第七章-蒸汽动力循环和制冷循环要点课件.ppt
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1、2022-12-16第七章第七章蒸汽动力循环蒸汽动力循环和制冷循环和制冷循环2022-12-16第七章内容第七章内容7.1 7.1 蒸汽动力循环蒸汽动力循环7.1.1 Rankine(朗肯朗肯)循环循环7.1.2 Rankine循环的改进循环的改进 7.2 7.2 气体绝热膨胀制冷原理气体绝热膨胀制冷原理7.2.1 节流膨胀节流膨胀7.2.2 对外作功的绝热膨胀对外作功的绝热膨胀7.3 7.3 制冷循环制冷循环7.3.1 蒸汽压缩制冷循环蒸汽压缩制冷循环7.3.2 吸收制冷循环吸收制冷循环工作原理工作原理循环中工质状态变化循环中工质状态变化能量转换计算能量转换计算循环过程热力学分析循环过程热力
2、学分析2022-12-16前言前言循环:循环:l体系从初态开始,经历一系列的中间状态,又重体系从初态开始,经历一系列的中间状态,又重新回到初态,此封闭的热力学过程称为循环。新回到初态,此封闭的热力学过程称为循环。蒸汽动力循环:蒸汽动力循环:l是以水蒸汽为工质,将是以水蒸汽为工质,将热连续地转变成功热连续地转变成功的过程,的过程,其主要设备是各种热机。其主要设备是各种热机。l产功的过程。如火力发电厂,大型化工厂产功的过程。如火力发电厂,大型化工厂冷冻循环:冷冻循环:l是将热连续地由低温处输送到高温处的过程,其是将热连续地由低温处输送到高温处的过程,其主要设备是热泵。主要设备是热泵。l耗功的过程。
3、耗功的过程。l-100 以上为普冷,以上为普冷,-100 以下为深冷。以下为深冷。2022-12-16前言前言33004002223NHHNatmC ,合成氨合成氨如何将如何将1atm 300atm?需要压缩机,消耗动力。需要压缩机,消耗动力。中国中国60年代,年代,15001800度度电电/吨吨NH3。中国中国70年代,仅年代,仅1030度电度电/吨吨NH3。这是由于透平机直接带动压缩机的缘故。这是由于透平机直接带动压缩机的缘故。蒸汽动力循环的作用:蒸汽动力循环的作用:电电高温热源高温热源废热锅炉,产生废热锅炉,产生高压蒸汽高压蒸汽压缩机压缩机(氢循环压缩机氢循环压缩机)透平机透平机2022
4、-12-16l流体通过压缩机、膨胀机流体通过压缩机、膨胀机sWQuZgH 227.1 7.1 蒸汽动力循环蒸汽动力循环 u20,g Z0,若绝热过程若绝热过程Q=0lWs=H=H2-H1l高压高温高压高温蒸汽带动透平产生蒸汽带动透平产生轴功轴功。l(流体通过机械设备的旋转轴与环境所交换的(流体通过机械设备的旋转轴与环境所交换的能量,称为能量,称为轴功轴功Ws。)2022-12-16锅炉锅炉透透平平机机水泵水泵冷冷凝凝器器过过热热器器23417.1 7.1 蒸汽动力循环蒸汽动力循环3 4水在水泵中被压缩升压。水在水泵中被压缩升压。4 1 进入锅炉被加热汽化,直进入锅炉被加热汽化,直至成为至成为过
5、热蒸汽过热蒸汽后。后。1 2 进入透平机膨胀作功。进入透平机膨胀作功。2 3 作功后的低压作功后的低压湿湿蒸汽进蒸汽进入冷凝器被冷凝成入冷凝器被冷凝成水水,再回到,再回到水泵中,完成一个循环。水泵中,完成一个循环。蒸汽动力循环原理蒸汽动力循环原理蒸汽动力循环蒸汽动力循环主要由主要由水泵水泵、锅锅炉炉、透平机透平机和和冷凝器冷凝器组成。组成。2022-12-16锅炉锅炉水泵水泵冷冷凝凝器器透透平平机机2413原理原理水压缩水压缩水水加加热热至至过过热热蒸蒸汽汽蒸蒸汽汽作作功功蒸蒸汽汽冷冷凝凝成成水水理想理想Rankine循环循环123TS4等等S膨膨胀胀等等S压压缩缩等压吸热等压吸热相变相变3
