热力学过程分析及其计算

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1、制冷原理与设备配置,热力学过程分析及其计算,理论单级循环压焓图状态点的查找与分析 单级理论循环的热力学计算 冷库单级循环压焓图状态点的查找与分析 冷库单级循环的热力学计算 理论双级循环压焓图状态点的查找与分析 双级理论循环的热力学计算 冷库双级循环压焓图状态点的查找与分析 冷库双级制冷系统的热力学计算 中央空调溴化锂制冷系统的热力学分析,单级循环热力学状态点分析,理论单级循环压焓图状态点的查找与分析,低温低压（饱和蒸气） 高温高压（过热蒸气）,状态点1 状态点2,单级循环热力学状态点分析,理论单级循环压焓图状态点的查找与分析,高温高压（过热蒸气） 常温高压（饱和液体）,状态点2 状态点3,理论

2、单级循环压焓图状态点的查找与分析,高温高压（过热蒸气） 常温低压（湿蒸气）,状态点4 状态点5,单级循环热力学状态点分析,理论单级循环压焓图状态点的查找与分析,常温低压（湿蒸气） 低温低压（饱和蒸气）,状态点5 状态点1,单级循环热力学状态点分析,单级蒸气压缩式制冷循环,单级蒸汽压缩式制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成。 制冷剂蒸汽压缩、冷凝成液体，放出热量 冷凝后的制冷剂流经节流元件进入蒸发器。从入口端的高压pk降低到 低压p0，从高温tk降低到t0，并出现少量液体汽化变为蒸汽。 制冷剂液体在低压（低温）下蒸发吸热 制冷剂蒸汽回到压缩机中压缩,单级循环热力学状态点分析,单级理论循环

3、热力学计算,1.单位质量制冷量 q0 制冷压缩机每输送1kg制冷剂经循环从被冷却介质中制取的冷量称为单位质量制冷量，用q0表示。 q0=h1-h4=r0（1-x4） 式中 ：q0单位质量制冷量（kJ/kg）； h1与吸气状态对应的比焓值（kJ/kg）； h4节流后湿蒸汽的比焓值（kJ/kg）； r0蒸发温度下制冷剂的汽化潜热（kJ/kg）； x4节流后气液两相制冷剂的干度。,单级循环热力学计算,2.单位容积制冷量 qv 制冷压缩机每吸入1m3制冷剂蒸汽（按吸气状态计）经循环从被冷却介质中制取的冷量，称为单位容积制冷量，用qv表示。 qv= q0/v1 式中： qv单位容积制冷量（kJ/m3）；

4、 v1制冷剂在吸气状态时的比体积（m3/kg） 3.理论比功w0 制冷压缩机按等熵压缩时每压缩输送1kg制冷剂 蒸汽所消耗的功，称为理论比功，用w0表示。 w0=h2-h1 式中： w0理论比功（kJ/kg）； h2压缩机排气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）； h1压缩机吸气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）,4.单位冷凝热负荷 qk制冷压缩机每输送1kg制冷剂在冷凝器中放出的热量，称为单位冷凝热负荷，用qk表示。 qk=（h2-h2）+（h2-h3）=h2-h3 式中：,单级循环热力学计算,qk单位冷凝热负荷（kJ/kg）； h2与冷凝压力对应的干饱和蒸汽状态所具有的比焓值（kJ/kg）； h

5、3与冷凝压力对应的饱和液状态所具有的比焓值（kJ/kg）； 对于单级蒸汽压缩式制冷理论循环，存在着下列关系 qk = q0 +w0 5.制冷系数 0 单位质量制冷量与理论比功之比，即理论循环的收益和代价之比，称为理论循环制冷系数，用0表示， 0=q0 / w0 =（h1-h4）/（h2-h1）,例1-1 假定循环为单级蒸汽压缩式制冷的理论循环，蒸发温度t0=-10，冷凝温度tk=35，工质为R22，循环的制冷量Q0=55kW，试对该循环进行热力计算。,解： 点1：t1=t0= 10，p1=p0=0.3543MPa，h1=401.555kJ/kg，v1=0.0653m3/kg 点3：t3=tk=

