热能与动力工程毕业设计（论文）-单级蒸汽压缩回热制冷循环的能量分析和火用分析.doc

热能与动力工程毕业设计（论文）-单级蒸汽压缩回热制冷循环的能量分析和火用分析.doc

《热能与动力工程毕业设计（论文）-单级蒸汽压缩回热制冷循环的能量分析和火用分析.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热能与动力工程毕业设计（论文）-单级蒸汽压缩回热制冷循环的能量分析和火用分析.doc（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

单级蒸汽压缩回热制冷循环的能量分析和火用分析

【摘要】火用分析是在热力学第二定律的基础上，从“量”与“质”的结合上规定了能量的“价值”。

火用分析作为一种新的热力学分析方法，揭示了能量转换的本质，改变了人们对能的性质、能的损失及能量转换效率的传统看法，为合理用能指明方向。

火用分析方法在热动力循环的研究中正广泛采用。

本文将对R134a、R290为制冷剂的单级蒸汽压缩回热制冷循环，进行详尽的热力计算、能量分析、火用损失及火用效率的计算，进而可以得知系统各个环节能源利用的情况，同时探讨如何减少

火用损失及提高火用效率的措施，并提出改进单级蒸汽压缩回热制冷循环的方法。

【关键词】:

单级蒸汽压缩回热制冷循环;R134a;R290;能量分析;火用分析

Theenergyanalysisandexergeticanalysisofthesimpvapourcompressionregenerativerefrigerationcycle

AbstractExergywhichbasedonthesecondlawofthermodynamicsstipulatetheenergyofthe“value”fromthecombinationof“quantity”and“quality”.Exergyasanewmethodofthermodynamicanalysis,changethepeople’straditionalviewofthenatureoftheenergy,thelossoftheenergyandtheenergyconversionefficiencyanddirectionfortherationaluseofenergy.Exergyanalysismethodiswidelyusedintheresearchofthermodynamiccycle.Thearticlewillcalculatetheenergy、exergylossandexergyefficiencydetailed,thenwecanknowallaspectsofsituationofenergyuse.Itintroducethemeasureshowtoreducetheexergylossandraisetheexergyeffienceandputforwardthemethodofthesimpvapourcompressionregenerativerefrigerationcycle

Keywords：

thesimpvapourcompressionregenerativerefrigerationcycle;R134a;R290;energyanalysis;exergeticanalysis

目录

引言………………………………………………………………………………1

1.R134a单级蒸汽压缩回热制冷循环………………………………………3

1.1能量分析计算…………………………………………………………3

1.2火用分析计算……………………………………………………………6

2.R290单级蒸汽压缩回热制冷循环…………………………………………13

2.1能量分析计算…………………………………………………………13

2.2火用分析计算……………………………………………………………15

3.单级蒸汽压缩回热制冷循环的能量分析和火用分析……………………21

3.1能量分析和火用分析…………………………………………………21

3.2提高火用效率的具体措施………………………………………………23

结束语……………………………………………………………………………25

致谢信……………………………………………………………………………26

参考文献…………………………………………………………………………27

引言

在当今世界，随着社会生产的不断发展，作为其推动力的能源消费与日俱增，造成世界能源（可用能源）紧张局势越来越严重，各国都在努力寻求有效途径以能更合理地开发利用能源，已成为全人类研究的热点，对此，应积极采取新技术，新工艺，努力提高设备的热效率，降低无效能耗，以最大限度地缓和发展经济与能源紧张的矛盾。

与工业发达国家相比，我国的单位产值能耗要高出1～3倍，能源利用率低，加上我国人口众多，节能的紧迫性更为突出。

传统的耗能水平评价是从热平衡的概念出发，用热效率的高低作为评价标准，并从热能在热平衡各项中的分配情况出发去寻求节能潜力，此方法考虑的是所用能与所耗能在数量上的比值，没有考虑到各种能量在质量上的差别，因而不能全面地反映能量在转换过程中的热能利用情况，也就不能为衡量热能转换过程的好坏及评价装置的完善程度和节能技术措施的有效性提供一个合理的尺度。

火用分析法是在热力学第一定律和第二定律基础上考虑了能质的高低（即能的品位），借助火用进行节能分析的方法。

火用分析法[1]又称为热力学第二定律分析法，就是对系统和设备进行的每一个过程，计算其火用的损失，对整个设备或系统计算其火用效率，对于在综合条件下进行的过程来说，火用损失的大小能够用俩衡量该过程的热力学完善度，火用损失大说明过程的不可逆性大。

火用效率是在热力学第二定律的基础上，同时综合热力学第一定律的更为全面的评价指标，是从能量的“质”和“量”两方面综合的对实际的能量装置及其能量转换过程进行考察，因而更为全面。

