《制冷技术及设备》第三周教案

《制冷技术及设备》理论课教案(代号A-4)科目制冷技术及设备章节课题：§2-3制冷剂的相态变化及其状态图授课日期第３周课时８学时班级1007班授课方式讲授作业题数2拟用时间教学目的使学生弄清物质的三种状态，就是固态、液态和气态及转化过程。使学生掌握制冷剂的压—焓图及热力性质表选用教学媒体ＰＰＴ多媒体重点制冷剂的压—焓图及热力性质表难点制冷剂的压—焓图及热力性质表使用教具ＰＰＴ多媒体教学回顾制冷技术中常见的状态参数有：温度、压力、比容、内能、焓与熵等。２、热力学第二定律与理想制冷循环教学过程(代号A-4)第页§2-3制冷剂的相态变化及其状态图一、制冷剂的相态变化众所周知，物质有三种状态，就是固态、液态和气态。通常我们把固态的物体叫固体，液态的物体叫液体，气态的物体叫气体。物质的三种状态，在一定的压力和温度条件下是可以相互转化的。其转化过程分别称为：1.汽化物质从液态转变为气态的过程称为汽化。汽化有蒸发和沸腾两种形式。其中，在液体表面进行的汽化过程叫蒸发，在液体内部产生气泡的剧烈汽化过程叫沸腾。在一定压力下，蒸发在任何温度下都可进行，而沸腾只有液体被加热到一定温度才开始进行。当汽液两相共存并且保持平衡状态时称为饱和状态。此时的蒸汽和液体分别叫做饱和蒸汽和饱和液体，处于饱和状态的压力与温度称为饱和压力与饱和温度。饱和压力与饱和温度总是相互对应的，即一定的饱和压力对应着一定的饱和温度，反之亦然。二者之间的对应关系是：饱和温度愈高，饱和压力也愈高。反之，饱和压力愈高，饱和温度也愈高。这是饱和状态的一个重要特点。2.冷凝物质从汽态转变为液态的过程称为冷凝或叫做液化。汽体的液化温度与压力有关，增大压力，可使汽体在较高的温度下液化。液化的基本方法是降低温度和增加压力。3.升华物质由固态直接转变为气态的过程称为升华。4.凝华物质由气态直接转变为固态的过程称为凝华。例如空气中的水蒸汽在膨胀阀上结霜时发生的过程。二、制冷剂的压—焓图及热力性质表制冷剂的热力状态可以用其热力性质表来说明(常用制冷剂的饱和热力性质表见附表)，也可以用压—焓图来表示。压—焓图(lgP—h图)是一种以绝对压力的对数值lgP为纵坐标，焓值为横坐标的热工图表。采用对数值lgP（而不采用P）为纵坐标的目的是为了缩小图的尺寸，提高低压区域的精确度，但在使用时仍然直接从图上读出P的数值即可。压—焓图(lgP—h图)的结构压—焓图中有两条比较粗的曲线，左边一条为饱和液体线(干度χ=0)，右边一条为干饱和蒸汽线(干度χ=1)，两线交于一点K，且将图分成了三个区域。其中K称为临界点，饱和液体线左侧为过冷液体区，干饱和蒸汽线右侧为过热蒸汽区，两线之间为湿蒸汽区。压压—焓图中有六种等状态参数线，如图2—3所示：①等压线P：水平细直线。②等焓线h：竖直细直线。③等温线t：点划线，其在过冷液体区为竖直线，在湿蒸汽区为水平线，在过热蒸汽区为稍微向右下方弯曲的曲线。④等熵线S：为从左到右稍向上弯曲的实线。⑤等比容线υ：在湿蒸汽区和过热蒸汽图2—3压—焓图区中，为从左到右稍向上弯曲的虚线，但比等熵线平坦，液体区无等比容线，因为不同压力下的液体容积变化不大。⑥等干度线χ：只存在于湿蒸汽区和过热蒸汽区域内，走向与饱含液体线或干饱和蒸汽线基本一致。压—焓图上每一点都代表制冷剂的某一状态，在温度、压力、比容、焓、熵、干度六个状态参数中，只要知道其中任意两个独立的状态参数，就可以在图中确定其状态点，从而查出其它几个状态参数。制冷工程中，高压区和湿蒸汽区的中间部分很少用到，所以有些压一焓图中往往将这两部分删去不画。不同的制冷剂，其压—焓图(lgP—h图)的形状也有所不同，常用制冷剂R717、R12及R22的饱和热力性质表见附表。在工程计算中，根据需要可以查取制冷剂的饱和热力性质表，根据一个状态参数，再查取制冷剂的饱和液体或干饱和蒸汽的其它状态参数。2.压—焓图(lgP—h图)的应用点1：为制冷剂蒸汽进入压缩机的状态。如不考虑管路的冷量损失，则压缩机的吸汽温度t1点1：为制冷剂蒸汽进入压缩机的状态。如不考虑管路的冷量损失，则压缩机的吸汽温度t1即为制冷剂出蒸发器时的温度t0，即t1＝t0，在理想情况下，进压缩机的制冷剂蒸汽为饱和状态。如已知蒸发温度t0，便能知道制冷剂蒸发压力P0，这样便能根据P0＝C的等压线和干饱和蒸汽线的交点得出点1。点2：为制冷剂出压缩机的状态，也是进冷凝器的状态。过程l—2为制冷剂在压缩机中绝热压缩过程。绝热过程中熵不变，即S1＝S2，该过程沿点1的等墒线进行，它与Pk=C的等压线的交点即为点2。

点5：为制冷剂在冷凝器中凝结成饱和液体的状态。它可由Pk=C的等压线与饱和液体线相交得到。点3：为制冷剂液体过冷后的状态。因为制冷剂液体在过冷过程中的等于冷凝压力Pk，它的温度低于冷凝温度，所以Pk=C的等压线和tg=C的等温线交点即为点3。点4：为制冷剂出节流阀(膨胀阀)的状态，也是进蒸发器的初态。因为节流前后的焓值不变，而压力降低至蒸发压力P0，温度为蒸发温度t0，所以由点3作垂线（即等焓线）与t0=C的等温线相交即得点4。4—1：为制冷剂在蒸发器中的汽化吸热过程。这样根据图上所得的状态点，即可查得各状态点的热力参数值。例2—1绝对压力为2bar，比容为0.7m3／kg的氨呈何种状态?解:所求的状态是1gP一h图上P＝2bar的水平线和υ＝0.7m3／kg的等比容线的交点A(见图2—4)。因为A点在过热区内，所以这时氨的状态是过热蒸汽，该状态点的温度为20℃，焓值约为1470kJ／kg。例2—2绝对压力为10bar，温度为20℃的氟利昂—22呈何种状态?解:所求状态可由10bar的等压线和20℃等温线的交点B来表示(见图2—5)。因为B点在过冷区内，所以这时氟利昂—22的状态为过冷液体，其焓值为224.08kJ／kg。例2—3氟利昂—22压缩机吸入的汽体为-5℃的干饱和蒸汽，如将其绝热压缩到PK为12bar时，其压缩终态的温度是多少?解:压缩机吸入状态可由-5℃等温线与干饱和蒸汽线的交点C来确定(见图2—6)。点C的熵值S=1.76kJ／kg·K，因其为绝热压缩过程，故压缩过程熵值不变。因此压缩终点D是压力PK=12bar的等压线与S=1.76kJ／kg·K的等熵线的交点。由图上查得此点的温度Td=47℃即为所求压缩终态温度。

综上所述，压一焓图不仅可以简便地确定制冷剂的状态参数，并且能表示出制冷循环及过