6、35，p3=pk=1.3548MPa，h3=243.114 kJ/kg，由图可知，h2=435.2 kJ/kg， t2=57,单级循环热力学计算,1）单位质量制冷量 q0=h1-h4= h1-h3=401.555-243.114=158.441kJ/kg,4）理论比功 w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg,5）压缩机消耗的理论功率 P0=qmw0=0.347133.645=11.68kW,3）制冷剂质量流量 qm= Q0/q0=55/158.443=0.3741kg/s,2）单位容积制冷量 qv= q0/v1=158.411/0.0653=2426kJ/m3,单

7、级循环热力学计算,7）冷凝器单位热负荷 qk=h2-h3 =435.2-243.114=192.086kJ/kg,8）冷凝器热负荷 Qk=qmqk=0.3471192.086=66.67kW,6）制冷系数 0=q0 / w0=158.411/33.645=4.71,单级循环热力学计算,实际工况及制冷剂的变化对循环的影响,液体过冷对循环的影响； 吸汽过热对循环的影响； 回热对循环的影响。,单级实际循环热力学分析,实际工况及制冷剂的变化对循环的影响,液体过冷对循环的影响：,单级实际循环热力学分析,实际工况及制冷剂的变化对循环的影响,液体过冷对循环的影响：,单级实际循环热力学分析,实际工况及制冷剂的

8、变化对循环的影响,吸汽过热对循环的影响：,单级实际循环热力学分析,实际工况及制冷剂的变化对循环的影响：,吸汽过热图：,单级实际循环热力学分析,实际工况及制冷剂的变化对循环的影响：,吸气过热制冷量和制冷系数变化对比 ：,单级实际循环热力学分析,实际工况及制冷剂的变化对循环的影响,回热对循环的影响：,单级实际循环热力学分析,实际工况及制冷剂的变化对循环的影响,回热对循环的原理图：,单级实际循环热力学分析,实际工况及制冷剂的变化对循环的影响,回热制冷量和制冷系数变化对比 ：,单级实际循环热力学计算,双级循环压焓图状态点 的查找与分析,双级蒸气压缩式制冷循环,采用多级蒸汽压缩式制冷循环的特点及应用：,

9、（1）降低压缩机的排气温度 （2）降低压力比 （3）减少节流损失,一次节流中间完全冷却双级蒸汽压缩式制冷循环的流程图和 lgp-h图,双级循环压焓图状态点 的查找与分析,双级循环压焓图状态点 的查找与分析,一次节流中间不完全冷却双级蒸汽压缩式制冷循环的流程图和 lgp-h图,双级循环压焓图状态点 的查找与分析,氨泵供液的一级节流中间完全冷却制冷循环的流程图和 lgp-h图,双级循环压焓图状态点 的查找与分析,双级循环热力学计算,双级蒸气压缩式制冷循环,（1）选配压缩机时中间压力的确定 选配压缩机时，中间压力pm的选择，可以根据制冷系数最大这一原则去选取，这一中间压力pm又称最佳中间压力。确定最

10、佳中间压力pm常用的方法有公式法和图解法。 1）公式法 常用的公式法有比例中项公式法和拉塞经验公式法两种 。,比例中项公式法 按压力的比例中项确定中间压力 pm=po*pk 式中Pm ,Po和Pk分别为中间压力、蒸发压力和冷凝压力,单位MPa。 按式求出的中间压力和制冷循环的最佳中间压力有一定的偏差。但公式很简单，可用于初步估算。 按温度的比例中项确定中间压力 Tm=To*Tk 式中Tm ,To和Tk分别为中间温度，蒸发温度和冷凝温度,单位均为K。,双级循环热力学计算,拉塞经验公式法 对于两级氨制冷循环，拉赛(A.Rasi)提出了较为简单的最佳中间温度计算式： tm=0.4tk+ 0.6to+

