制冷和低温技术原理吴业正共29页

与蒸气压缩式制冷不同，吸收式制冷的工质是两 种沸点相差较大的物质组成的二元溶液，其中沸点低 的物质为制冷剂，沸点高的物质为吸收剂，通常称为 “工质对”。
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目前常用的吸收式制冷装置有两种，一种是氨吸收式 制冷机，工质对是氨-水溶液，氨为制冷剂，水为吸收 剂。这种制冷机的制冷温度在1～-45℃范围之内，多 用来制取-15℃以下的盐水。
按吸附机理可分为物理吸附与化学吸附。
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吸附式制冷的工作原理及其制冷循环的p-T-s图
Qh
吸附器
Qg
lnp
100%
Xconc Xdil
Pk
5
2
3
Qk
Qg
Qc1
Qh
Qc2
Po 6 Qo
1 Qa
4
蒸发器
Qo
节流阀
冷凝器
QK
1
O To
TkTa2
Tg1Ta1 Tg2
T
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1-2过程：吸附床定容加热过程，吸收的显热用Qh表示。
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一、制冷原理 二、制冷设备
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绪论
* 什么叫制冷？
制冷作为一门科学是指用人工的方法在一定 时间和一定空间内将物体冷却，使其温度降到环境温 度以下，并保持这个低温。
* 制冷技术领域是如何划分的？
为：
按照制冷所得到的低温范围，制冷技术划分
120K以上，普通制冷；
I20~20K，深度制冷；
20~0.3K，低温制冷；
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蒸气压缩式制冷循环工作原理
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活塞式冷水机组
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螺杆式冷水机组
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q0=h1－h4=349.43－228.54=120.89 kJ/kg
qv q 0 / v1 1498 q m Q 0 / q 0 6.965
w0=h2－h1=370.40－349.43=20.57 kJ/kg P0=qmw0=7.14 kw
q 0 / w0 5.877
qk=h2－h3=141.86 kJ/kg
12. 有一单级蒸气压缩式制冷循环用于空调，假定为理论制冷循环，工作条件如下：蒸 发温度 t0=5℃，冷凝温度 tk=40℃，制冷剂为 R134a。空调房间需要的制冷量是 3kW，试求： 该理论制冷循环的单位质量制冷量 q0、制冷剂质量流量 qm、理论比功 w0、压缩机消耗的理 论功率 P0、制冷系数0 和冷凝器热负荷 Qk。 解: h1=391.3kJ/kg v1=0.0874 m3/kg h3=h4=241.5kJ/kg p0=0.0164MPa pk=1.1863Mpa h2=426.0 kJ/kg t2=60℃）
15. 什么是回热循环？它对制冷循环有何影响？ 答：回热循环：冷凝后的制冷剂液体与蒸发后的制冷剂蒸发制冷剂蒸气进行交换，实现液体 过冷、蒸气过热的制冷循环。采用回热循环后制冷系数可以增加，也可以减少，它的变化规 律与有效过热对制冷系数的影响完全一致。 16. 压缩机吸气管道中的热交换和压力损失对制冷循环有何影响？ 答： 制冷剂在制冷设备和连接管道中连续不断地流动， 使制冷循环得以实现， 形成制冷效应。 制冷剂沿制冷设备和连接管道流动， 将产生摩擦阻力和局部阻力损失， 同时制冷剂还会或多 或少地与外部环境进行热交换。 17. 试分析蒸发温度升高、冷凝温度降低时，对制冷循环的影响。 答： （1）当蒸发温度不变，冷凝温度上升时，压比增大，吸气密度增大，压缩机功率增大， cop 值降低； （2）冷凝温度上升，毛细管入口压力增大，过冷度减小，毛细管流量增大。 18. 制冷工况指的是什么？为什么说一台制冷机如果不说明工况，其制冷量是没有意义的？ 答： （1）是指制冷压缩机工作的状况，即制冷压缩机工作的条件。它的工作参数包括蒸发温 度、冷凝温度、吸气温度和过冷温度。 （2）变化的工况会导致变化的制冷量，因此所有空调 器要比较制冷量的话必须在一个同等的工况下。 制冷剂与载冷剂思考题 19. 制冷剂的作用是什么？ 答：在常温下为无色气体，在自身压力下为无色透明液体，无毒不燃，具有良好的热稳定性 和化学稳定性，不腐蚀金属。它是一种低温制冷剂，可得到-80℃的制冷剂温度，是生产聚 四氟乙烯的重要原料和生产灭火剂 1211 的中间体。制冷剂又称制冷工质，在南方一些地区 俗称雪种。它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质。 制 冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质（水或空气等）的热量而汽化，在冷凝器中将热量传递给周 围空气或水而冷凝。 制冷机中完成热力循环的工质。 它在低温下吸取被冷却物体的热量， 然后在较高温度下转移 给冷却水或空气。 在蒸气压缩式制冷机中， 使用在常温或较低温度下能液化的工质为制冷剂， 如氟利昂（饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物） ，共沸混合工质、碳氢化合物（丙烷、乙 烯等） 、氨等；在气体压缩式制冷机中，使用气体制冷剂，如空气、氢气、氦气等，这些气 体在制冷循环中始终为气态； 在吸收式制冷机中， 使用由吸收剂和制冷剂组成的二元溶液作 为工质，如氨和水、溴化银和水等；蒸汽喷射式制冷机用水作为制冷剂。制冷剂的主要技术 指标有饱和蒸气压强、比热、粘度、导热系数、表面张力等。 20. 按 ASHRAE 的规定制冷剂是怎样分类的？ 答：1、卤代烃制冷剂（氟利昂类） 。如 R14、R11、R12、R13、R113、R114、R23、R32、 R152a、R134a、R21、R22、R123、R40、R30、R10 等，其中 R22 和 R123a、R152a 较为常 用。 2、饱和碳氢化合物类制冷剂。如 R50、R170、R290、R600、R600a 等。 3、共沸混合物制冷剂。如 R500、R501、R502、R503、R504、R505、R506、R507 等。 4、非共沸混合物制冷剂。如 R401A、R401B、R401C、R402A、R402B、R404A、R407A、 R407B、R407C、R407D、R410A、R410B 等。 5、无机化合物制冷剂。如 R702、R704、R717、R718、R728、R729、R744、R744A、R764 等。 21. 什么是共沸制冷剂？ 答： 共沸制冷剂是由两种以上不同制冷剂以一定比例混合而成的共沸混合物， 这类制冷剂在 一定压力下能保持一定的蒸发温度，其气液两相沸混合物可以改善制冷剂的特性。 一定压力下，汽相和液相平衡共存时，表示其平衡温度(即沸点)与液相组成关系之曲线，称 为沸点曲线。也称液相线或泡点线。沸点曲线可通过汽液平衡的测定而获得，也可用沸点计 直接测定。另外非共沸制冷剂也是由两种以上不同制冷剂以一定比例混合而成的制冷剂， 它 在饱和状态下， 气液两相的组成分不同， 低沸点组分在气相中的成分总是高于液相中的成分。 非共沸制冷剂在一定压力下冷凝或蒸发时为非等温过程，冷凝温度和蒸发温度都会发生变 化，故可实现非等温制冷。 22. 无机化合物制冷剂的命名是怎样的？

制冷与低温技术原理 吴业正
第一章 绪 论
第一节 制冷的定义与研究内容 第二节 制冷与低温技术的应用 第三节 制冷与低温技术的发展史
第一节 制冷的定义与研究内容
内容提要 一、制冷与低温技术的重要性 二、制冷与低温的定义 三、制冷与低温技术的研究内容
第一节 制冷的定义与研究内容
一、制冷与低温技术的重要性
第二节 制冷与低温技术的应用
一、在商业与人民生活方面的应用
食品冷冻冷藏和舒适性空气调节是制冷技术应用最为 量大面广的领域。
商业制冷主要用于各类食品冷加工、冷藏贮存和冷藏 运输，使之保质保鲜，满足各个季节市场销售的合理分配， 并减少生产和分配过程中的食品损耗。现代的食品工业， 从生产、贮运到销售，有一条完整的“冷链”。所使用的 制冷装置有：各种食品冷加工装置、大型冷库、冷藏汽车、 冷藏船、冷藏列车、分配性冷库，供食品零售商店、食堂、 餐厅使用的小型装配式冷库、冷藏柜、各类冷饮设备、食 品冷藏冷冻展示柜，直至家庭用的电冰箱。
科学研究往往需要人工的低温环境。例如：在军事科学 中，为了研究高寒条件下使用的发动机、汽车、坦克、大 炮的性能，需要先在相应的环境条件下作模拟试验；航天 仪表、火箭、导弹中的控制仪，也需要在地面作模拟高空 环境下的性能试验，低温低压环境实验装置为这类试验提 供了条件。
气象科学中，云雾室需要(-45～30) ℃的温度条件。云 雾室用于人工气候实验，研究雨滴、冰雹的增长过程、各 种催化方法及扰动对云雾的宏观、微观影响，模拟云的物 理现象，等等。
第一节 制冷的定义与研究内容
(4)研究所需的各种机械和设备，包括它们的工作原理、 性能分析、结构设计。此外还有热绝缘问题，装置的自动 化问题，等等。
上述前三个方面构成制冷与低温技术原理的基本研究 内容，第四方面涉与具体的设备和装置。

制冷与低温技术原理
第 2 章 制冷方法
制冷和低温技术原理第2章制冷方法
1
第 2 章 制冷方法
内容要求 物质相变制冷 电，磁，声制冷 气体涡流制冷 气体膨胀制冷 绝热放气制冷
制冷和低温技术原理第2章制冷方法
2
常见的制冷方法有四种：
物质相变制冷
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 物体吸取热量以制取冷量。
发生器
两个回路
冷凝器
节
QH
流 阀
溶液热 交换器
制冷剂回路 溶液回路
蒸发器 溶
液
Qo QA 吸收器
泵
蒸气吸收式制冷的基本系统
制冷和低温技术原理第2章制冷方法
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吸收式制冷的工质对： 名称
• 硫酸水溶液吸收式制冷机 • 氨水吸收式制冷机 • 溴化锂吸收式制冷机
制冷剂 水 氨 水
吸收剂 浓硫酸 水 溴化锂
2.1.1 相变制冷概述
液体蒸发制冷
固体相变制冷
以流体为制冷剂，通 过一定的机器设备构 成制冷循环，利用液 体汽化时的吸热效应 ，实现对被冷却对象 的连续制冷。
以一定数量的固体 物质为制冷剂，作 用于被冷却对象， 实现冷却降温。一 旦固体全部相变， 冷却过程即终止。
制冷和低温技术原理第2章制冷方法
4
冷却流体
降压
升压
被冷却流体 构成循环的原理
制冷和低温技术原理第2章制冷方法
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冷却流体
液体蒸发制冷循环必须 具备四个基本过程：
降压
升压
被冷却流体 构成循环的原理
制冷剂低压汽化 制冷剂液体在低温低压下 汽化， 产生低压蒸气。
蒸气升压
将低压蒸气抽出并提高压力 变成高压蒸气。

第2章 制冷方法
制冷温度：零摄氏度以上。 • 冰盐冷却： 制冷温度零摄氏度以下： tm = - 0.7 * x qo = 335 + 4.187tm 不同种类的冰盐可得到的最低温度不一样。
第2章 制冷方法
• 干冰冷却： 制冷温度低。 升华潜热随温度改变而 变化，温度越高，潜 热越大。 在零摄氏度时，单位质 量制冷量为冰的1.9倍， 单位容积制冷量为 2.95倍。
3.1 可逆制冷循环
• 劳伦次循环 （2个变温过程和2个 等熵过程组成）
COP qo / w Tom /(Tm Tom )
劳伦次循环的性能系 数与在 Tm , Tom 工况条件 下的卡诺循环相等， 因此为最理想的变温 源（汇）热力学循环。
3.2 单级压缩式制冷的理论循环
• 系统简图 忽略与循环图无关的 部件。 1：压缩机；2.冷凝器； 3.膨胀阀；4. 蒸发器 工作过程；
• 冷凝温度变化的影响 （讨论对
qo, qm ,o , w,W , COP
的影响）
3.4 单级压缩式制冷机的变工况特性
• 蒸发温度的影响 （书上写的2点注意）
3.4 制冷剂
• 分类： （1）是否是纯质：单一或混合制冷剂； （2）化学类别：无机物、氟利昂、碳氢化合物； （3 ）物质来源：人工或天然制冷剂 • 命名：R+数字 （1）无机物：R7（摩尔分子量） 氨：R717；H2O：R718；CO2：R744 （2）氟利昂（最好还是查表） 烷烃化合物(CmHnFxClyBrz)：R(m-1)(n+1)(x)(z) 二氟一氯甲烷（CHF2Cl）：R22； 丙烷（C3H8）：R290

3.1 可逆制冷循环
• 逆卡诺制冷循环
COPc Q0 / W TLS /((TH TL )S ) 1/(TH / TL 1)

66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
制冷与低温技术原理 吴业正பைடு நூலகம்
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯

制冷剂种类
介绍常用的制冷剂种类， 如氟利昂、氨、二氧化碳 等。
制冷剂性质
分析制冷剂的热力学性质、 化学性质以及对环境和安 全性的影响。
制冷剂选择原则
阐述选择制冷剂的原则， 包括环保性、安全性、热 力学性能以及经济性等方 面。
制冷系统组成及工作原理
制冷系统组成
介绍制冷系统的基本组成， 包括压缩机、冷凝器、蒸 发器、膨胀阀等主要部件。
05
实验人员必须熟悉实验 室安全出口、安全设施
的位置和使用方法。
02
严格遵守实验操作规程， 禁止随意更改实验步骤
或试剂用量。
04
实验仪器使用说明及维护保养要求
在使用实验仪器前，必须认真 阅读使用说明书，了解仪器的 性能、使用方法和注意事项。
使用仪器前，应对仪器进 行检查，确保其处于正常 工作状态。
非接触式测温法
02
通过测量被测介质辐射出的热辐射能量来推算温度。常用仪表
有红外测温仪、辐射测温仪等。
仪表选择原则
03
根据测量范围、精度要求、响应时间、使用环境等因素选择合
适的测温仪表。
压力测量与真空技术
压力测量原理
利用弹性元件受压变形的原理，将压力转换为位移或应变进行测量。常用仪表有压力表、 压力传感器等。
在使用仪器时，要严格按 照操作规程进行操作，避 免损坏仪器或造成危险。
对于出现故障的仪器，要及 时联系专业人员进行维修， 不得私自拆卸或修理。
实验结束后，要及时对仪 器进行清洗、保养，并填 写使用记录。
数据记录、处理和分析方法
在实验过程中，要认真记录实验数据， 包括实验条件、试剂用量、操作步骤等 。
低温特点
包括物质热运动减弱、热传导性 能变化、电子行为改变等，导致 物质在低温下具有独特的物理和 化学性质。

