实验五模拟电冰箱制冷系数的测量

1、I低温魏源Qd件功实验五模拟电冰箱制冷系数的测实验目的1、培养学生理论联系实际，学用结合的实际工作能力;2、学习电冰箱的制冷原理，加深对热学基本知识的理解;3、测定电冰箱的制冷系数。1、电冰箱制冷的理论基础二、电冰箱的制冷原理热力学第二定律的克劳修斯说法是：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起外界的变化。因此，只能通过某种逆向热力学循环， 外界对系统作一定的功，使热量从低温物体（冷 端）传到高温物体（热端），如图5 l所示。Q是系统向高温热源放出的热量，Q是系统从低温热源吸收的热量，W是外界对系统所做的功，那么：(5-1)Q=Q-W电冰箱就是通过逆向热力学循环对循环系统冷端的利用，称为制

2、冷机。2、制冷的方式制冷可利用熔解热、升华热、蒸发热、珀尔贴效应等方式。电冰箱则是用氟里昂作制冷剂，当液体氟里昂在蒸发器里大量蒸发（实际是沸腾，但在制冷技术中习惯称为蒸发）时，带走低温处的热量，从而达到制冷的目的。因此，电冰箱是一种利用蒸发热方式制冷的机器。Wg3、制冷剂氟里昂 氟里昂是饱和* 碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的统称。本实验中使用的氟里昂12的分子式为CCLF2,国际统一符号为 R12。R12无色、无 味、无臭、无毒、对金属材料无腐蚀性。当氟里昂容积浓度不超过10%左右时,人没有任何不适的感觉,但当氟里昂容积浓度达到80%人有窒息的危险。R12不燃烧、R12的几个有关参数如下：不爆

3、炸，但其蒸汽遇到800C以上的明火时，会分解产生对人体有害的毒气。沸点（latm）-29.8 C凝固点(latm) -155 C临界温度112C临界压力4.06 Mpa其P-V图如图5-2所示。从图5-2中可见，真实气体的等温线并非都是等轴双曲线。如在Im部分，真实气体的等温线与理想气体的等温线相似；在m点气体开始液化，在 m至n点这段气体的液化过程中，气体体积虽在减少，4、真实气体的等温线制冷剂在循环过程中的状态变化，遵循真实气体的状态变化规律,但气体压力保持不变，因此该过程是等压过程，我们称其压力为饱和蒸汽压；至n点气体完全液化。等温线的mn部分为饱和蒸汽和饱和液体共存的范围，但在no部分

4、，曲线几乎与压力轴平行，这反映了液体的不易压缩性。随着温度的升高，气液体共存状态的范围从mn线段缩小为温度继续升高，等温线的平直部分缩成一点，在 PV图上出现一个拐点m n线段，而饱和蒸汽压增高。K,称临界点。通过临界点的等温线称临界等温线。在临界等温线以上，压力无论怎样加大，气体不可能再液化。在p-V图上，不同等温线上开始液化和液化终了的各点可以连成曲线nK线称温饱和液体线，以干度 X=0表示。曲线mK的右边完全是气体状态,mKn曲线nK的左边完全是液体, mK线称干饱和蒸汽线，以干度X=1表示（干度X表示气液体共存区里饱和蒸汽所占的比例。例如干度X=0.3时，表示饱和蒸汽占30%饱和液体占

5、70%。电冰箱的制冷循环如图 5 3、图54所示，其中图53为循环示意图, 图54表示在PV图上的制冷循环过程。5、电冰箱的制冷循环图电冰箱的制冷循环主要有四个过程：压缩机压缩R12蒸汽，使它的压力由低增高成高温高压蒸汽；冷凝器（散热器）使高温高压蒸汽放热冷凝为中温高压液体；毛细管使中温高压液体节流膨胀为低温低压汽液混合体，并不断供向蒸发器；蒸发器使R12液体吸热成低温低压蒸汽，从而达到制冷循环的目的。四个过程的具体情况如下：（I）压缩过程（绝热过程）在压缩过程中，由于压缩机活塞的运动速度很快，可近似地将此过程看作是与外界没有热量交换的绝热压缩。在P-V图中为一条绝热线。绝热线下的面积即为压缩

6、机对系统所做的功W（2）冷凝过程（等压过程）从压缩机排出的制冷剂刚进入冷凝器时是过热蒸汽，它被空气冷却成干饱和蒸汽，并进一步冷却成中温饱和液体，再进一步冷却成过冷液体。一般情况下，进入毛细管之前的制 冷剂是过冷液体，这是等压过程，为冷疑压力Pi,在P-V图中为一条水平线，在此过程中制冷剂放出热量.（3） 减压过程（绝热过程）制冷剂通过毛细管狭窄的通路时，由于摩擦和紊流，在流动方向产生压力下降，此即焦耳一汤姆孙节流过程，在P-V图中为一条绝热线。（4）蒸发过程（等压过程）从毛细管出口经过蒸发器进入压缩机吸入口为止的制冷剂，状态尽管有在P-V图中为一条水平线,变化，其压力是不变的，都是蒸发压力P2

7、 o进入蒸发器的制冷剂是汽液混合体，制冷剂在通过蒸发器的过程中从周围吸收热量， 蒸发成干饱和蒸汽， 再进一步成过热蒸汽被压缩机吸入,在此过程中制冷剂吸收热量Qo以上四个过程，构成电冰箱的制冷循环过程。6、制冷系数根据热力学第二定律，制冷机的制冷系数为:(5-2)从上式可以看出，压缩机对系统所作的功W越小，自低温热源吸取的热量Q越多，则制冷系数越大，系统工作越经济。制冷系数是反映制冷机制冷特性的一个参数，它可以大于1,也可以小于1 o如把制冷机看作逆向卡诺循环机，则制冷系数为:JL =石(5-3)由此式可见，Ti、T2越接近，即冷冻室的温度与室温越接近时，制冷系数的功率，可以从低温热源吸取较多的

