压焓图

两相比例由干度x确定
定义
干饱和蒸汽质量 x?
＝
mv
湿饱和蒸汽质量
mv ? mf
Quality
干饱和蒸汽
对干度x的说明：
饱和水
x = 0 饱和水 x = 1 干饱和蒸汽
0≤x ≤1
在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
湿饱和蒸汽区状态参数的确定
如果有1kg湿蒸气，干度为x, 即有 xkg饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。
? 对于理论循环，离开蒸发器、进入压缩机的 制冷剂蒸汽是处于蒸发压力下的饱和蒸汽； 离开冷凝器和进入膨胀阀的液体是冷凝压力 下的饱和液体；
? 等熵过程：制冷剂在压缩机中压缩是等熵过 程；
? 等压过程：制冷剂在冷却及冷凝过程为等压 过程
? 等焓过程：制冷剂通过膨胀阀节流时，节流 前后焓值相等：
环境压力Environmental pressure
指压力表所处环境
大气压力 Atmospheric pressure
barometric
注意：
环境压力一般为 barometer
h
大气压，但不一定。
大气压力Atmospheric pressure
大气压随时间、地点变化
物理大气压 1atm = 760mmHg
Condenser Expansion valve
Evaporator
Compressor
制冷循环和制冷系数
Coefficient of Performance
COP ? ? ? q2
w
1
?
T0环T境0 ? 1
T
T2
卡诺逆循环 Reversed Carnot cycleq1 w
?C
?
q2 w
?
q2 q1 ? q2
h ? xh ? (1 ? x)h'
v ? xv ? (1 ? x)v'
y ? xy ? (1? x) y'
s ? xs ? (1 ? x)s'
x?
y ? y' y ? y'
已知p或T(h' ,v' ,s' ,h'' ,v'' ,s'' )+干度x
h ,v ,s
压焓图(计算制冷循环的热力特性)
压焓图为一热力状态图。图中纵坐标表示 绝对压力的对数lgp ，横坐标表示焓值h。
1 ?
1 ? T0 T1
T1 w T0
T2 s
制冷能力和冷吨
Cooling Capacity and Ton of Refrigeration
生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小
制冷能力：制冷设备单位时间内从冷库取 走的热量(kJ/s) 。
1冷吨：1吨0°C饱和水在24小时内被冷冻 到0°C的冰所需冷量。
如果两个系统分别与第三个系统处 于热平衡，则两个系统彼此必然处于热 平衡。
If two bodies are in thermal equilibrium with a third body, they are also in thermal equilibrium with each other.
未饱和液，过冷液 Subcooled liquid 压缩液 Compressed liquid
饱和液 Saturated liquid
饱和湿蒸气
Saturated liquid-vapor mixture 饱和蒸气 Saturated vapor 过热蒸气 Superheated vapor 汽化潜热 Latent heat of Vaporization
空气压缩制冷循环装置
冷却水
3
2
冷却器
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
蒸气压缩制冷空调装置
1-2：绝热压缩过程
4
2-4：定压放热过程 4-5：绝热节流过程 5-1：定压吸热过程
5
蒸气压缩制冷循环
比较逆卡诺循环3467 T
4
逆卡诺 73 湿蒸气压缩
“液击”现
实际 12 既安象全，又
65
增加了单位质量
工质的制冷量71
t[OC]? 5(t[F]? 32) 9
t[F]? t[R]? 459.67
Temperature Measurement Devices
日常：水银温度计，酒精温度计， thermometer
工业：热电偶 Thermocouple 热电阻 Resistance temperature detector 辐射温度计Radiation thermometer
1 MPa = 106 Pa
1 atm = 760 mmHg = 1.013? 105 Pa
1 mmHg = 133.3 Pa
1 at = 1 kgf/cm 2 = 9.80665? 104 Pa
压力p测量
绝对压力与环境压力的相对值 ——相对压力
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
U-tube manometer
蒸汽喷射制冷
半导体制冷
热声制冷，磁制冷
蒸气压缩制冷循环
Vapor-compression refrigeration cycle
水能用否？ 0°C以下凝固不能流动。 一般用低沸点工质，如氟利昂、氨
沸点：Ts ( p ? 1atm)
水 100°C R22 - 40.8°C R134a - 26.1°C
Tr
< 不可逆循环
可逆过程，? Q ，?q 代表某一状态函数。
TT
定义：熵 dS ? ? Qre
T
比熵 ds ? ? qre
T
小知识
于19世纪中叶首先克劳修斯 (R.Clausius) 引入，式中 S从 1865年起称为 entropy ，由清华刘仙洲 教授译成为“ 熵”。
State of Liquid and vapor
? 摄氏温标Celsius scale (Swedish, A. Celsius, 1701-1744 ）
? 华氏温标Fahrenheit scale (German, G. Fahrenheit, 1686-1736)
? 朗肯温标Rankine scale (W. Rankine, 1820-1872)
节流阀代替了膨胀机
2 3
1 7s工Fra bibliotek原理：?、压缩过程：将低温低压制冷剂气体压缩 成高温高压的制冷剂气体排入至冷凝器中。 ?、冷凝过程：从压缩机中排出来的高温高 压气体，进入冷凝器中，将热量传递给外界 空气或冷却水后，凝结成液体制冷剂，流向 节流装置。
?、节流过程：从冷凝器中流出来的制冷剂液 体在高压下流向节流装置，进行节流减压。 ?、蒸发过程：从节流装置流出来的制冷剂液 体流向蒸发器，吸收外界（空气或水）的热量 而蒸发成为气体，从而使外界（空气或水）的 温度降低，蒸发后的低温低压气体被压缩机吸 入。
氟化锂晶体的实验发现负的开尔文温度
3) T=0 ? 0.5mw 2=0 ? 分子一切运动停止， 零点能
温度的热力学定义
热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931 ） 如果两个系统分别与第三个系统处于
热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。
温度测量的 理论基础 B 温度计
The Zeroth Law of Thermodynamics
?
