热力学过程分析及其计算.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,热力学过程分析及其计算,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,p,k降低到,低压,p,0，从高温,t,k降低到,t,0，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,单级理论循环热力学计算,1.单位质量制冷量,q,0,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,q,0表示。,q,0=,h,1-,h,4=,r,0（1-,x,4）,式中,：,q,0,单位质量制冷量（kJ/kg）；,h,1,与吸气状态对应的比焓值（kJ/kg）；,h,4,节流后湿蒸汽的比焓值（kJ/kg）；,r,0,蒸发温度下制冷剂的汽化潜热（kJ/kg）；,x,4,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,q,v,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,q,v表示。,q,v,=,q,0,/v1,式中,：,q,v,单位容积制冷量（kJ/m3）；,v,1,制冷剂在吸气状态时的比体积（m3/kg）,3.理论比功,w,0,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,w,0表示。,w,0=,h,2-,h,1,式中,：,w,0,理论比功（kJ/kg）；,h,2,压缩机排气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）；,h,1,压缩机吸气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）,4.单位冷凝热负荷,q,k,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,q,k表示。,q,k,=（,h,2-,h,2,）+（,h,2,-,h,3）=,h,2-,h,3,式中,：,单级循环热力学计算,q,k,单位冷凝热负荷（kJ,/kg）；,h,2,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,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,q,k,=,q,0+,w,0,5.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,=,（,h,1-,h,4,）,/,（,h,2-,h,1,）,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,t,0=-10，冷凝温度,t,k=35，工质为R22，循环的制冷量,Q,0=55kW，试对该循环进行热力计算。,解,：,点1：,t,1=,t,0=,10，,p,1=,p,0=0.3543MPa，,h,1=401.555kJ/kg，,v,1=0.0653m3/kg,点3：,t,3=,t,k,=35，,p,3=,p,k,=1.3548MPa，,h,3=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,q,0=,h,1-,h,4=,h,1-,h,3=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=0.3471,33.645=11.68kW,3,）,制冷剂质量流量,q,m,=,Q,0,/q0,=,55/158.443=0.3741,kg,/s,2,）单位,容积制冷量,q,v,=q0,/v1,=,158.411/0.0653=2426,kJ/,m3,单级循环热力学计算,7）冷凝器单位热负荷,q,k,=,h,2,-,h,3,=435.2-243.114=192.086kJ/kg,8）冷凝器热负荷,Q,k,=,q,m,q,k,=0.3471,192.086=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,：,w,0,=,h,2,-,h,1,=,w,0,+,w,0,w,0,=,h,2,-,h,1,=,w,0,+,w,0,w,0,=,h,2,-,h,1,q,0,=,h,1,-,h,4,=,q,0,q,0,=,h,1,-,h,4,=（,h,1,-,h,4,）+（,h,1,-,h,1,）=,q,0,+,q,0,q,0,=,h,1,-,h,4,有害过热,有效过热,过热循环 1,-2,-3-4-1,理论循环,1-2-3-4-1,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,：,w,0,=,h,2,-,h,1,=,w,0,+,w,0,w,0,=,h,2,-,h,1,q,0,=,h,1,-,h,4,=,q,0,+,q,0,q,0,=,h,1,-,h,4,回热循环1,-2,-3,-4,-1,理论循环1-2-3-4-1,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,：,（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,p,m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,p,m又称最佳中间压力。