循環(huán)的制冷效能系數(shù)循環(huán)的制冷效能系數(shù)10. 51664188053.56016641251hhhh70. 5)15(3015273LHLCTTT相同溫度區(qū)間內(nèi)，逆向相同溫度區(qū)間內(nèi)，逆向Carnot循環(huán)的制冷效能系數(shù)循環(huán)的制冷效能系數(shù)循環(huán)的制

43、冷效能系數(shù)低于逆向Carnot循環(huán)的制冷效能系數(shù)。即Carnot制冷循環(huán)的制冷效率最大?！纠?-6】以R22為制冷劑的制冷裝置，循環(huán)的工作條件如下：冷凝溫度為20，過冷度t5，蒸發(fā)溫度為-20，進(jìn)入壓縮機(jī)是干飽和蒸汽。試求此循環(huán)的單位制冷量、每kg制冷劑的耗功量以及制冷效能系數(shù)，并與無過冷(其他工作條件相同)進(jìn)行比較。例7-6圖1 解：解：此制冷循環(huán)在制冷劑的熱力學(xué)圖上表示如例7-6圖1所示。由附錄11 R22的lnp-H圖查得： 7 .6211h-1kJ kg1 .6532h-1kJ kg8 .4434h-1kJ kg7 .4384h-1kJ kg（為計(jì)算方便， 4未飽和液體的性質(zhì)用4點(diǎn)溫

44、度對應(yīng)的飽和液體代替。）制冷循環(huán)中無過冷的單位制冷量：制冷循環(huán)中無過冷的單位制冷量：9 .1778 .4437 .62141hhqL-1kJ kg每每kgkg制冷劑所消耗的功：制冷劑所消耗的功：4 .317 .6211 .65312hhwS-1kJ kg聯(lián)想：聯(lián)想：逆向逆向Carnot循環(huán)是不能實(shí)現(xiàn)，可它給我們的節(jié)能工作指明了方向循環(huán)是不能實(shí)現(xiàn)，可它給我們的節(jié)能工作指明了方向和最終目標(biāo)值。和最終目標(biāo)值。制冷系數(shù)：制冷系數(shù)： 67. 54 .319 .177SLwq制冷循環(huán)中冷凝液過冷制冷循環(huán)中冷凝液過冷55，單位制冷量：，單位制冷量：1837 .4387 .62141hhqL-1kJ kg每每

45、kgkg制冷劑消耗的功量與無過冷時相同，即：制冷劑消耗的功量與無過冷時相同，即：4 .3112hhwwSS-1kJ kg制冷效能系數(shù)制冷效能系數(shù) 83. 54 .31183SLwq小故事：小故事：西部某冷凍機(jī)廠的技術(shù)人員在總工程師的帶領(lǐng)下，進(jìn)行技術(shù)改造；用與本題完全相同的方法改進(jìn)了他們所生產(chǎn)的冰箱和冷柜的制冷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了單位耗電量比其它廠家低3.9的目標(biāo)。由于提高了產(chǎn)品的科技含量和產(chǎn)品競爭力，產(chǎn)品年銷售額增加15.7。而中部某廠因沒有及時采取相應(yīng)措施，產(chǎn)品競爭力差，沒過幾年就被淘汰了。*多級壓縮制冷多級壓縮制冷 為了實(shí)現(xiàn)在獲得較低的制冷溫度 ，同時能耗不增加，開發(fā)了多級壓縮制冷循

46、環(huán)。 1.兩級壓縮制冷循環(huán)兩級壓縮制冷循環(huán) (1) 工作原理及工作原理及T-S圖圖(2)兩級壓縮兩級蒸發(fā)的好處兩級壓縮兩級蒸發(fā)的好處 耗功小，節(jié)能耗功小，節(jié)能 制冷率大制冷率大 可同時得到不同溫度的低溫可同時得到不同溫度的低溫多級壓縮制冷可提供多種不同溫度下的制冷量，正適合化工生產(chǎn)中需要各種溫度下的冷量。 7.4.3 制冷工質(zhì)的選擇制冷工質(zhì)的選擇（1）大氣壓力下沸點(diǎn)低；（2）常溫下的冷凝壓力應(yīng)盡可能的低，以降低對冷凝器的耐壓與密封的要求；（3）汽化潛熱大，減少制冷劑的循環(huán)量，縮小壓縮機(jī)的尺寸；（4）具有較高的臨界溫度與較低的凝固溫度，使大部分的放熱過程在兩相 區(qū)內(nèi)進(jìn)行；具有化學(xué)穩(wěn)定性、不易燃、

47、不分解、無腐蝕性。選擇原則選擇原則（1）按照按照“蒸發(fā)溫度蒸發(fā)溫度 熱環(huán)境溫度熱環(huán)境溫度”的原則；確的原則；確定制冷劑工作的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度。定制冷劑工作的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度。（2）依據(jù)蒸發(fā)溫度，冷凝溫度，制冷劑的熱力學(xué)要求，環(huán)保要求，安全操依據(jù)蒸發(fā)溫度，冷凝溫度，制冷劑的熱力學(xué)要求，環(huán)保要求，安全操作要求，初步選出幾種候選制冷劑。根據(jù)各侯選制冷劑的作要求，初步選出幾種候選制冷劑。根據(jù)各侯選制冷劑的 T-P 關(guān)系，確定關(guān)系，確定操作時蒸發(fā)器的汽化壓力和冷凝器的液化壓力。操作時蒸發(fā)器的汽化壓力和冷凝器的液化壓力。（3）對選出的各侯選制冷劑，用所確定的對選出的各侯選制冷劑，用所確定的T、P值，查

48、值，查lnP-H圖計(jì)算制冷系數(shù)圖計(jì)算制冷系數(shù)和運(yùn)行成本；在比較的基礎(chǔ)上選定制冷劑。和運(yùn)行成本；在比較的基礎(chǔ)上選定制冷劑。小結(jié)小結(jié)環(huán)境溫度限制環(huán)境溫度限制 熱力學(xué)要求熱力學(xué)要求環(huán)保要求環(huán)保要求安全操作要求安全操作要求【例例7-7】一蒸汽壓縮制冷循環(huán)如例7-7圖 1所示。其蒸發(fā)溫度為-20，冷凝溫度為20，原先工質(zhì)是Rl2，現(xiàn)為保護(hù)臭氧層，改用替代物Rl34a為工質(zhì)。試計(jì)算兩種工質(zhì)相應(yīng)的制冷效能系數(shù)。解解：計(jì)算Rl2為工質(zhì)時的制冷效能系數(shù)。從附錄10查得：1175.134kgkcalh123 .140kgkcalh1456 .104kgkcalhh43. 575.1343 .1406 .10475

49、hhhhhhhwqSL故有：例7-7圖 1 計(jì)算Rl34a為工質(zhì)時的制冷效能系數(shù)。從附錄6查得：11387kgkJh12417kgkJh145230kgkJhh 制冷效能系數(shù)為23. 538741723038712410hhhhwqS這兩種工質(zhì)的制冷效能系數(shù)相當(dāng)接近，可以替代?！纠?-8】某空間站在離地球67km處運(yùn)行，此位置環(huán)境的平均氣溫為-40，空間站上有一裝置需維持-80的低溫，問應(yīng)選擇那種制冷劑？有人認(rèn)為可以選擇氨，你以為如何？不計(jì)算制冷效能系數(shù)，請你粗選一種可能的制冷劑。解解：根據(jù)制冷原理，需要制冷劑在低壓時蒸發(fā)的沸騰溫度低于低溫的環(huán)境溫度T1 -80，且

50、此溫度下不凝固；在高壓時冷凝的液化溫度高于高溫環(huán)境溫度T2-40。因此應(yīng)選擇低壓(如0.1MPa)下沸點(diǎn)低于-80（如-86），高壓下沸點(diǎn)高于-40（如-36）的制冷劑作為工質(zhì)。0.1MPa下氨的沸點(diǎn)為下氨的沸點(diǎn)為-33.4，不符合，故不能選，不符合，故不能選氨作為制冷劑。氨作為制冷劑。國際空間站 查表7-2知，在0.1MPa低壓下沸點(diǎn)低于-80的制冷劑由低到高的次序是b, 50b, 1150b, 170b, 13RRRRTTTT要求有較低的凝固溫度，比較上述幾種制冷劑，知凝固溫度從低到高的次序是b, 170b, 50b, 13b, 1150RRRRTTTT要求有較高的臨界溫度，比較上述幾種制

51、冷劑，知臨界溫度由高到低的次序是 要求制冷劑在冷凝溫度下的飽和壓力應(yīng)盡量低，以降低對設(shè)備耐壓與密封的要求。這幾種制冷劑的臨界壓力相差不大，可任意選擇。50,1150,13,170,RbRbRbRbTTTT下一步需查相應(yīng)的lnP-H圖，計(jì)算制冷效能系數(shù)，依據(jù)其經(jīng)濟(jì)性能，選定制冷劑。根據(jù)以上討論，如不考慮成本，選擇如不考慮成本，選擇R170R170較理想。較理想。7.4.4 吸收式制冷吸收式制冷虛線左邊部分是由吸收器、吸收器、再生器、溶液再生器、溶液泵、換熱器及泵、換熱器及節(jié)流閥節(jié)流閥所組成，它替代了替代了蒸汽壓縮制冷裝置中的壓縮機(jī)壓縮機(jī)。除此之外，其他的組成部分與蒸汽壓縮制冷相同。1.工作原理工

