有前辈已经解释的很好了,这些是从网上找来的,给你参考下:. Z" S& X; ~' S$ S2 r
3 _8 B* N/ S- _3 i! [
膨胀机高温高焓降,这是共识,但怎么从理论去解释呢?是不是同样多的能量,温度高的,品位更高,做功能力更强。
- X! O2 J' R: e, U 膨胀机的温降、进出口压力与膨胀量是一定的,入口温度高的制冷量多还是入口温度低的制冷量多?
6 u/ m& { Z0 q1 F 我正在为9W空分学习汽轮机,学习中想到热机效率最高为η=1-T0/T,膨胀机如汽轮机工作原理相同,介质不同、目的不同,膨胀机是为了制冷,汽轮机是为了对外作功,膨胀机一般用空气作膨胀对外作功制冷,汽轮机用蒸汽作膨胀对外作功,根据η=1-T0/T公式,进气温度T提高ΔT,当进出口温差不变时,出口温度T0也升高ΔT,这时
0 r/ `' f/ z7 \9 Vη=1-(T0+ΔT)/(T+ΔT)热能转化为作功效率η是下降的,同样对于膨胀机当进出口温差不变时,进气温度T升高时,效率η也是下降的,这是不是恰恰说明膨胀机对外功相对减少,则焓降相对增加,因为膨胀机需要的是焓降不是对外作功。7 m g$ t/ P5 ]
所以说冷量比热量更难获得更宝贵,因为它是牺牲卡诺循环效率的。: q3 [6 o# E7 G; ^7 @
: v0 Y. M- x; Y+ z% u1 [ ]! m# p+ p9 n! G
1、膨胀机进出口温差:在空分刚启动时,前后温差可以达到85多℃(比如从10℃降为-75℃),即同样1m3的空气,经过膨胀机膨胀,温度降为85℃,而正常工作时1m3的空气,经过膨胀机膨胀,温度降为55℃(比如从-110℃降为-165℃),同样1m3的相同压力的膨胀空气(单位制冷量)显然入口温度越高,制冷量越大,即“ 高温高焓降”
) E m w" E) i4 l3 V! U2、单位制冷量和膨胀量的矛盾
5 Q. w3 Y% r* M0 c: e4 b2 A/ n) Y6 L, l提高膨胀机前温度, 一方面可提高单位制冷量, 即发挥“ 高温高焓降” 优势, 但另一方面,提高膨胀机 前温度后,膨胀空气密度减小、比容增大,对具体的制氧机和膨胀机而言,膨胀空气流道截面积是一定的, 会使膨胀量减少,因此虽然单位制冷量( 单位焓降) 增大,但是膨胀量减小 , 这一大一小的矛盾, 总制冷量Q到底是大还是小呢?
2 b# q3 t W X9 a' x7 D' w X: _5 o/ o( k7 u+ ^+ x9 c( A) e
4 }: d' r' @4 @5 E气体体积与温度成正比,与压力成反比,当膨胀机前后的压力比(注意,是压比,不是压差)一定时,膨胀前温度越高,则膨胀前气体体积越大,膨胀前后的气体体积之差越大,做功越多,膨胀机制冷量就大。
: n( q1 L# ]. g3 O, z- u4 K举个例子:假设膨胀后体积是膨胀前的3倍,相同摩尔量的气体,在温度高时膨胀前是10m3,在温度低时是6m3,膨胀后分别变为30m3和18m3,体积变化量分别是20m3和12m3,显然是温度较高时的体积变化量更大。
3 U0 d1 k! t' D, W& d这个道理与物体的自由落体类似,如果一个物体的高度下降10%,那么它的初始位置是100m和50m时的下降高度是不一样的,势能转化为动能的量也不一样,初始位置越高势能转化为动能的量也越大。7 Q% W7 B& S( J
' g3 E) m: T# o) @, H6 L$ T3 L
/ J2 h) `. J( b* _2 r J0 y
当膨胀机的进口和出口压力一定,即进出口压比一定时,随着膨胀机进气温度的升高,在膨胀机等熵效率η相同情况下,膨胀机输出外功和气体焓降都是增加的。
1 O7 T# O! v- k- N# g& H5 {8 w5 W. _“高温高焓降”是指在等熵效率相同条件下的比较,不是你所说的“温降一定”,温降是随机前温度升高而增加的。你要说明温度对焓降的影响,应该将“温度”作自变量,而将“焓降”作因变量,不能如你这样先将“焓降”固定(即固定温差),再讨论温度对焓降的影响。 气体做功量是压力和体积变化量乘积的积分,体积变化量ΔV越大,作功越多,我上个帖子说的实际是“等温膨胀”,更容易理解。 膨胀是压缩的逆过程,压缩气体温度较高时,所需压缩功也较多;同样,膨胀气体温度较高时,输出外功多,焓降也大。 热能转化为功的卡诺循环效率η与膨胀机(或汽轮机)的等熵效率η是两个完全不同的概念,不要混淆了。汽轮机发电,也是蒸汽温度越高,则蒸汽温降越大,不是你所说的“固定温差”。 # [, k8 M! y6 G; N3 W
例子:/ U* X- q( F8 ~) P2 P+ X; Q/ Q+ E; d1 g
等式c=a*b,a和b是两个自由独立变量,你讨论a对c的影响时,应该先将b固定,然后改变a,看c随a怎样变化。我们说,c与a成正比。2 \8 v% O) ^* j0 ]1 [6 F. L
而你的做法是,先将c固定,然后得出两个自由独立变量a与b成反比的结论。你这样不是把你自己弄糊涂了? 4 K+ q; A- U+ _/ P# N9 n# q
膨胀机制冷量与机前温度、等熵效率、压比、气量等有关,后几个都是自由独立变量。我们说,机前温度越高,制冷量越大;等熵效率越高,制冷量越大;压比越大,制冷量越大;气量越大,制冷量越大。% @" x% z7 n% d: N, e
9 ^3 B7 ]! f0 K' B& D
T, L* m: ?3 w3 M9 ]1 T |