确定最佳中间压力,p,m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,T,o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=,0.4,tk+,0.6,to+,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,p,0和冷凝压力,p,k，,在,p,m（,t,m）值的上下，按一定间隔选取若干个中间温度,t,m值。,根据给定的工况和选取的各个中间温度,t,m分别画出双级缩循环的lg,p,-,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,（,t,m）曲线，找到制冷系数最大值,max，由该点对应的中间温度,t,m,。,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，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功率为,P0d=,qmd,*w0d=Q0*,（,h2-h1,）*（,h1-h8,）,低压级的理论比功为：,w,0d,=,h,2,-,h,1,单位质量制冷量为：,q,0,=,h,1,-,h,8,低压级制冷剂的质量流量,q,md,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,：,P,0,d,=,P,0,d=,qmd,*w,0,d =Q,0,*,（,h2-h1,）*（,h1-h8,）,对于中间完全冷却的两级循环：,q,mg,h,9,+q,md,h,2,=q,mg,h,3,+q,md,h,4,q,mg,=q,md,(h,2,-h,4,)/(h,3,-h,9,),双级循环热力学计算,高压压缩机的单位理论功为,：,w,g,=h,7,-h,3,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,：,P,0,d,=,P,0,d=,qmd,*w,0,d =Q,0,*,（,h2-h1,）*（,h1-h8,）,对于中间完全冷却的两级循环：,q,mg,h,9,+q,md,h,2,=q,mg,h,3,+q,md,h,4,q,mg,=q,md,(h,2,-h,4,)/(h,3,-h,9,),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,0.1,0.25MPa,的饱和蒸汽或,75,以上的热水作为热源比较合理。,动画演示,设计参数的选定,吸收器出口水温,t,w1,和冷凝器出口水温,t,w2,；,总温升一般取,7,9,；,冷凝温度,t,k,和冷凝压力,p,k,冷凝温度一般较冷却水出口温度高,2,5,；,蒸发温度,t,0,及蒸发压力,p,0,蒸发温度一般较冷媒水出口温度,t,x,低,2,4,吸收器内稀溶液的最低温度,t,2,t,2,一般比冷却水出口温度,3,5,；,吸收器压力,p,a,流经挡板时有阻力损失。,稀溶液浓度,a,根据,p,a,和,t,2,，,由溴化锂溶液的,h,图确定；,设计参数的选定,浓溶液浓度,r,为保证循环的经济性和安全运行，希望放气范围,(,r,a,),在,(0.03,0.06),之间。,发生器内溶液的最高温度,t,4,溶液热交换器出口温度,t,7,与,t,8,，为了浓防止结晶，,t,8,应比,r,所对应的结晶温度高,10,以上，因此冷端温差取,(15,25),。,忽略溶液与环境的热交换，稀溶液的出口温度,t,7,根据溶液热交换器的热平衡式取定。,强化传热与传质过程,添加能量增强剂,;(,减小溴化锂溶液的表面张力,;,降低溴化锂溶液的水蒸汽分压力,强化传质过程,;,在铜管表面形成液膜,使凝结过程近似为珠状凝结,.),减小冷剂蒸汽的流动阻力,;,提高换热器管内工作介质的流速,;(,冷却水和冷媒水,:1.53m/s;,加热蒸汽,:1530m/s;,溶液,:0.3m/s),传热管表面进行脱脂和防腐处理,;,改进喷嘴结构,改善喷淋液的雾化情况,;,提高冷却水和冷媒水的水质,减少污垢热阻,;,采用强化传热管,;,合理的调节喷淋密度,.,采取适当的防腐措施,溴化锂溶液在有空气存在的情况下,对一般金属有强烈的腐蚀性,因此要及时抽除不凝性气体并严格防止空气的漏入,;,采用耐腐蚀的材料,;,增加缓蚀剂,(0.1%0.3%,铬酸锂和适量的氢氧化锂,使溶液的,pH=9.510.5).,溴化锂吸收式制冷机冷量的调节及其安全保护措施,冷量的调节,加热蒸汽量调节法,加热蒸汽压力调节法,加热蒸汽凝结水量调节法,冷却水量调节法,溶液循环量调节法,溶液循环量与蒸汽量组合调节法,溶液循环量与加热蒸汽凝结水量组合调节法,溴化锂吸收式制冷机冷量的调节及其安全保护措施,安全保护,防溶液,结晶,屏蔽泵,保护,冷媒水,冷剂水,冻结,冷剂水,污染,防止破坏,各种措施,防止溴化锂溶液结晶的措施,设置自动溶晶管,;,在发生器出口浓溶液管道上设温度继电器,;,在蒸发器中设置液位控制器,使冷剂水旁通到吸收器中,;,装设溶液泵和蒸发器泵延时继电器,;,加设手动的冷剂水旁通管,.,直燃机组动画,预防蒸发器中冷媒水或冷剂水冻结的措施,在外界负荷突然降低或冷媒水泵发生故障的时候，会使蒸发器中冷剂水或冷媒水温度下降，严重时会冻裂水管。,措施：在冷剂水管道上装设温度继电器，在冷媒水管道上装设压力继电器或压差继电器。,屏蔽泵的保护,在屏蔽泵电路中装设过负荷继电器,在蒸发器和吸收器中装设液位控制器,在屏蔽泵出口管道上装设温度继电器,1,2,3,预防冷剂水污染的措施,当冷却水温度太低，由于冷凝压力过低，可能使得发生过程剧烈进行，有可能将溴化锂溶液溅入冷凝器中，污染冷剂水。,预防措施：,在冷却水进口处装设水量调节阀，用以控制冷却水流量。,溴化锂吸收式制冷机组的性能影响及提高途径,冷却水与,冷冻水,水质,冷冻水,出口温度,不凝性,气体,冷却水量,冷冻水量,加热蒸汽,温度、压力,稀溶液,循环量,冷却水,进口温度,参数变化对机组性能的影响,Thank 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