6、4 饱和水饱和水可逆绝热压缩过程。可逆绝热压缩过程。(等(等S)4 1 高压水高压水等压升温和汽化,等压吸热过程等压升温和汽化,等压吸热过程1 2 过热蒸汽过热蒸汽可逆绝热膨胀过程。可逆绝热膨胀过程。(等(等S)2 3 湿蒸汽湿蒸汽等压等温可逆冷却为等压等温可逆冷却为饱和水饱和水(相变)。(相变)。7.1.1 Rankine(朗肯朗肯)循环循环2022-12-16卡诺循环的缺点卡诺循环的缺点TS锅炉加热锅炉加热4123透平机后的乏气透平机后的乏气,汽汽+液液汽汽+液液泵泵冷凝器冷凝器透透平平机机缺点之二缺点之二:对于泵易对于泵易产生气缚产生气缚现象现象缺点之一缺点之一:透平机要求干度透平机要求
7、干度X0.9但但2点的点的X0 经节流膨胀后,气体温度降低。(经节流膨胀后,气体温度降低。(冷效应冷效应)T-JJ-T()HTpT-J0 的气体的气体,如如N2。3)H2和和 He等气体在常温等气体在常温下下J-T0转化曲线转化曲线J-T=02022-12-161、T-S图上求图上求TH T1T2TH等焓线等焓线127.2.1 7.2.1 节流膨胀节流膨胀节流膨胀的温度降节流膨胀的温度降TH是衡量制冷效是衡量制冷效果的重要指标。果的重要指标。如何计算节流膨胀如何计算节流膨胀温度降温度降TH?TH=T2-T12022-12-167.2.1 7.2.1 节流膨胀节流膨胀122TTTH 、dPPPJ
8、21dPVTVTCPPPp 211T1,P1节流膨胀前的温度、压力节流膨胀前的温度、压力T2,P2节流膨胀后的温度、压力节流膨胀后的温度、压力2127329.03)(、对于空气估算、对于空气估算TPTH ,HTT1;HTP 1T需要预冷使需要预冷使2022-12-167.2.27.2.2对外作功的绝热膨胀对外作功的绝热膨胀SSPT PpTVCT PTTSPS 0 PTV绝大多数绝大多数0 永远永远S 膨胀,永远能制冷。膨胀,永远能制冷。即等即等S对外作功的绝热膨胀对外作功的绝热膨胀:若过程为可逆,则为:若过程为可逆,则为等等S膨胀膨胀。等等S膨胀与节流膨胀有异同点。膨胀与节流膨胀有异同点。异:
9、等异:等S膨胀通过膨胀通过膨胀机膨胀机对外作功,而对外作功,而节流膨胀不作功节流膨胀不作功同:均为同:均为绝热膨胀。绝热膨胀。节流膨胀节流膨胀等等S膨胀膨胀微分等熵膨胀效应系数微分等熵膨胀效应系数S S2022-12-16P1P2TS对外作功绝热膨胀的温度降对外作功绝热膨胀的温度降dPTPPSS 21 dPTVCTPPPp 212ST1T2T2THTS21H等焓线等焓线HSTT 2022-12-16节流膨胀与等熵膨胀的比较节流膨胀与等熵膨胀的比较节流膨胀节流膨胀等熵膨胀等熵膨胀H=0S=0TH较小,冷冻量小较小,冷冻量小TS较大,冷冻量大较大,冷冻量大少数气体要预冷,才能使少数气体要预冷,才能
10、使T任何气体均是任何气体均是T不作功不作功作功作功节流阀,节流阀,设备简单,设备简单,操作方便操作方便 膨胀机,膨胀机,设备复杂设备复杂汽液两相区、液相区均可用汽液两相区、液相区均可用使用时不能有液滴使用时不能有液滴用用得最多,普冷,小型深冷得最多,普冷,小型深冷大、中型气体液化大、中型气体液化节流膨胀与等熵膨胀均是获取低温即制冷的方法节流膨胀与等熵膨胀均是获取低温即制冷的方法2022-12-167.3 7.3 制冷循环制冷循环7.3.1 蒸汽压缩制冷循环蒸汽压缩制冷循环7.3.2 吸收制冷循环吸收制冷循环7.3.3 热泵的工作原理热泵的工作原理消耗外功消耗外功消耗热能消耗热能2022-12-
11、167.3.17.3.1蒸汽压缩制冷循环蒸汽压缩制冷循环蒸汽压缩制冷循环是由蒸汽压缩制冷循环是由压缩机、压缩机、冷凝器、冷凝器、节流阀节流阀、蒸发器、蒸发器组成。组成。制冷循环的工质采用制冷循环的工质采用低沸点低沸点物质作为制冷剂。如:氟里昂物质作为制冷剂。如:氟里昂R22(CHClF2)的)的Tb=-40.80,N2 的的Tb=-195.75 利用制冷剂在利用制冷剂在冷凝器中的冷凝器中的液化液化和在和在蒸发器中的蒸发器中的汽化,实现在汽化,实现在高温下排热,低温下吸热过程。高温下排热,低温下吸热过程。q0q2冰箱冷冻冰箱冷冻室提供室提供q0通过冰箱散热片通过冰箱散热片向大气向大气排排出出q2
12、压缩机压缩机蒸发器蒸发器1542冷却器冷却器节节流流阀阀2022-12-167.3.17.3.1蒸汽压缩制冷循环蒸汽压缩制冷循环理想制冷循环理想制冷循环(可逆制可逆制冷冷)即为逆卡诺循环。即为逆卡诺循环。四个可逆过程构成四个可逆过程构成:1-2:绝热可逆压缩绝热可逆压缩,从从T1升温至升温至T2,等熵过程,消耗外功等熵过程,消耗外功WS2-3:等温可逆放热等温可逆放热(q2););3-4:绝热可逆膨胀,从绝热可逆膨胀,从T2降温至降温至T1,等熵过程,对外作功,等熵过程,对外作功4-1:等温可逆吸热:等温可逆吸热(q0)ST3214 T1T21、逆向卡诺循环、逆向卡诺循环压压缩缩机机蒸发器蒸发
13、器节节流流阀阀冷凝器冷凝器q0q22022-12-16锅炉锅炉透透平平机机水泵水泵冷冷凝凝器器过过热热器器23417.17.1蒸汽动力循环蒸汽动力循环蒸汽动力循环原理蒸汽动力循环原理TS41232022-12-16逆卡诺循环的缺点:逆卡诺循环的缺点:(1)12和和34的过程会形成的过程会形成液滴,在压缩机和膨胀机的液滴,在压缩机和膨胀机的气缸中产生气缸中产生“液击液击”现象,现象,容易损坏机器;容易损坏机器;(2)实际过程难以接近四个可)实际过程难以接近四个可逆过程;逆过程;问题:如何改进?问题:如何改进?1、逆向卡诺循环、逆向卡诺循环ST3214 T1T22022-12-162、蒸汽压缩制冷
14、循环、蒸汽压缩制冷循环蒸汽压缩制冷循环由蒸汽压缩制冷循环由四步四步构成:构成:12 低压蒸汽的压缩低压蒸汽的压缩24 高压蒸汽的冷凝高压蒸汽的冷凝45 高压液体的节流膨胀,高压液体的节流膨胀,P,T51低压液体的蒸发低压液体的蒸发蒸汽压缩制冷循环蒸汽压缩制冷循环对对逆卡诺循环逆卡诺循环的改进:的改进:1)把绝热可逆压缩过程)把绝热可逆压缩过程12安排在安排在过热蒸汽过热蒸汽区,使区,使湿蒸汽变为干气。湿蒸汽变为干气。即即“干法操作干法操作”。2)把原)把原等熵膨胀等熵膨胀过程改为过程改为45的的等焓节流膨胀等焓节流膨胀过程,过程,节流阀的设备简单、操作易行。节流阀的设备简单、操作易行。T1=T
15、5=蒸发温度蒸发温度T3=T4=冷凝温度冷凝温度节流膨胀节流膨胀(等(等H)等等S膨胀膨胀2022-12-16KgKJHHWs/312,位位制制冷冷剂剂)压压缩缩机机消消耗耗的的功功(单单 124105HHHHWqs )制制冷冷系系数数2TS4135q0q2hKJQhKgqQm/,/,2000制制冷冷装装置置制制冷冷能能力力)制制冷冷剂剂循循环环量量 KgKJHHq/6422,)冷冷凝凝器器放放热热量量 kWmWshKJQhKJmWPsT,3600/,/,40 )压缩机消耗的功率)压缩机消耗的功率3、蒸汽压缩制冷循环、蒸汽压缩制冷循环几个重要指标几个重要指标)/(41510KgKJHHHHq
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