第三章工程热力学基础
3.1 热力学第一定律与焓
3.1.1 热力学第一定律
自然界中存在各种各样的能量，如机械能、热能、电能、化学能、光能、声能、原子能等。这些能量形式之间在一定条件下可以相互转化，任何一种形式的能量，在转化成其它形式的能量过程中，总的能量都是守恒的。例如我们将一个高温物体和一个低温物体放在一起，高温物体将放出热量，低温物体将吸收热量，如果它们都没有从别的物体吸取热量和向别的物体传递热量，那么，高温物体放出多少热量，低温物体就吸收多少热量，放出的热量和吸收的热量总和是相等的。
大量的事实告诉我们，各种形式的能都可以在一定条件下相互转化，能量即不会消灭，也不会创生。它只会从一种形式转化成另一种形式或从一种物体转移到另一种物体，而能的总量保持不变，这就是自然界最普遍、最重要的本质之———能量的转化和守恒定律，也就是热力学第一定律的内容。
热力学第一定律是制冷技术的基本定律之一。在制冷工程中，最常见的能量形式是热能、机械能与电能之间的相互转换。
3.1.2 焓
焓是在热力学中经常用到的一个重要的状态参数，它是指制冷剂的内能（热能）与压势能（因外界对它做功而具有的膨胀做功的能量）之和。焓的单位与热量的单位一致，为J或kJ。焓是一个状态参数，它只与物质变化的前后状态有关，与物质变化的过程无关。
在制冷系统计算中，由于制冷剂内能与外界做功往往同时发生，用焓计算比较方便，因此我们采用制冷剂两个状态的焓差来反映制冷剂能量的变化。
3.2 热力学第二定律与熵
3.2.1 热力学第二定律
热力学第二定律是说明热能与机械能之间相互转换的条件和方向。高温物体能自发地向低温物体传热，但低温物体自发地向高温物体传热是不可能的。要实现“逆向”传热，必须消耗机械功(如采用制冷压缩机)，从生活中我们知道，热量不能无条件地转换成机械功。
上述内容实际上就是热力学第二定律的基本内容，概括起来有两点：
(1)热量由低温物体向高温物体自发传递是不可能的。
(2)热能全部转变为机械功是不可能的，但消耗一定能量，可以使热量从低温物体传向
高温物体。
3.2.2 熵
熵与焓一样，也是一个状态参数。熵也叫热温熵，它是指从外界加入1千克物质内的热量Q与加热时该物质的绝对温度T（K）之比，用S表示，即S＝Q/T。熵是一个导出的热力状态参数，它表征物质状态变化时其热量传递的程度，单位是KJ/（Kg·K）。在一定状态下，制冷剂的熵值是确定的，是绝对值。
在孤立系统中，整个过程的熵只可能增加或保持不变，但不可能减少。
3.3 热力学第三定律
我们已经谈到过绝对零度(K)。在此温度下物质分子运动均已停止，而这是不可能的，即不可能使用有限的手段和步骤使一个物体冷到绝对零度，绝对零度只能无限接近而永远无法达到。
热力学第三定律明确指出，达到绝对零度是不可能的，这就是它的基本内容。
3.4 热力过程
热力过程是指热力系统状态连续变化的过程。实施热力过程的目的是实现预期的能量交换或达到预期的状态变化。如制冷剂在蒸发器中的吸热过程、在冷凝器中的放热过程是为了实现预期的热量交换，制冷剂在压缩机中的压缩过程是为了达到预期的状态变化。
为了分析各种热力过程，常用压力-比容图（p-v图）来表示所要分析的热力过程。p-v图是在直角坐标上，取纵坐标表示工质的压力p的变化，横坐标表示工质的比容v 的变化。可用一点来表示某一状态的工质。工质的状态变化过程可用一条过程线来表示，且过程变化所做的功可用过程线下面的面积来表示。因此用p-v图来分析功量是极其方便的。下面用p-v图来分析几种热力过程。
一、等温过程
在状态变化中工质温度保持不变的过程称为等温过程。等温过程中理想气体的压力与比容成反比，且内能和焓保持不变。等温过程在p-v图上是一条等边双曲线，如下图（a）所示。
二、等压过程
在状态变化过程中，工质压力保持不变的过程称为等压过程。制冷剂在蒸发器中的吸热过程与冷凝器中的放热过程都是在接近等压过程下进行的。等压过程中理想气体的比容与绝对温度成正比，且工质在等压变化过程中热交换量等于焓的变化。等压过程在p-v图上表示为一条垂直于纵坐标的直线，如图(b)所示。
（a ）
三、等容过程
在状态变化过程中，工质容积保持不变的过程称为等容过程。等容过程中理想气体的压力与绝对温度成正比，且吸收的热量全部变为内能。等容过程在p-v 图上是一条垂直于横坐标的直线，如图（c ）所示。
四、绝热过程
在状态变化过程中，工质与外界没有热交换的过程称为绝热过程。制冷剂蒸气在压缩机气缸中压缩过程中，由于过程进行得很快，与外界热交换量极少，可视为制冷剂与外界无热量交换，可当作绝热过程。绝热过程在p-v 图上是一条高次双曲线。如图(d)所示。
五、多变过程 多变过程是一些有规律的过程的总称。热力过程是非常复杂的过程，对于各种各样的热力过程状态变化规律，可以用多变过程加以描述。
3.5 压焓图
为了对蒸气压缩式制冷循环有一个全面的认识，不仅要研究循环中的每一个过程，而且要了解各个过程之间的关系以及某一过程发生变化时对其他过程的影响。用各种热力状态图来研究整个循环可以使问题简化，并可以看到循环中各状态的变化以及这些变p v p p
化对循环的影响。
在制冷循环的分析和计算中，通常要借助于压-焓图。由于循环的各个过程中功与热量的变化均可用焓值的变化加以计算，因此，压-焓图在制冷工程中得到了更为广泛的应用。
压-焓图的结构如下图所示。该图是以焓值h作为横坐标，以绝对压力p未纵坐标绘制而成（为了缩小图的尺寸，提高低压区域的精度，纵坐标常采用绝对压力的对数值lgp），压-焓图也称lgp-h图或P-h图。图中有两条比较粗的曲线，左边一条叫饱和液体线，线上任何一点代表一个饱和液体状态，干度x＝0；右边一条叫饱和蒸气线，线上任何一点代表一个饱和蒸气状态，干度x＝1，这两条曲线向上延伸交于一点K，称为临界点。饱和液体线于饱和蒸气线将图分成三个区域，饱和液体线的左边使过冷液体区，保护液体线与饱和蒸气线之间是湿饱和蒸气区，饱和蒸气线的右边是过热蒸气区。在湿饱和蒸气区中，制冷剂蒸气所占的质量比例称为干度。图中共有六种等参数线族：
等压线p——与横坐标平行的水平直线；
等焓线h——与纵坐标平行的垂直直线；
等温线t——在过冷液体区几乎与纵坐标平行的垂直直线，在湿饱和蒸气区为与横坐标平行的水平直线，在过热蒸气区为急剧下降的下弯线；
等熵线s——从左到右为稍向上倾斜的线；
等容线v——从左到右为稍向上倾斜的曲线，但比等熵线平坦；
等干度线x——只存在于湿蒸气区（饱和区），其方向大致与饱和液体线或饱和蒸气线相近，视干度大小而定。x＝1为饱和液体线，x＝0为饱和蒸气线。
在温度、压力、比容、焓、熵、干度等参数中，只要知道其中任何两个状态参数，就可以在压-焓图中确定过热蒸气及过冷液体的状态点，其它参数便可以直接从图中读出。对于饱和蒸气及饱和液体，只需知道一个参数就能确定其状态。在饱和区内，除p 或t外还需要知道一个其它参数来确定状态。
3.6 单级蒸气压缩式制冷循环
一、卡诺循环（理想热机循环）
由两个等温过程和两个绝热过程组成的可逆的热机循环，叫做卡诺循环。它是由法国科学家卡诺发现的，解决了热机循环中热能的最大利用程度是多少，即在一定条件下热能转换成机械能的极限是多少这个问题。在给定的高低温热源条件下，按卡诺循环工作，热机将有最高的功率。
如图为卡诺循环的示意图，工质在绝热的气缸里，必要时可与热源或冷源进行换热。工质在T1温度下从热源吸热q1，由状态1等温膨胀到状态2；接着工质与热源分开，以过程2-3进行绝热膨胀；然后在T2温度下由状态3等温压缩到状态4，并向冷源放热q2；最后以过程4-1进行绝热压缩，回到初始状态1。由于上述过程是在理想条件下进行的，故卡诺循环是一个理想循环。
卡诺循环的效率为：ηk＝（q1－q2）/q1＝1－T2/T1
由上式可得到以下结论：
1、卡诺循环的热效率仅取决于热源和冷源的温度，而与所用工质的性质无关。
2、要提高卡诺循环热效率，可以用提高热源温度T1和降低冷源温度T2的办法来
实现，其中以降低T2的效果尤为显著。
3、卡诺循环的热效率总是小于1，而且不可能等于1。因为要等于1，就必须T1
＝∞或T2＝0，这显然是不可能的。
4、当T2＝T1时，即没有温差时，ηk＝0，即单热源的热机不能使热量转化为功，
所以循环中的温差是能量转换的必要条件。
二、逆卡诺循环（理想制冷循环）
如果工质按卡诺循环的线路反方向进行循环，则叫做逆卡诺循环（制冷机理想循环）。如图所示，工质从点1绝热膨胀到点2，然后等温膨胀到点3，并从冷源T2吸取热量q1；之后工质被绝热压缩到点4，再等温压缩到点1，同时向热源T1放出热量q2。此时，压缩气体消耗的功L1大于气体膨胀所做的功L2，排出热量q2大于吸入热量q1。
完成逆卡诺循环的结果是，消耗了一定数量的机械功L＝L1-L2（转化为热量L＝q2-q1），并和从冷源取得的热量q1一起排给热源。由于热量由低温向高温，类似于将
水从低处抽到高处，所以可将按逆卡诺循环工作的热机称为热泵或制冷机。制冷剂工作的必要条件是消耗外功，不消耗外功，自发的从低温物体把热量传给高温物体是不可能的。这就是热力学第二定律的主要内容。
为了评价逆卡诺循环的经济性，可以用制冷系数表示：
ε＝q1/L＝q1/(q2-q1)＝T1/(T2-T1)
卡诺循环
逆卡诺循环
三、单级蒸气压缩式制冷循环
单级压缩是指从蒸发器出来的低压蒸气，经压缩机一次压缩到冷凝器。单级蒸气压缩式制冷机的理论循环是建立在以下一些假设的基础上：1、压缩过程是按等熵过程进行的，即在压缩过程中不存在任何不可逆损失；2、不计制冷剂在流动时的摩擦阻力损失；3、制冷系统中除冷凝器、蒸发器外，其余部分和外界没有热交换。单级蒸气压缩式制冷机的工作过程可表示在压－焓图上，如图所示，压缩机吸入的点1表示的饱和
蒸气，1－2表示制冷剂蒸气在压缩机中的压缩过程，这一过程在理想情况下可看作是等熵过程，2－3表示制冷剂正在在冷凝器中的冷却和冷凝过程，在这一过程中制冷剂的压力保持不变，且等于冷凝温度tk下的饱和压力pk，冷凝过程中tk保持不变；3－4表示节流过程，制冷剂在节流过程中压力和温度降低，但焓值保持不变，节流后进入两相区。
由于节流过程为不可逆过程，所以压－焓图上用虚线表示；4－1表示制冷剂在蒸发器中的蒸发过程，制冷剂在温度to饱和压力po保持不变的情况下蒸发，而被冷却物体的温度得以降低。为了说明单级蒸气压缩式制冷机理论循环的性能，常采用下述指标：
1、单位质量制冷量qo
是指1kg制冷剂在一次循环中所取得的冷量，即：
qo＝h1－h4＝h1－h3＝ro（1－x4）KJ/Kg
式中：h1、h3、h4——制冷剂在状态点1、3、4的焓值KJ/Kg
ro——制冷剂在蒸发温度to的汽化潜热KJ/Kg
x4——制冷剂节流后湿蒸气的干度
2、单位容积制冷量qv
是指压缩机每吸入1m3（按吸入状态计算）制冷剂蒸气后能制得的冷量，即：
qv＝qo/v1＝（h1－h3）/v1 KJ/m3
式中v1——制冷剂在吸入状态1点的比容m3/kg
为了取得一定的冷量，若选用qv大的制冷剂，则压缩机需要提供输入量就小，压缩机的尺寸可较小。
3、单位理论功Wo
是指在制冷理论循环中，制冷机输送1kg制冷剂所消耗的功。由于节流过程中无外功输出，因此，压缩机所消耗的单位理论功即等于循环的单位理论功，即：
Wo＝h2－h1 kJ/kg
压缩机的单位理论功也是随着制冷剂的种类和制冷剂的循环工作温度而变化的。
4、单位冷凝热量qk
是指1kg制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热量，它包括显热和潜热两部分，即：
qk＝h2－h3 kJ/kg
对于单级蒸气压缩式制冷机理论循环，下式成立：
qk＝qo＋Wo kJ/kg
5、制冷系数εo
定义为循环的单位制冷量和单位功之比，即：
εo＝qo/Wo＝（h1－h3）/（h2－h1）
制冷系数是评价制冷循环的一个重要经济技术指标。在给定冷凝温度和蒸发温度的情况下，制冷系数越大，表明循环的经济性就越好。
6、制冷机的性能指标
（1）制冷机的制冷量Qo：Qo＝G·Wo kw
式中：G——制冷剂的循环量kg/s
（2）冷凝器热负荷Qk：Qk＝G·qk kw
（3）压缩机所需理论功率Pth：Pth＝G·Wo kw
（1）压缩机单位时间内吸入制冷剂蒸气容积Vs Vs＝Qo/qo＝G·v1m3/s 四、制冷剂充注量对制冷效果的影响：
我们再结合制冷循环的压－焓图（如下图所示）来分析：
1、压缩过程中压缩机单位做功量：ωo＝h2－h1
2、冷凝过程中制冷剂放热冷凝，单位放热量为：qk＝h2－h1
3、节流过程中制冷剂在毛细管内绝热节流：h3＝h4
4、蒸发过程中制冷剂吸热蒸发，所产生的单位冷量：qo＝h1－h4
当制冷剂缺少时，蒸发压力降低，制冷循环变成图1中的1’-2’-3-4’,则：ω1＝h2’－h1’＞ωo q1＝h1’－h4’＜qo
所以制冷系数ε1＝q1/ω1＜εo
当制冷剂充注过多时，冷凝压力升高，制冷循环变成图2中的1-2”-3”-4”,则：ω2＝h2”－h1＞ωo q2＝h1－h4”＜qo
所以制冷系数ε2 ＝q2/ω2＜εo
由上面分析可见，制冷剂的充注量无论过多和过少，都会使制冷设备增大功耗，制冷量下降，制冷系数变小，使制冷效果变差。
五、液体过冷、吸气过热和回热循环
将节流阀前的液态制冷剂进行再冷却，使其温度降到冷凝温度以下，称为液体过冷（见下图1）。液体过冷后减少节流后湿蒸气的干度，循环的单位制冷量加大，制冷系数
提高，过冷度越大，循环的制冷系数提高的越多。压缩机吸入前制冷剂蒸气的温度高于吸气压力下制冷剂的饱和温度时，称为吸气过热（见下图2）。过热分有效过热和有害过
图
1 图2
在压缩机的吸气管道上设置一个回热器，使节流前的液体制冷剂与吸入前的制冷剂蒸气进行热交换，利用蒸气的过热使液体过冷，称为回热（如下图1）。
六、单级蒸气压缩式制冷机实际循环
理论循环是在不计一切损失的情况下抽象出的理想化循环。制冷剂的实际工作情况与理想情况是有差别的，可归结为：（1）压缩机工作时有摩擦阻力，热量交换和制冷剂泄漏，压缩过程不是等熵的，有不可逆损失；（2）制冷剂流经吸、排气管道时，有流动阻力和热量交换，压力降低、温度变化；（3）制冷剂在流经冷凝器和蒸发器时，同样有
压降及传热温差。因此实际循环比理论循环要复杂的多，并且这些差别将导致实际循环的单位功增大，单位质量制冷量减少，制冷系数降低（如下图2所示）。图中1-2-3-4-1
表示单级压缩理论循环过程，1-1’-2s-2s ’-3-3’-4’-1表示单级蒸气压缩实际循环过程，其中1-1’表示蒸气在回热器及吸气管和吸气阀时的加热和降压过程；1’-2s 表示压缩机内实际的压缩过程；2s-2s ’表示蒸气经过排气阀时的降压过程；2s ’-3表示液体在回热器及管道中的降温降压过程；3’- 4’表示节流过程；4’-1表示制冷剂在蒸发其中的蒸发和压降过程。
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第四章制冷原理
4.1 制冷机怎么使物品变冷的呢?
