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如何理解制冷系统的“焓”、“熵”!
发布日期:2017-9-11 16:46:06


一、压焓图

 

  焓,是一种能量,用来表明制冷剂所处状态的热力状态参数,它表示制冷剂所具有总能量的大小;即:

 

  制冷剂的焓等于制冷剂内能与外能的总和(H=U+pV)。

 

  焓用符号“h”或“i”表示,单位是“J/kg”或“kJ/kg”。

 

  在热力学中,焓的物理意义是指在特定温度下物质所含有的热量。

 

  在制冷过程中,制冷工质在系统中流动时,其内能和外功总是同时出现的,所以,引入“焓”这个状态参数,可以使热力计算得到简化:

 

  dQ =dh(式中Q为热量、h为焓、d为变量)

 

  焓是状态参数,只与系统的初、终状态有关而与过程无关。

 

  例如:某一制冷剂由状态1(含热量为h1)通过吸热变化为状态2(含热量为h2),那么,其在吸热过程中所吸收的热量(热变量)dQ就是吸热前与吸热后两个状态点的焓差;

 

  即:dQ = h2– h1,而与吸热的过程没有关系。

 

  2制冷系统热力计算——焓的使用

 

  上图为某制冷系统的压焓图,再来看看这些状态点的参数:

  那么制冷系统的单位制冷量我们就可以算出来了:

 

  如果有了制冷剂的流量,我们就可以计算出制冷系统的制冷量了。

 

二、温熵图

 

  熵,是一种用来表明制冷剂所处状态的热力状态参数,用符号“s”表示,单位“J/kg·K”或“kJ/kg·K”。

 

  熵所描述的是在某一温度条件下制冷剂所具有的热量。

 

  当制冷剂吸收热量时,熵值增大;

 

  制冷剂放出热量时,熵值减小;

 

  制冷剂既不吸热也不放热,熵值就不会变化。

 

  压缩机在压缩的过程,是制冷剂从低压到高压的过程,此时的制冷剂既不吸热也不放热,所以压缩机的压缩过程是一个等熵压缩的过程。

 

  制冷剂在状态变化过程中吸收或放出的热量“dQ”和此时制冷剂的热力学温度“T”的比值,就是熵的变化量,即:

 

  ds =dQ/T = s2–s1

 

  那么:dQ =ds·T =(s2–s1)T

 

  也就是说,物质吸收或放出的热量,等于物质的热力学温度和熵的变化量的乘积。

 

2制冷系统温-熵图: T-S 图

 

 

  制冷系统热力循环在T-S 图上的表示:

 

  压焓图曲线的含义可以用一点(临界点)、二线(饱和液体线、饱和蒸汽线)、三区(液相区、两相区、气相区)、五态(过冷液状态、饱和液状态、过热蒸汽状态、饱和蒸汽状态、湿蒸汽状态)和八线(等压线、等焓线、饱和液线、饱和蒸汽线、等干度线、等熵线、等比体积线、等温线)来概括。

 

3临界点K和饱和曲线

 

  临界点K为两根粗实线的交点。在该点,制冷剂的液态和气态差别消失。

 

  K点左边的粗实线Ka为饱和液体线,在Ka线上任意一点的状态,均是相应压力的饱和液体;K点的右边粗实线Kb为饱和蒸气线,在Kb线上任意一点的状态均为饱和蒸气状态,或称干蒸气。

 

4三个状态区

 

  Ka左侧——过冷液体区,该区域内的制冷剂温度低于同压力下的饱和温度;

 

  Kb右侧——过热蒸气区,该区域内的蒸气温度高于同压力下的饱和温度;

 

  Ka和Kb之间——湿蒸气区,即气液共存区。该区内制冷剂处于饱和状态,压力和温度为一一对应关系。

 

  在制冷机中,蒸发与冷凝过程主要在湿蒸气区进行,压缩过程则是在过热蒸气区内进行。

 

5六组等参数线

 

  制冷剂的压-焓(LgP-E)图中共有八种线条:

 

  等压线P(LgP) 等焓线(Enthalpy) 饱和液体线(Saturated Liquid) 等熵线(Entropy)

 

  等容线(Volume) 干饱和蒸汽线(Saturated Vapor) 等干度线(Quality) 等温线(Temperature)

 

  (1)等压线:图上与横坐标轴相平行的水平细实线均是等压线,同一水平线的压力均相等。

 

  (2)等焓线:图上与横坐标轴垂直的细实线为等焓线,凡处在同一条等焓线上的工质,不论其状态如何焓值均相同。

 

  (3)等温线:图上用点划线表示的为等温线。等温线在不同的区域变化形状不同,在过冷区等温线几乎与横坐标轴垂直;在湿蒸气区却是与横坐标轴平行的水平线;在过热蒸气区为向右下方急剧弯曲的倾斜线。

 

  (4)等熵线:图上自左向右上方弯曲的细实线为等熵线。制冷剂的压缩过程沿等熵线进行,因此过热蒸气区的等熵线用得较多,在lgp-h图上等熵线以饱和蒸气线作为起点。

 

  (5)等容线:图上自左向右稍向上弯曲的虚线为等比容线。与等熵线比较,等比容线要平坦些。制冷机中常用等比容线查取制冷压缩机吸气点的比容值。

 

  (6)等干度线:从临界点K出发,把湿蒸气区各相同的干度点连接而成的线为等干度线。它只存在与湿蒸气区。

(戎马传媒·《热泵市场》杂志社 订阅热线:0755-26781737)
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