制冷低温课件

前言
蒸发温度影响的总结
但是不论压缩机的功率是增大还是减 小，制冷系数总是降低的。 一般地来讲， 蒸发温度t0的变化对制冷量的影响要比冷凝 温度tk变化带来的影响要大，因此在实际运 行中更需注意。
前言
获得低温的方法
• 相变制冷 • 等熵膨胀,绝热膨胀
– 理论效率最高,但需膨胀机,结构复杂
• 等焓节流
• 实际气体节流膨胀图 • 不同的气体的转化温度值范围
前言
• 微分节流效应系数αh：表示节流时温度随压 力的微小变化而变化的关系。
⎛ ∂T ⎞ αh = ⎜ ⎟ ⎝ ∂p ⎠ h • 积分节流效应：当压力降到一定值时，节流 所产生的温度变化叫做积分节流效应
ΔTh = T2 − T1 = ∫ α h dp = α hm ( p2 − p1 )
& Qc = qc ⋅ m(kg / s ) = kW
前言
饱和液体、干饱和蒸气 饱和状态、湿蒸气
开始汽化时的液体称作饱和液体，蒸发后 全部汽化为蒸气时，称此时蒸气为干饱和蒸 气；在两者之间的状态称为饱和状态；此间的 液体和气体共存，称之为湿蒸气。
前言
过冷液体与过冷度 过热蒸气及过热度
如饱和液体再被冷却放热；则成为过冷液体，过 冷后的液体温度称为过冷温度，过冷温度与冷 凝温度差称为过冷度。 如干饱和蒸气再被加热升温，则成为过热蒸气， 过热后的气体温度称为过热温度，过热温度与 蒸发温度之差称为过热度。
• 低温技术
• 油气行业的应用
本门课程的要求
• 考勤 • 课堂要求 • 考试
– 平时成绩初始20，不定期点名，不到者-8分 – 欢迎提问，欢迎回答问题 – 回答正确一次+4分。 – 题型：选择题，简答题，计算题 – 组成：平时成绩×30％+期末考试×70％
前言
第一部分 制冷原理与设备
制冷技术
• 1755年，库仓，乙醚蒸发制冷 现代制冷技 术的开始 • 1834年，波尔金斯，乙醚蒸气压缩机，后来 所有蒸气压缩式制冷的雏形，闭合循环 • 1875年，卡列和林德，氨作制冷剂 • 1844年，高里，空气制冷机
如冷凝温度下 降，则效果相反 R22系统有时冷凝温度不 宜过低，否则膨胀阀前后 压差过小而供液不足
前言
蒸发温度t0对制冷循环的影响
前言
蒸发温度变化对制冷循环的影响
①蒸发压力P0降低了，吸气温度也下降了。 ②单位制冷量q0减小到q′0： ③制冷剂的循环量 G 减小，因此系统制冷量 Qc＝q0G减小到Qc′＝q0′G′。 ④压缩机的功率变化无法直观判断，实际一 般是先增加后减小，与冷剂种类有关。
前言
（3）制冷系数ε
q0 ε= h2 − h1
制冷系数表明消耗一定的功所能得到的制冷量。 它是衡量制冷循环的重要的经济技术指标。 在相同温度条件下，提高制冷系数，就提高了 其经济效益。制冷系数与制冷剂种类、冷热 源温度有关。
前言
（4）制冷系统制冷量Qc
Qc＝q0∙G (kJ/h) q0 · G Qc = (kw) 3600
前言
• • • • 本门课程的定位 什么是制冷与低温技术？ 制冷低温技术有什么应用？ 本门课程的要求
指导思想
因此本门课程的要求有两条： • 掌握制冷技术的基础知识和概念； • 对制冷及低温技术的应用有全面的了解。 • 重点掌握制冷与低温技术在储运中的应用
能在石油行业工作中解决与制冷低温相关的技术问题
收获 w = 热力系数ηt = 付出 q1
收获 q2 制冷系数ε = = 付出 w 收获 q1 热泵（供热）系数ε = = 付出 w
前言
热力完善度
通常将相同温度条件下的实际制冷循环 制冷系数ε与逆卡诺循环制冷系数εκ之比称 为制冷循环的热力完善度，并用η表示：
ε η= εk
前言
低温技术
• • • • 概述 低温液化技术 低温绝热技术 真空技术
前言
单级蒸气压缩式制冷的lgp-h图
前言
lgp-h图的作用
• 利用 lgp-h 图可以分析制冷循环中冷凝温度 Tk 变 化时对循环所产生的影响。 • 利用 lgp-h 图可以分析制冷循环中蒸发温度 T0 变 化时对循环所产生的影响。 • 利用lgp-h图可以进行制冷循环的分析和计算 – 现在随着计算机的发展,具体计算过程可借助 计算机完成,但是在对制冷循环进行分析仍可 利用lgp-h图
