制冷劑的壓—焓圖及熱力性質

來學網建築考試 2024-04-26 14:38:10

制冷劑的熱力狀態可以用其熱力性質表來說明(常用制冷劑的飽和熱力性質表見附表),也可以用壓—焓圖來表示。壓—焓圖(lgP—h圖)是一種以絕對壓力的對數值lgP 爲縱坐標,焓值爲橫坐標的熱工圖表。采用對數值lgP(而不采用P)爲縱坐標的目的是爲了縮小圖的尺寸,提高低壓區域的精確度,但在使用時仍然直接從圖上讀出P 的數值即可。

1.壓—焓圖(lgP—h圖)的結構

壓—焓圖中有兩條比較粗的曲線,左邊一條爲飽和液體線(幹度χ=0),右邊一條爲幹飽和蒸汽線(幹度χ=1),兩線交于一點K,且將圖分成了三個區域。其中K 稱爲臨界點,飽和液體線左側爲過冷液體區,幹飽和蒸汽線右側爲過熱蒸汽區,兩線之間爲濕蒸汽區。

壓—焓圖

壓—焓圖中有六種等狀態參數線,如上圖所示:

①等壓線P:水平細直線。

②等焓線h:豎直細直線。

③等溫線t:點劃線,其在過冷液體區爲豎直線,在濕蒸汽區爲水平線,在過熱蒸汽區爲稍微向右下方彎曲的曲線。

④等熵線S:爲從左到右稍向上彎曲的實線。

⑤等比容線υ:在濕蒸汽區和過熱蒸汽區中,爲從左到右稍向上彎曲的虛線,但比等熵線平坦,液體區無等比容線,因爲不同壓力下的液體容積變化不大。

⑥等幹度線χ:只存在于濕蒸汽區和過熱蒸汽區域內,走向與飽含液體線或幹飽和蒸汽線基本一致。

壓—焓圖上每一點都代表制冷劑的某一狀態,在溫度、壓力、比容、焓、熵、幹度六個狀態參數中,只要知道其中任意兩個獨立的狀態參數,就可以在圖中確定其狀態點,從而查出其它幾個狀態參數。

制冷工程中,高壓區和濕蒸汽區的中間部分很少用到,所以有些壓一焓圖中往往將這兩部分刪去不畫。不同的制冷劑,其壓—焓圖(lgP—h 圖)的形狀也有所不同。

在工程計算中,根據需要可以查取制冷劑的飽和熱力性質表,根據一個狀態參數,再查取制冷劑的飽和液體或幹飽和蒸汽的其它狀態參數。

壓—焓圖(lgP—h 圖)的應用:

壓—焓圖(lgP—h 圖)是進行制冷循環分析和計算的重要工具,在進行制冷循環的熱力分析和計算之前,必須首先確定循環的工作參數,以便利用壓—焓圖再來確定循環的各有關狀態點的參數值,如下圖所示。

點1:爲制冷劑蒸汽進入壓縮機的狀態。如不考慮管路的冷量損失,則壓縮機的吸汽溫度t1 即爲制冷劑出蒸發器時的溫度t0,即t1=t0,在理想情況下,進壓縮機的制冷劑蒸汽爲飽和狀態。如已知蒸發溫度t0,便能知道制冷劑蒸發壓力P0,這樣便能根據P0=C 的等壓線和幹飽和蒸汽線的交點得出點1。

點2:爲制冷劑出壓縮機的狀態,也是進冷凝器的狀態。過程l—2 爲制冷劑在壓縮機中絕熱壓縮過程。絕熱過程中熵不變,即S1=S2,該過程沿點1 的等墒線進行,它與Pk=C的等壓線的交點即爲點2。

點5:爲制冷劑在冷凝器中凝結成飽和液體的狀態。它可由Pk=C 的等壓線與飽和液體線相交得到。

點3:爲制冷劑液體過冷後的狀態。因爲制冷劑液體在過冷過程中的等于冷凝壓力Pk,它的溫度低于冷凝溫度,所以Pk=C 的等壓線和tg=C 的等溫線交點即爲點3。

點4:爲制冷劑出節流閥(膨脹閥)的狀態,也是進蒸發器的初態。因爲節流前後的焓值不變,而壓力降低至蒸發壓力P0,溫度爲蒸發溫度t0,所以由點3 作垂線(即等焓線)與t0=C 的等溫線相交即得點4。

4—1:爲制冷劑在蒸發器中的汽化吸熱過程。這樣根據圖上所得的狀態點,即可查得各狀態點的熱力參數值。

例2—1 絕對壓力爲2bar,比容爲0.7m3/kg 的氨呈何種狀態?

解: 所求的狀態是1gP-h 圖上P=2bar 的水平線和υ=0.7m3/kg的等比容線的交點A(見上圖)。因爲A 點在過熱區內,所以這時氨的狀態是過熱蒸汽,該狀態點的溫度爲20℃,焓值約爲1470 kJ/kg。

例2—2 絕對壓力爲10bar,溫度爲20℃的氟利昂—22 呈何種狀態?

解: 所求狀態可由10bar 的等壓線和20℃等溫線的交點B來表示(見下圖左一)。因爲B 點在過冷區內,所以這時氟利昂—22 的狀態爲過冷液體,其焓值爲224.08 kJ/kg。例2—3 氟利昂—22 壓縮機吸入的汽體爲-5℃的幹飽和蒸汽,如將其絕熱壓縮到PK 爲12bar時,其壓縮終態的溫度是多少?

解:壓縮機吸入狀態可由-5℃等溫線與幹飽和蒸汽線的交點C 來確定(見下圖中)。點C 的熵值S=1.76 kJ/kg·K,因其爲絕熱壓縮過程,故壓縮過程熵值不變。因此壓縮終點D 是壓力PK=12 bar 的等壓線與S=1.76kJ/kg·K 的等熵線的交點。由圖上查得此點的溫度Td=47℃即爲所求壓縮終態溫度。

綜上所述,壓一焓圖不僅可以簡便地確定制冷劑的狀態參數,並且能表示出制冷循環及過程中參數的變化和能量變化,它可以用線段的長短來表示能量多少。由于制冷劑在蒸發器和冷凝器中的吸熱和放熱過程都是在定壓下進行,而定壓過程中熱量的變化以及壓縮機在絕熱壓縮過程中所消耗的功都可以用焓差來計算,並且制冷劑在節流閥前後的焓值又保持不變,所以利用1gP-h 圖來分析制冷循環及進行熱力計算最爲方便。

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