熱能與動(dòng)力工程畢業(yè)設(shè)計(jì)論文單級(jí)蒸汽壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)的能量分析和火用分析

1、分析是在熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)上，Abstract Exergy which based on the second law of thermodynamics stipulate the energy of the “value” from the combination of “quantity” and “quality”. Exergy as a new method of thermodynamic analysis, change the peoples traditional view of the nature of the energy, the loss of the ene

2、rgy and the energy conversion efficiency and direction for the rational use of energy. Exergy analysis method is widely used in the research of thermodynamic cycle. The article will calculate the energy 、exergy loss and exergy efficiency detailed, then we can know all aspects of situation of energy

3、use. It introduce the measures how to reduce the exergy loss and raise the exergy effience and put forward the method of 1. R134a單級(jí)蒸汽壓縮回?zé)嶂评溲h(huán) 31.1能量分析計(jì)算31.2分析計(jì)算62. R290單級(jí)蒸汽壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)132.1能量分析計(jì)算132.2分析計(jì)算153. 單級(jí)蒸汽壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)的能量分析和火用分析 21能量分析和火用分析21提高效率的具體措施23在當(dāng)今世界，已成為全人類研究的熱點(diǎn)，對(duì)此，應(yīng)積極采取新技術(shù)，新工藝，努力提高設(shè)備的熱效率，降低無

4、效能耗，以最大限度地緩和發(fā)展經(jīng)濟(jì)與能源緊張的矛盾。分析法1又稱為熱力學(xué)第二定律分析法，就是對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行的每一個(gè)過程，計(jì)算其的損失，對(duì)整個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)計(jì)算其效率，對(duì)于在綜合條件下進(jìn)行的過程來說，損失的大小能夠用倆衡量該過程的熱力學(xué)完善度，損失大說明過程的不可逆性大。效率是在熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)上，同時(shí)綜合熱力學(xué)第一定律的更為全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)，是從能量的“質(zhì)”和“量”兩方面綜合的對(duì)實(shí)際的能量裝置及其能量轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行考察，因而更為全面。制冷系統(tǒng)作為冷藏企業(yè)的能耗大戶，提高設(shè)備的熱效率，優(yōu)化整個(gè)制冷系統(tǒng)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，是廣大制冷科技工作者的努力目標(biāo)。而對(duì)制冷系統(tǒng)性能的優(yōu)劣能否作出合理的評(píng)價(jià)則是這

5、一切的前提。熱力學(xué)第一定律和第二定律是分析熱力系統(tǒng)性能的重要工具。第一定律指出，能量在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)換過程中總量是守恒的；第二定律指出，能量在質(zhì)上是不守恒的，能量的利用過程同時(shí)也是能量的貶值過程。由于出發(fā)點(diǎn)不同，利用這熱力學(xué)第一定律和第二定律分析同一個(gè)熱力系統(tǒng)時(shí)，往往會(huì)得到不同的結(jié)論。進(jìn)行熱力學(xué)第一定律和第二定律分析（即能量分析和分析）。1. R134a單級(jí)蒸汽壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)1.1 能量分析計(jì)算R134a（氟利昂）是一種新型制冷劑，屬于氫氟烴類（簡(jiǎn)稱HFC）3。其沸點(diǎn)為-26.5。破壞臭氧層潛能值ODP為0，但溫室效應(yīng)潛能值WGP為1300（不會(huì)破壞空氣中的臭氧層，是近年來鼓吹的環(huán)保冷媒，但會(huì)造成

