制冷技术_第一章

1、第一章第一章 制冷技术基础制冷技术基础 第一节第一节 制冷技术的基本知识制冷技术的基本知识一、物态的变化一、物态的变化 自然界的一切物质都是由大量分子组成的，同时分子自然界的一切物质都是由大量分子组成的，同时分子又处于无规则的永不停息的运动中，而这种大规模分子的又处于无规则的永不停息的运动中，而这种大规模分子的杂乱无章运动称之为热运动。杂乱无章运动称之为热运动。二、流体的基本状态参数二、流体的基本状态参数 在热力工程中，用来实现能量转换的物质叫做工质。表在热力工程中，用来实现能量转换的物质叫做工质。表示工质状态的物理量称为流体或工质的状态参数流体的基本示工质状态的物理量称为流体或工质的状态参数

2、流体的基本状态参数有温度、压力、比容、焓、熵和内能等。状态参数有温度、压力、比容、焓、熵和内能等。 1 1、温度、温度 温度是表示物体冷热程度的物理量。温度的标准（简称温度是表示物体冷热程度的物理量。温度的标准（简称温标）又分为摄氏温度、华氏温度和绝对温度等。温标）又分为摄氏温度、华氏温度和绝对温度等。 2 2、压力、压力 物理学中，把单位面积上所承受的压力称为压强，工程物理学中，把单位面积上所承受的压力称为压强，工程上就称为压力。气体的压力是大量气体分子热运动时对壁面撞上就称为压力。气体的压力是大量气体分子热运动时对壁面撞击的结果。工程上压力常以符号击的结果。工程上压力常以符号P P 表示。

3、表示。 大气也有压力，称为大气压力，简称大气压，用符号大气也有压力，称为大气压力，简称大气压，用符号B B表表示。示。 绝对压力、表压力和真空度绝对压力、表压力和真空度用用u u 型压力计测量系统压力的方法如图所示：型压力计测量系统压力的方法如图所示： 3 3、比容、比容 物质所占有的体积与该物质的重量之比值称为该物物质所占有的体积与该物质的重量之比值称为该物质的比容，比容用符号质的比容，比容用符号v v 表示，常用的单位为米表示，常用的单位为米3/ 3/ 千克千克（m 3/kg m 3/kg ）。）。 4 4、热量和比热、热量和比热 热量是表示物体吸热或放热多少的物理量，热量通热量是表示物体

4、吸热或放热多少的物理量，热量通常用符号常用符号Q Q表示。表示。 三、气体的物理性质三、气体的物理性质1 1 理怒气体的状态方理怒气体的状态方 设想一种在任何条件下都符合下述关系式的气体设想一种在任何条件下都符合下述关系式的气体 对于任何气体，只要知道其分子量产，其气体常数对于任何气体，只要知道其分子量产，其气体常数R R ，就可按下式求出就可按下式求出2 2 混合气体性质混合气体性质 混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和。即：混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和。即：四、热力学定律四、热力学定律1 1 热力学第一定律热力学第一定律 能量守恒和转换定律称为热力学第一定律。用数学式能

5、量守恒和转换定律称为热力学第一定律。用数学式表达为表达为 Q = A Q = A L L 式中：式中： L L 机械功（机械功（kgfkgfm m ) ) Q Q 由机械功转换成的热量（由机械功转换成的热量（kcal ) kcal ) A A 比例系数，功热当量（比例系数，功热当量（kcal/kgfkcal/kgf . m ) . m ) 2 2、热力学第二定律、热力学第二定律实践中的大量事实证明：实践中的大量事实证明：( 1 ( 1 ）要使热传递方向倒转过来，靠消耗功来实现。）要使热传递方向倒转过来，靠消耗功来实现。( 2 ( 2 ）热机能连续不断地将热变为机械功，一定伴随有热）热机能连续不

6、断地将热变为机械功，一定伴随有热量的损失。量的损失。五、热量的传递五、热量的传递 物质（系统）内的热量转移的过程叫做热传递。热传物质（系统）内的热量转移的过程叫做热传递。热传递有三种方式，即热传导、对流和热辐射。递有三种方式，即热传导、对流和热辐射。六、显热和潜热六、显热和潜热 在加热（或冷却）过程中，物质的温度、状态将发生改在加热（或冷却）过程中，物质的温度、状态将发生改变（即相变）。物质温度与状态随时间变化的曲线如图所示。变（即相变）。物质温度与状态随时间变化的曲线如图所示。 物质在加热（或冷却）过程中，温度升高（或降低）所吸物质在加热（或冷却）过程中，温度升高（或降低）所吸收（或放出）的

7、热量叫显热。用符号收（或放出）的热量叫显热。用符号Q Q 显表示。显热量计算显表示。显热量计算式：式： 物质在加热（或冷却）过程中，只改变原有状态，而物质在加热（或冷却）过程中，只改变原有状态，而温度不发生变化，这种温度不发生变化，这种 改变状态所消耗（或得到）的热叫改变状态所消耗（或得到）的热叫做潜热。用符号做潜热。用符号Q Q 潜表示。潜表示。 第二节第二节 制冷剂及其状态制冷剂及其状态 一、制冷剂一、制冷剂 制冷剂是制冷机（包括电冰箱）用来实现能量转换的制冷剂是制冷机（包括电冰箱）用来实现能量转换的工作物质，又称制冷工质。工作物质，又称制冷工质。 1 1、选用制冷剂的基本原则、选用制冷剂

8、的基本原则 ( l ( l ）安全性）安全性 ( 2 ( 2 ）热力学特性）热力学特性: : 蒸发潜热要大。蒸发潜热要大。 临界温度要高于环境温度。临界温度要高于环境温度。 凝固点要低。凝固点要低。 比容越小越好。比容越小越好。 制冷剂的导热系数和放热系数要高。制冷剂的导热系数和放热系数要高。 ( 3 ( 3 ）其它要求）其它要求: : 制冷剂的粘度和密度要尽量小。制冷剂的粘度和密度要尽量小。 在高温下不会分解，稳定。在高温下不会分解，稳定。 没有明显的侵蚀作用。没有明显的侵蚀作用。 易于与润滑油混合。易于与润滑油混合。 有一定的吸水能力。有一定的吸水能力。 价格便宜，易于购买价格便宜，易于购

9、买 。2 2、制冷剂的分类、制冷剂的分类 ( l ( l ）根据制冷剂化学成份及组成可分为四类，即无机）根据制冷剂化学成份及组成可分为四类，即无机化化 合物、碳氢化合物、氟里昂系列和混合共沸溶液。合物、碳氢化合物、氟里昂系列和混合共沸溶液。 ( 2 ( 2 ）根据蒸发温度的高低，制冷剂可分为三大类，即）根据蒸发温度的高低，制冷剂可分为三大类，即高温低压制冷剂、中温中压制冷剂和低温高压制冷剂。高温低压制冷剂、中温中压制冷剂和低温高压制冷剂。3 3、制冷剂的符号表示、制冷剂的符号表示 ( 1 ( 1 ）无机化合物；）无机化合物； ( 2 ( 2 ）氟里昂和烷烃类）氟里昂和烷烃类 ( 3 ( 3 ）

10、共沸溶液）共沸溶液二、制冷剂的状态二、制冷剂的状态 1 1、定压加热（或冷却）时制冷剂状态的变化、定压加热（或冷却）时制冷剂状态的变化 如果我们取如果我们取1 1 千克液态千克液态R12 R12 注入到汽缸中，并保持在注入到汽缸中，并保持在一定的压力（一定的压力（P = 7.58kgf/cm2P = 7.58kgf/cm2）下对其进行加热（或冷却）下对其进行加热（或冷却）时，所引起温度和体积的变化如图所示：时，所引起温度和体积的变化如图所示： 由于所取的液态由于所取的液态R12 R12 是是1000 1000 克，所以其体积可用比克，所以其体积可用比容容v v 来表示。在变化过程中，温度和体积

11、的关系如图所来表示。在变化过程中，温度和体积的关系如图所示。示。2 2 饱和温度和饱和压力饱和温度和饱和压力 在各种不同压力的等压条件下，对制冷剂在各种不同压力的等压条件下，对制冷剂R12 R12 进行加热进行加热和冷却时，我们可以得到一组曲线图，如图所示：和冷却时，我们可以得到一组曲线图，如图所示： 3 3 临界混度和临界压力临界混度和临界压力三、制冷剂状态的术语三、制冷剂状态的术语 1 1 干饱和蒸气干饱和蒸气 2 2 饱和液饱和液 3 . 3 . 湿蒸气湿蒸气 4 4 干度干度 5 5 过热蒸气和过热度过热蒸气和过热度 6 6 过冷液和过冷度过冷液和过冷度四、蒸发和冷凝四、蒸发和冷凝 蒸

12、发现象进行时的温度叫蒸发温度。蒸发现象进行时的温度叫蒸发温度。 冷凝现象进行时的温度叫冷凝温度。冷凝现象进行时的温度叫冷凝温度。五、制冷剂热力特性表五、制冷剂热力特性表第三节第三节 制冷原理制冷原理一、蒸发和液化一、蒸发和液化 一般情况下，液体在某一压力下被加热后因吸热而温度一般情况下，液体在某一压力下被加热后因吸热而温度上升，当温度上升到某一定值时，液体开始沸腾并变为蒸汽，上升，当温度上升到某一定值时，液体开始沸腾并变为蒸汽，但此刻温度并不改变，这种现象叫沸但此刻温度并不改变，这种现象叫沸 腾。在制冷技术中，腾。在制冷技术中，习惯上将液体汽化的两种形式：蒸发和沸腾统称蒸发。如果习惯上将液体汽

