制冷与低温工艺 教学课件 作者 程有凯第四章第五章.ppt

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1、第四章低温气体液化系统第一节低温导论第二节低温工艺基础第三节气体液化的基本概念及热力学理想系统第四节以节流为基础的液化循环第五节带膨胀机的循环第六节氦液化系统第一节低温导论一、低温区域的划分美国国家标准局将低于123K的温度范围作为低温领域，这一划分方法是目前国际上比较通用的划分方法。二、低温的研究内容低温的获得低温的保持低温液体的贮运低温测试与实验技术三、低温技术的发展概况在低温技术的发展史上，有两个重要的里程碑，整个低温技术都是在这两个里程碑的基础上发展起来的。1、低温技术的两个里程碑(1)第一个里程

2、碑：1853年发现的焦耳-汤姆逊效应（Joule-Thomsoneffect，简称J-T效应）(2)第二个里程碑：1902年法国工程师GeorgesClaude发明了使用膨胀机进行空气液化的方法。催生了Linde公司这一低温工程行业的先导者之一催生了法国空气液化公司，这是第二个低温工程行业的先导者四、低温技术的应用（1）气体和能源（2）空间技术（3）超导应用（4）电子技术（5）生物医学（6）食品加工思考题：1目前国际上通用的普冷与低温温区的划分方法如何？2低温技术发展中的两个里程碑是什么？3低温技术的应用

3、领域都有哪些？第二节低温工艺基础一、焦耳-汤姆逊效应1、热力学特征对于实际气体，焓是温度和压力的函数，即h=f(T,p)，虽然节流前后的焓相等，但压力发生了变化，所以温度一般也随之发生变化，这种现象就叫做焦耳-汤姆逊效应（简称J-T效应）。实际气体经节流后，温度随压力的变化有三种情况：(1)当大于零时，气体温度下降，称为冷效应；(2)当小于零时，气体温度上升，称为热效应；(3)当等于零时，气体温度不变，称为零效应，也称转化效应2、转化曲线曲线斜率可以为正，可以为负，也可以为零，即气体温度可以随着压力的降低

4、而升高、降低或不变。我们将温度保持不变的点称为转化点，其对应的温度称为转化温度，将不同等焓线上的转化点连接起来所形成的曲线称为转化曲线。二、绝热膨胀等熵膨胀系数在等压条件下，比容与温度是同增大或同减小的，所以上式永远大于零也就是说等熵膨胀系数永远大于零，即气体经历等熵膨胀后温度总是降低的。三、绝热放气容器内充有高压气体，状态参数为、T1，设有一活塞将气体分为两部分，右侧气体在放气过程中全部放出，左侧气体在放气结束后将占据整个容器，当压力和温度分别降到和T2。我们分析两种极限情况：（1）如果放气过程进行时是

5、无限缓慢的过程，左侧气体将按等熵过程膨胀，终温（2）如果阀门打开后，右侧气体的压力突然从降到，通过分析可知左侧气体的终温此时降温最小。实际绝热放气过程，气体终温在以上两种极限情况之间此时温降最大。思考题：1什么是J-T效应？2从工程热力学角度阐释J-T效应中冷效应、热效应及零效应？3什么是等熵膨胀系数，从等熵膨胀系数的角度说明为什么理想气体经历等熵膨胀后温度总是降低的？第三节体液化的基本概念及热力学理想系统一、气体液化的基本概念可以用来反映液化系统性能的三个参数为：（1）单位质量气体的压缩功（2）单位质量

6、气体的液化功（3）液化率三者之间的关系是：二、热力学理想系统从热力学角度分析，逆卡诺循环是一个完美的热力系统。气体液化系统实际上是开式系统，我们采用逆卡诺循环中的两个过程，一个是等温压缩过程，另一个是等熵膨胀过程，系统的T-S图及下图。思考题：1什么是单位质量气体的压缩功、液化功及液化率，三者之间的数量关系如何？2什么是气体液化的理论最小功？3热力学理想液化系统的热力过程都有哪些？如何在T-S图上表达？第四节以节流为基础的液化循环一、一次节流林德循环1、系统流程图2、T-S图3、流程分析此系统由压缩机、低

7、温逆流换热器、节流阀和气液分离器等组成。正常工作时气体经压缩机由温度T1（环境介质温度）压力p1（状态点1）经过压缩后变为高压气体（状态点2），这个过程中经历多级绝热压缩和多级等压冷却，所以近似认为是等温压缩过程，在T-S图上用等温线1-2表示。高压空气经过低温逆流换热器时被经过节流的低温反流气体（状态点g）冷却，这个过程是等压冷却过程，高压气体由状态点2变为状态点3成为高压低温气体，在T-S图上用2-3表示。而后高温低压气体经过节流阀膨胀降压后变为汽液两相混合物，气体状态为g，液体状态为f，这个过程为等

8、焓过程。4、例题用简单的林德-汉普逊系统液化氮气，气体的初始状态为290K、0.05MPa，此压力对应的饱和液体温度为71.9K，经过可逆等温压缩至10.1MPa，假设没有换热不完全损失和漏热损失，求液化率和FOM。解：查氮的T-S图得h1(0.05MPa,290K)=452kJ/kgs1(0.05MPa,290K)=4.59kJ/（kgK）h2(10.1MPa,290K)=432kJ/kgs2(10.1MPa,290K)=2