6、溫室效應(yīng)。），現(xiàn)被用于冰箱、冰柜和汽車空調(diào)系統(tǒng)，是一種很環(huán)保的制冷劑，以代替氟利昂12。在制冷和空調(diào)設(shè)備所采用的制冷循環(huán)中，蒸氣壓縮制冷循環(huán)占有相當(dāng)大的比例，為了進(jìn)一步提高這類循環(huán)的性能系數(shù)，有必要對(duì)蒸氣壓縮制冷循環(huán)進(jìn)行熱力學(xué)分析。本節(jié)將應(yīng)用熱力學(xué)第一定律首先分析一下帶回?zé)嶂评溲h(huán)系統(tǒng)的熱力性能。一般， 蒸氣壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)至少由五個(gè)部分組成：壓縮機(jī)、冷凝器、回?zé)崞?、膨脹?jié)流件及蒸發(fā)器3，如圖1.1所示。圖1.1 制冷循環(huán)流程圖 1-2 表示制冷劑在壓縮機(jī)中的等熵壓縮過程；2-3 表示制冷劑在冷凝器中的冷卻和冷凝過程；3-4 表示制冷劑液體的過冷過程；4-5 表示節(jié)流過程；5-1表示制冷劑在蒸

7、發(fā)器中蒸發(fā)過程；1-1 表示制冷劑蒸汽的過熱過程。 圖1.2 制冷循環(huán)簡(jiǎn)單的p-h圖計(jì)算條件：?jiǎn)渭?jí)蒸汽壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)的制冷量為150kW，環(huán)境溫度為35；采用水冷式冷凝器，冷卻水入口溫度為32，冷卻水溫升為4；冷凝溫度比冷卻水入口溫度高8；冷庫溫度為-15；蒸發(fā)溫度比冷庫溫度低5；蒸發(fā)器出口工質(zhì)過熱度為2；冷凝器出口液體無過冷；回?zé)崞鳠岫藴夭顬?：壓縮機(jī)指示效率和機(jī)械效率分別為0.75和0.9。由已知條件可得：冷凝器的出口溫度 TW2 = 32 + 4 = 36 ；冷凝器的冷凝溫度TK = 32 + 8 = 40 ;蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度T0 = -15 5 = -20 ；壓縮機(jī)的吸氣溫度T1 =

8、 40 5 = 35 。 圖1.2 制冷循環(huán)實(shí)際p-h圖查R134a得p-h圖，得出循環(huán)各個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)如圖1.1所示。表1.1 制冷循環(huán)的各個(gè)狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)狀態(tài)點(diǎn)T ()P (kPa)h (kJ/kg)S(kJ/（kg·K)V(m/kg)0-20.00 1.33385.00 1.735 1-18.00 1.33386.94 1.743 135.00 1.33432.53 1.905 0.18452118.00 10.2504.05 1.952 2s101.00 10.2485.75 1.905 2v40.00 10.2418.14 1.707 340.00 10.2256.15 1.1

9、90 47.90 3.86210.56 1.038 5-20.00 1.33205.21 1.046 循環(huán)的熱力計(jì)算3如下：1. 點(diǎn)4狀態(tài)的確定。 根據(jù)回?zé)崞鞯臒崞胶?，?h3 h4 = h1 h1 h4 = h3 ( h1 h1) = 256.15 (432.53 386.94) = 210.56 kJ/kg由R134a的p-h圖查得T4=7.9 2. 單位質(zhì)量制冷量q0、單位容積制冷量qv及單位理論供w0的計(jì)算。q0 = h1 h5 = h1 h3 = 432.53 256.15 = 176.38 kJ/kg qv = q0/v = 176.38/0.1845 = 955.99 kJ/kg

10、W0 = h2S h1 = 485.75 432.53 = 53.22 kJ/kg3. 制冷劑質(zhì)量流量qm的計(jì)算。 qm = Q0/q0 = 150/176.38 = 0.85 kg/s4. 壓縮機(jī)理論功率P0的計(jì)算。 P0 = qm·W0 = 0.85×53.22 = 45.24 kW壓縮機(jī)的指示功率為 Pi = P0 /i= 45.24/0.75 = 60.32 kW壓縮機(jī)的軸功率為Pe = P0 /m = 45.24/0.9 = 50.26 kW5. 制冷系數(shù)0及熱力完善度m的計(jì)算。 0 = q0/W0 = 176.38/53.22 = 3.31 S = Q0/pe

11、= 150/50.26 = 2.98 卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)C為 C = T0/（TK T0）= 253.15/(313.15 253.15) = 4.22 故熱力完善度為 =S /C = 2.98/4.22 = 0.716. 冷凝器的熱負(fù)荷Qk的計(jì)算。 h2 = h1 +（h2S h1）/i = 432.53 + (485.75 432.53)/0.75 = 504.05 kJ/kg故 Qk = qm（h2 h3） = 0.85×（504.05 256.15）= 210.24 kW 7. 回?zé)崞鳠嶝?fù)荷QR 的計(jì)算。 QR = qm（h1 h1） = 0.85×(432.53

12、386.94) = 38.75 kW由以上計(jì)算結(jié)果可知，制冷量與壓縮機(jī)的指示功率之和為210.32 kW，與冷凝器的的冷負(fù)荷Qk = 210.24 kW，僅差為0.08 kW（0.04%），而且該誤差是由于計(jì)算誤差所引起的，因此可以得出該系統(tǒng)是閉合的系統(tǒng)。1.2 分析計(jì)算一個(gè)實(shí)際過程或循環(huán)，總是存在著各種不可逆過程，單級(jí)蒸汽壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)也不例外。從分析循環(huán)損失著手，可以知道一個(gè)實(shí)際循環(huán)偏理想可逆循環(huán)的過度、循環(huán)各部分的損失大小，從而可以指明提高循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性途徑。熱力學(xué)第二定律不僅可以判斷過程的發(fā)展方向、能量的品質(zhì)，而且還可以用來分析系統(tǒng)內(nèi)部的各種損失。本節(jié)將應(yīng)用熱力學(xué)第二定律，對(duì)帶回?zé)嶂评?/p>

13、循環(huán)系統(tǒng)9進(jìn)行分析計(jì)算，得出有效能損失的分配情況，以找到合理的改進(jìn)途徑，做到有的放矢。下面將對(duì)壓縮機(jī)、冷凝器、回?zé)崞鳌⑴蛎浌?jié)流件、蒸發(fā)器等部件建立有效能平衡方程，計(jì)算各個(gè)部件的損、水的損及冷量。1. 壓縮機(jī)壓縮機(jī)是蒸氣壓縮制冷循環(huán)的“心臟”，通過耗費(fèi)一定的功使制冷劑壓力和焓值升高。下面將對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算，圖1.4是壓縮機(jī)的有效能平衡圖。 圖1.4 壓縮機(jī)有效能平衡圖其有效能平衡方程為：ex1 + wc = ex2 + I1 式中：ex1和ex2 分別為壓縮機(jī)入口和出口工質(zhì)單位質(zhì)量有效能，kJ/kg；wc為壓縮機(jī)工質(zhì)單位質(zhì)量輸入功，kJ/kg。I1為壓縮機(jī)有效能損失，kJ/kg；壓縮機(jī)的輸入

14、功為：wc = h2h1由壓縮機(jī)的有效能平衡方程得：I1 = ex1 + wc - ex2 =（h1ha）-Ta（s1 - sa）+ wc -（h2ha）+ Ta（s2 - sa） =（h1h2）+Ta（s2 - s 1） = 308.15（1.9521.905） = 14.48 kJ/kg損率1為：1=I1 / wc = 14.48/71.52= 20.25%2. 冷凝器冷凝器的主要作用是把壓縮機(jī)出口的高溫氣體近似等壓地冷卻成過冷液體。下面將對(duì)冷凝器進(jìn)行分析計(jì)算，圖1.5為冷凝器的有效能平衡圖。圖1.5 冷凝器有效能平衡圖其有效能平衡方程為：ex2 + mexw1 = ex3 + mexw2