11、3 式中，tm , tk和to分别表示中间温度，冷凝温度和蒸发温度，单位均为。 上式不只适用于氨，在4040温度范围内，对于R12也能得到满意的结果。,双级循环热力学计算,2）图解法 根据确定的蒸发压力p0和冷凝压力pk， 在pm（tm）值的上下，按一定间隔选取若干个中间温度tm值。 根据给定的工况和选取的各个中间温度tm分别画出双级缩循环的lgp-h图，确定循环的各状态点的参数，计算出相应的制冷系数。 绘制 =f（tm）曲线，找到制冷系数最大值 max，由该点对应的中间温度tm 。,双级循环热力学计算,（2）既定压缩机时中间压力的确定 已经选定压缩机好，此时高、低压级的容积比已确定，即值一定

12、，这时可采用容积比插入法求出中间压力 。,双级循环热力学计算,1、冷凝温度：tk=th+tk 2、蒸发温度：to=tl-to 3、中间温度：上述分析。 4、低压级吸气温度：R717，查表选取；氟利昂吸气温度取15。 5、高压级吸气温度：R717高压级压缩机的吸气状态为中间压力下的干饱和蒸汽。氟里昂制冷剂，其高压级吸气温度取15，吸气状态为中间压力下的过热蒸汽。 6、节流前液体的温度：制冷剂液体经中间冷却器盘管冷却后的出液温度比中间温度高3一7，一般R717取小值，氟里昂取大值。对于氟里昂双级制冷系统，还考虑采用回热器，其过冷度由回热器的热平衡关系式求得。,双级循环热力学计算,低压级压缩机的理论

13、功率为 P0d= qmd * w0d= Q0*（h2-h1 ）*（h1-h8 ）,低压级的理论比功为： w0d=h2-h1,单位质量制冷量为： q0=h1-h8,低压级制冷剂的质量流量qmd为：qmd = Q0/q0=Q0/（h1-h8）,双级循环热力学计算,在二级压缩制冷循环中，制取冷量的都是低压部分的蒸发过程，其单位制冷量： q0=h1-h4 低压压缩机的单位理论功： wd=h2-h1 当制冷机的冷负荷为Q0时，低压级制冷剂循环量： qmd = Q0/q0=Q0/（h1-h8）,双级循环热力学计算,低压压缩机消耗的理论功率：,P0d=P0d= qmd * w0d = Q0*（h2-h1 ）

14、*（h1-h8 ）,对于中间完全冷却的两级循环：qmgh9+qmdh2=qmgh3+qmdh4,qmg =qmd(h2-h4) /( h3- h9),双级循环热力学计算,高压压缩机的单位理论功为：,wg=h7-h3 由此可得高压压缩机的理论功率： P0g= qmg * w0g = Q0*(h2-h7)*(h4-h3)/(h3-h5)*(h1-h8),根据制冷系数的定义，两级压缩制冷循环的理论制冷系数为 = Q0/（P0g + P0d） =(h3-h5)*(h1-h8)/(h3-h5)*(h2-h1)+(h2-h7)*(h4-h3),双级循环热力学计算,低压压缩机消耗的理论功率：,P0d=P0d

15、= qmd * w0d = Q0*（h2-h1 ）*（h1-h8 ）,对于中间完全冷却的两级循环：qmgh9+qmdh2=qmgh3+qmdh4,qmg =qmd(h2-h4) /( h3- h9),双级循环热力学计算,单效溴化锂吸收式制冷循环的热力计算,热力计算目的与原则； 循环工作参数确定：工作蒸汽参数、冷媒水进出口温度、冷却水进出口温度、冷凝温度、蒸发温度、吸收器内溶液的最低温度、溶液浓度、发生器内溶液最高温度、浓溶液出换热器温度； 溶液循环倍率及热力计算：单位热负荷、设备热负荷、热平衡、热力系数。,溴化锂吸收式制冷机的热力分析,已知参数 （a）制冷量Q0 （b）冷媒水出口温度tx。 对于溴化锂吸收式制冷机组，因为用水作为制冷剂，因此一般tx大于5。 （c）冷却水进口温度tw根据当地的自然条件决定。 （d）加热热源温度，采用0.10.25MPa的饱和蒸汽或75以上的热水作为热源比较合理。,