前言
单级压缩式制冷实际循环
前言
四．工况变化对制冷循环的影响
制冷系统的运行工况不会是一成不变的。不 同的环境条件和热负荷会使制冷系统的运行情况 也会变化。
1. 冷凝温度tk的影响 2. 蒸发温度t0的影响
前言
冷凝温度Tk对制冷循环的影响
前言
冷凝温度的上升对制冷系统的影响
① 冷凝压力升高了，排气温度也升高了。 ② 节流后的干度增大了。 ③ 制冷量减小了，△q0＝q0-q′0 (kJ/kg) ④单位压缩功增大了，△Al＝Al′－Al (kJ/kg)。 ⑤制冷系数减小
前言
什么是制冷与低温技术 本门课程讲述哪些内容
制冷低温技术包括一切使指定空间获得或保持其温度低于 周围空间温度的技术及其应用，本课程讲述三部分内容
• 普冷技术
– 制冷的基本原理和概念，制冷工质，蒸气压缩机制 冷，制冷设备，吸收及吸附式制冷，热电制冷，制 冷设备维修 – 低温液化（分离）技术，制冷机，低温绝热技术， 真空技术，低温工程材料 – LNG技术，热值调整，凝液回收（轻烃回收），冷 热电联产 前言
p2 p1
前言
• 将微分节流效应的状态称为转化点。在热力学T-p图 上将各转化点连接起来的曲线称为转化曲线。 • 在一定压力下，气体具有某一温度时，微分节流效 应等于0，这个温度叫作转化温度，所对应压力称为 转化压力。 • 当压力上升到某一点时，饱和液体线和饱和蒸汽线 汇合于一点——临界点，这一点的热力状态称为临 界状态，对应的温度、压力和密度分别称为临界温 度、临界压力和临界密度。 • 如果某一气体临界温度高于环境温度时，无法单独 采用加压的办法使之液化。当某一气体的转化温度 高于环境温度时，无法单独利用焦耳—汤姆逊效应 使之降温并液化。
前言
参数和经济指标
• 单位质量制冷剂的制冷量q0 • 单位容积制冷剂制冷量qr • 制冷系统制冷量Qc
前言
（1）单位质量制冷剂的制冷量q0
q0＝h1-h5 (kJ/kg)
• h1——蒸发器有效管道结束处的制冷剂比烙值（kJ ／kg）； • h5——节流后蒸发器有效管道开始处的制冷剂比焓 值（kJ／kg）。
• v1—— 压缩机吸气状态下（即 1 点）制冷剂 比容（m3／kg） • p1 ——压缩机吸气状态下制冷剂的密度 （kg/m3）
前言
单位容积制冷剂制冷量的讨论
从上式中看出，比容v1对制冷量影响很 大，当蒸发温度很低时，即蒸发压力很低 时，制冷剂气体比容很大，则制冷量明显降 低。qr的大小主要取决于制冷剂的种类、蒸 发压力以及供液的液体温度。
前言
低温区域的划分
• • • 冷冻 低温 极低温 120K以上 120K以下 0.3K以下
低温技术的应用
• 气体的液化与分离
– 空气分离行业,LNG技术
• • •
航空航天技术 超导技术 科学实验领域外
– LHC:欧洲原子能研究组织的大型强子对撞机
前言
• • • • • • • • •
1877 1883 1898 1908 1919 1933 1950 1956 1980
Leabharlann Baidu卡诺循环的效率
q1 − q2 q2 T2 ηk = = 1− = 1− q1 q1 T1
前言
基本概念
• 制冷剂（工质）
– 制冷系统中为实现制冷循环的工作介质，也 称为制冷工质，简称工质
• 制冷系数、热力系数(热效率) η、供暖系 数，COP(性能系数) • 热力完善度(循环效率)η • 热泵
前言
• 热力循环 • 制冷 • 供暖
前言
过冷过程和过热过程
被冷凝为液体的制冷剂经再冷却，使之 温度低于冷凝温度的过程称之为过冷过程。 过热过程是指制冷剂蒸发为干饱和蒸气后继 续吸热而成为过热气体的过程。压缩机吸入 的一般均为过热气体。
前言
三．实际制冷循环
前面研究的逆卡诺循环，即理想制冷循 环，都假定制冷机在理想条件下工作，不存 在任何损失。这种假定使循环不太复杂，便 于分析，但与实际情况有所差别。
前言
理论循环与卡诺循环的区别
节流代替绝热膨胀
但是在实践中，实现 3—4 的绝热膨胀是很困难的， 而是以简便的节流装置去完成这一过程。节流过程 中前后的焓值不变。