3
m
2
3
m
第一节 可逆制冷循环
4－1过程单位质量的吸热量 循环的单位质量输入功 循环的性能系数
q0 Tds T0m (s1 s4 ) T0m s
4
1
(3－10)
(3－1l) (3－12)
w q q0 (Tm T0 m )s
q0 T0 m COP w Tm T0 m
第一节 可逆制冷循环
循环效率(也称为热力完善度)用来说明制冷循环与可
逆制冷循环的接近程度。热力学上最为完善的循环是可逆 循环。制冷循环的循环效率定义为：一个制冷循环的性能 系数COP与相同低温热源、高温热汇温度下可逆制冷循环 的性能系数COPc之比，即 η=COP/COPc (3－7) 实际制冷循环中总会存在各种不可逆因素，其循环效率的 值介于0－1之间。η越接近1，说明越接近可逆循环，循环 的热力学完善程度越高。
制冷循环的热力学本质是：用能量补偿的方式把热量
从低温热源排到高温热汇。从这一本质出发，制冷循环不 但可以实现使物体降到环境温度以下的制冷目的，而且可 以用于使物体升到环境温度以上的加热目的。
第一节 可逆制冷循环
1.制冷机与热泵
在制冷机中人们以环境(环境温度的水或空气)为高温 热汇，利用逆向循环在低温下从低温热源吸热，收益是制 冷量。如果以环境为低温热源，利用循环在高温下向高温 热汇排热，收益是供热量，便可用此热量将某空间或物体 加热到环境温度以上。具有这种用途的机器叫做“热泵”。 可见，热泵与制冷机循环的热力学本质完全相同。这就是 将热泵纳入制冷技术范畴的理由。它们的区别仅在于使用 目的。单一用于制冷的机器叫制冷机；单一用于供热的机 器叫热泵。制冷机可以做成在一些时候用来制冷，在另一 些时候用来供热，这样的制冷机叫做热泵型制冷机。

第三十六页，课件共有55页
在实际的制冷系统中，为改善制冷装置的工作条件，提高运行的 经济性和安全可靠性，还必须设一些辅助设备，如贮液器、气 液分离器、干燥过滤器等。
（一）干燥过滤器
在客车空调装置制冷系统节流装置前的输液管上，都装有 干燥过滤器，它是制冷系统的净化设备。其作用是消除制冷 剂中的水分和机械杂质。
5.导热系数大。提高传热效率，减少传热面积
6.对材料无腐蚀，与润滑油不起化学作用
7.对人体无害，无爆炸和燃烧
价格便宜，易得。
第十一页，课件共有55页
制冷剂的发展、应用与选用原则
只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物质才有 可能作为制冷剂使用。
乙醚是最早使用的制冷剂。 1866年 威德豪森(Windhausen)提出使用CO2作制冷剂。 1870年 卡尔·林德(Cart Linde)用NH3作制冷剂。 1874年 拉乌尔·皮克特(Raul Pictel)采用SO2作制冷剂。
冷冻油的分类： 1.天然矿物油：有13#、18#、25#，第三种粘度最大
2.人工合成油：聚酯类、聚醇类和极性合成碳氢化合 物等
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制冷四大件
第二十三页，课件共有55页
制冷压缩机
1、压缩机的作用 在电动机的带动下压缩和输送制冷剂蒸气，使制冷剂
在系统中循环制冷。
2、压缩机的分类 容积型：
蒸发 — 液体表面发生的汽化现象 沸腾 — 液体内部和表面同时发生汽化的现
象 无论是蒸发还是沸腾，都是吸热过程，吸收
的热量叫汽化潜热。
第九页，课件共有55页
制冷剂与载冷剂
制冷剂－－制冷工质，在制冷系统中完成制 冷循环的工作介质，
制冷循环中通过制冷剂液体在蒸发器中吸热蒸 发，在冷凝器中放热冷凝进行制冷循环