一、壓焓圖
1、焓
是一種能量,用來表明製冷劑所處狀態的熱力狀態參數,它表示製冷劑所具有總能量的大小;即:
製冷劑的焓等於製冷劑內能與外能的總和(H=U+pV)。
焓用符號「h」或「i」表示,單位是「J/kg」或「kJ/kg」。
在熱力學中,焓的物理意義是指在特定溫度下物質所含有的熱量。
在製冷過程中,製冷工質在系統中流動時,其內能和外功總是同時出現的,所以,引入「焓」這個狀態參數,可以使熱力計算得到簡化:
dQ =dh(式中Q為熱量、h為焓、d為變量)
焓是狀態參數,只與系統的初、終狀態有關而與過程無關。
例如:某一製冷劑由狀態1(含熱量為h1)通過吸熱變化為狀態2(含熱量為h2),那麼,其在吸熱過程中所吸收的熱量(熱變量)dQ就是吸熱前與吸熱後兩個狀態點的焓差;
即:dQ = h2– h1,而與吸熱的過程沒有關係。
2、製冷系統熱力計算——焓的使用
上圖為某製冷系統的壓焓圖,再來看看這些狀態點的參數:
那麼製冷系統的單位製冷量我們就可以算出來了:
如果有了製冷劑的流量,我們就可以計算出製冷系統的製冷量了。
二、溫熵圖
1、熵
是一種用來表明製冷劑所處狀態的熱力狀態參數,用符號「s」表示,單位「J/kg·K」或「kJ/kg·K」。
熵所描述的是在某一溫度條件下製冷劑所具有的熱量。
當製冷劑吸收熱量時,熵值增大;
製冷劑放出熱量時,熵值減小;
製冷劑既不吸熱也不放熱,熵值就不會變化。
壓縮機在壓縮的過程,是製冷劑從低壓到高壓的過程,此時的製冷劑既不吸熱也不放熱,所以壓縮機的壓縮過程是一個等熵壓縮的過程。
製冷劑在狀態變化過程中吸收或放出的熱量「dQ」和此時製冷劑的熱力學溫度「T」的比值,就是熵的變化量,即:
ds =dQ/T = s2 – s1
那麼:dQ =ds·T =(s2 – s1)T
也就是說,物質吸收或放出的熱量,等於物質的熱力學溫度和熵的變化量的乘積。
2、製冷系統溫-熵圖: T-S 圖
製冷系統熱力循環在T-S 圖上的表示:
壓焓圖曲線的含義可以用一點(臨界點)、二線(飽和液體線、飽和蒸汽線)、三區(液相區、兩相區、氣相區)、五態(過冷液狀態、飽和液狀態、過熱蒸汽狀態、飽和蒸汽狀態、溼蒸汽狀態)和八線(等壓線、等焓線、飽和液線、飽和蒸汽線、等幹度線、等熵線、等比體積線、等溫線)來概括。
臨界點K和飽和曲線
臨界點K為兩根粗實線的交點。在該點,製冷劑的液態和氣態差別消失。
K點左邊的粗實線Ka為飽和液體線,在Ka線上任意一點的狀態,均是相應壓力的飽和液體;K點的右邊粗實線Kb為飽和蒸氣線,在Kb線上任意一點的狀態均為飽和蒸氣狀態,或稱幹蒸氣。
三個狀態區
Ka左側——過冷液體區,該區域內的製冷劑溫度低於同壓力下的飽和溫度;
Kb右側——過熱蒸氣區,該區域內的蒸氣溫度高於同壓力下的飽和溫度;
Ka和Kb之間——溼蒸氣區,即氣液共存區。該區內製冷劑處於飽和狀態,壓力和溫度為一一對應關係。
在制冷機中,蒸發與冷凝過程主要在溼蒸氣區進行,壓縮過程則是在過熱蒸氣區內進行。
六組等參數線
製冷劑的壓-焓(LgP-E)圖中共有八種線條:
等壓線P(LgP) 等焓線(Enthalpy) 飽和液體線(Saturated Liquid) 等熵線(Entropy)
等容線(Volume) 幹飽和蒸汽線(Saturated Vapor) 等幹度線(Quality) 等溫線(Temperature)
(1)等壓線:圖上與橫坐標軸相平行的水平細實線均是等壓線,同一水平線的壓力均相等。
(2)等焓線:圖上與橫坐標軸垂直的細實線為等焓線,凡處在同一條等焓線上的工質,不論其狀態如何焓值均相同。
(3)等溫線:圖上用點劃線表示的為等溫線。等溫線在不同的區域變化形狀不同,在過冷區等溫線幾乎與橫坐標軸垂直;在溼蒸氣區卻是與橫坐標軸平行的水平線;在過熱蒸氣區為向右下方急劇彎曲的傾斜線。
(4)等熵線:圖上自左向右上方彎曲的細實線為等熵線。製冷劑的壓縮過程沿等熵線進行,因此過熱蒸氣區的等熵線用得較多,在lgp-h圖上等熵線以飽和蒸氣線作為起點。
(5)等容線:圖上自左向右稍向上彎曲的虛線為等比容線。與等熵線比較,等比容線要平坦些。制冷機中常用等比容線查取製冷壓縮機吸氣點的比容值。
(6)等幹度線:從臨界點K出發,把溼蒸氣區各相同的幹度點連接而成的線為等幹度線。它只存在與溼蒸氣區。
上述六個狀態參數(p、t、v、x、h、s)中,只要知道其中任意兩個狀態參數值,就可確定製冷劑的熱力狀態。在lgp-h圖上確定其狀態點,可查取該點的其餘四個狀態參數
再補充一個小知識點: