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制冷技术基础知识

  制冷技术基础知识_电子/电路_工程科技_专业资料。制冷技术基础知识 主讲:郑永富 第一部分 制冷与空调技术基本知识 第一节 热力学基础知识 一、什么是制冷: 制 冷 原 理 与 技 术 制冷就是用人工的方法制取低于周围环境的温 度,并保持这个

  制冷技术基础知识 主讲:郑永富 第一部分 制冷与空调技术基本知识 第一节 热力学基础知识 一、什么是制冷: 制 冷 原 理 与 技 术 制冷就是用人工的方法制取低于周围环境的温 度,并保持这个低温。 高位容器 水 水泵 水 低位容器 外界功 高温物体 热量 制冷机 热量 低温物体 外界功 热 制 冷 原 理 与 技 术 热 热 热 热 热 热 热 热 热 热 热 热 热 热 热 热 热 放热 热 放热 热 热 热 室内的热量通过制冷循环中的冷媒传到室外 二、工质与介质 工质:就是工作的物质,在制冷技术中工质也 称为制冷剂,氟利昂R12、氟利昂R22、 R134a和R600a等。 介质:在制冷技术中,凡是可以传递热量和冷量 的物质称为介质,如空气和水。 制 冷 原 理 与 技 术 三、压力 压力:垂直作用于物质表面的力称为压力。 压强:物体单位面积上所受到的压力称为压强。 在工程上将压强称为压力。用P表示。 P=F/S P——气体压力(即压强),单位是帕(帕 斯卡)(Pa) F——气体对内壁的压力,牛顿(N) S——压力F的作用面积,平方米(M2) 帕斯卡Pa是我国压力的法定计量单位 还有公斤/厘米2(Kgf/CM2)、标准大气压、工程大气压 和毫米水银柱(mmHg) 它们的关系转换: 1kgf/cm2=98.0665*103pa=98.0665kpa≈0.1MPa 1atm(标准大气压)=101.325kpa=760mmHg 1at(工程大气压)=1Kgf/cm2=735.6mmHg 1、表压力 是用压力表测出来的压力读数,用P表表示。 2、绝对压力 是指容器中的气体对于容器内壁的实际压力,用 P绝表示。 制 冷 原 理 与 技 术 P表=P绝—B(当地大气压力) P真空度=B—P绝 三、温度 温度是表示物体冷热程度的物理量。 1、摄氏温度(℃) 在1个标准大气压(760mmHg)下,以水的冰点 为0℃,沸点为100℃,其间分100等分,每一等分 为摄氏1度,摄氏温度以符号t表示。 2、热力学温度(K) 在1个标准大气压(760mmHg)下,以水的冰点为 273K,沸点为373K,其间也分100等分,每一等分 为1K,用T表示。 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术 3、华氏温度 在1个标准大气压(760mmHg)下,以水 的冰点为32度,沸点为212度,其间分180 等分,每一等分即为华氏1度,记为1℉。 三者关系为: F=(1.8t+32)℉ t=(F-32)/1.8℃ T=(273+t)k t=(T-273)℃ 思考:摄氏40度是多少华氏温度?是多少热力学 四、热能 物质所具有的热能即指该物质的分子所具有 的动能和位能之总和,也即是内能。 动能是分子无规则运动产生。 热位能是由物质分子间的相对位置决定。 温度? 制 冷 原 理 与 技 术 五、热量 热量Q是物质的热能转移多少的度量。 单位:卡路里,简称为卡Cal。 1Cal=4.2焦耳(J) 制 冷 原 理 与 技 术 六、比热 使1公斤的某种物质温度升高(或降低) 1℃所吸收(或放出)的热量称为该物质的 比热。 七、显热 当物体吸热(放热),仅是使物体温度升 高(降低)没有改变物质的形态,那么吸 收(放出)的热称为显热。 八、潜热 当物体吸热(放热),仅是使物质状态发生 改变,而其温度不变,那么它所吸收或放出 的热就称为潜热。 制 冷 原 理 与 技 术 九、液体汽化 物质由液态转变为蒸汽的过程称为汽化。 汽化的方式:蒸发和沸腾。 