下面先看两个我们日常生活中都碰到过的现象：
①浸了酒精的棉花擦有手腕上时，会有一种凉滋滋的感觉；
为什么会产生凉的感觉呢，这是因为酒精是一种在常温常压下容易挥发的液体，当把酒精涂到手腕上时，酒精由液体蒸发为气体需要吸收人体上的热量，所以手腕会感觉的凉。
②用打气筒给自行车轮胎打完气时，我们用手摸一下打气筒外壁的下部，可以感觉到打气筒发热了。
为什么打气筒会发热呢？这是因为通过打气筒打气需要增大气体的压力才能把气体打到轮胎里，常温常压的空气经过打气筒压缩成高压气体后，人对气体做了功，并转化成气体的内能，气体内能增大，温度升高，所以打气筒发热。
4.2 制冷机的工作原理
制冷的方法很多，常见的有以下3种：热电制冷、蒸气吸收式制冷和蒸气压缩式制冷。其中蒸气压缩式制冷机是得到最广泛应用的制冷机，因此它是本书的重点内容。4.2.1热电制冷
热电制冷又称为温差电制冷。它是利用热电效应（即帕尔帖效应）的一种制冷方法。
1834年，法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，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，它是热电制冷的依据。
这种方法的制冷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，其帕尔帖效应很弱，制冷效果极低（不到1％）。半导体材料具有较高的热电势，可以成功的用来做成小型热电制冷器。
热电制冷不需要明显的工质来实现能量的转移。整个装置没有任何机械运动部件。但热电制冷的效率很低，半导体器件的价格又很高，而且必须使用直流电源，但由于它的灵活性强使用方便可靠，非常适合于微型制冷领域或有特殊要求的用冷场合。例如手提式冰箱中采用热电制冷，很适合郊游、兵营、或汽车司机使用。
4.2.2 蒸气吸收式制冷
利用液体汽化连续制冷时，需要不断吸走汽化产生的蒸气，吸走蒸气的方法很多，上面介绍了利用压缩机吸气。还可以利用某种物质来吸收蒸气，例如水蒸气可以迅速地被浓硫酸吸收。将一只盛水的容器与一只盛浓硫酸的容器共置于一个球形罐内，然后用
真空泵将罐内空气抽除，不久在水的表面会形成一层冰。这是由于浓硫酸吸收水蒸气，使水不断汽化，汽化时从剩余的水中吸取汽化潜热所致。在这一系统中，水称为制冷剂，浓硫酸称为吸收剂。应用浓硫酸和水制冷的系统称为硫酸水溶液吸收式制冷机。由于硫酸具有强腐蚀性及其它一些缺点，这种系统已被淘汰。氨水吸收式制冷机的发明使吸收式制冷系统有了重大改进。在氨水系统中，氨比水更易蒸发，而水又具有强烈吸收氨气的能力。故氨作为制冷剂；水作为吸收剂。吸收式制冷系统的主要部件如图1—2所示。如果将它与蒸气压缩式制冷系统相比较，不难看出，图中的冷凝器，节流阀I、蒸发器的作用与压缩式制冷系统中的相应部件相同(一一对应)。而压缩机的作用，则由图中的吸收器、发生器、溶液泵、热交换器、节流阀Ⅱ和发生器及溶液回路所取代。
吸收器中充有氨水稀溶液，用它吸收氨蒸气。溶液吸收氨的过程是放热过程。因此，吸收器必须被冷却，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。产生的蒸气先经过精馏，得到几乎是纯氨的蒸气，然后入冷凝器。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Ⅱ。
吸收式制冷机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，称为溴化锂吸收式制冷机。它与硫酸－水系统的工作原理一样，只不过用溴化锂溶液代替了硫酸溶液。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。较早的吸收式系统直接用煤加热，后来改用蒸气加热、水加热，也可以直接烧油或烧天然气加热。
4.2.3 蒸气压缩式制冷
4.2.3.1制冷原理：
制冷的过程实际上是利用制冷机消耗一定的机械能将热量从一个地方搬运到另一个地方的过程，其结果是一个地方变热了，另一个地方变冷了，如同用水泵将水从一个地方抽到另一个地方一样。
制冷机系统由压缩机、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（如图1所示）。压缩机通电运转后，制冷系统内制冷剂的低温低压蒸气被压缩机吸入并压缩(绝热过程)为高温高压蒸气排至冷凝器冷凝（等压过程）放热，同时轴流风扇迫使室外空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热量，使高温高压制冷剂蒸气冷凝为高压液体，高压液体经过过滤器、节流毛细管节流（等温过程）后进入蒸发器蒸发（等压
过程），变成低温低压的气体回到压缩机进入下一个循环。同时吸取周围的热量，通过风扇使室内空气不断流经蒸发器的换热翅片进行热交换后温度降低，如此室内空气不断循环流动，达到降低室温的目的。 4.2.3.2制冷循环：
图 1 图2
①4-1蒸发器中低温低压的液态制冷剂从空气中吸取热量的蒸发过程中，使空气得到冷却。此过程中液态制冷进行蒸发(沸腾)变成气体。制冷剂的压力为与蒸发温度相对应的饱和压力，温度也大致恒定。实际上，气态制冷剂通常在蒸发器的出口附近得到一定程度的加热，变成过热蒸气的状态。
②1—2是蒸发器中所生成的气态制冷剂在压缩机中进行压缩，变成高温、高压的压缩气体的过程。压缩时，由电动机等机器的驱动自外对制冷剂做功，作用于制冷剂上的功以热量形态——压缩热(Aw)，使制冷剂的热能增高。因此，制冷剂以高温高压过热蒸气的形态从压缩机出口压出。
③2
—3在压缩机中所生成的高温高压的气态制冷剂在冷凝器中用空气进行冷却、液化。制冷剂在液化时所放出的冷凝热(Qc)，其大小等于制冷剂在蒸发器中从空气中所吸取的蒸发热(Qe)与压缩机中取得的压缩热(AW)之和。因此，空气被加热，温度上升，而此时制冷剂的压力为相应于冷凝温度的饱和压力，温度也大致恒定。实际上，制冷剂通常在冷凝器出口附近得到一定程度的冷却，变成过冷状态。
④3—4高温高压的气体在冷凝器中被液化的制冷剂，在毛细管中急剧地节流减压，变成低温低压的液体。这种情况下变化发生得如此急剧以致于无法与外界产生热量交换，毛细管是制冷循环中高压区域与低压区域的分界点。
Qc=Qe+A W
Qe
注：※1、经毛细管流出的制冷剂大部分是液态，但是由于一部分发生瞬时蒸发，此时从制冷剂本身吸取所需的蒸发潜热，制冷剂的温度下降。
※2、此处的蒸发热及冷凝热不能解释为蒸发潜热及冷凝潜热，应该指从蒸发器所取得热量和从冷凝器取走的热量。
制冷系数的测定 长期以来，热学实验始终是物理实验中的一个薄弱环节，学生对许多热学知识，往往仅限于书本中所学到的深度。本实验通过应用热学知识广泛而又实际的电冰箱，将一些热学基本知识，如热力学定律；等温、等压、绝热、循环等过程；以及焦耳-汤姆逊实验等，做了综合性应用，使学生在加深对热学基本知识理解的同时，得到一次理论与实际，学与用相结合的锻炼。 一实验目的 1．培养学生理论联系实际，学与用相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。二实验原理 1. 制冷的理论基础制冷机： 将热量从低温源不断输送到高温源，从而获得低温的机器。我们常使用的电冰箱就是一个制冷机。 热力学第二定律指出： 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。通俗的讲，就是低温源不会自动将热量传递到高温源。如果要使热量从低温源传到高温源，必须要有外界对系统做功。 如图一，Q2为低温源放出的热量，Ｗ为外界对系统作的功，Q1为高温源吸收的热量，三者关系为：Q1=Q2+W 2．制冷系数 我们定义制冷系数为ε=Q2/W 可见，当ε较大时，那么外界做比较小的功W，就可以使低温源吸出较多的热量Q2。从实用的角度说，ε越大越经济，比如说冰箱用较少的电，就可以获得很低的温度。理想气体的卡诺逆循环，制冷系数可表达为： 其中，T1和T2分别为高温源和低温源的温度。 3．制冷方式 制冷可利用熔解热、升华热、蒸发热、帕尔帖效应等方式。我们用的是蒸发制冷。蒸发是液体分子经液面转移到气态的过程。当液体分子离开液面时，需克服液体分子的引力 图1 212 TTT 文档冲亿季，好礼乐相随mini ipad移动硬盘拍立得百度书包 而做功，于是离开液面的分子总是那些热运动动能较大的分子。这样，蒸发的结果将使液体中分子的平均热运动的动能减小，从而使液体温度降低，这就是蒸发降温的原理。电冰箱是用氟里昂做制冷剂，当液体氟里昂在蒸发器里大量蒸发时，带走所需的热量，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。利用蒸发制冷，工作物质必须经过气体液体气体的相变，不能用理想气体。 4．真实气体的等温线 如图二，图中右上角的那条等温线为双曲线，它和理想气体的等温线是一样的。随着温度降低（图中越往左下角，等温线表示的温度越低），等温线不再是双曲线，而是逐渐显现出一个横向平台的形状。
热力系致 . 口匡口巨巨1二二巨二二仁仁[二二二 } [ 二〕 [ 「二二二 I 二二E 石1二二1五二汇二日区曰r二1 , 二厂于仁二二 { 二亡卫1 刃二1 1 二二二卫 1 3 口下口口口口口一口口日曰口口口】可户 L~ 一 - - 、一“ , 了- 一石e …- 沙飞卜火… 一 4 - 0 26 . 0 24 . 0 22 . 只赋藕抓 0 20 . 10 30 50 0 7 90 相对冷负荷额定冷负街揣 : 火 10G 占昌 3{ 寥? 匕乙卜 . . 一 . 尹一洲?舫冲启 J , 七 / / 3 图 1 1 . 变负荷时的热力系数 : 2 1一卜二一/ 20 子产一」一一热源温度 n s o C; : 2 一 3 . 冷盐水出口温度 , 冷却水沮度 3。℃ . 0 c 3 o ; _ , _ _ _ 25 _ 30 3弓冷却水温鹰C 图 15 。 . 最佳中间压力与冷却水温度的关系 . 7 2 。由此可见 , 在既有低位热能 , 又需较低。 1 3 . . 的制冷温度时双级循环更能发挥它的作用。中间压力 ; 2 一一一热力系致———最佳中间 , ?压力; 在设计双级循环时可以考虑系统在外界条数 q , 在没有特殊要求时通常是这样来选择的 = , 、二 , 件允许的情况下能够按单级流程运行冬季 , 例如在 , 即要使系统的总热耗量达到最小、: 为此要找出 0 当冷却水温显著降低时 (1 , O G 左右 , 。 + , 、; 与 P 。?的关系来 , 然后选择 c a , , 、: 就可将原来的双级系统改成单级运转系数将显著提高一般企业中冬季用冷负荷都会下降级
电冰箱的制冷原理 1．制冷的理论基础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），如图一所示。而 Q2 = Q1－W 电冰箱是对循环系统冷端的利用，称制冷机。 2．制冷的方式制冷可利用熔解热、升华热、蒸发热、珀尔帖效应等方式。电冰箱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，带走所需的热量，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。 3．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CCl2F2，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，容积浓度达到10%左右时，对人没有任何不适的感觉；但达到80%时，人有窒息的危险。R12不燃烧，不爆烽， 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，其P－V图如图二所示。从图可见，真实气体的等温线并非都是等轴双曲线。如在1m部分，与理想气体的等温线相似，在m点汽体开始液化，在m到n点的液化过程中，体积虽在减小，但压力保持不变，是等压过程，其压力称饱和蒸汽压，至n点汽体完全液化。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，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，汽液共存状态的范围从mn线段缩小为m＇n＇线段，而饱和蒸汽压增高。温度继续升高，等温线的平直部分缩成一点，在p－V 图上出现一个拐点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。
第一章制冷与空调作业安全技术 第一节基础知识 一、基本概念 1．物态（物质状态）与物态变化 具有一定质量及占有空间的任何物体称为物质。自然界一切物质都是由分子组成的，分子间存在着相互作用力，同时分子又处在永不停息的无规则运动中，这种运动称之为热运动。 由于分子间的作用力及其热运动等原因，使物质在常态（物态）下呈现固态、液态和气（汽）态，称物质“三态”。 固态时，分子间的相互引力最大，固体中的分子紧密地排列在一起，热运动仅在平衡位置的附近作微小的振动，不能作相对移动。因此固态时的物质有一定的体积和形状，并具有一定的机械强度。 液态时，分子间的引力仍较大，使分子之间仍能保持一定的距离。因此液态物质有固定体积，并有自由液面。此外，液态物质的分子不仅在平衡位置附近振动，还可以相对移动，所以它具有流动性而无固定的形状。 气态时，分子间距大，引力很小，分子间不能相互约束。因此，它没有一定的形状和一定的体积，可以充满任何的空间。在热运动中可相互碰撞发生旋转运动。 同种物质在不同条件下，由于分子间作用力和分子热运动的结果也会以不同的状态存在。 当物质在吸热或放热时，除了温度变化以外，还有状态的变化（称相变），即固态、液态、气态之间的相互转化，气体变成液体的过程称为液化（或冷凝）；液体变成固体的过程称为凝固；固体变成液体的过程称为融化（熔化）；液体变成气体的过程称为气化；固体直接变化成气体的过程称为升华；反之称为固化（或凝华）。 人们利用物质相变过程向周围介质吸热，转移潜热，使周围介质降温进行制冷，如从液体变成气（汽）体、固体变成液体、固体直接变成气（汽）体所转移的相变潜热获取低温。相变转移的热量是潜热，非相变转移的热量是显热（如水在1大气压下，从±o℃加热到100℃，它也是吸热过程，但没有相变，水还是水，这种吸收周围介质的热量叫显热，计算出的显热量是很少的）。潜热转移量（如蒸发量）才有制冷量，显热转移量几乎没有制冷量，即人们是采用相变制冷。 物质在状态变化过程中，伴随着吸热或放热现象，这种形式的热量统称为潜热，如融化（熔化）潜热、凝固潜热；气化潜热、液化潜热：升华热和固化热。在状态相互变化过
制冷原理及设备期末复习 有不全的大家相互补充 题型：填空20分；选择10分；判断10分；简答45分（5道）；计算1道，带计算器。 绪论 ?实现人工制冷的方法（4大类，简单了解原理） 1.利用物质的相变来吸热制冷； 融化（固体—液体）,气化（液体—气体）,升华（固体—气体） 气化制冷（蒸气制冷）： 包括蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸附式制冷。 2.利用气体膨胀产生低温 气体等熵膨胀时温度总是降低的，产生冷效应。 3.气体涡流制冷 高压气体经涡流管膨胀后，可分为冷热两股气流； 4.热电制冷（半导体制冷） 利用半导体的温差电效应实现的制冷。 ?根据制冷温度的不同，制冷技术可大体上划分三大类： ?普通冷冻：＞120K【我们只考普冷】 ?深度冷冻：120K~20K ?低温和超低温：＜20K。 t=T-273.15 (t, ℃; T, Kelvin 开）T=273+t 常用制冷的方法有：液体蒸发制冷循环必须具备以下四个基本过程：液体气化制冷制冷剂液体在低压下汽化产生低压蒸气， 气体膨胀制冷将低压蒸气抽出并提高压力变成高压气， 涡流管制冷将高压气冷凝成高压液体， 热电制冷高压液体再降低压力回到初始的低压状态。 按照实现循环所采用的方式之不同，液体蒸发制冷有 蒸气压缩式制冷蒸气吸收式制冷蒸气喷射式制冷吸附式制冷等 蒸气压缩式制冷 系统组成： 1-压缩机2-冷凝器3-膨胀阀4-蒸发器组成的密闭系统。 工作原理：制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量而蒸发，产生的低压蒸气被压缩机吸入，经压缩机压缩后制冷剂压力升高，压缩机排出的高压蒸气在冷凝器中被常温冷却介质冷却，凝结成高压液体。高压液体经膨胀阀节流，变成低压、低温湿蒸气，进入蒸发器，低压液体在蒸发器中再次汽化蒸发。如此周而复始。
