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制冷系统优越的制氮机(制氮设备)

五节制冷系统
§5-1 基本概念
一、理想气体
具有两个特性:a.分子间弹性,没有作用力;b 不考虑分子本身所占的体积。
实际气体在P 不太高,比容较大的情况下,可以当作理想气体处理。
.
二、范德瓦尔方程
:分子间作用力,内压力;
: 分子本身所占的气体体积;
只适用于P 较小的情况,理论计算时用的较多,不能用做实际计算。
三、范德瓦尔等温线
1、一个点:临界点,气体超过临界点温度就不能用压缩使其液化,即气体加压液化是
有限度的。
2、两条线:饱和相线与饱和蒸汽线。
3、三个区:液相区,气液两相区,气相区。
4、五种状态:汽液相比容相等,即汽液相有共同的特征;
超临界或超超临界状态是没有相变的;
四、温度范围的介定
环境——-15℃ 空调专业;
-15℃—— -153℃普冷;
-153℃——0.3K 深冷;
0.3K 以下超低温;
§5-2 获得低温的方法
一、方法:
低温技术(0~1K):a.绝热节流,等熵膨胀;
b. 减压蒸发;
c.绝热放气;
1K 以下:a.氮稀释;
b.绝热退磁;
c. 减压蒸发, 绝热压缩;
制冷技术:a.相变制冷:氟里昂,氨水,干冰升华;
b.涡流制冷:是压缩气体产生涡流运动分离成冷热两种液体;
c.温差电制冷:利用热电效应;
二、相变制冷的制冷量
:气相焓值
:液相焓值
由热力学可知,液体的沸点及汽化潜热与压力有关,压力越低,汽化潜热越大,制冷量
越大。
§5-3 气体的绝热节流
一、节流
流体经阀门、缩径时受到局部的阻力而造成压力有较大的降落的过程,称为节流过程。
节流因摩擦阻力的存在——不可逆过程——熵增过程;
流量大,流速快——绝热过程(即不对外作功,与外界无热量交换)节流过程是等焓过
程,节流前后焓值不变。
二、实际气体的节流
1、理想气体的节流:节流前后的温度不变:a. ;
b.微分节流效应等于零;
2、实际气体的节流:
因为实际气体的焓值是温度、压力的函数,所以节流前后流体的温度要发生变化。
三、微分节流效应,积分节流效应
单位压降对应的温度变化;
由热力学可知:
由Pv=RT
得:带入上式得:
若:a. , >0 节流后温度降低;
b. , =0 节流后温度不变;
c. , <0 节流后温度增加;
为什么会出现上述三种情况?
∵H=U+PV
两边微分,等焓
决定温度变化的是气体的内动能是减少、增大还是不变;
当:1. >0,温度降低;
2. <0,a. 绝对值小于温度降低;
b. 绝对值大于温度生高;
3.当时, 等于0,内动能保持不变,节流时温度也将保持不
变,这样的温度称为转化温度。
四、转化温度和转化曲线
氧、氮、空气制冷效应
氢、氮制热
采取预冷的方法
五、等温节流效应
复热:低温气体在等压下恢复到常温时,所能吸收的热量,等温节流效应的表
述:a.在等温压缩时获得;
b.在节流元件中释放;
c.在复热中体现。
六、影响节流温降的两个因素
1、节流前的温度:节流前温度越低,温降越大;(空分中过冷器的设置就是利用上述
理论)
2、节流前后的压差:压差越大,温降越大,不可逆损失大,很不经济。
§5-4 气体的等熵膨胀
一、微分等熵效应
二、理想气体的膨胀过程的温差
高温高焓降;
增加等熵膨胀的温降和单位制冷量的两种方法:
1、提高膨胀机前温度;2、增大膨胀比(但有一定限制,一般取15%~25%)。
三、膨胀温降的热力原因
在膨胀过程中,有外功输出,膨胀后气体内位能增大,需要消耗能量,这些能量需
要用动能补偿,故气体温度必然降低。
四、膨胀制冷量
五、膨胀机效率(也称绝热效率)
绝热效率:表示为实际膨胀过程接近理想膨胀过程的程度,即气体的单位实际制冷
量与单位理想制冷量的比值。(一般国产效率为0.75~0.8,进口的在0.85 左右)
六、影响膨胀机制冷量大小的因素
1、膨胀量:
膨胀量越大,影响氧提取率,氧提取率越底,膨胀量需同时满足冷量平衡及精馏工况的
需求。
2、机前温度:提高机前温度,单位制冷量提高;
3、机前压力:膨胀量,增压透平膨胀机:增大膨胀比,增大单位制冷量;
4、绝热效率;
七、绝热节流与等熵膨胀的要求:
节流阀膨胀机
结构简单,便于调节结构复杂
可以在气液两相区工作不能大量带液
制冷量小制冷量大,但实际过程偏高,
等熵过程,制冷量需打折扣
初温越低,节流与膨胀差别越
大,越有优势
机前温度高,效率降低
八、透平膨胀机的调节
质量流量;
调节方式:
1、量调节:
⑴多机组调节;
⑵改变喷嘴结构:a.部分进气调节;b.转动喷嘴调节;c.移动喷嘴;d.改变喷嘴高度。
2、质调节:机前调节,但效率降低,不经济(紧急切断阀一般打到全开位置);
3、通过制动功率调节;
质调节与量调节的比较:质调节采用风机(增压机)制动更方便;
量调节采用电机制动更合适。