8、热量，从而获得较好的制冷效果。当冰箱里没有需要深度冷冻的物品越大，也就是说消耗同样时，不必将冷冻室的温度调得很低，一般保持在-5 C左右即可，这样可以省电。s25?三、实验装置本实验所用的装置主要有：模拟电冰箱制冷系数测定装置（MB- W型），功率因数表。学生可以根据图55所示实验装置了解上述电冰箱的制冷原理，对照实物，搞清实验中装置各部分的作用。l、冷冻室其组成是在杜瓦瓶中盛三分之二深度的含水酒精作冷冻物；用蛇形管蒸发制冷剂吸热;用加热器平衡制冷剂蒸发时的吸热，并用马达带动搅拌器使冷冻室内温度均匀。温度计to用于读出冷冻室内含水酒精的温度，以判定冷冻室是否已达到了热平衡。2、冷凝器即散热器，

9、在实验装置的背后，接 -冷凝汽入口 B和冷凝器出口 E。3、干燥管和毛细管干燥管内装有吸湿剂，用于滤除制冷剂中可能存在的微量水分和杂质,防止在毛细管中产生冰堵塞或脏堵塞。内径小于0.2毫米的毛细管用于制冷剂节流膨胀，产生焦耳一汤姆孙效应。4、压缩机和电流表压缩机压缩制冷剂使其压力由低变高。电流表用于监测压缩机的工作电流,当电流大于1安培时，制冷系统可能有堵塞情况发生。电流表后装有通电延时器，以防压缩机启动时电流过载。小型电冰箱压缩机的内部包括压缩机和电动机两部分,由电动机拖动压缩机做功。 电动机因种种损耗,n电-0.8 ；压缩机也因种种损耗，用于压缩汽体输向压缩机的功率小于输入电动机的电功率P

10、电，其效率的功率小于电动机输向压缩机的功率，其效率n压-0.65。因此压缩机对制冷剂作功的功率P（简称压缩机功率）。P= n P电=n电n压P电=0.52P电55图 5 65、接线柱 I 、U、* 和调压变压器加、U加、接线柱共两组，I加、U加、*组用于接测量加热功率的功率计：I电、U电、 *组用于接测量压缩机电功率的功率计。 如不用功率计测量，也可用交流电流表 （串接在 I 、 *接线柱间）或交流电压表 （I 、 * 接线柱短接 ），但事前需作出电流功率或电压功率定标曲线。实验时根据测得的电 流值或电压值，查得实际的功率值。调压变压器用于调节加热器电压 U,以改变加热功率。6、开关K为压缩机

11、电源开关，K2为加热器电源开关。四、实验内容1、对照讲义和实物，认清仪器的各个部分，搞清楚它们的作用。2、连接功率因数表，方法如下：功率因数表后面有六个接线插孔，分别标为左边上、中、下和右边上、中、下。旋下主机中部下方的 6 个功率测量接线柱旋钮，去掉连接上、中接线柱的导线，按上、中、下的顺序分别与功率因数表的对应孔相接，如图 5 6。3 、合上右侧制冷开关，冰箱压缩机组开始工作。观察压缩机的电压、电流是否正常（正常电压约220V，正常电流约1A）,工作正常后高压压力表读数应逐渐上升至0.9MPa左右，低压压力表读数一般小于0.1MPa。4 、先将加热器的调压变压器手柄逆时针旋到底，即输出电压

12、为0 伏，再合上左侧电源开关。能听到电动搅拌器开始工作，冷冻室伴有轻微振动。同时，数显温控仪也开始工作，连续测量显示冷冻室温度，精度为0.1 Co （可设定温控上限，加热时一旦超限会自动断开加热器电源，以保安全。）5、测量制冷系数：制冷数分钟后，可观察到冷冻室温度逐渐下降。在达到一定温度后（如0C以下），顺时针旋转调压变压器手柄，开始加热。调节时注意观察电压、电流表的指示。加热后，冷冻室的温度下降速度开始变慢，改变加热功率，可使冷冻室温度在某一个温度时保持稳定不变，此时，加热器的放热量与蒸发器的吸热量达到平衡（忽略次要因素）。记下此时的冷冻室温度t、压缩机电压V压、电流I压、功率因数 n 压、

13、加热器电压V 加、电流 I 加、功率因数 n 加，按下式计算：压缩机输入功率P压=耳压V压I压压缩机制冷功率P=0.52P 压因温度达到平衡，说明蒸发器吸热功率等于加热器发热功率，即：Q=P加=n加V加I此温度下的制冷系数为改变加热功率，平衡温度将发生变化，可测出下一个温度下的制冷系数。一般可间隔4、5度测一个点, 共测4、5个点，作出t曲线。6、取数据点的方法有两种:1 )取等间隔的整数温度值，如 0C、-5 C、-10 C此法得到的温度值整齐美观，作图时容易取点。 但实际操作时，要调加热功率恰好使温度稳定在某一个整数比较困难，需反复调整，很花时间。2)调整加热功率，使温度稳定在适当的值即可，不一定取整数和严格的等间隔。此法测量速度较快,效果同样，建议采用。7、分析讨论本实验的系统误差。五、注意事项1.加热器绝对不能干烧。2.压缩机工作时注意经常观察工作电流，正常值为1A左