压缩机吸入的是干蒸气或过热蒸气
由于压缩机气缸中对湿蒸气的绝热压缩会危及工作 可靠性，因为湿蒸气中的液滴在压缩过程中会产生 液击。因此，实践中要求压缩机吸入的是干蒸气或过 热蒸气。
前言
实际循环与理想循环的差别
冷凝温度比环境温度高，冷凝 压力比理想情况高，功耗增加
换热温差
蒸发温度比冷却温度高，蒸发 压力比理想情况高，功耗增加 压缩机排出压力比冷凝压力高
流动阻力 实际压缩
制冷系数减小
压缩机吸入压力比蒸发压力低 压缩机压比增加，功耗增加 冷剂流量比理想状态小，制冷量减小 实际压缩过程并非绝热过程
前言
几种气体在273K，98KPa时的微分节流 效应系数αh
αh 气体名称 空气 氧 氮 10-3K/kPa +2.75 +3.16 +2.65 气体名称 二氧化碳 氢 氦 αh 10-3K/kPa +13.26 -3.06 -6.08
前言
单级蒸气压缩式制冷循环的T-s图
这是理想的蒸汽压缩式循环
前言
第三课时 lgp—h图的应用及蒸气压缩式 制冷循环的参数和经济指标
前言
制冷计算中lgp—h图的使用
因为在制冷循环的热力计算中功和热都可 以由制冷剂的焓差来表示,因而在实际计 算中用lgp—h图比T-s图更方便。 在lgp—h图上，定压吸热放热过程在坐标 lgp—h上为两根水平线，各过程的焓差可 在横坐标上直接读出，这比T-s图上用面 积来表示热量显得简便多了。
前言
卡诺循环（理想热机循环） 逆卡诺循环（理想制冷循环）
由两个等温过程和两个绝热过程组成的可 逆的热机循环，称作卡诺循环。它是由法国科 学家卡诺发现的 如果工质按卡诺循环的线路反方向进行循 环，则称为逆卡诺循环(制冷机理想循环)
前言
卡诺循环和逆卡诺循环的示意图
前言
过程是在理想条件下进行的，故卡诺 循环是一个理想循环，卡诺循环的效率 卡诺循环在同温度热源条件下，效率最高
前言
湿蒸气区域内制冷循环的T-s图
可以在湿蒸气区域实现理想的逆卡诺循环 冷凝过程(2-3) 节流过程(3-4) 压缩过程(1-2) 蒸发过程(4-1)
前言
蒸气压缩式制冷循环的工作过程
实现逆卡诺循环的最大困难是等温压缩和 等温膨胀这两个过程. 由于在湿蒸气区域内等 温过程即为等压过程，所以有可能在湿蒸气 区域内实现接近逆卡诺循环的制冷循环。 但是为什么没有实现逆卡诺循环呢？
90K 77K 20K 4.2K 1K 0.27K 0.0014K 0.00002K 0.00000007K
低温技术的发展
• • • • 20—50 50—60 60—70 70以后 空分时代 液氢时代 液氦时代 超导时代
前言
蒸汽压缩式制冷
• • • • 蒸汽压缩式制冷循环 过冷、过热、回热及循环影响 压缩机 其它制冷设备
前言
• • • • •
威廉.西门斯，回热器原理 1859年，卡列，吸收式制冷，（氨） 1910年，马利斯.莱兰克，蒸气喷射式制冷 通用电器公司，全封闭压缩机 米杰里，氟里昂制冷剂
前言
热力学原理
• 热力循环 • 卡诺循环与逆卡诺循环 • 几个基本概念
前言
热力循环示意图
前言
热机循环与制冷循环
从高温热源吸取热量而实现对外做功的 热力循环，称为热机循环，正循环。将热量 从低温热源中取出并排放到高温热源中的热 力循环，称为制冷循环，逆循环。
– J-T效应,焦耳-汤姆逊效应
前言
等焓节流过程
• 等焓节流后温度一定会上升吗? • 概念:
– 焦耳-汤姆逊效应:实际气体流过节流元件压力显 著下降,由于其焓是温度和压力的函数,因而温度 一般会发生变化,这称之为焦耳-汤姆逊效应或JT效应. – 等焓节流后工质温度上升称为热效应,温度下降 称为冷效应,温度不变称为零效应 – 零效应的连线称为转化曲线.在一定压力下节流 后工质温度正好保持不变的点称转化温度.
前言
单位摩尔制冷剂的制冷量q0
q0＝h1-h5 (kJ/kg)
• h1——蒸发器有效管道结束处的制冷剂的摩尔比焓 值（kJ／mol）； • h5——节流后蒸发器有效管道开始处的制冷剂的摩 尔比焓值（kJ／mol）。
前言
（2）单位容积制冷剂制冷量qr
qr =
q0 v1
= q0 ρ1
•
（kJ/m3）