13、化的两种形式：蒸发和沸腾统称蒸发。如果把此蒸汽在同样压力下冷却，则会出现与上述情况完全相反把此蒸汽在同样压力下冷却，则会出现与上述情况完全相反的变化过程，在放出等于蒸发潜热的全部热量后液化，这一的变化过程，在放出等于蒸发潜热的全部热量后液化，这一过程中所放出的热量称为冷凝潜热，这一过程称为冷凝过程。过程中所放出的热量称为冷凝潜热，这一过程称为冷凝过程。二、饱和状态二、饱和状态 液体发生状态变化而变成过热蒸汽的过程。开始蒸发液体发生状态变化而变成过热蒸汽的过程。开始蒸发时的液体称为饱和液体；其蒸发后全部变成蒸汽时，此蒸时的液体称为饱和液体；其蒸发后全部变成蒸汽时，此蒸汽称为干饱和蒸汽；这两者之间

14、的状态称为饱和状态；其汽称为干饱和蒸汽；这两者之间的状态称为饱和状态；其中有液体和气体共存时的气体被叫作湿蒸汽。干饱和蒸汽中有液体和气体共存时的气体被叫作湿蒸汽。干饱和蒸汽再加热则变成过热蒸汽，饱和液体再冷却则变成过冷液体，再加热则变成过热蒸汽，饱和液体再冷却则变成过冷液体，过热蒸汽与干饱和蒸汽的温差称为过热度，过冷液体与饱过热蒸汽与干饱和蒸汽的温差称为过热度，过冷液体与饱和液体的温差称为过冷度。和液体的温差称为过冷度。三、节流三、节流 在流体通路当中，通道突然缩小时，液体压力便会下在流体通路当中，通道突然缩小时，液体压力便会下降，所对应的沸点也随之下降，因此液体开始汽化，产生降，所对应的沸点

15、也随之下降，因此液体开始汽化，产生气体，汽化所耗的热量来自液体本身，这种变化只是状态气体，汽化所耗的热量来自液体本身，这种变化只是状态的变化，与外界并没有热和功的交换，因此流体的焓值不的变化，与外界并没有热和功的交换，因此流体的焓值不变。这种状态变化被称为节流。变。这种状态变化被称为节流。四、制冷循环四、制冷循环 制冷循环共有四个过程：制冷循环共有四个过程： ( (）蒸发过程；）蒸发过程； ( 2( 2）压缩过程；）压缩过程； ( 3( 3）冷凝过程；）冷凝过程； ( 4( 4）节流过程。）节流过程。 理解制冷，更近一点说，理解我们身边用着的空调，不理解制冷，更近一点说，理解我们身边用着的空调

16、，不需要高深的知识基础，只需要对初中物理基础知识还有记忆，需要高深的知识基础，只需要对初中物理基础知识还有记忆，然后加上一些日常所熟悉的散热、导热现象，比如：然后加上一些日常所熟悉的散热、导热现象，比如： 1 1）一碗热水静静地放在桌上，周围没有风；）一碗热水静静地放在桌上，周围没有风； 2 2）另一碗热水放在电风扇风口处；）另一碗热水放在电风扇风口处； 3 3）这碗热水被倒进一个大盆里，然后放到电风扇风口处；）这碗热水被倒进一个大盆里，然后放到电风扇风口处； 比较上述三种情况，哪一种热水凉得快比较上述三种情况，哪一种热水凉得快? ?很显然，第三种很显然，第三种情况凉得最快，第一种情况凉的最慢

17、，这个日常生活中经常见情况凉得最快，第一种情况凉的最慢，这个日常生活中经常见到，但道理是什么呢？这里体现散热的好坏或者说快慢与到，但道理是什么呢？这里体现散热的好坏或者说快慢与2 2个个因数有关：因数有关： 1 1）空气流通越快，空气带走的热越多，散热当然越快；）空气流通越快，空气带走的热越多，散热当然越快； 2 2）物质面积越大，物质跟外界的接触机会就越多，散热当）物质面积越大，物质跟外界的接触机会就越多，散热当然越好；然越好； 从这里联想到空调：从这里联想到空调：1 1）有风扇，增加空气流通，使空）有风扇，增加空气流通，使空调换热更好；调换热更好；2 2）把热交换器（空调里的冷凝器和蒸发器）做成）把热交换器（空调里的冷凝器和蒸发器）做成薄薄的翅片（材料为铝），就是在有限的体积下增加换热面薄薄的翅片（材料为铝），就是在有限的体积下增加换热面积，增强