天津大学化工热力学课件-2015

Q 0
1
△U = Q + W
Qr dS T
Carnot 循环
p
3
Q
2
T
3
Q
2
4
4
1
Q
1
Q
V
S
Question: How about anti-clockwise cycle ?
Carnot 循环
T Q
3 2 逆向 4
逆向 Carnot 循环
T
3
高温 Q ???
2
1
4
Q S
低温 Q ???
1
0
0
+ 0.5 △u2 +g △Z = Q + Ws PT ＝ G· (H2-H1)
0
T
4 3
2
Ws = H2-H1
5
1
S
实际的蒸气压缩循环(3) ------ 的计算
=
从低温热源吸收的热 消耗的外功
T
4
3
2
= q0 / Ws = H1-H4 H2-H1
5
1
S
实际的蒸气压缩制冷循环
冷凝、冷却器
Qr dS T
等温
Qr = T△S
T
Qr 2-3
Qr 2-3 = -T2 (S1 2 – S4 3)
(1)
3
4
2
Qr 4-1 1
Qr 4-1 = T1 (S1 – S4)
△U = 0
(2)
对整个循环而言：1-2-3-4-1 W = △U- Q = 0 - (Qr 4-1 + Qr 2-3)
(1) (2)
4

= f (T高, T低) 与制冷剂无关
逆向Carnot
S
=

max
主要内容
制冷循环的
常见类型 逆向Carnot循环 蒸气压缩制冷
实际的蒸气压缩制冷循环
冷凝、冷却器 3 T 2 (饱和l) 4 节流阀 5 蒸发器 压缩机 1 4 (饱和g) 3 等压线 过热蒸气 2
等焓线
5 (湿蒸汽) 1 (饱和g) S
S
W = (S1 – S4)(T2 – T1 )
制冷系数 （能效比）计算
定义：
T Qr 2-3
=
= =
3
2
Qr 4-1 1
从低温热源吸收的热 消耗的外功
Байду номын сангаас
4
Qr 4-1
W T T –T
1 2
S
1
T = T –T
低 高
低
逆向Carnot 循环特点
T Qr 2-3
3
2
Qr 4-1 1

Q高 > Q低
制冷循环
教 师：陈 明 鸣 单 位：天津大学化工学院
制 冷
Tlow
制得
<
保持
To
－100℃
普 通 制 冷
深 冷
制冷的应用
低温反应 气 温 调节 气体液化
制冷
润滑油净化
食品储存
结晶分离
热力学第二定律分析制冷过程
自发
Q
Tlow
代价 (W)
To
OK !!
制冷的实质：利用外功将热持续的从低温物 体传给高温环境介质
过程能量分析参数

q0
单位制冷量
kJ kg
1
1
1
Q0 设备制冷能力 G 制冷剂循环量
kJ hr
kg hr
1
1
G = Q0 / q0
P T 压缩机消耗的理论功率
kw

循环的制冷效率
实际的蒸气压缩循环(1) ------ q0、 Q 0 和G 的计算
q0 = ? H1 – H4
主要内容
制冷循环的
常见类型 逆向Carnot循环 蒸气压缩制冷
制冷的常见类型
空气压缩制冷 消耗外功型
蒸气压缩制冷
制冷
消耗内能型
吸收制冷
蒸汽喷射制冷
主要内容
制冷循环的
常见类型 逆向Carnot循环 蒸气压缩制冷
Carnot 循环
p
3
Q
2
高温
Qr 0 dS 0
4
Qr 0
dS 0
热机模型 低温 V
T
B
1.4MPa 37 0C C
B
C
节流阀 压缩机
A
-15 0C
蒸发器
D
D
A
S
例： 某蒸气压缩制冷装置，采用氨为制冷剂，
其循环量G为102 kg/hr。-15℃的气液混合 NH3在蒸发器中蒸发，成为饱和气态NH3 A，进入压缩机经绝热可逆压缩，终压达 到1.4 MPa，成为过热蒸汽B，再进入冷凝 冷却器成为饱和液NH3 C，经节流阀温度 降低至-15℃ D，重新进入蒸发器。试求： 1) 单位制冷量 q0 和装置的制冷能力Q0； 2) 压缩机消耗的功率P T ； 3) 该循环的制冷系数 ； 4) 相同的温度区间内，逆向Carnot 循环的制冷系数。
0
△H
+ 0.5 △u2 +g △Z = Q + Ws
5
0
0
2 4 1
H1-H5 = H1-H4
q0
T
4 3
2
G = Q0 / q0
5
1
S
实际的蒸气压缩循环(2) ------PT 的计算
PT 单位时间的流量G kg.hr-1 每kg流体的Ws PT ＝ G· Ws 过程1-2:
△H
2
4 1 5
kJ.kg-1
小结
制冷：制得 ＋ 保持
逆向 Carnot 循环的制冷系数只 与温度有关，且为该温度范围 内的最大值

蒸气压缩制冷的过程参数计算 ---------本节重点
S
逆向 Carnot 循环过程分析
1 2 △U > 0 Qr = 0 dS = 0 2 3 3 dS < 0 4 △U < 0 Qr = 0 dS = 0 4 1 dS > 0 Qr > 0 Qr < 0
T Q 3 2 1 S
T
W > 0 绝热压缩
4 Q
放热
T
W < 0 绝热膨胀 吸热
逆向Carnot 循环的热和功的计算