《能源动力装置基础》10a.ppt

第1，10章空调原理和空调，第1节简要介绍了制冷。也就是说，将热量从环境温度的物体(或空间)中拉出并传输到周围介质的过程称为制冷。制冷技术：是研究以人为方法制造低温的原理和设备及其科学技术。工程热力学(热力学第二定律)指出，热总是从高温的物体或空间自发地流向低温的物体或空间。制冷是将低于链接温度的物体或空间的热量转移到空气和水，有消耗一定外部能量的补偿过程。人工冷却：利用冰箱消耗机械能源、电力、热能、太阳能形式的能源，使热量从低温物体或空间转移到高温物体或空间，从而达到冷却目的。2，制冷设备：完成制冷循环所需的机械和设备的总和。蒸汽压缩冰箱的制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机制等。吸收式压缩冰箱的发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、节流机构及泵等。其中消耗电力压缩机，泵称为机器。剩下的设备称为制冷装置。根据人工制冷可以达到的低温范围，可以分为普通制冷和低温制冷。环境温度到120K是正常冷却。120K以下是低温冷却。低温分为深冷却(120 20k)。低温冷冻(20 0.3k)；低温冷却(0.3K)的三个区域。3，1，制冷的热力学基础分为能量补偿形式，冷却方法分为(1)蒸汽压缩、热电冰箱等机械能(或电)两类；(2)补偿热能的吸收式、蒸汽喷射、吸附冰箱等。能量转换过程如图10-1所示。第二节制冷基本理论，图10-1，4，1。制冷循环的经济：热力学研究了能量转换的经济性，使用一定补偿(冷却能力)取得的效果。在图10-1a(机械冰箱)的情况下介绍：(1)冷却系数:冷却能力与功耗的比率。其中W设备消耗的外部工作，Q0制冷量。(2)热力学完整性，实际制冷循环的完成度以实际循环能源利用系数与理想循环能源利用系数之比，即以上循环能源利用系数表示。5，(3)热系数：对于采用热驱动方式的冰箱(图10-1b)，冰箱从驱动热源(温度为Tg)拉动热量作为补偿，其经济性用热系数描述，(10-1)式Q0冰箱的Qg冰箱输入列。(4)冰箱的性能系数：一般将冷却系数和热系数统称为性能系数COP。对于热驱动冰箱，假设驱动热源和冷热热源都是恒温热源，推导出热驱动可逆循环冰箱的热系数。热力学第一定律，热(10-2)是热力学第二定律，热(10-3)，6，自下而上的第一个元素是热源Ta和热源Tc之间可逆循环的冷却系数()；第二个元素是热源Tg和热源Ta之间可逆热机的热效率()。这意味着将驱动热源的热Tg转换为机械(参见p1718)，并对应于通过w驱动可逆循环的可逆热机。热力学完整性：类型(10-4)给出了冰箱在特定热源条件下性能系数的最高值。实际冷却周期中存在不可逆损失，并且性能系数COP必须小于此值。使用热力学完成度评估实际冷却周期与反转周期有多近，例如在01000m/s，喷嘴出口处蒸发温度为5C，相应压力为0.87kpa的情况下，非常真空，使蒸发器内的水(部分)在低温下气化。蒸发器内部的水分分离气化要在未气化的水中吸收气化潜热，降低未气化水的温度(制冷剂)。11，蒸发器产生的制冷剂蒸汽和操作蒸汽在喷嘴a出口混合，一起进入扩散器c。如果扩压器c中的压力膨胀增加(例如冷凝温度为35C，相应压力为5.63kpa)，则进入冷凝器，然后与外部水和热交换，使其凝结成液体水。凝汽器水分2路，通过节流的低血压蒸发器()，其他路回锅炉。这样做循环工作。到达冷气。12，4。利用气体膨胀制冷(略)、高压气体绝热膨胀达到低温，利用膨胀后的气体在低压下再加热过程制造冷量的过程。气体膨胀冷却：膨胀机膨胀(有外部输出)；节流膨胀(没有外部输出)。气体和流动冷却： (稍)高压气体通过涡流管膨胀后，与冷和热分开，将冷气流分开，使其成为双热，就可以制造冷量。即人工产生涡流，将气流分为冷热和两部分。这种制冷方法的优点是结构简单，维护方便，启动快。缺点：效率低下。13，热电冷却(略):热电冷却是基于温差电现象的冷却方法。也就是说，当直流通过由两个不同导体组成的电路时，在其中一个节点上产生吸热现象。热电冷却(也称为温差电冷却、半导体冷却、电子冷却)通常使用半导体材料。这种冷却方法有很多优点，但目前效率低下。