火用是某种能量在理论上可取出的最大可用能的数量，火用值是一个以环境为基准的相对值。

介质参数越高（高温、高压），其火用值越高，即能质高。

制冷系统作为冷藏企业的能耗大户，提高设备的热效率，优化整个制冷系统，具有重要的现实意义，是广大制冷科技工作者的努力目标。

而对制冷系统性能的优劣能否作出合理的评价则是这一切的前提。

热力学第一定律和第二定律是分析热力系统性能的重要工具。

第一定律指出，能量在转移或转换过程中总量是守恒的；第二定律指出，能量在质上是不守恒的，能量的利用过程同时也是能量的贬值过程。

由于出发点不同，利用这热力学第一定律和第二定律分析同一个热力系统时，往往会得到不同的结论。

本文将对R134a、R290为制冷剂的单级蒸汽压缩回热制冷循环，进行热力学第一定律和第二定律分析（即能量分析和火用分析）。

进行详尽的能量计算和火用损失及火用效率的计算，然后制冷循环进行能量分析和火用分析，进而可以得知系统各个环节能源利用的情况，同时提出减少火用损失及提高火用效率的措施，并提出改进单级蒸汽压缩回热制冷循环的方法。

1.R134a单级蒸汽压缩回热制冷循环

1.1能量分析计算

R134a（氟利昂）是一种新型制冷剂，属于氢氟烃类（简称HFC）[3]。

其沸点为-26.5℃。

破坏臭氧层潜能值ODP为0，但温室效应潜能值WGP为1300（不会破坏空气中的臭氧层，是近年来鼓吹的环保冷媒，但会造成温室效应。

），现被用于冰箱、冰柜和汽车空调系统，是一种很环保的制冷剂，以代替氟利昂12。

在制冷和空调设备所采用的制冷循环中，蒸气压缩制冷循环占有相当大的比例，为了进一步提高这类循环的性能系数，有必要对蒸气压缩制冷循环进行热力学分析。

本节将应用热力学第一定律首先分析一下带回热制冷循环系统的热力性能。

一般，蒸气压缩回热制冷循环至少由五个部分组成：

压缩机、冷凝器、回热器、膨胀节流件及蒸发器[3]，如图1.1所示。

图1.1制冷循环流程图

1-2表示制冷剂在压缩机中的等熵压缩过程；2-3表示制冷剂在冷凝器中的冷却和冷凝过程；3-4表示制冷剂液体的过冷过程；4-5表示节流过程；5-1’表示制冷剂在蒸发器中蒸发过程；1’-1表示制冷剂蒸汽的过热过程。

图1.2制冷循环简单的p-h图

计算条件：

单级蒸汽压缩回热制冷循环的制冷量为150kW，环境温度为35℃；采用水冷式冷凝器，冷却水入口温度为32℃，冷却水温升为4℃；冷凝温度比冷却水入口温度高8℃；冷库温度为-15℃；蒸发温度比冷库温度低5℃；蒸发器出口工质过热度为2℃；冷凝器出口液体无过冷；回热器热端温差为5℃：

压缩机指示效率和机械效率分别为0.75和0.9。

由已知条件可得：

冷凝器的出口温度TW2=32+4=36℃；

冷凝器的冷凝温度TK=32+8=40℃;

蒸发器的蒸发温度T0=-15–5=-20℃；

压缩机的吸气温度T1=40–5=35℃。

图1.2制冷循环实际p-h图

查R134a得p-h图，得出循环各个状态点的参数如图1.1所示。

表1.1制冷循环的各个状态点参数

状态点

T（℃）

P（kPa）

h（kJ/kg）

S（kJ/（kg·K））

V（m/kg）

0

-20.00

1.33

385.00

1.735

—

1′

-18.00

1.33

386.94

1.743

—

1

35.00

1.33

432.53

1.905

0.1845

2

118.00

10.2

504.05

1.952

—

2s

101.00

10.2

485.75

1.905

—

2v

40.00

10.2

418.14

1.707

—

3

40.00

10.2

256.15

1.190

—

4

7.90

3.86

210.56

1.038

—

5

-20.00

1.33

205.21

1.046

—

循环的热力计算[3]如下：

1.点4状态的确定。

根据回热器的热平衡，有

h3–h4=h1–h1’

h4=h3–（h1–h1’）

=256.15–（432.53–386.94）

=210.56kJ/kg

由R134a的p-h图查得T4=7.9℃

2.单位质量制冷量q0、单位容积制冷量qv及单位理论供w0的计算。

q0=h1’–h5=h1–h3=432.53–256.15=176.38kJ/kg

qv=q0/v=176.38/0.1845=955.99kJ/kg

W0=h2S–h1=485.75–432.53=53.22kJ/kg

3.制冷剂质量流量qm的计算。

qm=Q0/q0=150/176.38=0.85kg/s

4.压缩机理论功率P0的计算。

P0=qm·W0=0.85×53.22=45.24kW

压缩机的指示功率为

Pi=P0/ηi=45.24/0.75=60.32