2制冷的热力学基础

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1、第一章制冷的热力学基础第一节相变制冷第二节绝热膨胀制冷第三节制冷热力学特性分析制冷：用人工的方法将被冷却对象的热量转移到周围环境介质，使其温度降到环境温度以下，并保持这个低温的过程。回顾：制冷的概念1.制冷是把被冷却物体温度降低到环境温度以下的过程。包含三个问题：自然冷却和制冷2.制冷是热量转移过程。利用某种物质状态变化，从较低温度的热源吸取一定的热量，通过一个消耗功（或热量）的补偿过程，向较高温度的热源放出热量。3.制冷是消耗能量的过程。制冷过程中必须消耗能量才能完成将热量从低温向高温的传递功能。所消耗能量的形式有机械能、电能、热能、太阳能或其他形式的能量。为了实现制

2、冷循环，必须消耗能量，该能量可以是电能、热能、机械能、太阳能及其他形式的能量。为了实现上述能量转换，首先必须有使制冷机能达到比低温热源更低温度的过程，并连续不断地从被冷却物体吸取热量。利用某种物质状态变化，从较低温度的热源吸取一定的热量，通过一个消耗功（或热量）的补偿过程，向较高温度的热源放出热量。制冷原理：热力学基本定律热力学第一定律：能量守恒和转换定律热力学第二定律：不可能把热从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。热量由低温物体传向高温物体，是一个非自发的过程，需要使用一定的设备，消耗外界能量作为补偿工程热力学：研究各种形式能量之间的转换规律。是制冷技术的理论基础

3、热力学在制冷中的应用集中在能量转换的方式及其效率热力学第一定律：能量守恒和转换定律制冷过程中，制冷剂从被冷却介质中吸收热量Q0，即对被冷却介质产生制冷量Q0，这些热量通过制冷剂载送到冷凝器，并释放给冷却介质，同时制冷剂在传送热量过程中做功耗能W，在冷凝器也一并释放给冷却介质，因此冷凝器传出的热量包括制冷量和压缩功两个方面，称为冷凝器热负荷Qk两种补偿方法：1.消耗机械能或电能2.消耗热能热力学第二定律：不可能把热从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。热量由低温物体传向高温物体，是一个非自发的过程，需要使用一定的设备，消耗外界能量作为补偿1）相变制冷：利用液体在低温下的蒸

4、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。2）气体绝热膨胀制冷：高压气体经绝热膨胀即可达到较低的温度，令低压气体复热即可制取冷量。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，即可在一端产生冷效应，在另一端产生热效应。制冷的基本方法：凡是伴随着低温吸热的物理过程都可以用来制冷。液体汽化制冷——压缩式制冷液体汽化制冷——吸收式制冷气体绝热膨胀制冷——膨胀机膨胀气体绝热膨胀制冷——节流阀膨胀第一节相变制冷相变：物质集态的改变称为相变。相变潜热：相变过程中，吸收或

5、放出的热量称为相变潜热。相变制冷：利用物质在一定的低温下相变吸热效应向被冷却物体吸取热量的过程。有制冷效应的相变过程有熔解、汽化、升华。一、物质的相变特性物质状态变化与热量的关系物质状态变化与压力的关系纯物质的p-T相图pT液气固三相点临界点流体汽化:液体转变为蒸气称为汽化。汽化热r：1kg液体汽化所吸的热量称汽化热（一）液体气化r=h‘’-h‘=T(s’‘-s’)汽化热随汽化温度而变化，温度越高，气化热越小，在临界温度时，气化热为零；在相同温度下，不同液体其气化热不相同。饱和状态饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和温度Ts饱和压力ps一一对应放掉一些水，Ts不变，ps不变

6、Tsps液体汽化制冷：利用液体汽化时的吸热效应而实现制冷。液体汽化时，需要吸收热量，液体所吸收的热量来自被冷却对象，因而使被冷却对象变冷，或者使它维持在环境温度以下的某一低温。标准大气压下，1kg液氨汽化可吸收1371kJ的热量，且气体温度低达-33.4℃；p＝870pa时，水在5℃下即可沸腾，吸热2489kJ/kg。为了使液体汽化过程连续进行，必须不断地从容器中抽走蒸气，再不断地将液体补充进去。通过一定的方法把蒸气抽出，并使它凝结成液体后再回到容器中，就能满足这一要求。若容器中的蒸气自然流出，直接凝为液体，则需要冷却介质具有的温度比液体蒸发的温度还要低，这种冷却介质显然

7、无法寻觅，我们希望蒸气的冷凝过程在常温下实现。因此，需要将蒸气的压力提高到常温下的饱和压力。这样，制冷工质将在低温低压下蒸发，产生制冷效应，又在常温、常压下冷凝向环境温度的冷却介质排放出热量。液体汽化制冷循环：液体汽化制冷循环：由工质低压下汽化、蒸汽升压、高压气液化和高压液体降压四个基本过程组成。制冷机的工作过程中，在低温下蒸发的制冷剂液体一般都是令高压液体经节流降压而得到的。较高压力的饱和液体节流降压后即进入两相区，并闪发出一定的饱和蒸气。对于1kg制冷剂，若用x表示闪发后的干度，则当其余液体全部转变为饱和蒸气时吸收的热量(