7.1 气体的压缩与膨胀过程
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蒸汽动力循环和制冷循环
7.1 气体的压缩与膨胀过程 7.2 蒸汽动力循环 7.3 制Hale Waihona Puke Baidu循环 7.4 热泵
7.1 气体的压缩与膨胀过程
●气体的压缩 对于稳流过程，压缩过程的理论轴功计算可用式 （6-7）
Ws = ∆H − Q
可用于任何介质的可逆和不可逆过程。 实际压缩过程都是不可逆过程，压缩所需要的功 WS ，肯定要比可逆轴功WS,rev 大，这部分损失功 是由流体的流动过程损耗和机械传动部分的损耗 所造成的。
图 6-4 氮气转化温度曲线示意图
压力变化所引起的温度变化（∆TH），称为积分节 流效应。
∆TH = T2 − T1 = ∫P µJ dP
P 2
1
将真实气体状态方程关系式代入上式即可积分求 算。常见气体如空气、氨、Freon等，人们已经 积累了一些常用的热力学性质图表，直接利用这 些图表也比较便利。如图6-5所示T-S图，根据 节流前状态（P1 ， T1 ），找出点1，由点1沿等 焓线交节流后压力P2 的等压线得点2，点2对应 的温度即为节流后的温度。
∆H = 0
绝热节流过程是等焓过程。节流时存在摩擦阻力损耗，故 节流过程是不可逆过程，节流后熵值一定增加。流体 节流时，由于压力变化而引起的温度变化称为节流效 应，或Joule-Thomson效应。
微分节流效应系数，以µJ表示， ∂T µJ = ∂P H 由热力学基本关系式可知，µJ 可以从P-V-T关系和 CP性质来计算 ∂V T −V ∂T P µJ = CP 理想气体绝热节流后温度不变 ，µJ=0 µJ >0 节流后温度降低称冷效应； µJ =0 节流后温度不变称零效应； µJ < 0 节流后温度升高称热效应。 同一气体在不同状态下节流，µJ 有可能为正、为负 或为零。
∂T µS = ∂P S
CP>0，T>0，
∂V >0 ∂T P
T ∂T P µS = CP
µS >0
任何气体在任何条件下，进行等熵膨胀，气体温度必 定是降低的，总是得到制冷效应。
压力变化所引起温度变化称积分等熵膨胀效应∆T S为
P 1 等熵膨胀过程也可在T—S图上表示出来，如图6-5， 膨胀前的状态为1（T1,P1）由此点沿等熵线（作垂 线）与膨胀后的压力P2的等压线相交，即为膨胀后 的状态点2′（T2′ ，P2′ ）。等熵膨胀的积分温度效 应∆TS = T2 - T1，即可由T-S图直接读出。 等熵膨胀的冷冻量要比节流膨胀的冷冻量大，所超过 的数值相当于等熵膨胀对外所做的轴功。同样的压 力差，产生的温度降比节流膨胀为大 实际对外作功的绝热膨胀并不是可逆的，不是等熵过 程，而是向着熵增大的方向进行，它界于等焓和等 熵膨胀之间。实际膨胀机所作的轴功小于可逆膨胀 所作的轴功。
零效应的状态点称为转换点，转换点的温度称为转换温 度。转换点的轨迹称为转换曲线。它都可以从状态方程 和Cpig来预测。图6-4所示为由实验确定的氮的转化曲线。 大多数气体的转换温度都较高，它们可以在室温下产生 致冷效应。少数气体如氦、氖、氢等的转换温度低于室 温． T/K µ＜0 µ＞0
N2
P/M Pa
∆TS = T2 − T1 = ∫ µS dP
P 2
从温度降、冷冻量和回收轴功来说，做外功的绝 热膨胀要比节流膨胀优越。但绝热节流膨胀的 好处，它所需的设备很简单，只需一个节流阀， 便于调节且可直接得到液体。工业和民用设备 多采用节流膨胀。 【例题6-8】绝热节流膨胀和绝热可逆膨胀计算。
P3 T T1 T2 T2' T3 T4 3
P1 H1 S 2 2' P2
4 图 6-5 气 膨 在 T-S 图 的 示 体 胀 上 表 S
如果节流前压力为P3，节流膨胀到汽液两相区4，从T-S图上 不仅可以读出∆TH, 而且可以计算液化的气体量。
2. 绝热可逆膨胀 流体从高压向低压作绝热膨胀时，如在膨胀机中 进行，则对外作轴功。如果过程是可逆的，就 是等熵膨胀过程。 在等熵膨胀过程中，当压力有微小的变化时所引 起的温度变化称为微分等熵效应系数，以µs 表 示。 ∂V
●气体的膨胀 膨胀过程和压缩过程热和功的计算的基本原理是一 样的。两个典型的膨胀过程。
1、绝热节流膨胀 当气体在管道流动时，遇到一节流元件，如阀门、孔板等， 由于局部阻力，使气体压力显著降低，称为节流现象。 由于过程进行得很快，可以认为是绝热的，即Q = 0且 不对外作功，即Ws = 0。根据稳定流动的能量方程式， 绝热节流过程