15、 + I2 式中：ex1和ex2 分別為冷凝器入口和出口工質(zhì)單位質(zhì)量有效能，kJ/kg；exw1和exw2分別為冷凝器的入口和出口冷卻水工質(zhì)單位質(zhì)量有效能，kJ/kg；I2為冷凝器有效能損失，kJ/kg；1kg制冷劑工質(zhì)所對(duì)應(yīng)的冷凝器熱負(fù)荷qk為：qk=Qk/qm = 210.24/0.85=247.34 kJ/kg冷卻水的單位時(shí)間的流量可由冷凝器的熱負(fù)荷計(jì)算出: Q =mCpt由以上條件可知：Q= qk=247.34 kJ/kg Cp=4.2 kJ/kg t=36-32=4 所以，冷卻水的質(zhì)量流量m為： m= qk/（Cpt）= 247.34/（4.24）=14.72 kg/s查水的p-h圖

16、6的得出水對(duì)應(yīng)溫度的參數(shù)，如表1.2所示。表1.2 水的狀態(tài)參數(shù)T（）H (kJ/kg)S (kJ/（kg·K)32134.22 0.4636 出口的冷卻水36150.940.5179 由冷凝器的有效能平衡方程得: I2 = ex2 + mexw1 ex3 mexw2 =（h2 ha）- Ta（s2 - sa）+m（hw1 ha）- Ta（sw1 - sa）-（h3 ha）+ Ta（s3 - sa）-m（hw2 ha）- Ta（sw2 - sa） 2= I2 / wc= 13.28/71.52 = 18.56%3.回?zé)崞骰責(zé)崞魇鞘构?jié)流前的制冷劑液體與壓縮機(jī)吸入前的制冷劑蒸汽進(jìn)行熱交換

17、，使制冷劑過冷、蒸汽過熱。下面將對(duì)回?zé)崞鬟M(jìn)行分析計(jì)算，圖1.6是回?zé)崞鞯挠行芷胶鈭D。 圖1.6 回?zé)崞鞯挠行芷胶鈭D其有效能平衡方程為：ex3 + ex1 = ex4 + ex1 + I3式中：ex3、ex1和ex4、ex1分別為回?zé)崞魅肟诤统隹诠べ|(zhì)單位質(zhì)量有效能，kJ/kgI3為回?zé)崞饔行軗p失，kJ/kg；由回?zé)崞鞯挠行芷胶夥匠痰?I3 = ex3 + ex1 - ex4 - Ex1 =（h3 ha）- Ta（s3 - sa）+（h1 ha）- Ta（s1 - sa） -（h4 ha）+ Ta（s4 - sa）-（h1 ha）+ Ta（s1 - sa） =（h3 h4）+ Ta（s4

18、- s3）+（h1 h1）+ Ta（s1 - s1） =( 256.15 - 210.56) + 308.15(1.038 - 1.190)+ (386.94 - 432.53) + 308.15(1.905 - 1.743) = 3.08 kJ/kg損率 3為：3 = I3 / wc = 3.08/71.52 = 4.31%4.節(jié)流閥膨脹節(jié)流過程是制冷系統(tǒng)所必不可少的過程。制冷劑流經(jīng)節(jié)流元件膨脹后焓值不變,但壓力和溫度降低，形成低溫源。下面將對(duì)節(jié)流閥進(jìn)行分析計(jì)算，圖1.7是節(jié)流閥的有效能平衡圖。圖1.7節(jié)流閥的有效能平衡圖其有效能平衡方程為：ex4 = ex5 + I4式中：ex4和ex5分

19、別為節(jié)流閥入口和出口工質(zhì)單位質(zhì)量有效能，kJ/kg；I4為節(jié)流閥有效能損失，kJ/kg；由節(jié)流閥的有效能平衡方程得I4 = ex4 - ex5 = (h4 ha）- Ta（s4 - sa）- (h5 ha）+ Ta（s5 - sa） = (h4 h5）+ Ta（s5 s4） = (210.56 - 210.56) +308.15(1.046 - 1.038) = 2.47 kJ/kg損率4為：4=I4 /wc = 2.47/71.52 = 3.45%5. 蒸發(fā)器膨脹節(jié)流后的低溫工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)為氣相，釋放冷量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制冷的目的。下面將對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行分析計(jì)算，圖1.8為蒸發(fā)器有效能平衡圖。

