四气体制冷与液化循环PPT课件

. 1、第四章应用气体冷冻和液化循环、2、低温时，只需利用液化气冷却一部分装置和设备，利用低温液体的气化热冷却部件，补偿外部漏热，称为低温液体冷冻机。 在这些情况下，有时不利用低温液体蒸发后的蒸汽的显热(从沸点到室温的吸收热量)是不经济的，使用低温液体是不方便的(例如宇宙飞行器中的电子部件的冷却等)，被设计成在一定的温度下能够得到一定的冷能，但是在不生产低温液体的冷冻机中，直接冷却需要保持低温的部件。 因此，在以取得冷冻量为目的的冷冻循环中，未从冷冻机输出液态制品，在被称为低温气体冷冻机的低温气体的冷冻和液化循环中，存在节流循环、带膨胀机的循环、利用气体冷冻机的循环， 介绍了采用逐步冷却的堆叠循环的四种基本类型的节流循环是低温技术中最基本的循环之一，由于节流循环装置结构简单、运行可靠，在一定程度上抵消了节流膨胀过程的不可逆损失大的缺点，主要在简单的环形循环中存在预冷的节流循环环环环双压循环。 因此，也称为简单的Lind loop和Hampson loop，Lind Hampson loop。 lindcycle是基于高压节流膨胀的气体循环，其特征在于，循环气体被液化而作为制冷剂发挥作用，6、7、8、气体在环境温度下被等温压缩，被冷却介质(水、空气等)夺去压缩热，在图中，仅用等温线1-2将压缩气体在热交换器内被节流的逆流气体冷却至点3 在等压冷却过程中，图中用等压线2-3表示高压气体通过节流阀膨胀到点4。 在图的节流过程中，节流后液化的气体和作为冷冻机吸收热负荷而气化的气体从储存器(g点)中被抽出，通过热交换器进入系统的压缩气体加热到常温(点1 )，返回压缩机入口的情况用等焓线3-4表示。 其复热过程由图中的g-1等压线表示，9、压缩机的必要学习能够由稳定流动条件下的压缩机的热平衡决定，在等温压缩的条件下，式中： QR等温压缩过程与外界交换的热量W压缩过程的消耗功率为，(4-2)、式(5-2)为式(5-1)、式(4-2) 10在制冷循环中，除节流阀以外，没有不可逆的压力降，没有热泄漏，假设热交换器的效率为100%，能够使储液部和除压缩机以外的系统部分别热平衡。 这样得到制冷系统的制冷量为，(4-4)，因此一次节流制冷循环的理想条件下的制冷系数为，(4-5)，(11 )，同样在将该系统作为液化循环使用的情况下，如果使热交换器、节流阀和储液槽能量平衡，设定(4-6)、液化率， 由式(4-6)可知，得到式(4-7)的式中： hf从液化气体的比焓qmf从液体积存部除去的液体流量中，在液化循环中替换为从液体积存部除去的液体，在该情况下，仅节流后未液化的气体通过热交换器返回压缩机4.1.2有预冷的一次节流循环，降低高压空气对换热器的温度对提高等温节流效果、提高液化率起着一定的作用。 在一次节流循环中液化，转化为温度低于环境温度的气体后，用外部辅助制冷剂进行预冷，要求提高循环的经济性。 一般用二氧化碳、氨气、氮利昂(或替代工程)冷冻机组进行预冷，将高压空气的温度降低到-40-50进入热交换器。所采用的辅助预冷剂的临界温度为氖、氢、氦的转化温度分别为250K、205K、45K，因此，液氮为H2和Ne液化系的最佳预冷剂，液氢可作为氦液化系的预冷剂使用，13， 预冷的磷循环流程图和T-s图、图、14预冷的空气液化系统的流程图，15、4.1.3二次节流循环也称二次节流循环为磷双压过程，在循环中将高压气体节流至某一中间压力，进行二分割，一部分回收其冷能进行高压压缩其他气体的一部分从中压再次挤压到低压获得液体。 