电冰箱的原理以及生活中的应用 一、冰箱制冷原理： 冰箱制冷是一个能量转移的过程，是指用人工的方法从低于环境温度的某一封闭空间内吸取热量，将其转移给环境介质的过程。为了实现能量转移过程，需要消耗一定的外界能量作为补偿，使制冷剂在更低的温度下连续不断地从被冷却物体中吸热，达到制冷的目的。家用冰箱制冷是一种蒸汽压缩式制冷，属于相变制冷，即利用制冷剂液态变为气态时的吸热效应来获取冷量。 如果将部分蒸汽从容器中抽走，平衡遭到破坏，液体中必然要再汽化一部分蒸汽来维持平衡。而液体汽化时需吸收热量，它可来自被冷却对象，使它变冷，从而达到制冷的目的。家用冰箱制冷系统由压缩机、冷凝器、过滤器、毛细管和蒸发器五大件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个封闭系统，制冷剂在系统内循环流动，不断地发生状态变化，达到制冷的目的。 其工作过程是：压缩机吸入蒸发器内产生的低温、低压制冷剂蒸汽，保持蒸发器内的低压状态，创造了蒸发器内制冷剂液体不断地在低温沸腾的条件；压缩机吸入的蒸汽经过压缩，其温度、压力升高，创造了制冷剂蒸汽能在常温下被液化的条件；高温、高压蒸汽排入冷凝器，在压力保持不变的情况下被冷却介质（空气）冷却，放出热量，温度降低，并进一步凝结成液体，从冷凝器排出；高压制冷剂液体经过节流阀时，因受阻而使压力下降，导致部分制冷液体汽化，吸收汽化潜热，使其本身温度也相应降低，成为低温低压下的湿蒸汽，进入蒸发器；在蒸发器中，制冷剂液体在压力不变的情况下吸收被冷却介质（空气）的热量而汽化，形成的低温低压蒸汽又被压缩机吸走，如此循环不已。 系统零部件功能简介 1.压缩机——制冷系统的“心脏”,在制冷系统工作过程中吸入蒸发器内的低温、低压制冷剂蒸汽,将制冷剂压缩成高温、高压蒸汽排入冷凝器。 2.蒸发器——吸收箱体内的热量，保持箱体内处于相对低温。 3.毛细管——起节流作用，控制制冷剂在管道内的流量,将高温高压的制冷剂液体变为低温低压的液体。 4.冷凝器——将高温高压的制冷剂热量传递到空气中,冷却制冷剂。 5.过滤器——滤去系统内的水份与杂质，保证系统正常运行。 电冰箱制冷系统在运行过程中，制冷剂和冷冻油中过量的水分或管道中的脏物，都能使毛细管堵塞，因此制冷剂由冷凝器进入毛细管之前要先经过干燥过滤器。 制冷剂R22同义名称：二氟一氯甲烷，分子式CHClF2，分子量86.47，制冷剂R22在水存在时，仅与碱缓慢起作用。但在高温下会发生裂解。R134a的标准蒸发温度为-26．5℃，凝固点为-101℃，属中温制冷剂。冰箱制冷剂R134a对大气臭氧层无破坏作用，但仍有一定的温窜效心(GWP值约为0．27)，日前是R12的替代工质之一。R152a／R22共沸制冷剂易燃，和R12制冷系统通用。在选择合适配比后，具有较优良的热工性能，冷却速度快，耗电量略有下降。R600a的标准蒸发温度为-11．7℃，凝固点为-160oC，属中温制冷剂，它对大气臭氧层无破坏作用。 近些年来，科学家的研究证实R11,R12,R13等氯氟烃化合物冰箱制冷剂，当它们泄漏或排放后扩散到地球的同温层中，会破坏臭氧层，结果使地球上生物遭到紫外线的损害，进而危及人类的健康与安全，另一方面，氯氟烃化合物的排放会加剧地球的温室效应，会像二氧
制冷原理及基础知识 一、引言 制冷技术是现代生活中不可或缺的一部分，广泛应用于家庭、工业和商业领域。从冰箱到空调，从冷冻食品到冷却设备，制冷技术的影响无所不在。理解制冷原理和基础知识对于更好地使用和维护制冷设备，以及理解和评估其环境影响，都具有重要意义。 二、制冷原理 制冷技术的基础是热力学原理，主要是通过转移热量来实现温度降低。制冷系统一般包括四个主要部分：压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。 1、压缩机：压缩机是制冷系统的动力源，它通过消耗电能或其他能源，将制冷剂压缩成高压气体。 2、冷凝器：压缩后的制冷剂经过冷凝器，通过散热将热量释放到环 境中，制冷剂冷却并从气态变为液态。 3、膨胀阀：液态的制冷剂通过膨胀阀，压力降低，体积增大，再次 变为气态。 4、蒸发器：蒸发器是制冷系统的核心部分，气态的制冷剂在蒸发器
中吸收热量，使周围的温度降低。 三、基础知识 1、制冷剂：制冷剂是制冷系统的重要组成部分，它能够在低温下吸收热量，然后在高温下释放热量。现代制冷系统大多使用氟利昂、氨或二氧化碳等作为制冷剂。 2、能效比（EER）：能效比是衡量制冷系统效率的重要指标，它等于系统在单位时间内产生的冷量与消耗的电能的比值。 3、COP（Coefficient Of Performance）：COP是评价制冷系统性能的重要参数，它表示系统在正常工况下，每消耗1单位电能所能产生的冷量。 四、结论 制冷技术是现代生活中的重要组成部分，它涉及到热力学、流体动力学等多个学科领域的知识。理解和掌握制冷原理及基础知识，可以帮助我们更好地理解和评估制冷设备的性能，从而更有效地使用和维护这些设备。随着环保意识的提高，我们也需要了解和制冷设备对环境的影响，以及如何通过改进设备和提高能效来减少环境影响。
第三章工程热力学基础 3.1 热力学第一定律与焓 3.1.1 热力学第一定律 自然界中存在各种各样的能量，如机械能、热能、电能、化学能、光能、声能、原子能等。这些能量形式之间在一定条件下可以相互转化，任何一种形式的能量，在转化成其它形式的能量过程中，总的能量都是守恒的。例如我们将一个高温物体和一个低温物体放在一起，高温物体将放出热量，低温物体将吸收热量，如果它们都没有从别的物体吸取热量和向别的物体传递热量，那么，高温物体放出多少热量，低温物体就吸收多少热量，放出的热量和吸收的热量总和是相等的。 大量的事实告诉我们，各种形式的能都可以在一定条件下相互转化，能量即不会消灭，也不会创生。它只会从一种形式转化成另一种形式或从一种物体转移到另一种物体，而能的总量保持不变，这就是自然界最普遍、最重要的本质之———能量的转化和守恒定律，也就是热力学第一定律的内容。 热力学第一定律是制冷技术的基本定律之一。在制冷工程中，最常见的能量形式是热能、机械能与电能之间的相互转换。 3.1.2 焓 焓是在热力学中经常用到的一个重要的状态参数，它是指制冷剂的内能（热能）与压势能（因外界对它做功而具有的膨胀做功的能量）之和。焓的单位与热量的单位一致，为J或kJ。焓是一个状态参数，它只与物质变化的前后状态有关，与物质变化的过程无关。 在制冷系统计算中，由于制冷剂内能与外界做功往往同时发生，用焓计算比较方便，因此我们采用制冷剂两个状态的焓差来反映制冷剂能量的变化。 3.2 热力学第二定律与熵 3.2.1 热力学第二定律 热力学第二定律是说明热能与机械能之间相互转换的条件和方向。高温物体能自发地向低温物体传热，但低温物体自发地向高温物体传热是不可能的。要实现“逆向”传热，必须消耗机械功(如采用制冷压缩机)，从生活中我们知道，热量不能无条件地转换成机械功。 上述内容实际上就是热力学第二定律的基本内容，概括起来有两点： (1)热量由低温物体向高温物体自发传递是不可能的。 (2)热能全部转变为机械功是不可能的，但消耗一定能量，可以使热量从低温物体传向