14，3段1段蒸汽压缩制冷循环，1，蒸汽压缩制冷蒸汽压缩冷却属于利用制冷剂从液体转变为气体(相变)时的吸热效果制造冷量的相变制冷。系统配置：压缩机、冷凝器、节气门、蒸发器四个主要组件(图10-2)闭合系统。制冷剂(制冷剂)在系统内循环，不断改变状态，与外界进行能源交换，达到制冷制造目的。15，高压制冷剂液体通过节流降低压力，部分制冷剂液体气化气化的制冷剂部分采取热(吸收气化潜热)，降低未气化制冷剂的液体温度，成为低温、低压湿蒸汽。制冷剂(部分液体和湿蒸汽)进入蒸发器，在蒸发器中，低温、低压制冷剂液体在压力不变的情况下，吸收和气化冷却介质(空气、水或盐水)的热量(即制造冷水)，使低温、低压制冷剂蒸汽再次被压缩机吸收和循环。2，作业工艺：压缩机在蒸发器上吸入和压缩低温低压制冷剂蒸汽，增加温度、压力。高温、高压制冷剂蒸汽进入冷凝器后，冷却为冷却介质(水或空气)(压力基本保持不变)，成为制冷剂液体，释放热量，温度降低，制冷剂液体从冷凝器中排出；16，单级和多级压缩制冷循环：蒸汽压缩冷却有单级和多级循环。称为一段压缩制冷循环，是制冷剂蒸汽仅通过一次压缩。这里只介绍单层制冷循环。(a)制冷剂的压力-焓图制冷剂(实际流体)不被认为是运行范围内的理想流体，应作为热状态图进行讨论。用于研究循环中的每个过程，并了解过程之间的关系。冷却循环中使用的热状态图的配置：压力-焓(p-h)度、温度-熵(t-s)度。左侧是压力-焓(lgP-h)图(横坐标为焓值h，纵坐标为绝对压力的数值lgP)。17，压力-焓(lgp-h)图如图10-3所示。纵坐标是绝对压力(通常使用对数坐标)，横坐标大于焓值。在临界点(1)图中，临界点c左侧的粗实线为饱和液体线，干x=0；(2)c右侧的粗实线为饱和汽船，干燥x=1；(3)这两条粗实线将图形分成三个区域。1)饱和液体线的左侧是过冷液体区域。2)饱和蒸汽线右侧有过热蒸汽区。3)两条粗实线之间有两相区域(湿蒸汽状态区域)。在此图表中，有六种类型的线束。线性，焓，固定温度，线性熵，固定容量，固定干度，18，(2)理想的制冷循环(理论循环)，1，理想化(假设)条件蒸发过程，冷凝过程是等压，等温过程。压缩过程是固定熵过程，吸入x=1的干饱和蒸汽。节流过程是焓过程。各连接线上制冷剂没有状态变化。19，2，压力焓图中所示的单级蒸汽压缩理想冷却循环，压力焓图图图10-4。图形中的曲线如下： 1-2是固定熵线。干饱和蒸汽(点1)在压缩机上被熵压缩，压力上升变成过热蒸汽(点2)。 2-3线是静压线，过热蒸汽在冷凝器中静压，冷却到干饱和蒸汽(点3)。 3-4线是恒温-静压线，干饱和蒸汽在冷凝器中是恒温的-静压凝结成饱和液体，释放气化潜热(点4)。 4-5线是节流溢流线。饱和液体通过节流，节流，保持湿蒸汽状态(点5)。 5-1线路是恒温的-静压线，蒸发器中湿蒸汽是恒温的-将冷却介质中的热(冷却)静压拖动，将湿蒸汽变成干燥饱和蒸汽(点1)。20，点1:制冷剂进入压缩机的状态点。理想情况下，该点在蒸发温度下处于饱和蒸汽状态。蒸发压力线和干燥饱和蒸汽线的交点是1点。第2点：制冷剂来自压缩机的状态点。1-2是压缩机内制冷剂的压缩过程(绝热过程)，点2的压力是冷凝压力，压力线与点1的等熵()线的交点是点2的状态。点4:制冷剂在冷凝器中凝结为饱和液体状态点。2-3-4表示冷凝器内制冷剂的冷却(2-3)和冷凝过程。冷凝压力线和饱和液体线的交点是点4的状态。21，5:制冷剂节流状态点。4-5是节流过程，焓不变，温度不变，压力降低到蒸发温度，对应于相应的压力，部分制冷剂液体气化。因此，点4是焓线和等压线的交点。5-1是指蒸发器内制冷剂的蒸发过程，压力和温度不变，持续吸收冷热。22，3，理论循环的热计算，已知条件：制冷剂类型，制冷剂系统的蒸发温度c，冷凝温度(c)，环境状态(pa)，(c)，(空气比)压缩机的气缸直径D(m)，活塞行程S计算程序：首先绘制与理想制冷剂循环相对应的制冷剂压力焓图(图10-4)，然后绘制图形的每个过程，以找出点1的成本量v1和每个点的焓值h1、h2、h3、h4、蒸发压力和冷凝压力。然后执行计算。23，(1)单位冷却单位质量冷却容量Q0是蒸发器中每1kg的制冷剂量(kJ/kg)。在(10-6)或(10-7)中，h1是压缩机吸气状态下的制冷剂焓。