T2 T0 ? T2
T0不变, T2 εC T2不变, T0 εC
T0 qT2 2
s
热泵循环和供热系数
Coefficient of Performance
COP ? ? ' ? q1
w
T
卡诺逆循环
?C'
?
q1 w
?
q1 q1 ? q2
?
T1 T1 ? T0
T1不变, T0 εC T0不变, T1 εC
1、焓是状态量 state property 2、H为广延参数 H=U+pV= m(u+pv)= mh
h为比参数
3、对流动工质， 焓代表能量 (内能+推进功) 对静止工质， 焓不代表能量
4、物理意义：开口系中随工质 流动而携带 的、取决 于热力状态的 能量。
熵的导出
? 克劳修斯不等式
? Q ? 0 = 可逆循环
当h 变化不大，ρ? 常数
1mmHg = ρgh = 133.322Pa
当h变化大，ρ? ρ(h)
?p ? ???(h)gdh
Other Pressure Measurement Devices
高精度测量：活塞压力计
piston manometer
工业或一般科研测量：压力传感器
Pressure transducers 压电效应Piezoelectric effect
Temperature measurement
温度计
物质 （水银，铂电阻） 特性 （体积膨胀，阻值） 基准点 Reference state 刻度 Scale
温标 Temperature scale
温标Temperature scale
? 热力学温标（绝对温标）Kelvin scale （Britisher, L. Kelvin, 1824-1907 ）
基本状态参数
Basic state properties
压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）
3、比容 v ( specific volume )
V
v?
[m3/kg]
m
工质聚集的疏密程度
v? 1
?
物理上常用 密度density ? [kg/m
3]
焓Enthalpy 的 说明
定义：h = u + pv[kJ/kg] H = U + pV [kJ]
基本状态参数
Basic state properties
压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）
1、温度 T ( Temperature )
温度T 的一般定义
传统：冷热程度的度量。感觉，导热，热容量 微观：衡量分子平均动能的量度
T ? 0.5 m w 2
1) 同T , 0.5mw 2 不同，如碳固体和碳蒸气 2) 0.5mw 2总?0, T ? 0, 1951年核磁共振法对
水的凝结（熔化）热 r =334 kJ/kg 1冷吨=3.86 kJ/s 1美国冷吨=3.517 kJ/s
制冷循环种类
√ Refrigeration Cycle 空气压缩制冷 压缩制冷 Gas compression √ 蒸气压缩制冷 Vapor-compression √ 吸收式制冷 Absorption 制冷循环 吸附式制冷 Adsorption
常用温标之间的关系
绝对K 摄氏℃
华氏F
373.15 100 水沸点
212
朗肯R
671.67
273.16 273.15
37.8
发烧 100
0.01水三相点
0 冰熔点
32
-17.8 盐水熔点 0
559.67 491.67 459.67
0 -273.15
-459.67
0
温标的换算
T[K] ? t[OC]? 273.15
Bourdon Tube
绝对压力与相对压力
absolute pressure relative pressure
当 p > pb
Ga表ge压pr力esspuere
p ? pe ? pb
当 p < pb
真空度 pv
p ? pb ? pv
Vacuum pressure
pe
p
pv
pb
p
环境压力与大气压力
? 图中共有六种等参数线簇：
? 等压线p—
? 等焓线h—
Lnp
ht
? 等温线t—液态区几乎为铅垂线。 两相区内由于制冷剂的状态变
k S
化是在等压等温下进行，与等 压线重合，为水平线。过热蒸
=0
汽区为向右下方弯曲的倾斜线；
=1
P
? 等熵线s—向右上方倾斜的实 线；
h
? 等容线v—向右上方倾斜的虚
? 等干度线x—只存在于湿蒸汽 区域内，其方向大致与饱和液 体线或饱和蒸汽线相近，视干 度大小而定。
制冷剂压焓图
Lgp-h Diagram
动力循环与制冷（热泵)循环
? 动力Power 循环 —正循环
输入热,通过循环输出功
? 制冷Refrigeration 循环—逆循环
输入功量（或其他代价），从低温 热源取热
? 热泵Heat Pump 循环 —逆循环
输入功量（或其他代价），向高温 热用户供热
制冷空调原理与装置
计量：铂电阻温度计 Platinum
基本状态参数
Basic state properties
压力 p、温度 T、比容 v （容易测量）
2、压力 p ( pressure )
物理中压强，单位: Pa (Pascal) , N/m2
常用单位Units ：
1 kPa = 103 Pa
1bar = 105 Pa
Lnp 3
4
2' 2 1
h
Lnp
ht
k S
=0 P
=1
h
压焓图
图中临界点 k左边的粗 实线为饱和液体线，线上
Lnp
ht
k
的任何一点代表一个饱和
S
液体状态，干度 x=0；
右边的粗实线为干饱
=0
P
和蒸汽线，线上任何一点
=1
代表一个饱和蒸汽状态，
干度 x=1 。
h
这两条曲线将图形分为三个区域：饱和液体线的左 边是过冷液体区，该区域的液体称为过冷液体，过冷液体 的温度低于同一压力下饱和液体的温度；干饱和线的右边 是过热蒸汽区，该区域内的蒸汽称为过热蒸汽，过热蒸汽 的温度高于同一压力下饱和蒸汽的温度；两条线之间的区 域为两相区，制冷剂在该区域处于汽、液混合状态（湿蒸 汽状态）。