52、作原理2.將吸收式制冷循環(huán)與蒸汽壓縮制冷循環(huán)相比較，其將吸收式制冷循環(huán)與蒸汽壓縮制冷循環(huán)相比較，其不同不同點(diǎn)點(diǎn)僅在于：僅在于：蒸汽壓縮制冷循環(huán)：蒸汽壓縮制冷循環(huán)：壓縮機(jī)（消耗機(jī)械功）壓縮機(jī)（消耗機(jī)械功）吸收式制冷循環(huán)：吸收式制冷循環(huán)：吸收器，解吸器吸收器，解吸器(再生器再生器)，換熱器，泵（消耗低品位熱量），換熱器，泵（消耗低品位熱量） 3.評價評價吸收式制冷循環(huán)循環(huán)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)-熱能利用系數(shù)熱能利用系數(shù)（7-35） 從熱源吸收的熱量制冷量QQ04.吸收式制冷的優(yōu)點(diǎn)有：利用低品位的熱能以及工業(yè)生產(chǎn)中的余熱或廢熱；利用低品位的熱能以及工業(yè)生產(chǎn)中的余熱或廢熱；裝置中無昂貴的壓縮機(jī)，設(shè)備成本低廉。

53、其缺點(diǎn)是熱能利用系數(shù)低，裝置體裝置中無昂貴的壓縮機(jī)，設(shè)備成本低廉。其缺點(diǎn)是熱能利用系數(shù)低，裝置體積較龐大。積較龐大。7.4.5 熱泵熱泵圖7-29 熱泵工作原理圖 熱泵熱泵是住房和工業(yè)建筑物在冬季用來取暖，夏季用來降溫的一種設(shè)備，是反向的熱機(jī)反向的熱機(jī)。 熱泵工作原理熱泵工作原理熱泵實(shí)質(zhì)上是一種能源采掘機(jī)。熱泵實(shí)質(zhì)上是一種能源采掘機(jī)。 圖7-30 熱泵T-S 圖 熱泵循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性以消耗單位功量所得到的供消耗單位功量所得到的供熱量熱量來衡量，稱為供熱系數(shù)供熱系數(shù)HPHP，即SSHPwqWQ22（7-36） 評價熱泵的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評價熱泵的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)熱泵循環(huán)向供暖房間(高溫?zé)嵩?供熱量Q2為(見

54、圖7-30) 2346824202面積HHWQQSSWQ 2恒成立1HP理想的制冷效能系數(shù)（逆Carnot循環(huán)）供熱系數(shù)與制冷效能系數(shù)的關(guān)系供熱系數(shù)與制冷效能系數(shù)的關(guān)系0121CSQTWTT理想的供熱系數(shù)為202211SHPCSSQQWTWWTT （7-37） 實(shí)際的供熱系數(shù)為 201SHPSSQQWWW（7-38） 即，循環(huán)制冷系數(shù)越高，供熱系數(shù)也越高。即，循環(huán)制冷系數(shù)越高，供熱系數(shù)也越高。 總結(jié)：總結(jié)：熱泵以花費(fèi)一部分高質(zhì)能為代價熱泵以花費(fèi)一部分高質(zhì)能為代價(作為一種補(bǔ)償條件作為一種補(bǔ)償條件)從自然環(huán)境中獲從自然環(huán)境中獲取能量，并連同所花費(fèi)的高質(zhì)能一起向用戶供熱，節(jié)約了高質(zhì)能而有效地利取能

55、量，并連同所花費(fèi)的高質(zhì)能一起向用戶供熱，節(jié)約了高質(zhì)能而有效地利用了低水平的熱能。用了低水平的熱能。 【例例7-9】一熱泵按逆卡諾循環(huán)工作的功率為l0 kW，環(huán)境溫度為-13，用戶要求供熱溫度為95。求供熱量；如熱泵實(shí)際制冷循環(huán)的供熱系數(shù)是逆卡諾循環(huán)的0.65倍，熱泵功率為多少才能保證供熱量？同樣的供熱量，如直接使用電熱器供熱，所需消耗的功率？解：解：熱泵按逆卡諾循環(huán)運(yùn)行熱泵按逆卡諾循環(huán)運(yùn)行，見例7-9圖1。根據(jù)題意t1-13，t295。于是由式（7-37），逆卡諾循環(huán)供熱系數(shù)HPC為41. 3)1315.273()9515.273(9515.2731222TTTWQSHPC則供熱量為15210