1、制冷剂：制冷机中把热量从被冷却物体传给环境介质的内部循环流动的工作 介质。 2、制冷技术：是一门研究人工制冷的原理、方法以及如何运用制冷装置获得低 温的科学。 3、制冷机：实现制冷所必需的机器和设备。 4、制冷设备：在制冷机中除转动的压缩机和泵等机器外换热器及各种辅助设备。 5、制冷装置：将制冷机同消耗冷量的设备结合一起的装置。 6、制冷循环：在制冷机中制冷剂周而复始吸热放热的流动循环。 7、制冷：利用人工的方法把物体或某一空间的温度降低到低于周围环境的温度 并使之维持在一定温度的过程。 8、潜热：冷凝状态改变，温度不变相变热 显热：冷却状态不变，温度改变可以感知 9、焓表达式：H=U+PV 定义：焓代表流动工质中的能量中取决于工质热力状态的那部分能量。 如果动能、位能忽略，焓代表随工质移动而转移的总能量。 10、闭口系统的能量平衡。 工质从外界吸热Q以后，从状态1变化到状态2对外做功W，若动能、位能忽略不计，则工质储存能的增加即为热力学能增加。 Q—W=ΔU=U1—U2 Q=ΔU+W 加给工质的热量一部分用于工质的热力学能储存于工质内部，余下一部分以做功的形式传递给外界。 热量Q 吸热Q增加 功W 对外做功W+膨胀功 热力学能变ΔU 增加ΔU+ 闭口系统完成循环后，循环中与外界交换的热量=与外界交换的净热量11、开口系统的能量平衡。 Q=E1+推动功1+热量1—（E2+推动功2+热量2） =U1+E位+E动+P1V1+热量1—（U+E动+E位+P2V2+热量2） =H2—H1+ΔE位+ΔE动+ΔW Q=ΔH+ΔE位+ΔE动+ΔW 忽略动能、位能Q=Δh+w 12、熵：热力学状态参数，是判别实际过程的方向提供过程能否实现是否可逆 的依据。 13、制冷系数：在制冷循环中，制冷剂从被冷却物体中所制取的冷量q。与所消 耗的机械功w的比值。（e=q。/w） 14、热力完善度：将工作于相同温度范围的制冷循环的制冷系数e与逆向卡诺循环的制冷系数e`之比成为这个循环的热了完善度。 15、为什么用干压缩代替湿压缩？ （1）采用湿压缩行程时，湿蒸气进入气缸，热的气缸壁与冷的湿蒸气进行强烈的热交换，使压缩机的工作效率大大降低。 （2）采用湿压缩行程时，大量液态制冷剂进入压缩机气缸，可能引起“液击” 现象，而使压缩机发生事故。
空调制冷技术工作原理讲解 第一章空调制冷基础知识 学习要点： 1、了解蒸汽压缩式制冷的理论循环； 2、熟悉制冷剂基础知识； 3、熟知常用空调制冷名词术语。 第一节蒸汽压缩式制冷的理论循环空调 一、制冷方式的分类 根据制冷剂工作时的 状态变化,可分为:吸收式和蒸发式。蒸汽压缩式制冷循环又分为：单级蒸汽压缩式制冷循环、多级蒸汽压缩式制冷循环。 二、单级蒸汽压缩式制冷循环的典型系统 1.系统组成 压缩机：将蒸发器中的制冷剂蒸气吸入，并将其压缩到冷凝压力，然后排至冷凝器。常用的压缩机有往复活塞式、旋转式、涡旋式。 冷凝器：将来自压缩机的高压制冷剂蒸气冷凝成液体。在冷凝过程中，制冷剂蒸气放出热量，故需用水或空气来冷却。 节流装置：制冷剂液体流过节流装置时，压力由冷凝压力降到蒸发压力，一部分液体转化为蒸气。 蒸发器：使经节流装置供入的制冷剂液体蒸发成蒸气，以吸收被冷却物体的热量。蒸发器是一个对外输出冷量的设备，输出的冷量可以冷却液体载冷剂，也可直接冷却空气。 第二节制冷剂基础知识 一、制冷剂分类 根据空调制冷剂在标准大气压力条件下，沸腾温度的高低，一般可分为三类： 高温制冷剂：>0℃ 中温制冷剂：-60℃~0℃ 低温制冷剂：<-60℃ 二、氟利昂类制冷剂简介 R12：学名：二氟二氯甲烷、分子式：CF2CL2 R12是应用最广泛的中温制冷剂，有弱芳香味，毒性小，不燃烧，不爆炸。水在R12中的溶解度很小，且随温度的降低而减小。在R12作制冷剂的系统中必须加干燥器。常用温度范围内，R12能够与矿物油以任意比例互溶。为防止压机启动时，油起泡，一般较大容量R12制冷机启动前需先对曲轴箱加热，让R12先从油里蒸发出来。R12对一般金属不起腐蚀作用，但能腐蚀镁及含镁量超过2%的铝镁合金。R12对天然橡胶及塑料有膨润作用，故其密封材料应采用耐腐蚀的丁腈橡胶或氯醇橡胶。压机绕组导线应采取耐氯绝缘漆。由于R12易泄漏，所以，对系统的密封性要求较严。 R22：学名：二氟一氯甲烷、分子式：CHF2CL R22也是较常用的中温制冷剂，在相同的蒸发温度和冷凝温度下，R22比R12压力要高65%左右、R22无色，无味，不燃烧，不爆炸，毒性比R12略大，但仍然
目前的电冰箱及空调器所使用的制冷技术多为通过压缩机由制冷剂制冷。长期以来得到广泛应用的制冷剂是氟利昂，它被称为电冰箱和空调器中不可缺少的“血液”，但近年来人们发现由于全世界大量使用氟利昂已使地球臭氧层变得稀薄，温室效应太阳益明显，人类赖以生存的生态环境受到严重的危害。国际上已制定了控制氟利昂使用的“蒙特利尔议定书”。一些国家相继宣布，到本世纪末，将全部停止氟利昂的使用。因此，制冷技术科技界将面临两条途径：一是寻求氟利昂的替代物，这方面国内外正在进行大量的试验研究工作。就目前情况看，这些替代物并不十分理想，例如它的制冷效率以及和润滑油的兼容性并不理想，而且这些替代物是否对人类生存环境绝对无害，还要经历很长时间的考验，才能下定论；另一条途径则是广泛地开发新的制冷技术。在此情况下，声制冷技术是值得关注和研究的课题之一。 1 声制冷原理 所谓声制冷，即利用声能达到热量从冷端转移到热端的一门技术。在热力学中，最基本的热机有两类：发动机和制冷机。发动机将从高温热源吸收的热量部分转化为机械能输出，并向低温热源释放热量。制冷机则消耗外界提供的功，由低温热源泵热，并向高温热源释放热量。这里它没有对热机中功的形式加以限制，它可以是机械能形式的功，也可以是电功，磁功等。声能是一种振荡形式的能量，如果能够实现热能与声能的相互转化并与外界热源的热量交换，即可制成声发动机和声制冷机。利用热声效应可以实现声能与热能的相互转化以及与外热源的热量交换。 1.1 热声效应 热声效应是指可压缩的流体的声振荡与固体介质之间由于热相互作用而产生的时均能量效应。可产生热声效应的流体介质必须有可压缩性、较大的热膨胀系数、小的普朗特数，而且对于要求较大温差，较小能量流密度的场合，流体比热要小，对于要求较小温差，较大能量流密度的场合，流体比热要大。因此，理想气体如空气、氦气，特别是氦气，适用于较大温差，较小能量流密度的场合；在近临界区的简单液体，如CO2，简单的碳氢化合物CmHm等，适用于较小温差，较大能量流密度的场合。显然，后者适用于家用电器的制冷。 其实，在我们的太阳常生活中，存在着大量的“热声效应”(1)。例如，在讲演者周围建立起的声场中，声波在空气介质中传播，会引起压强与位移的变化。而压强与位移的变化又会导致气体介质的温度振荡，这些变化与振荡以及它们与周围固体边界发生相互作用就会产生热声效应。但是这里由热声效应引起的局部温度振荡和热流的量都很小，前者约为10-4℃，后者约为10-8w/m2，所以人们不易感觉得到，更无法加以利用了。其中主要原因是由于声源的能量较小，如果声源的 图1 共振型热声制冷机的工作原理 图2 驻波热声制冷机 图3 行波热声制冷机 图4 Stirling制冷机
制冷理论的基础——逆卡诺循环 逆卡诺循环奠定了制冷理论的基础，逆卡诺循环揭示了空调制冷系数（俗称EER或COP）的极限。一切蒸发式制冷都不能突破逆卡诺循环。 逆卡诺循环，它由两个等温过程和两个绝热过程组成。假设低温热源（即被冷却物体）的温度为T0，高温热源（即环境介质）的温度为Tk, 则工质的温度在吸热过程中为T0，在放热过程中为Tk, 就是说在吸热和放热过程中工质与冷源及高温热源之间没有温差，即传热是在等温下进行的，压缩和膨胀过程是在没有任何损失情况下进行的。其循环过程为：首先工质在T0下从冷源（即被冷却物体）吸取热量q0，并进行等温膨胀4-1，然后通过绝热压缩1-2，使其温度由T0升高至环境介质的温度Tk, 再在Tk下进行等温压缩2-3，并向环境介质（即高温热源）放出热量qk, 最后再进行绝热膨胀3-4，使其温度由Tk 降至T0即使工质回到初始状态4，从而完成一个循环。 理论 在逆卡诺循环理论中间，要提高空调制冷系数就只有以下二招： 1。提高压机效率，从上面推导可以发现小型空调理论上只存在效率提高空间19%；大型螺杆水机效率提高空间9%。 2。膨胀功损失与内部摩擦损失（所谓内部不可逆循环）：其中减少内部摩擦损失几乎没有空间与意义。在我们songrui版主的液压马达没有问世之前，解决膨胀功损失的唯一方法是采用比容大的制冷剂，达到减少输送质量的目的。如R410A等复合冷剂由于比容较R22大，使膨胀功损失有所减少，相对提高了制冷系数。但是就目前情况看通过采用比容大的制冷剂，制冷系数提高空间不会超过6%。（极限空间
12%） 原理 根据逆卡诺循环基本原理： 低温高压液态制冷剂经膨胀机构节流处理后变为低温低压的液态制冷剂，进入空气交换机中蒸发吸热，从空气中吸收大量的热量Q2； 蒸发吸热后的制冷剂以气态形式进入压缩机，被压缩后，变成高温高压的制冷剂（此时制冷剂中所蕴藏的热量分为两部分：一部分是从空气中吸收的热量Q2，一部分是输入压缩机中的电能在压缩制冷剂时转化成的热量Q1； 被压缩后的高温高压制冷剂进入热交换器，将其所含热量（Q1+Q2）释放给进入热换热器中的冷水，冷水被加热到60℃直接进入保温水箱储存起来供用户使用； 放热后的制冷剂以液态形式进入膨胀机构，节流降压......如此不间断进行循环。 冷水获得的热量Q3=制冷剂从空气中吸收的热量Q2+驱动压缩机的电能转化成的热量Q1，在标准工况下:Q2=3.6Q1,即消耗1份电能,得到4.6份的热量。 分解 它由两个等温过程和两个绝热过程组成。假设低温热源（即被冷却物体）的温度为T0，高温热源（即环境介质）的温度为Tk, 则工质的温度
制冷循环系统的基本知识与简单原理 一、概念 1、定义；制冷是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度以下，并保持这个低温。 2、制冷机：机械制冷中所需机器和设备的总称为制冷机。 3、制冷剂：制冷机中使用的工作介质称为制冷剂.制冷剂在制冷机中循环流动，同时与外界发生能量交换,即不断地从被冷却对象中吸取热量，向环境排放热量。制冷剂一系列状态变化过程的综合为制冷循环. 4、制冷的方法：制冷的方法很多，可分为物理方法和化学方法.但绝大多数为物理方法。目前人工制冷的方法主要有相变制冷、气体绝热膨胀制冷、半导体制冷和磁制冷等。 4。1.相变制冷：即利用物质相变的吸热效应实现制冷。如冰融化时要吸取80 kcal/kg的熔解热；干冰在１标准大气压下升华要吸取137kcal/kg的热量,其升华温度为－78。9℃。 4.2.气体绝热膨胀制冷:利用气体通过节流阀或膨胀机绝热膨胀时，对外输出膨胀功，同时温度降低，达到制冷目的。 4。3。半导体制冷:两种不同金属组成的闭合电路中接上一个直流电源时，则一个接合点变冷，另一个接合点变热。但纯金属的珀尔帖效应很弱，且热量通过导线对冷热端有相互干扰,而用两种半导体(Ｎ型和Ｐ型）组成的直流闭合电路,则有明显的珀尔帖效应且冷热端无相互干扰。因此，半导体制冷就是利用半导体的温差电效应实现制冷。(两种不同的金属构成闭合回路，当回路中存在直流电流时,两个接头之间将产生温差。 利用物理现象制冷的方法还有很多,我们不一一介绍。目前生产实际中广泛应用的制冷方法是：利用液体的气化实现制冷,这种制冷常称为蒸气制冷。它的类型有:蒸汽压缩式制冷（消耗机械能）、吸收式制冷（消耗热能)、蒸汽喷射式制冷（消耗热能)和吸附式制冷等几种。 二、制冷循环原理 ❖一般制冷机的制冷原理，液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后→汽化成低温低压的蒸汽→被压缩机吸入→压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器→在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热→冷凝为低温高压液体→经节流阀节流→再次进入蒸发器吸热汽化变成低温低压的气态(湿蒸汽）→吸入压缩机达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环 三、构成制冷系统的四大要素
制冷原理小结 1．蒸气压缩式制冷系统基本组成有压缩机，冷凝器，节流机构和蒸发器。 2．压缩机作用：从蒸发器吸入低温低压气态制冷剂，经压缩变为高温高压硅堆气态制冷剂。 3．冷凝器作用：将压缩机排出的高温高压气态制冷剂与冷却介质进行热交换，放热冷凝为高温高压液态制冷剂。 4、节流机构作用：对冷凝后的高温高压液态制冷剂节流降压，成为低温低压液态制冷剂。 5、蒸发器作用：节流机构向蒸发器供液，低温低压液态制冷剂从被冷却介质吸热汽化，变为低温低压气态制冷剂，而被冷却介质在此实现制冷目的。 理想制冷循环小结 1.理想制冷循环是逆卡诺循环，在实际过程中是不存在的。 2.理想制冷制冷循环组成：等熵压缩、定温冷凝、等熵膨胀、定温 蒸发制冷。 3.制冷系数是衡量制冷循环经济性的指标。 4.理想制冷循环制冷系数只与冷却介质和被冷却介质的温度有关， 为最大制冷系数。 5.热力完善度是衡量实际制冷循环接近理想制冷循环程度的指标。 理论制冷循环小节
1.理论制冷循环是假设条件下的制冷循环，虽比理想制冷循环接近 实际情况，在工程中仍难以实现。 2.理论制冷循环组成：等熵压缩、等压冷凝、等焓节流、等压蒸发 制冷。 3.理论制冷循环势力计算参数包括 4.其用途： q0、、Q0-------------蒸发器；冷凝器；压缩机； 压缩机及其匹配电机；制冷剂流量；制冷系统体积；制冷系统经济性。 实际制冷循环小结 1.带液体过冷是为了提高制冷系数，在理论制冷循环基础上增加一 个等压放热过程。 2.带蒸气过热是为了安全运行，是在理论制冷循环基础上增加一个 等压吸热过程。 3.回热循环是液体过冷和蒸气过热是一个换热器中同时完成，但使 用受限。 4.实际压缩过程不是等熵过程，而是一个多变过程，能量损耗可通 过压缩机效率表示。 5.实际制冷循环热力计算要考虑压缩功率损耗、输气量损耗、工质 流动阻力、液化过冷、蒸气过热、传热温差等众多实际因素影响。 影响制冷循环效率的因素小结 1.压缩机的性能系数COP和能效比EER都是衡量制冷压缩机经济 性的指标。
制冷原理期末复习大纲重点知识 1.氨 沸点-33.3℃，凝固点-77.9℃ 单位容积制冷量大粘性小，传热性好，流动阻力小;毒性较大，有一定的可燃性，安全分类为 2 ;氨蒸气无色，具有强烈的刺激性臭味; 氨液飞溅到皮肤上会引起肿胀甚至冻伤 氨系统中有水分会加剧对金属腐蚀同时减小制冷量;以任意比与水互溶但在矿物润滑油中的溶解度很小 ;系统中氨分离的游离氢积累至一定程度遇空气爆炸 ; 氨液比重比矿物润滑油小，油沉积下部需定期放出 在氨制冷机中不用铜和铜合金材料(磷青铜除外) 2.氟利昂 (1) R12（二氟二氯甲烷 CF2Cl2） 沸点-29.8℃，凝固点-158℃。无色，有较弱芳香味，毒性小，不燃不爆，安全。 系统里应严格限制含水量，一般规定不得超过0.001% 常用温度范围内能与矿物性润滑油以任意比互溶 不腐蚀一般金属但能腐蚀镁及含镁量超过2%铝镁合金。 对天然橡胶和塑料有膨润作用。容易泄漏,对铸件要求质量高,对机器要求密封性好 (2) R134a（四氟乙烷 CH2FCF3） 毒性非常低，不可燃，安全。 与矿物润滑油不相溶，但能完全溶解于多元醇酯类。 化学稳定性很好，溶水性比R12强得多，对系统干燥和清洁性要求更高，用与R12不同的干燥剂。 (不能用传统电子检漏仪) (3) R11（一氟三氯甲烷 CFCl3） 沸点23.8℃，凝固点-111℃。用于离心式制冷压缩机;毒性比R12更小，安全。 水在R11中的溶解能力与R12相接近。 对金属及矿物润滑油的作用关系也与R12大致相似。 对金属及矿物润滑油的作用关系也与R12大致相似 与明火接触时，较R12更易分解出光气。 (4) R22（二氟一氯甲烷 CHF2Cl） 沸点-40.8℃，凝固点-160℃。毒性比R12略大，无色无味，不燃不爆，安全。 溶水性稍大于R12，系统内应装设干燥器。部分与矿物润滑油互溶。 化学性质不如R12稳定，对有机物的膨润作用更强。 对金属与非金属的作用以及泄漏特性都与R12相似。 属于HCFC类制冷剂，也要被限制和禁止使用。 混合制冷剂 按照混合后的溶液是否具有共沸性质,分为: (1) 共沸制冷剂(可能使能耗减少) 共沸制冷剂特点：一定蒸发压力下蒸发时具有几乎不变的蒸发温度 一定蒸发温度下，共沸制冷剂单位容积制冷量比组成它的单一制冷剂的容积制冷量要大。 化学稳定性较组成它的单一制冷剂好 在全封闭和半封闭压缩机中，采用共沸制冷剂可使电机得到更好的冷却，电机绕组温升减小。 (2) 非共沸制冷剂（没有共同沸点） 一定压力下溶液加热时，首先到达饱和液体点A(泡点)，再加热到达点B，即进入两相区，继续加热到点C(露点)时全部蒸发完成为饱和蒸气。
