制冷系统的“焓”、“熵”，动态图详细说明

一、压焓图 01

一、压焓图

1、焓

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=U+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。在空调工程中，最常见的空气处理过程是冷却或加热空气，经常会碰到诸如将空气从30℃冷却到20℃需要多少冷量，或将5℃的冷空气加热到20℃需要多少热量之类的问题。

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、d为变量）

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。

2、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我们就可以算出来了：

如果有了制冷剂的流量，我们就可以计算出制冷系统的制冷量了。

蒸发温度的影响

冷凝温度的影响

双级压缩压焓图

3、焓湿图的应用。

焓湿图最基本应用就是查找参数。此外，焓湿图还可以用于判断空气的状态、表示空气的状态变化和处理过程等。

焓湿图看上去比较复杂，实际上只有6种线条：

①45°的等焓线；

②垂直的等含湿量线；

③近似水平的等温线；

④弧型的等相对湿度线；

⑤水蒸气分压力线；

⑥热湿比线。

等相对湿度线的绘制要借助等t线和等d线来确定。

例如绘制80%的等相对湿度线，首先选择一个温度，例如10℃，查附录A得到该温度下的饱和水蒸气分压力Pqb，根据公式计算d。

这样，由选择的t和计算得的d就确定了一点，再计算下一个温度确定另一点，最后把所有点连接起来就绘制出80%的等相对湿度线了。

关于焓湿图，需要特别注意以下几点

1)饱和空气线即相对湿度为100%的等相对湿度线，见上图中最右下方的弧线。

这条弧线通常称为“饱和线”，其上每一点都是空气的饱和状态。

饱和空气的一个特点就是干球温度、湿球温度、露点温度完全相等。

2)大部分焓湿图中没有画出等湿球温度线。

因为等湿球温度线与等焓线基本平行，故工程上近似地用等焓线代替等湿球温度线，即过某一点的等湿球温度线就是过该点的等焓线。

3)焓湿图中也没有等露点温度线。

等含湿量线就是等露点温度线。因为露点温度的定义已说明含湿量相同的状态点，露点温度均相同。

二、温熵图

1、熵

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 – s1）T

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。

2、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。

过冷循环温熵图分析

复叠式压缩机温熵图

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为饱和蒸气线，在Kb线上任意一点的状态均为饱和蒸气状态，或称干蒸气。

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——过热蒸气区，该区域内的蒸气温度高于同压力下的饱和温度；

Ka和Kb之间——湿蒸气区，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气区进行，压缩过程则是在过热蒸气区内进行。

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

（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，把湿蒸气区各相同的干度点连接而成的线为等干度线。它只存在与湿蒸气区。

上述六个状态参数（p、t、v、x、h、s）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：