20、圖1.8 蒸發(fā)器有效能平衡圖其有效能,平衡方程為：ex5 = ex1 + exR + I5式中：ex5和ex1分別為蒸發(fā)器入口和出口工質(zhì)單位質(zhì)量有效能，kJ/kg；I5為蒸發(fā)器有效能損失，kJ/kg；該條件下的冷量ExR為：ExR = (Ta/T -1)Q0 = (308.15/258.15 - 1)150 = 29.05 kW1kg制冷劑工質(zhì)所對(duì)應(yīng)冷量exR為： exR= ExR/ qm =29.05/0.85=34.18 kJ/kg由蒸發(fā)器的有效能平衡方程得：I5 = ex5 - ex1 - exR = (h5 - ha）- Ta（s5 - sa）- (h1- ha)+Ta（s1 - sa

21、）- exR = (h5 - h1）+ Ta（s1 - s5）- exR = (210.56-386.94)+308.15(1.743-1.046)-34.18 = 4.22 kJ/kg損率5為：5 = I5 /wc = 4.22/71.52 = 5.90%6. 冷卻水的損冷卻水是對(duì)冷凝器冷凝作用，下面將對(duì)冷卻水進(jìn)行分析計(jì)算，圖1.8為蒸發(fā)器有效能平衡圖。圖1.9 冷卻水的有效能平衡圖其有效能,平衡方程為： exw2 =exa+ Iw 查水的p-h圖的得出水對(duì)應(yīng)溫度的參數(shù)，如表1.3所示。表1.3 水的狀態(tài)參數(shù)T（）h(kJ/kg)S(kJ/（kg·K)35146.77 0.5044

22、 由蒸發(fā)器的有效能平衡方程得： Iw = exw2 -exa =（hw2 - ha）- Ta（sw2 - s a）-（ha - ha）+ Ta（sa - s a）=（hw2 - ha）+ Ta（sa -sw2） = (150.94 - 146.77) + 308.15(0.5044 - 0.5179) = 0.01 kJ/kg故，1kg制冷劑工質(zhì)所對(duì)應(yīng)水的損為： I=14.720.0126=0.15 kJ/kg損率6為：6= Iw /wc= 0.15/71.52 = 0.21%為：kJ/kg 總8. 系統(tǒng)的效率x：x=exR/= 34.18/71.52 = 47.79%2.R290單級(jí)蒸汽壓縮

23、回?zé)嶂评溲h(huán)2.1 能量分析計(jì)算R290(丙烷) 3，其沸點(diǎn)-42.2，臨界溫度96.67，破壞臭氧潛能值(ODP)為0，全球變暖系數(shù)（GWP)為 0.01，是一種可以從液化氣中直接獲得的天然碳?xì)洵h(huán)保制冷劑制冷劑。最大的缺點(diǎn)就是具有可燃性和爆炸性。本節(jié)將應(yīng)用熱力學(xué)第一定律對(duì)R290單級(jí)蒸汽壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)進(jìn)行能量分析。圖2.1 R290實(shí)際的制冷循環(huán)圖查R134a得p-h圖，得出循環(huán)各個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)如圖2.1所示。圖2.3 制冷循環(huán)實(shí)際的p-h圖 表2.1 制冷循環(huán)的各個(gè)狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)狀態(tài)點(diǎn)T（）P(kPa)h(kJ/kg)S(kJ/（kg·K)v(m/kg)0-20.00 2.4255

24、1.00 2.395 1-18.00 2.42554.47 2.409 135.00 2.42644.27 2.728 0.23112116.30 13.7781.92 2.818 2s101.00 13.7747.59 2.728 狀態(tài)點(diǎn)T（）P(kPa)h(kJ/kg)S(kJ/（kg·K)v(m/kg) 2v40.00 13.7612.23 2.333 340.00 13.7305.18 1.353 46.20 5.67215.38 1.070 5-20.00 2.72215.38 2.728 循環(huán)的熱力計(jì)算如下：1. 點(diǎn)4狀態(tài)的確定。 根據(jù)回?zé)崞鞯臒崞胶?，?h3 h4 =

