陈仕锋专业导论

1、制冷与低温工程专业导论姓名：陈仕锋班级：制冷121班学号：121403050303制冷与低温工程专业导论通过专业导论的学习，对制冷与低温工程有了更深一步的理解，明白了本专业的市场前景、制冷设备、制冷方法、制冷介质、以及重要用途等相关专业知识。对于我以后的专业课的学习有了很大的帮助。下面就以下几个问题简单的论述一下。 一、前景分析改革开放以来，中国制冷、空调市场在世界市场风光无限，已经成为全球制冷、空调业的焦点。仅仅经过十几年的发展，中国的制冷、空调行业就成为世界第二大冷冻空调设备的消费市场和最大的生产国，无论在生产产品品种、质量还是技术水平等方面均取得长足进步。前瞻产业研究院发布的中国制冷、空

2、调设备行业产销需求与投资预测分析报告显示，从制冷设备的需求层面来讲，我国与发达国家相比差距不小。我国冷链物流发展滞后，致使农产品冷链流通率仅为5-20%，而农产品流通腐损率约在15-30%之间，美国等发达国家则分别为95%以上和5%以下。根据测算主要农产品年流通腐损价值超过5500亿元，即占GDP约1.4%的价值因冷链产业落后而浪费。未来5年我国冷链需求将步入快速增长期，短期内行业补偿性需求仍将持续，预计冷链流通需求CAGR约为18%。而计入更新需求后，冷链设备行业的增速有望更快。前瞻产业研究院制冷、空调设备行业研究小组表示，尽管空调行业面临调整，需求来自于商业建筑、公共建筑和大型别墅的中央空

3、调行业仍处于成长期内，短期内在建与新建商业地产面积仍较快增长，支撑中央空调15%左右的增速压力大不;同时，行业将受能效政策和进口替代驱动。预计，“十二五”期间我国制冷、空调设备行业将迎来一轮快速发展。随着社会的发展，越来越多的能从事各类制冷设备的维护、安装、生产以及销售的专业人才。那么，制冷行业的就社会经济地不断提高，人们对生活质量要求越来越高，制冷空调在国内越来越普遍，社会上也需要业情况到底如何呢？首先，制冷行业人才缺口大。据笔者了解，大约有70%的人认为制冷行业的就业前景十分光明。随着制冷行业的竞争白热化加剧，越来越多的企业注重创新型人才的挖掘和培养。2013年6月份以来，大金、海尔等知名

4、企业都支持了不同院校举办的大学生制冷空调创新大赛，并颁发了奖项，就是为了鼓励制冷行业创新型人才的发展。在“2013年大金杯制冷空调创新大赛”上，主办方曾表示，至少在未来五年内会继续支持这个比赛，鼓励制冷空调行业新人才的出现。另外，越来越多的高等院校开设了制冷专业，专业人才的素质越来越高，制冷行业就业前景十分看好。其次，现在制冷行业的发展并不缺少维护、安装、生产以及销售的人才，企业更多的是需要高精尖人才。虽然制冷行业的就业前景一片光明，但是对于研究的要求相对来说更高了。当下制冷行业最普遍的就业方向是制冷和工业冷却等，但是长远来看，制冷行业更多的是向新能源方向发展，比如太阳能制冷等。想从事制冷行业

5、的人员不应该放弃新能源制冷的方向。二、制冷系统的组成制冷机组的组成：压缩机、冷凝器、膨胀阀，蒸发器和控制系统等。1、制冷压缩机的作用制冷压缩机是制冷装置中最主要的设备，通常称为制冷装置中的主机。制冷剂蒸气从低压提高为高压以及汽体的不断流动、输送，都是借助于制冷压缩机的工作来完成的，也就是说，制冷压缩机的作用是：1）从蒸发器中吸取制冷剂蒸气，以保证蒸发器内一定的蒸发压力。2）提高压力，将低压低温的制冷剂蒸气压缩成为高压高温的过热蒸气，以创造在较高温度（如夏季35左右的气温）下冷凝的条件。3）输送并推动制冷剂在系统内流动，完成制冷循环。2、根据冷却介质种类的不同，冷凝器可归纳为四大类,其作用如下：

