气化液化制冷和制热循环的理论思考.pdf

热力学之四 工质气液化过程的 制冷制热循环的理论思考 一、工质气液化过程的制冷制热循环描述2 第一阶段：等容升温阶段3 第二阶段：等温液化阶段4 第三阶段：液体降温阶段5 第四阶段：等温气化阶段6 二、制冷和制热循环的条件6 1、制冷和制热循环过程总结7 2 、制热循环的条件7 3、制冷循环的条件8 三、制冷和制热循环的能效比9 1、制冷的能效比9 2 、制热的能效比9 第 1 页 共 10 页 热力学之四 一、工质气液化过程的制冷制热循环描述 有一个底部导热的气缸，气缸设有活塞最高位置限制挡板，气 缸侧壁和活塞绝热，气缸侧壁和活塞接触面光滑，不计活塞质量。 有两个温差环境，分别为环境T1、环境T2 。其温度分别为 、 T 1 T 2 ，且T 2 T 1 。 气缸初态处于环境热源T1 中，处于平衡状态。气缸内工质为 饱和蒸汽，质量为 。气缸活塞上部压强为恒压 ，气缸内气体 m P外 在初态的热力学参数为T 1、P 1、V1 ，初态气缸内压P1稍稍大于外压 P外，我们取极限条件P1 P外。 气缸内的工质在温度T 1 时的饱和蒸汽压为PT 1 ，在温度T 2 时的饱和蒸汽压为PT2 。 因此， 会有P1 PT 1 P外 。 气缸内工质为气态时，蒸汽的定体热容用CV 汽表示。工质为 液态时，定体热容和定压热容比较接近，统一用C液表示。 工质在温度T 2 时的饱和蒸汽比焓为HT 2气 ，液体比焓为 第 2 页 共 10 页 热力学之四 HT 2液 。在温度T 1 时的饱和蒸汽比焓为HT 1气，液体比焓为HT 1液 。 在一定的外力作用下，对气缸内的工质做工，实现工质气化或 液化，可实现对环境T1、环境T2 进行制冷或制热循环。 下面分四个阶段对工质气化或液化的制冷或制热进行分析。 第一阶段：气体等容升温阶段 气缸由初态环境热源 T 1 转变为环境热源T2 ，因环境热源 T2 温度大于环境热源T 1 温度，气缸内的饱和蒸汽温度要升高。因气缸 设有活塞最高位置限制挡板，体积不会膨胀，为等容过程，此时气缸 内的气体由饱和态转变为非饱和态。此阶段气缸内工质： 吸收的热量为: Q( ) mCV 气(T 2 T 1) ；输入的功为W( ) 0 ； 放出的热量为: Q( ) 0 ；输出的功为W( ) 0 。 第 3 页 共 10 页 热力学之四 第二阶段：等温液化收缩阶段 当受不变外力 （恒力）F 作用后，会在活塞上产生一个附加压 强PF ，此时气缸内气体会压缩。当产生在气缸活塞上部的总压强 PF P外大于温度T 2 时的工质饱和蒸汽压PT2 时，气缸内的工 质将会液化，并向环境T2 放出热量。 假定当气缸内体积转变为V2 时，气缸内的工质为全液态。 因此，要想工质液化，外力F 所产生的压强最小允许值为： PF PT 2 P1 此阶段吸收的热量为: Q( ) 0 输入的功，包括外