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第五章蒸汽动力循环与制冷循环.pdf

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第五章蒸汽动力循环与制冷循环 „5.1蒸汽动力循环 „5.2制冷循环 „5.3气体的压缩 „5.4膨胀过程 „5.5深度冷冻循环 5.5深度冷冻循环 „深度冷冻循环的目的就是获得低温度液体，由 纯物质的P-T相图知：当气体温度高于其临界 温度时，无论加多大的压力都不能使其液化， 因此，气体的临界温度越低，所需的液化温度 也越低。为了使这些难液化的气体液化，必须 设法将其温度降低到大气温度以下，这就需要 深度冷冻。利用一次节流膨胀液化气体是最简 单的气体液化循环。1895年德国工程师Linde 首先应用此法液化空气，故称为简单的林德循 环 5.5深度冷冻循环 „林德循环（LindeCycle） „克劳德循环（CLAUDECycle） 5.5深度冷冻循环 „林德循环（LindeCycle） „⑴工作原理和T-S图 此系统由压缩机、 冷却器、换热器、 节流阀与气液分 离器组成 5.5深度冷冻循环 „林德循环（LindeCycle） „常温T1、常压P1的气体经过压缩至高压P2（由 于压缩比很大，实际上是多级压缩组成的，可 视为等温压缩）。高压气体经冷却器冷至常温 T1（点2）后，经换热器冷却到适当的温度 （点3），然后经节流阀膨胀变为压力为P1的 气体混合物（点4）送入气液分离器，饱和液 体沉降于分离器底部，未液化的气体（点5） 送入热交换器与点2的高压气体换热，自身温 度回升返回到压缩机。 5.5深度冷冻循环 „林德循环（LindeCycle） „深冷与普冷是有区别的。主要表现在： „普冷：两个封闭式循环，制冷循环与被 冷物系是两种物质，是封闭循环。 „深冷：制冷循环与分离或液化物质是同 一种物质，且是不封闭循环 5.5深度冷冻循环 „林德循环（LindeCycle） „⑵热力学计算（以处理1Kg气体为基准） „林德循环的基本计算主要是液化量、耗 功量和制冷量 „①气体液化量（液化率）x „定义：液化率就是1Kg被处理的气体所能 产生的液体Kg数 5.5深度冷冻循环 „林德循环（LindeCycle） „取换热器、节流阀、气液分离器为研究 体系 5.5深度冷冻循环 „林德循环（LindeCycle） „由热力学第一定律 ∆H=Q+WS Q=0 WS=0 ∆H=0⇒∑∑H入=H出 ∴H2=xH0+()1−xH1 5.5深度冷冻循环 „林德循环（LindeCycle） H−H x=12 H1−H0 这是理论液化量，实际中由于考虑到换热 器的不完全换热，以及冷量损失，所以较 理论量少。实际液化量为 换热器不完全交换 H1−H2−q2−q3 x=q2=()1−xCp∆T H1−H0 冷量损失 q3 5.5深度冷冻循环 „林德循环（LindeCycle） „②制冷量q0 „在稳定操作下，液化xKg气体所取走的热量 理论制冷量q0=x()H1−H0=H1−H2 q=xH−H−q−q=H−H−q−q 实际制冷量0()10231223 5.5深度冷冻循环 „林德循环（LindeCycle） „③功耗WS „液化循环装置的功量消耗是用于对气体 的压缩。如果按理想气体的可逆等温压 缩考虑，对体系所作轴功为 RT1P2 WS=ln ηTP1 ηT——压缩机的等温压缩效率，一般按经验可取0.59 5.5深度冷冻循环 „林德循环（LindeCycle） „比功Wx „每液化1Kg的气体所消耗的功称为比功(耗) WSRT1P2 Wx==ln xηTxP1 5.5深度冷冻循环 „林德循环（LindeCycle） „④制冷系数 qH−Hx()H−HH−H ε=0=12=10=10 WSWSWSWx 一次节流液化循环比较简单，但效率很低。目 前只有小型气体分离，液化装置如小型空分装 置还有使用 5.5深度冷冻循环 „林德循环（LindeCycle） „实例P155例6-10 5.5深度冷冻循环 „林德循环（LindeCycle） „克劳德循环（CLAUDECycle） 5.5深度冷冻循环 „克劳德循环（CLAUDECycle） „在简单的林德循环中，由于高压气 体的相对量大和热容大，用未冷凝 的低压气体无法将其冷却到足够的 低温，克劳德循环通过增设一台膨 胀机来解决这一矛盾 5.5深度冷冻循环 „克劳德循环（CLAUDECycle） „1）工作原理和T-S图 5.5深度冷冻循环 克劳德循环（CLAUDECycle） 高压气体经冷却器和第一换热器冷却后（3点）， 一部分经第二、第三换热器冷却到节流膨胀所需的 低温（6点），另一部分送进膨胀机作功，膨胀后 的低温气体（4点）与第三换热器来的低压气体合 并，送入