6、水冷却式：在这类冷凝器中，制冷剂放出的热量被冷却水带走。冷却水可以是一次性使用，也可以循环使用。水冷却式冷凝器按其不同的结构型式又可分为立 式壳管式、卧式壳管式和套管式等多种。空气冷却式（又叫风冷式）：在这类冷凝器中，制冷剂放出的热量被空气带走。空气可以是自然对流，也可以利用风机作强制流动。这类冷凝器系用于氟利昂制冷装置在供水不便或困难的场所。水空气冷却式：在这类冷凝器中，制冷剂同时受到水和空气的冷却，但主要是依靠冷却水在传热管表面上的蒸发，从制冷剂一侧吸取大量的热量作为水的汽化潜热，空气的作用主要是为加快水的蒸发而带走水蒸气。所以这类冷凝器的耗水量很少，对于空气干燥、水质、水温低而水量不充裕

7、的地区乃是冷凝器的优选型式。这类冷凝器按其结构型式的不同又可分为蒸发式和淋激式两种。蒸发冷凝式：在这类冷凝器中系依靠另一个制冷系统中制冷剂的蒸发所产生的冷效应去冷却传热间壁另一侧的制冷剂蒸汽，促使后者凝结液化。如复叠式制冷机中的蒸发冷凝器即是。3、膨胀阀的作用：膨胀阀起节流降压的作用，经冷凝器冷凝后的高压制冷剂液体经过节流阀时，因受阻而使压力下降，导致部分制冷剂液体气化，同时吸收气化潜热，其本身温度也相应降低，成为低温低压的湿蒸汽，然后进入蒸发器。三、常见的制冷方法（一） 液体汽化制冷 液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热效应而实现制冷的。在一定压力下液体汽化时，需要吸收热量，该热量称为液体的汽

8、化潜热。液体所吸收的热量来自被冷却对象，使被冷却对象温度降低，或者使它维持低于环境温度的某一温度。 为了使上述过程得以连续进行，必须不断地将蒸气从容器（蒸发器）中抽走，再不断地将液体补充进去。由此可见，液体汽化制冷循环由液体工质低压下汽化、工质气体升压、高压气体液化、高压液体降压四个基本过程组成。 压缩式、吸收式、喷射式和吸附式制冷都属于液体汽化制冷方式。 1.压缩式制冷 压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道将其连成一个封闭的系统。工质在蒸发器内与被冷却对象发生热量交换，吸收被冷却对象的热量并汽化，产生的低压蒸气被压缩机吸人，压缩机消耗能量（通常是电能），将低压蒸气压缩到

9、需要的高压后排出。压缩机排出的高温高压气态工质在冷凝器内被常温冷却介质(水或空气)冷却，凝结成高压液体。高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压、低温湿蒸气，进入蒸发器，其中的低压液体在蒸发器中再次汽化制冷。 2 吸收式制冷 吸收式制冷是以热能为动力、利用溶液吸收和发生制冷剂蒸气的特性来完成循环的。吸收式制冷系统的主要部件 设该系统使用氨-水溶液为工作物质，则吸收器中充有氨水稀溶液，用它吸收氨蒸气。溶液吸收氨蒸气的过程是放热过程。因此，必须对吸收器进行冷却，否则随着温度的升高，吸收器将丧失吸收能力。吸收器中形成的氨水浓溶液用溶液泵提高压力后送入发生器。在发生器中，浓溶液被加热至沸腾。产生的蒸气先经过

10、精馏，得到几乎是纯氨的蒸气，然后进入冷凝器。在发生器中形成的稀溶液通过热交换器返回吸收器。为了保持发生器和吸收器之间的压力差，在两者的连接管道上安装了节流阀,在这一系统中，水为吸收剂，氨为吸收剂。 吸收式制冷的另外一种常见类型是以水为制冷剂，溴化锂水溶液为吸收剂的溴化锂吸收式制冷机，用于生产冷水，可供集中式空气调节使用，或者提供生产工艺需要的冷却用水。 吸收式制冷机消耗热能，可用多种不同品位的热能驱动。通常用1MPa（表压力）以下的蒸气或燃气、燃油为驱动热源。也可以利用温度在75以上的热水、废气等低品位余热驱动；还可以利用太阳能、地热等能源。因此，吸收式制冷易于实现能源的综合利用。 3 喷射式

11、制冷 喷射式制冷以蒸气的压力能为驱动能源，用喷射器造成一个真空环境，使制冷剂在低温下蒸发而制冷。从锅炉来的蒸气进入喷射器的喷嘴，在其中迅速膨胀，在喷嘴出口处达到很大速度并形成真空状态。由于高速气流的引射作用，将蒸发器内的蒸气不断抽吸出来，从而保持蒸发器的真空。在喷射器内，工作蒸气与被引射蒸气经过充分混合后以冷凝压力流出。所以，喷射式制冷机中，制冷剂和工作蒸气是同一种物质。 4 吸附式制冷 吸附制冷系统也是以热能为动力的能量转换系统，其机理是，一定的固体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作用。周期性地加热和冷却吸附剂，使之交替吸附和解吸，解吸时，释放出制冷剂气体，并使之冷凝为液体；吸附时，制冷剂液体