蒸汽动力循环和制冷循环
7.1 气体的压缩与膨胀过程 7.2 蒸汽动力循环 7.3 制Hale Waihona Puke Baidu循环 7.4 热泵
7.1 气体的压缩与膨胀过程
●气体的压缩 对于稳流过程，压缩过程的理论轴功计算可用式 （6-7）
Ws = ∆H − Q
可用于任何介质的可逆和不可逆过程。 实际压缩过程都是不可逆过程，压缩所需要的功 WS ，肯定要比可逆轴功WS,rev 大，这部分损失功 是由流体的流动过程损耗和机械传动部分的损耗 所造成的。
图 6-4 氮气转化温度曲线示意图
压力变化所引起的温度变化（∆TH），称为积分节 流效应。
∆TH = T2 − T1 = ∫P µJ dP
P 2
1
将真实气体状态方程关系式代入上式即可积分求 算。常见气体如空气、氨、Freon等，人们已经 积累了一些常用的热力学性质图表，直接利用这 些图表也比较便利。如图6-5所示T-S图，根据 节流前状态（P1 ， T1 ），找出点1，由点1沿等 焓线交节流后压力P2 的等压线得点2，点2对应 的温度即为节流后的温度。
∆H = 0
绝热节流过程是等焓过程。节流时存在摩擦阻力损耗，故 节流过程是不可逆过程，节流后熵值一定增加。流体 节流时，由于压力变化而引起的温度变化称为节流效 应，或Joule-Thomson效应。
微分节流效应系数，以µJ表示， ∂T µJ = ∂P H 由热力学基本关系式可知，µJ 可以从P-V-T关系和 CP性质来计算 ∂V T −V ∂T P µJ = CP 理想气体绝热节流后温度不变 ，µJ=0 µJ >0 节流后温度降低称冷效应； µJ =0 节流后温度不变称零效应； µJ < 0 节流后温度升高称热效应。 同一气体在不同状态下节流，µJ 有可能为正、为负 或为零。
∂T µS = ∂P S
CP>0，T>0，
∂V >0 ∂T P
T ∂T P µS = CP
µS >0
任何气体在任何条件下，进行等熵膨胀，气体温度必 定是降低的，总是得到制冷效应。
压力变化所引起温度变化称积分等熵膨胀效应∆T S为
P 1 等熵膨胀过程也可在T—S图上表示出来，如图6-5， 膨胀前的状态为1（T1,P1）由此点沿等熵线（作垂 线）与膨胀后的压力P2的等压线相交，即为膨胀后 的状态点2′（T2′ ，P2′ ）。等熵膨胀的积分温度效 应∆TS = T2 - T1，即可由T-S图直接读出。 等熵膨胀的冷冻量要比节流膨胀的冷冻量大，所超过 的数值相当于等熵膨胀对外所做的轴功。同样的压 力差，产生的温度降比节流膨胀为大 实际对外作功的绝热膨胀并不是可逆的，不是等熵过 程，而是向着熵增大的方向进行，它界于等焓和等 熵膨胀之间。实际膨胀机所作的轴功小于可逆膨胀 所作的轴功。
零效应的状态点称为转换点，转换点的温度称为转换温 度。转换点的轨迹称为转换曲线。它都可以从状态方程 和Cpig来预测。图6-4所示为由实验确定的氮的转化曲线。 大多数气体的转换温度都较高，它们可以在室温下产生 致冷效应。少数气体如氦、氖、氢等的转换温度低于室 温． T/K µ＜0 µ＞0
N2
P/M Pa
∆TS = T2 − T1 = ∫ µS dP
P 2
从温度降、冷冻量和回收轴功来说，做外功的绝 热膨胀要比节流膨胀优越。但绝热节流膨胀的 好处，它所需的设备很简单，只需一个节流阀， 便于调节且可直接得到液体。工业和民用设备 多采用节流膨胀。 【例题6-8】绝热节流膨胀和绝热可逆膨胀计算。
P3 T T1 T2 T2' T3 T4 3
P1 H1 S 2 2' P2
4 图 6-5 气 膨 在 T-S 图 的 示 体 胀 上 表 S
如果节流前压力为P3，节流膨胀到汽液两相区4，从T-S图上 不仅可以读出∆TH, 而且可以计算液化的气体量。
2. 绝热可逆膨胀 流体从高压向低压作绝热膨胀时，如在膨胀机中 进行，则对外作轴功。如果过程是可逆的，就 是等熵膨胀过程。 在等熵膨胀过程中，当压力有微小的变化时所引 起的温度变化称为微分等熵效应系数，以µs 表 示。 ∂V
●气体的膨胀 膨胀过程和压缩过程热和功的计算的基本原理是一 样的。两个典型的膨胀过程。
1、绝热节流膨胀 当气体在管道流动时，遇到一节流元件，如阀门、孔板等， 由于局部阻力，使气体压力显著降低，称为节流现象。 由于过程进行得很快，可以认为是绝热的，即Q = 0且 不对外作功，即Ws = 0。根据稳定流动的能量方程式， 绝热节流过程