制冷原理与设备复习题 绪论 一、填空： 1、人工制冷温度范围的划分为：环境温度~－153.35为普通冷冻；－153.35℃~-268.92℃为低温冷冻；-268.92℃~接近0k为超低温冷冻。 2、人工制冷的方法包括（相变制冷）（气体绝热膨胀制冷）（气体涡流制冷）（热电制冷）几种。 3、蒸汽制冷包括（单级压缩蒸气制冷）（两级压缩蒸气制冷）（复叠式制冷循环）三种。 二、名词解释：人工制冷；制冷；制冷循环；热泵循环；制冷装置；制冷剂。 1.人工制冷：用人工的方法，利用一定的机器设备，借助于消耗一定的能量不断将热量由低温物体转移给高温物体的连续过程。 2.制冷:从低于环境温度的空间或物体中吸取热量,并将其转移给环境介质的过程称为制冷。 3.制冷循环：制冷剂在制冷系统中所经历的一系列热力过程总称为制冷循环 4.热泵循环：从环境介质中吸收热量，并将其转移给高于环境温度的加热对象的过程。 5.制冷装置：制冷机与消耗能量的设备结合在一起。 6.制冷剂：制冷机使用的工作介质。 三、问答： 制冷原理与设备的主要内容有哪些？ 制冷原理的主要内容： 1.从热力学的观点来分析和研究制冷循环的理论和应用； 2.介绍制冷剂、载冷剂及润滑油等的性质及应用。 3.介绍制冷机器、换热器、各种辅助设备的工作原理、结构、作用、型号表示等。 第一章制冷的热力学基础 一、填空： 1、lp-h图上有_压强_、_温度_、_比焓_、__比熵_、_干度_、比体积_六个状态参数。 2、一个最简单的蒸气压缩式制冷循环由_压缩机__、__蒸发器_、_节流阀、_冷凝器___几大件组成。 3、一个最简单的蒸气压缩式制冷循环由_绝热压缩、_等压吸热_、_等压放热_、__绝热节流_几个过程组成。 4、在制冷技术范围内常用的制冷方法有_相变制冷_、__气体绝热膨胀制冷_、_气体涡流制冷_、_热电制冷_几种。 5、气体膨胀有__高压气体经膨胀机膨胀_、_气体经节流阀膨胀_、_绝热放气制冷三种形式。 6、实际气体节流会产生零效应_、热效应_、冷效应_三种效应。制冷是应用气体节流的_冷_效应。理想气体节流后温度_不变_。 二、名词解释： 相变制冷；气体绝热膨胀制冷；气体涡流制冷；热电制冷；制冷系数；热力完善度；热力系数； 洛伦兹循环；逆向卡诺循环； 1.相变制冷：利用液体在低温下的蒸发过程或固体在低温下的融化或升华过程从被冷却的物体吸取热量以制取冷量。 2.气体绝热膨胀制冷：高压气体经绝热膨胀以达到低温，并利用膨胀后的气体在低压下的复热过程来制冷 3．气体涡流制冷：高压气体经涡流管膨胀后即可分离为热、冷两股气流，利用冷气流的复热过程即可制冷。4.热电制冷：令直流电通过半导体热电堆，即可在一段产生冷效应，在另一端产生热效应。 5制冷系数：消耗单位功所获得的制冷量的值，称为制冷系数。ε=q。/w。 6.热力完善度：实际循环的制冷系数与工作于相同温度范围内的逆向卡诺循环的制冷系数之比。其值恒小于1。 7.热力系数：获得的制冷量与消耗的热量之比。用ζ0表示 8.洛仑兹循环：在热源温度变化的条件下，由两个和热源之间无温差的热交换过程及两个等熵过程组成的逆向可逆循环是消耗功最小的循环，即制冷系数最高的循环。 9.逆向卡诺循环：当高温热源和低温热源的温度不变时，具有两个可逆的等温过程和两个可逆的绝热过程组成的
制冷原理与空调基础 一、理论制冷循环 单级蒸气压缩制冷系统的理论制冷循环在压焓图上如图1-1所示，循环路线是由两条等压线、一条等熵线和一条等焓线组成。这说明制冷剂在蒸发器和冷凝器内流动没有阻力；制冷剂在压缩机中的压缩过程为可逆等熵过程；制冷剂离开蒸发器的状态和压缩机的吸气状态均为饱和蒸气，制冷剂离开冷凝器和节流前的状态均为饱和液体。图1-1上1点表示压缩机的吸气状态，它位于蒸发温度te对应的蒸发压力Pe的等压线和饱和蒸发的交点上。过程线1-2表示制冷剂在压缩机中的等熵压缩过程，点2可由通过点1的等熵线和冷凝温度T C对应的冷凝压力P C的等压线的交点来确定。点2处于过蒸气状态。点3表示制冷剂出冷凝器时的状态，也是进节流阀时的状态。它是冷凝压力Pe对应的饱和液体，位于等压线P C与饱和液体线的交点。过程线2-2’-3表示制冷剂在冷凝器内冷却（2-2’）和冷凝（2’-3）过程。点4表示制冷剂出节流阀的状态。过程线3-4表示制冷剂通过节流阀的节流过程。由于节流前后制冷剂的比焓不变。点4是过点3的等焓线和等压线Pe的交点。由于节流过程为不可逆过程，所以过程3-4往往用虚线表示。过程线4-1表示制冷剂在蒸发器中的气化过程，制冷剂吸取被冷却物体的热量而不断气化，制冷剂的状态沿等压线Pe向干度增大的方向进行，直到全部变成饱和蒸气为止。这样，制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状态，从而完成了一个理论制冷循环。 图1-1图1-2 二、实际制冷循环 事实上，家用中央空调的实际制冷循环不可避免与理论制冷循环之间存在许多差别，如流动阻力、换热温差、压缩机偏离等熵压缩、冷凝器中有制冷剂过冷、蒸发器中有制冷剂过热、制热剂液体管
制冷基础知识汇总_secret 制冷基础知识 制冷技术中常用单位的换算 ◎1马力（或1匹马功率）=735.5瓦（W）=0.7355千瓦（kW）1千卡/小时（kcal/h）=1.163瓦（W） 1美国冷吨=3024千卡/小时（kcal/h）=3.517千瓦（kW） 1日本冷吨=3320千卡/小时（kcal/h）=3.861千瓦（kW） 摄氏温度℃=（华氏°F-32）5/9 （注：1冷吨就是使1吨0℃的水在24小时内变为0℃的冰所需要的制冷量。） 1P=2.5kW=735.5 W （注：2.5 kW对应的是制冷量，而735.5 W对应的是电功率。）◎首先要搞清楚热量的单位，热能也是能量的一种，在国际上功和能的单位是焦耳，焦耳相当于1牛顿的力(N)，其作用点在力的方向上移动1米的距离所做的功。焦耳的符号为J。我国法定热量单位为J。 在标准大气压下，将1g1度时，所加进或放出的热量称为1卡，以cal表示。工程上常以卡的1000倍来表示热量，称为千卡或大卡，以kcal表示。 在标准大气压下，将11b（磅）（11b=0.454kg）水加热或者冷却，其温度升高或者降低华氏温度1度时，所加进或者除去的热量称为一个英热单位，符号为Btu。 ◎常用换算公式为: 1kJ(千焦耳)=0.239kcal(千卡) 1kcal(千卡)=4.19kJ(千焦耳) 1kcal=3.969Btu 1Btu=0.252kcal 1kcal=427kg·m 1kw=860kcal/h
1美国冷吨=3024kcal/h=3.51kw 1日本冷吨=3320kcal/h=3.86kw 例如： 一台40kw的空调，其制冷量为40*860=3.44万大卡。 民用空调喜欢以P为单位，1P=0.735kw，一般能效比为3.2，及制冷量为2352w，换算成大卡为2022大卡左右。可以说，1P的空调制冷量为2000大卡。 制冷技术基础知识问答（1） 第一章蒸汽压缩式制冷的热力学原理 1、为什么说逆卡诺循环难以实现？蒸汽压缩式制冷理想和实际循环为什么要采用干压缩、膨胀阀？ 答：1）逆卡诺循环是理想的可逆制冷循环，它是由两个定温过程和两个绝热过程组成。循环时，高、低温热源恒定，制冷工质在冷凝器和蒸发器中与热源间无传热温差，制冷工质流经各个设备中不考虑任何损失，因此，逆卡诺循环是理想制冷循环，它的制冷系数是最高的，但工程上无法实现。(关键在于运动无摩擦，传热我温差) 2）工程中，由于液体在绝热膨胀前后体积变化很小，回收的膨胀功有限，且高精度的膨胀机也很难加工。因此，在蒸汽压缩式制冷循环中，均由节流机构（如节流阀、膨胀阀、毛细管等）代替膨胀机。此外，若压缩机吸入的是湿蒸汽，在压缩过程中必产生湿压缩，而湿压缩会引起种种不良的后果，严重时产生液击，冲缸事故，甚至毁坏压缩机，在实际运行时严禁发生。因此，在蒸汽压缩式制冷循环中，进入压缩机的制冷工质应是干饱和蒸汽（或过热蒸汽），这种压缩过程为干压缩。 2、对单级蒸汽压缩制冷理论循环作哪些假设？与实际循环有何区别？ 答：1）理论循环假定：①压缩过程是等熵过程；②节流过程是等焓过程；③冷凝器内压降为零，出口为饱和液体，传热温差为零，蒸发器内压降为零，出口为饱和蒸汽，传热温差为零；④工质在管路状态不变，压降温差为零。