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【HVAC】制冷系统的“焓”、“熵”,你真的懂吗?


压焓图                    

  

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=+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。

 

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。


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就可以算出来了:

如果有了制冷剂的流量,就可以计算出制冷系统的制冷量了。



2 温熵图                    

 


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 – s1T

 

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。


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。


  • 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为饱和蒸汽线,在Kb线上任意一点的状态均为饱和蒸汽状态,或称干蒸汽。


  • 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——过热蒸汽区,该区域内的蒸汽温度高于同压力下的饱和温度;

KaKb之间——湿蒸汽区,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汽区进行,压缩过程则是在过热蒸汽区内进行。


  • 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)和 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;在湿蒸汽区却是与横坐标轴平行的水平线;在过热蒸汽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,因此过热蒸汽区的等熵线用得较多,在lgp-h图上等熵线以饱和蒸汽线作为起点。

(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,把湿蒸汽区各相同的干度点连接而成的线为等干度线。它只存在与湿蒸汽区。

上述六个状态参数(ptvxhs)中,只要知道其中任意两个状态参数值,就可确定制冷剂的热力状态。在lgp-h图上确定其状态点,可查取该点的其余四个状态参数。



再补充一个小知识点
                    




来源:筑龙暖通

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