多级制冷循环能量的分析

《化工热力学》过程论文

题目：多级制冷循环能量分析系别：化学材料与工程系班级：13级化工卓越班姓名：

学号：1303022014

教师：

日期：2016-1-12

多级制冷循环能量分析

摘要本文综合分析了多级蒸汽压缩制冷循环的特点，主要介绍了两级蒸汽压缩制冷的系统流程及能量分析。

关键词多级蒸汽压缩制冷；循环；能量分析

目录

1 引言................................................................. - 3 -

2 两级压缩制冷的循环形式 ........................................ - 4 -

2.1 两级压缩制冷的工作原理 ............................................. - 4 -

2.2 两级蒸气压缩类型...................................................... - 4 -

3 两级压缩制冷的系统流程与循环分析........................... - 7 -

3.1 一次节流中间完全冷却的两级压缩制冷循环........................ - 7 -

3.2 热力计算 ................................................................ - 8 -

4 多级离心压缩制冷循环........................................... - 9 -

5 结论................................................................. - 9 -

6 参考文献 ........................................................... - 9 -

1引言

单级压缩在常温冷却条件下，能获得的低温程度有限。在此条件下，获得低温的制约因素是压缩比和排气温度。压缩比和排气温度升高后的危害：①压缩比增大时压缩机的余隙系数λv大为降低，压缩机的输气量及效率显著下降。当压缩比提高到一定数值后，压缩机的余隙系数变为零，压缩机不再吸气，制冷机虽然在不断运行，制冷量却变为零；②压缩机排气温度过高，使润滑油的粘度急剧下降，影响压缩机的润滑。当排气温度与润滑油的闪点接近时，会使润滑油碳化和出现拉缸等现象；③制冷剂过热损失增加，单位容积制冷量下降过大，经济性显著下降。

2两级压缩制冷的循环形式

2.1两级压缩制冷的工作原理

压缩过程分两阶段进行：低压级压缩高压级压缩

①.来自蒸发器的低温制冷剂蒸气（压力为P0）先进入低压级压缩机，在其中压缩到中间压力Pm；

②.经过中间冷却器冷却（分为两种情况：中间完全冷却为饱和蒸气和中间不完全冷却为过热蒸气）；

③再进入高压级压缩机，将其压缩为冷凝压力Pk，排入冷凝器中。

2.2两级蒸气压缩类型

1）按压缩机台数分

单机双级：一台压缩机，气缸一部分为高压级，另一部分为低压级。

双机双级：两台压缩机，分别作为高压级和低压级。

2）按中间冷却方式分

中间完全冷却：将低压级的排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。

3）中间不完全冷却：低压级排气虽经冷却，但并未冷却到饱和蒸气状态，仍然是过热蒸汽。

4）按节流方式分

两次节流循环：将高压液体先从冷凝压力P k节流到中间压力P m，然后再由P m节流降压至蒸发压力P0 。

一次节流循环：制冷剂液体由冷凝压力P k直接节流至蒸发压力P0

常用的组成型式：

①一次节流、中间完全冷却

②一次节流、中间不完全冷却

③两次节流、中间完全冷却

④两次节流、中间不完全冷却

3两级压缩制冷的系统流程与循环分析3.1一次节流中间完全冷却的两级压缩制冷循环

3.2热力计算

一次节流中间完全冷却的两级压缩制冷循环

假定已知制冷量Q0

①单位质量制冷量：q0＝h1－h8 kJ/kg

②低压级比功：wD＝h2－h1 kJ/kg

③低压级制冷剂质量流量：qm,D=Ø0/q0 kg/s

④低压级压缩机轴功率：Pk,D=qm,DwD/ηK,D kw

⑤低压级输气量：实际：qvs,D=qm,Dv1 m3/s；理论：qvh,D=qvs,D /λD m3/s(低压级压缩机的容积效率λD等于相同压力下单级压缩的90%)

⑥高压级比功：wG=h4﹣h3 kJ/kg

⑦高压级制冷剂质量流量（由中间冷却器热平衡确定）

质量平衡：qm,G=qm,D+qm6=qm6+qm7 qm7=qm,D

能量平衡：qm,Dh2+ qm,Dh5+(qmG-m,D)h6=qm,Gh3+qm,Dh7 ；qm,G=qm,D (h2﹣h7) /(h3﹣h6) kg/s

⑧高压级压缩机轴功率：Pk，G=qm,GWG/ηk,G kw

⑨高压级输气量：实际: qvs,G=qm,Gv3 m3/s；理论: qvh,G=qvs,G/λG m3/s(λG等于相同压力下单级压缩的容积效率)

⑩性能系数：理论循环：COP=Ø0/（qm,GWG+ qm,DWD ）；实际循环：COPs=Ø0/

（qm,GWG /ηk,G + qm,DWD /ηk,D ）

4多级离心压缩制冷循环

5结论

通过本文的介绍可知，多级蒸汽压缩制冷循环较之前所学的单级蒸汽压缩制冷要复杂些，·但多级压缩制冷可以提供多种不同温度下的制冷量，更适合化工生产中需要各种温度下的冷量[3]。

6参考文献

[1]施云海等.化工热力学.：华东理工大学，2007..

[2]朱自强，吴有庭.化工热力学.第三版：化学工业，2010.