具有该循环气体的一部分的液化循环被称为二次节流循环，能够减少液化所需要的劳力。 因为在单纯的磷循环中，只有压缩气体的极小一部分被液化，节流后液化的低压气体的大部分返回压缩机。 在二压循环中，一部分压缩气体节流膨胀至中压，返回压缩机。 双重压力循环的液化率稍微降低，但其单位液体产品的消耗功率比单纯的磷循环低。 但是，双压循环增加了系统的复杂性，降低了工艺的可靠性。16、17、4.2等熵膨胀循环，在绝热条件下，可以使压缩气体进入膨胀机等熵膨胀和对外工作，得到较大的降温和制冷量采用熵膨胀的循环，特别是气体液化和分离设备在功能的等熵膨胀中，气体的温度总是下降，所以冷却量不是在膨胀前比气体的转化温度低，而是必须回收膨胀时发生的功能。 但是，在小型冷冻机中，膨胀功通常在功吸收装置和过程中与上述等熵膨胀的概念对应的是西门氦液化器、18、等熵膨胀循环流程图和T-s图、19、西门氦液化器、西门氦液化器用于生成少量的液氦，绝热气体该冷冻过程是不可逆过程，但容器内的功质的比熵不变，20、循环过程1过程l-2 :将高压氦气填充到厚壁容器中，氦气的压力约为15MPa，温度为环境温度，21、循环过程2-3 :用液氮将容器和高压氦气冷却至77K， 冷却过程中容器持续膨胀以维持容器内的压力，22循环过程3过程34 :达到液氮温度时，抽出真空空间的氦气，向液氢空间注入液氢，置换其中的氦气。 于是，内容器及其氦气排出液氢温度20.4K、23、循环过程4-5 :液氢，使压力降低到其三相点以下，内容器及其15MPa的氦气再冷却到1012K。 24、循环过程5过程56 :最后，打开氦排放阀，将氦压力从15MPa下降到0.101MPa。 因为容器中残留的氦作用于释放的氦，所以这个过程基本上是等熵膨胀过程，可以使容器中80%100%的氦液化。25、4.3等熵膨胀和等熵膨胀的组合循环，在采用节流阀膨胀或热力学不可逆过程中采用膨胀机的等熵膨胀，可得到比等焓膨胀低得多的温度现在工业上应用的许多冷冻和液化装置都是等焓膨胀和克劳保留循环是典型的等焓膨胀和等熵膨胀组合循环，以避免由膨胀机中的液体产生的故障；，26，克劳法国的克罗特是实现了带活塞式膨胀机的空气液化循环的克罗特系统，气体首先被压缩到约4MPa的压力，然后进入第一热交换器a。 从第1热交换器排出主流气体中，约60%80%的气体分流到膨胀机，膨胀后的气体在第2热交换器b之后与逆流气体合流.液化的气体连续通过b、c热交换器，最后通过节流阀进入蓄能器。 接收机的冷蒸汽在各级热交换器冷却后，返回压缩机。 膨胀阀仍是必不可少的，在实际系统中不允许膨胀机产生大量的液体。 容积式膨胀机缸体存在液体时，形成较高的过渡应力。 在涡轮膨胀机(轴流)中，也有能够容许不危害涡轮叶片地含有15%以上的液体的涡轮膨胀机，27、克罗特循环流程图和T-s图、28、克罗特循环中高压气体压力p2、进入膨胀机的气体量me、进入膨胀机的高压气体温度T3等参数是循环的性能指标的冷冻现在，在p2和T3不变的情况下，考虑增大膨胀量me，膨胀机的冷冻发生量增大，循环的冷冻发生量和液化率相应地增加。 但是，过度增大时，进入节流阀的空气量过少，致冷量过剩，第二热交换器脱离正常状况，或者不必要的致冷量的损失为me和T3一定的情况下，提高高压气体压力p2，或者节流效果和膨胀机的单位致冷量增大，液化率和致冷量增大。 但是，过高的话，冷量过剩，冷损失增大，再加上能量消耗量增大，膨胀前气体温度T3升高，膨胀焓下降的单位制冷量增