12、蒸发，产生制冷作用。吸附制冷的工作介质是吸附剂-制冷剂工质对。 以沸石-水工质对为例，由吸附床、冷凝器、蒸发器和管道构成一个封闭系统，吸附床内充装了沸石，制冷剂液体（水）聚集在蒸发器中。吸附床被加热时，沸石温度升高，产生解吸作用，从沸石中脱附出水。此时，系统内的水压力上升，当达到与环境温度对应的饱和压力时，水在冷凝器中凝结，同时放出潜热，凝水贮存在蒸发器中。对吸附床冷却时，沸石温度逐渐降低，它吸附水的能力逐步提高，造成系统内气体压力降低，蒸发器中的水不断蒸发出来，用以补充沸石对水的吸附。蒸发过程吸热，达到制冷的目的。 （二） 热电制冷 热电制冷又称温差电制冷或半导体制冷。 在铜丝的两头各接一根

13、铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源的正、负极上，通电后，发现一个接头变热，另一个接头变冷，这个现象称为帕尔帖效应，是热电制冷的依据。 热电制冷的效果主要取决于两种材料的热电势。纯金属材料的导电性好、导热性也好，但其帕尔帖效应很弱，制冷效率极低(不到1%)。半导体材料具有较高的热电势，可以成功地用来做成小型热电制冷器。 但热电制冷的效率不高，半导体器件的价格又很高，而且必须使用直流电源，因此往往需要变压整流装置，增加了热电堆以外的体积，所以热电制冷在需要制冷量较大的场合不宜使用。但由于它改变电流方向就可以实现制冷、制热的相互转换，灵活性强、使用方便可靠，非常适合于空间探测飞机上的科学仪器、电子仪

14、器和医疗器械的制冷装置上，核潜艇驾驶舱的空调设备上，还常在手提式冷热箱中采用热电制冷，很适合于郊游、兵营、或汽车司机使用。 （三）气体膨胀制冷 高压气体绝热膨胀时，对膨胀机作功，同时气体的温度降低。用这种方法可以获得低温。与液体汽化式制冷相比，空气膨胀制冷是一种没有相变的制冷方式，所采用的工质主要是空气。此外，根据不同的使用目的，工质也可以是CO2，O2，N2，He或其它理想气体。 构成这种制冷方式的循环系统称为理想气体的逆向循环系统。其循环型式主要有：定压循环，有回热的定压循环和定容循环。 最早出现的空气制冷机采用的是定压循环，它由两个等压过程和两个等熵过程组成，其制冷流程见图2-4。从压缩

15、机排出的高温、高压气体（温度为T2）进入冷却器，在定压下被冷却到温度T3，然后进入膨胀机，等熵膨胀到冷室的压力(一般为105Pa左右)，同时温度降到了T4，成为低温低压冷气流，冷气流进入冷室，使被冷却对象降温，而空气本身因吸收了热量，温度回升到了T1，这个过程是在低压下的等压吸热过程。离开冷室的空气被压缩机吸入，完成下一次循环。 （四）涡流管制冷 涡流管制冷首先是由法国人兰克(Ranque)提出的。他在1933年发明一种装置，可以使压缩气体产生涡流，并将气流分成冷、热两部分，该装置称为涡流管，又叫兰克管。这种制冷方法称为涡流管制冷。涡流管装置的结构如图2-5所示。它由喷嘴、涡流室、孔板、管子和

16、控制阀组成。涡流室将管子分为冷端、热端两部分。喷嘴沿涡流室切向布置，孔板在涡流室与冷端管子之间，热端管子出口处装控制阀。管外为大气。 经过压缩并冷却到常温的气体(通常是空气，也可以是C02，N2等其他气体)进入喷嘴，在喷嘴中膨胀并加速到音速，从切线方向射入涡流室，形成自由涡流。自由涡流的旋转角速度离中心越近就越大。由于角速度不同，在环形气流的层与层之间产生摩擦，内层气体失去能量，从孔板流出时具有较低的温度；外层气体吸收能量，动能增加，又因为与管壁摩擦，将部分动能变成热能，使得从控制阀流出的气体具有较高的温度。由此可见，涡流管可以同时获得冷、热两种效应。用控制阀控制热端管子中气体的压力，从而控制