H4是节流机制后的制冷剂焓。R0对应于蒸发温度下制冷剂的气化潜热。X4是节流机制后的制冷剂(湿蒸汽)干燥图。24，样式中，v1是压缩机吸气状态下制冷剂的成本，m/kg。(2)压缩机的单位理论消耗功率w0(每压缩机1千克制冷剂消耗功率，kJ/kg)是理想循环的压缩过程是固定熵过程，因此单位理论工作可以表示为压缩前、后制冷剂的焓差。单位理论工作取决于制冷剂种类、蒸发温度、冷凝温度和吸入温度。(10-8)，(10-9)，单位体积制冷量qv是蒸发器中每压缩机吸入1米制冷剂蒸汽的制冷量(kJ/m)。25，(3)压缩机的理论排气量： (每分钟排气量)(4)制冷剂的循环(流量)量： (理论排气量与成本量的比率)(5)制冷剂的冷量：(6)冷凝器的热负荷：(8)冷却系数：(9)热力学完整性：表达式中，是制冷循环的冷却系数。逆卡诺循环的冷却系数。(10-14)、(10-15)、(10-16)、(27)、(10)单位电力空调，(10-17)()是气化潜热r0增加或节流时蒸汽干燥度x4(10-8)()所示，单位体积冷却能力qv的大小取决于制冷剂种类、冷凝温度和蒸发温度。冷却系数是反映冰箱性能的重要经济技术指标之一，随着蒸发温度的降低和冷凝温度的增加而减少。28，2，实际循环，1，过冷循环：节流前的制冷是静压力低于冷凝温度的状态，称为过冷。包含过冷过程的冷却循环称为过冷循环，如图10-5所示。如图10-5所示，节流湿蒸汽干燥度不仅与制冷剂种类、冷凝温度、蒸发温度有关，还与节流前制冷剂液体的温度(即减少)有关。实际上，冷凝温度受环境温度的影响。29，讨论：在图10-5中，1-2-3-4-5-1是过冷周期，其中4-4 表示过冷过程。与过冷循环1-2-3-4-5-1相比，过冷循环的冷却容量增加，消耗功率和吸入容量v1保持不变。制冷剂的增加是制冷剂液体的过冷度。冷却增量为：其中c表示液体制冷剂的比热容，(kJ/kg .c)。30，过冷循环的冷却系数在向上分析中表明，过冷有利于增加单位冷却容量(Q0)、单位容积冷却容量(qv)和冷却系数()。液体制冷剂的过冷可以减少节流后闪光(即部分制冷剂蒸发成蒸汽)气体的量。但是，由于添加过冷器和使用低温冷水，运营费可能会增加。31，2，过热周期，压缩机吸气前制冷剂蒸汽加热到高于饱和温度的状态，称为过热。包含过热过程的冷却周期称为过热周期，如图10-6所示。图10-6中，1-2-2-3-4-5-1-1 是过热周期，1-2-3-4-5没有过热周期。两者比较后，过热循环的单位质量冷却容量增加到Q0，压缩功过略有增加。32，讨论：(1)在实际制冷装置中，Q0由两部分组成。在蒸发器中，干燥饱和蒸汽再次加热，冷却能力增加。蒸发器产生的蒸汽在压缩机的吸气管路上再次加热(这部分的热量吸收不包括在制冷量中，而是在环境中蒸发)。由于吸入管的冷嘲热讽，压缩机的吸入温度提高，消耗功率增加，经济性降低，因此过热有害。一般来说，吸入管道需要隔热，以减少有害过热。(2)制冷剂蒸汽过热有利于往复压缩机运行。进入压缩机前，制冷剂完全蒸发，防止液体打击。(3)过热通常在58C之间控制。(4)事实上，制冷剂液体的过冷和制冷剂蒸汽的过热对制冷剂系统的安全性和可靠性都不利。要控制它。33，3，再加热循环和实际循环是利用蒸发器产生的制冷剂蒸汽和换热器前的制冷剂液体作为热交换器等，使液体过冷和蒸汽过热的过程称为再加热。那个热交换器叫再生器。包含再加热过程的冷却周期称为再加热循环(图10-7)。再加热循环可以减少有害的过热。图10-7中，1-2-2-3-4-4-5-1-1 表示热循环，1-2-3-4-5-1表示没有热循环。34，再生器的热负荷：(1)无论单位质量冷却能力增加损失如何，液体制冷剂的热释放量都是冷热蒸汽的热吸收，即q 0是通过回流周期增加的单位质量的冷量。(2)压缩机的单位理论工作的增加量，(3)再生器的热负荷是循环量乘以冷水的增加量，或表示式中液体制冷剂的比热容kJ/(kg)。C)。35，讨论： (稍)，(1)因此液体制冷剂不能以蒸发温度t1(t0)使用再加热冷却。(2)在一般温度范围内，绝大多数制冷剂不能通过再加热周期增加制冷剂系数。只有少量制冷剂(R12，R502)才能提高制冷剂系数，NH3反而降低制冷剂系数。(3