56、227. 136001041. 3hkJWQSHPC熱泵從周圍環(huán)境中取得的熱量120867603600)101 .34(hkJWQQS供熱量中有供熱量中有34.170.7%70.7%是從環(huán)境中所提取，可見此供熱方式經(jīng)濟(jì)。是從環(huán)境中所提取，可見此供熱方式經(jīng)濟(jì)。為為HP實(shí)際循環(huán)的供熱系數(shù)實(shí)際循環(huán)的供熱系數(shù)2165. 241. 365. 065. 0HPCHP例7-9圖1kWkWWS1038.152165. 21 .34即實(shí)際循環(huán)熱泵的功率要達(dá)到15.38 kW才能滿足供熱要求。消耗的電功率比逆卡消耗的電功率比逆卡諾循環(huán)多了諾循環(huán)多了5.38 KW5.38 KW。直接使用電熱

57、器供熱，有直接使用電熱器供熱，有kWWS1 .34Q2,電熱器供 熱 方 式逆卡諾循環(huán)實(shí)際循環(huán)電熱器耗電量/kW1015.3834.1功變熱的效率3.41 2.21例7-9表1 三種供熱方式的比較原來如此！現(xiàn)在終于明白原來如此！現(xiàn)在終于明白為什么說熱泵是一種能源采掘機(jī)了。為什么說熱泵是一種能源采掘機(jī)了。 2165. 21 .342SSHPWWQ【例例7-10】一住房冬季取暖需要能量30kJs-1，夏季冷卻需要能量60 kJs-1。熱泵裝置能使住房冬季保持20，夏季保持25。要達(dá)到這樣的要求，需要制冷劑通過室內(nèi)換熱蛇管循環(huán)，蛇管溫度冬季30，夏季5。一地下蛇管冬季提供熱源，夏季接納熱量。地下溫度

58、全年維持在15，蛇管的傳熱特性要求制冷劑冬季為10，夏季為25。試問冬季加熱和夏季冷卻時所需要的最小功率各為多少？解：解：本題涉及的溫度很多，在解題前需要分析一下題意?！暗叵聹囟热昃S持在15”是指：“地下”分別是冬季熱量和夏季冷量的來源；熱泵裝置能使住房冬季保持20是指：蛇管溫度30液化放出熱量，制冷劑冬季10蒸發(fā)吸收地下的熱；熱泵裝置能使住房夏季保持25是指：室內(nèi)蛇管溫度5蒸發(fā)吸收室內(nèi)的熱，制冷劑夏季為25 液化放出熱量，被地下吸收。（1）冬季加熱時，熱泵按逆Carnot循環(huán)運(yùn)行所需的功率最小，見例7-11圖1。室內(nèi)蛇管處于較高的溫度T2TH30，T1TL10，需要的熱量Q230 kJs-

59、1。用式（7-42）得，供熱系數(shù) 例7-11圖1 冬季取暖循環(huán)1222TTTWQSHPC)15.27310()15.27330(15.2733030SW kWskJWS98. 198. 115.30320301因此冬季所需的功率為1.98 kW。（2）夏季冷卻，見例7-11圖2。Q0Q吸熱60 kJs-1，室內(nèi)蛇管處于較低的溫度252HTT。由制冷系數(shù)計(jì)算式(7-32)，得51LTT01C21SQTWTT1011231. 415.273552560skJQTTTWS即所需功率為即所需功率為4.31 kW4.31 kW。例7-11圖2 夏季制冷循環(huán)家用空調(diào)工作原理家用空調(diào)工作原理1夏天夏天冷凝器

60、（在室外）冷凝器（在室外）) (膨脹閥膨脹閥蒸發(fā)器（在室內(nèi)）蒸發(fā)器（在室內(nèi)）a）壓縮機(jī)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換閥閥家用空調(diào)工作原理家用空調(diào)工作原理2冬天冬天蒸發(fā)器（在室外）蒸發(fā)器（在室外）) (膨脹閥膨脹閥冷凝器（在室內(nèi)）冷凝器（在室內(nèi)）壓縮機(jī)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換閥閥b）7.4.6 熱管熱管1. 熱管的工作原理熱管的工作原理圖7-31 熱管的工作原理圖1-熱管殼；2-熱管芯；3-蒸汽；4-液體當(dāng)熱源對熱管的一端加熱時，工作液受熱沸騰而蒸發(fā)，蒸汽在壓差的作用下高速地流向熱管的另一端(冷端)，在冷端放出潛熱而凝結(jié)。冷凝液在吸液芯毛細(xì)抽吸冷凝液在吸液芯毛細(xì)抽吸力的作用下從冷端返回?zé)岫?。力的作用下從冷端返回?zé)岫?。如?/p>