17、冷、热两股气流的流量及温度。只有在阀部分开启时，才出现冷、热分流现象。 涡流管工作原理的定性解释比较清楚，但由于管内气流之间的传导和对流情况比较复杂，故对冷、热端温度进行定量的理论计算尚有困难。实验表明，当高压气体为常温时，冷气流的温度可达-10-50，热端温度可达100130。 涡流管制冷的主要缺点是：效率太低、气流噪声大。但它结构简单、维护方便、启动快，使用灵活，因而常用在有高压气源或易于低价获得高压气体的场合。 （五） 绝热放气制冷 刚性容器中的高压气体在绝热放气时温度降低(该过程称焦耳膨胀)，利用此效应可以制冷。如果放气前容器中气体压力足够高，温度又很低，那么，绝热放气时残留在容器中的

18、气体将能够降到液化的温度。利用放气制冷而又连续工作的制冷机有G-M循环制冷机、S循环制冷机和脉管制冷机。 （六）磁制冷 固体磁性物质在受磁场作用磁化时，系统的磁有序度增加，对外放出热量；再将其去磁，磁有序度下降，又要从外界吸收热量。这种磁性离子系统在施加与除去磁场的过程中所出现的现象称磁热效应，利用磁热效应的制冷方式即为磁制冷。磁制冷是在顺磁体绝热去磁过程中获得冷效应的，可以达到极低的温度。一般，制冷温度在16K以下者称低温磁制冷，高于该温度则为高温磁制冷。目前，低温磁制冷技术比较成熟，高温磁制冷尚处于研究阶段。 此外，在化学反应中，往往伴随有吸热或放热现象，我们也可以利用吸热效应实现制冷。

19、综上所述，制冷的方法有很多，都有各自的优点和局限性。但在普通制冷温度范围，液体汽化制冷仍然占据压倒性地位。四、换热器的种类及优缺点换热器的概念:换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,应用更加广泛。换热设备因其用途不同，类型繁多，性能不一，但均可归结为管壳式结构和板式结构两大类。换热器的工作原理:换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，即在一个大的密闭容器内装上水或其他介质，而在容器内有管道穿过。让热水从管道内流过。由于管

20、道内热水和容器内冷热水的温度差，会形成热交换，也就是初中物理的热平衡，高温物体的热量总是向低温物体传递，这样就把管道里水的热量交换给了容器内的冷水，换热器又称热交换器。机械结构形式：换热器的分类良多，可以按传热原理、结构和用途等进行分类，按其结构分类主要有管壳式和板式两种。根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。1、间壁式换热器的类型夹套式换热器这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增

21、加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管.夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。沉浸式蛇管换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造;其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。喷淋式换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动,冷却水从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸

22、发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善。套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大。套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目).特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。管壳式

23、换热器管壳式(又称列管式)换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程；一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛。流体在管内每通过管束一次称为一个管

24、程,每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组。这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程。同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程。在管壳式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同。如两者温差很大,换热器内部将出现很大的热应力,可能使管子弯曲,断裂或从管板上松脱。因此,当管束和壳体温度差超过50时,应采取适当的温差补偿措施,消除或减小热应力。2、混合式换热器混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的

25、接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部中。按照用途的不同，可将混合式热交换器分成以下几种不同的类型：(1)冷却塔(或称冷水塔)在这种设备中，用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷却水等，经过水冷却塔降温之后再循环使用，这种方法在实际工程中得到了广泛的使用。(2)气体洗涤塔(或称洗涤塔)在工业上用

26、这种设备来洗涤气体有各种目的，例如用液体吸收气体混合物中的某些组分，除净气体中的灰尘，气体的增湿或干燥等。但其最广泛的用途是冷却气体，而冷却所用的液体以水居多。空调工程中广泛使用的喷淋室，可以认为是它的一种特殊形式。喷淋室不但可以像气体洗涤塔一样对空气进行冷却，而且还可对其进行加热处理。但是，它也有对水质要求高、占地面积大、水泵耗能多等缺点：所以，目前在一般建筑中，喷淋室已不常使用或仅作为加湿设备使用。但是，在以调节湿度为主要目的的纺织厂、卷烟厂等仍大量使用!(3)喷射式热交换器在这种设备中，使压力较高的流体由喷管喷出，形成很高的速度，低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热，并一同进入扩散管，在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户。(4)混合式冷凝器这种设备一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝。3.蓄热式换热器蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。内装固体填充物，用以贮蓄热量。一般用耐火砖等砌成火格子（有时用金属波形带等）。换热分两个阶段进行。第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来。第二阶段，冷气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中