25、h1 h1 h4 = h3 ( h1 h1) = 305.18 - 644.27 + 554.47 = 215.38 kW由R134a的p-h圖查得T4=6.2 2. 單位質(zhì)量制冷量q0、單位容積制冷量qv及單位理論供w0的計(jì)算。q0 = h1 h3 = 644.27 - 305.18 = 339.09 kJ/kgqv = q0/v = 339.09/0.2311 = 1467.10 kJ/kgw0 = h2S h1 = 747.59 - 644.27 = 103.32 kJ/kg3. 制冷劑質(zhì)量流量qm的計(jì)算。qm = Q0/q0 = 150/339.09 = 0.44 kg/s4. 壓縮機(jī)

26、理論功率P0的計(jì)算。 P0 = qm·W0 = 0.44103.32 = 45.71 kW壓縮機(jī)的指示功率為 Pi = P0 /i = 45.71/0.75 = 60.94 kW壓縮機(jī)的軸功率為Pe = P0 /m = 45.71/0.9 = 50.78 kW5. 制冷系數(shù)0及熱力完善度m的計(jì)算。 0 = q0/W0 = 339.09/103.32 = 3.28 S = Q0/pe = 150/50.78 = 2.95卡洛循環(huán)的制冷系數(shù)C為： C = T0/（TK T0）= 253.15/(313.15 253.15) = 4.22故熱力完善度為 =S /C = 2.95/4.22

27、= 0.706. 冷凝器的熱負(fù)荷Qk的計(jì)算。 h2= h1 + （h2S h1）/i = 644.27 + (747.59 - 644.27)/0.75 = 781.92 kJ/kg故 Qk = qm（h2 h3） = 0.44(781.92 - 305.18) = 210.91 kW 7. 回?zé)崞鳠嶝?fù)荷QR 的計(jì)算。 QR = qm（h1 h1） = 0.44 (644.27 - 554.47) = 39.72 kW由以上計(jì)算結(jié)果可知，制冷量與壓縮機(jī)的指示功率之和為210.94 kW，與冷凝器的的冷負(fù)荷Qk = 210.91 kW，僅差為0.03 kW（0.014%），而且該誤差是由于計(jì)算誤

28、差所引起的，因此可以得出該系統(tǒng)能量是守恒的。2.2 火用分析計(jì)算本節(jié)應(yīng)用熱力學(xué)第二定律，分析工質(zhì)為R290的帶回?zé)嶂评溲h(huán)，計(jì)算各個(gè)部件的損、水的損及冷量，下面將對(duì)各個(gè)部件建立有效能平衡方程。1. 壓縮機(jī)圖2.2是壓縮機(jī)的有效能平衡圖。 圖2.2 壓縮機(jī)有效能平衡圖其有效能平衡方程為：ex1 + WC = ex2 + I1 式中：ex1和ex2 分別為壓縮機(jī)入口和出口工質(zhì)單位質(zhì)量有效能，kJ/kg；I1為壓縮機(jī)有效能損失，kJ/kg；WC為壓縮機(jī)工質(zhì)單位質(zhì)量輸入功，kJ/kg。壓縮機(jī)的輸入功為：wc = h2h1由壓縮機(jī)的有效能平衡方程得：I1 = ex1 + WC - ex2 =（h1 ha

29、）- Ta（s1 - s a）+（h2 h1）-（h2 ha）+ Ta（s2 - sa） = Ta（s2 - s 1） = 308.15(2.2818 - 2.728)= 27.73 kJ/kg損率1為：1= I1 / WC = 27.73/137.65 = 20.14%2. 冷凝器圖2.3為冷凝器的有效能平衡圖。圖2.3 冷凝器有效能平衡圖其有效能平衡方程為：ex2 + mexw1 = ex3 +m exw2 + I2 式中：ex1和ex2 分別為冷凝器入口和出口工質(zhì)單位質(zhì)量有效能，kJ/kg；exw1和exw2分別為冷凝器的入口和出口冷卻水工質(zhì)單位質(zhì)量有效能，kJ/kgI2為冷凝器有效能損

