《制冷及低温原理》课程讲课教案

8.2.3 气体液化理论最小功

获得低温实现热量从低——高的转移，必须投入能量。 理想过程：等温压缩+等熵膨胀 理想最小功Wmin?WT?Ws 按

Tds?dh?dwtT?s??h?wt

?WT?T?s?T(s1?s2)?T(s1?s0)，Wmin?T?s??h ??Ws???h?h1?h0??s?cplnT2p?Rln2 T1p18.2.4液化循环指标

W[W为1kg气体耗功 Z为1kg气体的液体量] Zq（2）制冷系数，制冷量与耗功之比，??0；其中q0?z(h1?h0)

W（1）单位能耗：W0?（3）循环效率：热力不完善度，实际制冷系数?pr与理论循环系数?th之比。

?ag??pr?q0??????th?wpr???q0???w???WminWpr；也是理论最小功与实际耗功之比。 ?th?8.2.5 空气 氧 氮的节流液化循环

低温液化循环：

（1） 节流液化循环：利用节流装置，获得等温节流效应；

（2） 带膨胀机的液化循环：利用膨胀机获取大的等熵膨胀制冷量； （3） 带气体制冷机的液化循环：利用低沸点气体工质的制冷效应； （4） 复叠式液化循环：利用不同沸点工质逐级冷却最终液化。 1. 一次节流液化循环

是最早的液化循环，被德国的林德所采用，故命名林德循环。

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(1-Z)kg Q 1kg 1 Ⅰ T T=T2=T1 2 1 ΔT=T1’ -T1 、 1 2 Ⅱ P2 Ⅲ 3 Ⅳ 4 Ⅴ 0 3 5 P1 0 4 5 S 一次节流液化循环流程图以及T-S图 （1）理想循环

等温压缩 → 等压冷却 → 节流膨胀 → 液化 ↓

——————————←等压复热 液化量：1kg空气，h2?h0z?(1?z)h1 z?h1?h2??hT?h1?h0h?h0kgkgA ir单位冷量 q0???hT，等温节流效应；由于h1?h0一定（状态参数）z~??hT

??(?hT)?液化量大，即等温节流效应大，T一定时??hT是压力的函数??0 ???p?T（2）实际循环

压缩过程存在不可逆因素、换热器有温差、不完全换热以及跑冷等因素。 实际液化量 zpr???hT??qh1'?h2

单位（加工空气）制冷量为 q0???hT??q

p2适当升高，p1升高，高压气体T下降，对提高?有利。 2. 有预冷的一次节流液化循环 降低高压气体温度，减小换热器的温差

zpr?

??hT?q0c??qh?h0`1

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3. 二次节流液化循环 提高p1

循环气体 高压气体节流 进高压压机

中压节流 进低压压机 液体 8.2.6等膨胀机的空气液化循环 1. 克劳特循环

根据系统能量守恒的关系，并考虑跑冷损失q3，不完全热交换损失q2

q2?(1?zpr)(h1`?h1) 则有zpr???hT?Ve(h3?h4)??qh?h0`1?q0prh?h0`1

膨胀机的非等熵过程，定为膨胀机等熵效率

1 c 1kg 2 A 1 B T

Ⅰ 3 Ⅱ 8 4 Ⅲ 5 6 7 P2 1-Ⅴe 5 Ⅴe 9 Ve E T=T2=T1 2 1kg p2 3 p1 1 1 (1-Zpr)kg 、、4 0 D Zprkg C 0 6 4s 7 S

克劳特液化循环流程图以及T-S图

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2. 海兰德循环

高压常温膨胀，增加绝热焓降；可预冷，增加zr?置。

3. 卡皮查循环

低压低温膨胀，液体节流，流程简单，能耗小，投资低，适用于大中型空分。 8.2.7 氦液化循环

`临界点低，为5.2K，Tinv也低4.6K，7K以下节流才会产生液体；故必须

w?；适用于小型液态装

预冷+节流，或膨胀对外输出功+节流。 1. 节流液化循环 2. 带膨胀机液化循环 3. 其它型式的He液化循环

节流氦液化循环图

8.2.8 天然气液化循环 1.复叠式制冷液化循环 2. 用混合制冷剂的液化循环

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Zpr H2 N2 17 14 (1-Zpr) Ⅰ 12 2 液N2 13 Ⅱ 3 4 液H2 15 5 6 7 Ⅵ Zpr 9 10 11