制冷与低温原理 第2版 教学课件 作者 陈光明 陈国邦 主编 第六章 制冷与低温循环的热力学第二定律分析.doc

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1、第六章制冷与低温循环的热力学第二定律分析第一节熵分析法(6-1)(6-2)而循环的各个不可逆过程引起的总的附加功应等于各个过程的附加功的总和。若单级实际压缩式蒸气制冷循环所消耗的功为W，它比完全可逆循环所消耗的功Wmin要大，因此(6-3)由此，实际循环的热力完善度可表示为(6-4)例6-1试用熵分析法分析例3-2循环的损失。参考例3-2的计算结果，得循环各点的状态参数如下表所示，其p-h图和相应的T-s图示如图3-14所示。状态点参数单位数值注p0MPa0.1160t0℃-23t0=t0'-5=-18-5=-2

2、3h0kJ/kg382.9s0kJ/kg.K1.7376p1MPa0.1161t1℃0h1kJ/kg401.6s1kJ/kg.K1.8091（续）状态点参数单位数值注p2sMPa1.0162st2s℃71.5根据p2s和s2s，由REFPROP得到h2skJ/kg452.1s2skJ/kg.K1.8091s2s=s1p2MPa1.0162t2℃87.4根据p2和h2，由REFPROP得到h2kJ/kg468.9s2kJ/kg.K1.8567p3MPa1.063t3℃40t3=ta+8=32+8=40h3kJ/kg

3、256.2s3kJ/kg.K1.1886p4MPa1.064t4℃27.3由热平衡式（3-20）计算h4，再根h4kJ/kg237.5据p4、h4，由REFPROP得到200s4kJ/kg.K1.1284p5MPa0.116根据h5以及饱和气与饱和液的比焓5t5℃-23可以计算干度x，再根据x以及饱和h5kJ/kg237.5气与饱和液的比熵可以计算s5s5kJ/kg.K1.1568解由例3-2循环的热力计算结果可知，实际循环指示功率为P=23.2kW逆卡诺循环消耗的功率为kW故实际循环比逆卡诺循环所多消耗的理论功

4、kW下面用熵增来计算多消耗的功。在制冷系统中，制冷剂经过循环变化之后其熵值不变，因此，孤立系统的熵增可根据被冷却物体及环境介质熵的变化来计算。被冷却物体熵的变化为kW/K高温热源熵的变化为kW/K故孤立系统的熵增为kW/K制冷循环总的多消耗的功率为kW此值与上面算出的结果完全相符。现在再来分析循环的各个过程因不可逆而引起的损失。压缩过程的损失为kW冷凝过程的损失为节流过程的损失为kW蒸发过程的损失为回热过程的损失为各部分损失之和200由此求得的与DP相对计算误差小于0.3%，这一误差是由数值计算误差累积所致。第一

5、节火用分析法一、火用的概念（一）热量（冷量）火用(6-5)如果系统在吸热过程中温度由T1升至T2，吸取的热量为Q，则Q的火用可表示为(6-6)由式（6-6）可以看出，热量火用是一与过程有关的量。如果系统吸热时温度T保持不变，则(6-7)（二）焓火用流动的流体所具有的火用称为焓火用，其定义是(6-8)式中，H和S为流体的总焓和总熵；Ha和Sa为环境的总焓和总熵。单位质量流体的焓火用称为比焓火用，可表示为(6-9)由式（6-9）可以看出，比焓火用在环境状态确定后是一状态参数，与所经历的过程无关。（三）流体的扩散火用(

6、6-10）对于单位质量理想气体，扩散火用为(6-11）。（四）火用效率(6-12)式中，Ein和Eout代表外界提供给系统的火用和系统输出给外界的火用。对于蒸气压缩式制冷循环，则(6-13)200一、制冷与低温循环中典型过程火用分析原图6-1中，点4、5要分开一些图6-1典型循环流程图及T-s图a)流程图b)T-s图A－压缩机B、C、D－换热器E－液体贮槽F－膨胀机1.压缩过程（1-2）2.(6-14)(6-15)如果压缩过程为可逆过程，则s1=s2，由上述式子和式（6-9）可知，为0。3.冷却器中的冷却过程（2

7、-3）4.(6-16)冷却过程的单位质量火用损失为(6-17)5.换热过程(3-4，10-1）6.(6-18)换热过程的单位质量火用损失为(6-19)7.回热过程（4-5，7-8）8.(6-20)回热过程的单位质量火用损失为(6-21)9.节流过程（5-6）(6-22)节流过程的单位质量火用损失为(6-23)10.膨胀机的膨胀过程(3-9）(6-24)膨胀机的膨胀过程的单位质量火用损失为(6-25)如果膨胀机的膨胀过程为可逆过程，则s3=s9，由上述式子和式（6-9）可知，为0。11.蒸发过程（6-7）12.(6

8、-26)蒸发过程的单位质量火用损失为(6-27)。200例6-2试用火用分析法分析例3-2循环的损失。各状态点参数如例3-2的表格所示。解由于制冷剂的焓火用在环境状态一定时为状态参数，因此我们可以任意取定参考零点，本例中取状态点3为参考零点，按式（6-9）计算得到各状态点制冷剂的比火用值，列表如下状态点012s2345e/kJ.kg-1-40.829-43.9466.55