30、失，kJ/kg；1kg制冷劑工質(zhì)所對(duì)應(yīng)的冷凝器熱負(fù)荷qk為：qk=Qk/qm = 210.91/0.44=479.34 kJ/kg冷卻水的單位時(shí)間的流量可由冷凝器的熱負(fù)荷計(jì)算出: Q =mCpt由以上條件可知：Q= qk=479.34 kJ/kg Cp=4.2 kJ/kg t=36-32=4 所以，冷卻水的質(zhì)量流量m為： m= qk/Cpt= 479.34/（4.24）=28.53 kg/s由冷凝器的有效能平衡方程得： I2 = ex2 + mexw1 ex3 mexw2 =（h2 ha）- Ta（s2 - sa）+m（hw1 ha）- Ta（sw1 - sa）-（h3 ha）+ Ta（s3

31、- sa）-m（hw2 ha）+ Ta（sw2 - sa） =（h2 h3）+ Ta（s3 s2）+m（hw1 hw2）+ Ta（sw2 sw1） = (781.92 - 305.18) + 308.15(1.353 - 2.818)+ 28.53 (134.22 - 150.94) +308.15(0.5179 - 0.4636) = 25.66 kJ/kg損率1為：1=I2 / WC= 25.66./137.65 = 18.64%3.回?zé)崞鲌D2.4是壓縮機(jī)的有效能平衡圖，其有效能平衡方程為： 圖2.4 回?zé)崞鞯挠行芷胶鈭D其有效能平衡方程為：ex3 + ex1 = ex4 + ex1 +

32、I3式中：ex3、ex1和ex4、ex1分別為回?zé)崞魅肟诤统隹诠べ|(zhì)單位質(zhì)量有效能，kJ/kgI3為回?zé)崞饔行軗p失，kJ/kg；由回?zé)崞鞯挠行芷胶夥匠痰茫?I3 = ex3 + ex1 - ex4 - Ex1 =（h3 ha）- Ta（s3 - sa）+（h1 ha）- Ta（s1 - sa） -（h4 ha）+ Ta（s4 - sa）-（h1 ha）+ Ta（s1 - sa） =（h3 h4）+ Ta（s4 - s3）+（h1 h1）+ Ta（s1 - s 1） = (305.18 - 215.38) + 308.15(1055 - 1.353)+ (554.47 - 644.27) +

33、308.15(2.728 - 2.409) = 6.47 kJ/kg損率1為：1= I3 / WC=6.47/137.65=4.70%4. 節(jié)流閥圖2.5是壓縮機(jī)的有效能平衡圖。圖2.5節(jié)流閥的有效能平衡圖其有效能平衡方程為：ex4 = ex5 + I4式中：ex4和ex5分別為節(jié)流閥入口和出口工質(zhì)單位質(zhì)量有效能，kJ/kg；I4為節(jié)流閥有效能損失，kJ/kg；由節(jié)流閥的有效能平衡方程得：I4 = ex4 - ex5 = (h4 ha）- Ta（s4 - sa）- (h5 ha）+ Ta（s5 - sa） = (h4 h5）+ Ta（s5 s4） = (215.38 - 215.38) + 3

34、08.15(1.070 - 1.055) = 4.62 kJ/kg損率1為：1= I4 / WC= 4.62/137.65 = 3.35%5. 蒸發(fā)器圖2.6為蒸發(fā)器有效能平衡圖。圖2.6 蒸發(fā)器有效能平衡圖其有效能平衡方程為：ex5 = ex1 + exR + I5式中：ex5和ex1分別為蒸發(fā)器入口和出口工質(zhì)單位質(zhì)量有效能，kJ/kg；I5為蒸發(fā)器有效能損失，kJ/kg；該條件下的冷量ExR為：ExR = (Ta/T -1)Q0 = (308.15/258.15 - 1)150 = 29.05 kW1kg制冷劑工質(zhì)所對(duì)應(yīng)冷量exR為： exR= ExR/ qm =29.05/0.44=66

35、.02 kJ/kg由蒸發(fā)器的有效能平衡方程得：I5 = ex5 - ex1 - exR = (h5 ha）- Ta（s 5 - s a）- (h1 ha）-+Ta（s 1 - s a）- exR = (h5 h1）+ Ta（s 1 s 5）- exR = (215.38-554.47)-308.15(2.409-1.070)-66.02 = 7.47 kJ/kg損率1為：1= I5 / WC= 7.47/137.65 = 5.43%6. 冷卻水的損圖2.7為蒸發(fā)器有效能平衡圖。圖2.7 冷卻水的有效能平衡圖其有效能平衡方程為： exw2 =exa+ Iw 查水的p-h圖6的得出水對(duì)應(yīng)溫度的參數(shù)

36、，如表1.3所示。表1.3 水的狀態(tài)參數(shù)T（）h(kJ/kg)S(kJ/（kg·K)35146.77 0.5044 由蒸發(fā)器的有效能平衡方程得： Iw = exw2 -exa =（hw2 - ha）- Ta（sw2 - s a）-（ha - ha）+ Ta（sa - s a）=（hw2 - ha）+ Ta（sa -sw2） = (150.94 - 146.77) + 308.15(0.5044 - 0.5179) = 0.0126 kJ/kg故，1kg制冷劑工質(zhì)所對(duì)應(yīng)水的損為： I=28.530.0126=0.36 kJ/kg損率6為：6= Iw /wc= 0.36/137.65 =

37、 0.26%為：kJ/kg 總8. 系統(tǒng)的效率x：x=exR/= 66.02/137.65 = 47.96%3. 單級(jí)蒸汽壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)的能量分析和火用分析 3.1 能量分析和分析從熱力學(xué)第一定律角度來看單級(jí)蒸汽壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)似乎近似完美，能量是守恒的，似乎沒有能量損失，但從前兩章的火用分析計(jì)算可以看出，其實(shí)在循環(huán)過程能量的品質(zhì)不斷的被貶值，單級(jí)蒸汽壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)的各個(gè)部件多多少少也有一些損，這是由于一些不可逆因素造成的，如冷凝器與蒸發(fā)器的傳熱溫差、節(jié)流閥的不可逆過程，當(dāng)然這些不可逆因素是不可避免的，我們能做的就是盡量控制這些不可逆因素，來提高循環(huán)熱經(jīng)濟(jì)性。能量的品質(zhì)在循環(huán)中不斷的被貶值

38、，而這在熱力學(xué)第一定律中無法體現(xiàn)出來，可見熱力學(xué)第一定律往往會(huì)誤導(dǎo)人們對(duì)制冷循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性的分析，有必要應(yīng)用熱力學(xué)第二定律對(duì)制冷循環(huán)進(jìn)行分析，下面將應(yīng)用火用分析對(duì)單級(jí)蒸汽壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)進(jìn)行分析。經(jīng)過前兩章的計(jì)算已得出分別以R134a和R290為制冷劑的單級(jí)蒸汽壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)各個(gè)部分的損及效率，前兩章的分析計(jì)算數(shù)據(jù)經(jīng)整理，如表3.1和表3.2所示。表3.1 R134a的各部分占?jí)嚎s機(jī)功輸入功的百分比序號(hào)類型ex（kJ/kg）占輸入功的百分比（%）1壓縮機(jī)的輸入功71.52100.00 2壓縮機(jī)的火用損14.4820.25 3冷凝器的火用損13.2818.56 4回?zé)崞鞯幕鹩脫p3.084.31 5節(jié)流閥的火用損2.473.45 6蒸發(fā)器的火用損4.225.90 7冷卻水的火用損0.150.21 8冷量火用34.1847.79 表3.2 R290的各部分火用占?jí)嚎s機(jī)功輸入功的百分比序號(hào)類型ex（kJ/kg）占輸入功的百分比（%）1壓縮機(jī)的輸入功137.651002壓縮機(jī)的火用