1、蒸发:是指在任何温度下液体表面发生的 汽化现象。 2、沸腾:是指在一定压力下液体的温度升高 到某一温度时,液体内部和四壁上涌现大 量气泡,整个液体剧烈汽化,在液体表面 和内部同时进行的汽化现象,相应的温度 称为沸点。 制 冷 原 理 与 技 术 在制冷技术中,氟里昂制冷剂在制冷系 统蒸发器中所进行的汽化是沸腾过程而不是 蒸发 过程。习惯上称为蒸发。 十、凝结 与汽化相反,当蒸气在一定压力下冷却一 定温度时,它就会由蒸气状态转变化为液 体状态,称这一过程为凝固。 电冰箱中R12在冷凝器中的变化过程就 是凝固过程。 制 冷 原 理 与 技 术 十二、过热和过冷 1、过冷水:比饱和温度低的水称为过水。 2、湿蒸气:饱和水和饱和蒸气的混合物。 3、干蒸汽:水全部汽化为蒸气,而温度保持 100℃不变,此时的蒸汽。 4、过热蒸汽:干蒸汽继续加热,温度超过饱和温 度100℃,此时的蒸汽。 制 冷 原 理 与 技 术 ? 5、过热:蒸汽压力一定,而温度高于 该压力下相对应的饱和温度时就称为过 热蒸汽。 ? 当温度一定,而压力低于该温度相对应 的饱和压力时,也称为过热蒸汽。 ? 电冰箱制冷系统中,压缩机的吸气 管和排气管中流过的R12都属于过热蒸 气。 ? 6、过冷:在压力一定时,温度低于该 压力下相对应的饱和温度就称为过冷。 制 冷 原 理 与 技 术 十三、湿度与露点 ★湿度:是表征空气中含有水蒸气多少的 物理量,分为绝对湿度和相对湿度。 ★绝对湿度:是指1M3湿空气中所含水蒸汽 的重量,单位:Kg/m3。 ★相对湿度:是指某湿空气中所含水蒸汽 的重量与同一温度饱和空气中所含水蒸 汽的重量之比,用百分数表示。 ψ=40—70较为人感到舒适。 ★露点温度:在一定压力下,降低空气的 温度,空气的相对温度增大,当ψ=100% 对应的温度就称为空气的露点。 制 冷 原 理 与 技 术 十四、节流 在流体通道中,若流通截面积突然缩小,流体流 过此处时,由于局部阻力会使液体压力降低,称为节 流。 在制冷系统中设置节流阀(毛细管、膨胀阀)。 十五、焓和熵 ◆焓:在热力学中将工质的内能与压势能之和定义 为焓,用H或I表示。 单位为千卡/千克,是一个状态参数。 ◆熵:也是物质状态参数,用S表示。 十六、热的传递方式 ■热传导:热量从物体的高温部分传到低温部分。 ■热对流:借助液体或气体的对流动动而进行的热 传递。 制 冷 原 理 与 技 术 对流可分为自然对流和强制对流两种。自 然对流是由于温度不均匀而引起的。强制对流 是由于外界因素对流的影响而形成的。 直冷式电冰箱箱内的低温是箱内空气自然 对流的结果;而间冷式电冰箱内的低温主要是 通过强迫箱内空气对流来获得的。 十七 压焓图 ? 制冷剂的压焓图 定义:压焓图的结构如图下图所示。 以压力的对数值 为纵坐标,以焓值为横坐标所构成。 图中任一点代表制冷工质的某一状态;任一线代表 工质经历的一个过程;任一封闭曲线代表制冷工质 进行的一个循环。 结构:由一点(临界点)、 二线(饱和液体线和干 饱和蒸气线)、三区( 未饱和液体区、湿饱和 蒸汽区、过热蒸汽区)、 五状态(未饱和液体、 饱和液体、湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽和过热蒸汽) 制 冷 原 理 与 技 术 以及六个等值线簇(等压力线簇、等焓线簇、等温 线簇、等容线簇、等熵线簇和等干度线簇)组成。 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术 这两条粗实线将图分为三个区域:饱和液 体线的左边是过冷液体区,该区域内的液 体称为过冷液体,过冷液体的温度低于相 同压力下饱和液体的温度;饱和蒸气线的 右边是过热蒸气区,该区域内的蒸气称为 过热蒸气,它的温度高于同一压力下饱和 蒸气的温度;两条线之间的区域为两相区, 制冷剂在该区域内处于气,液混合状态。 制 冷 原 理 与 技 术 ? 等压线——水平线; ? 等焓线——垂直线; ? 等温线——液体区几乎为 垂直线。 两相区内,因制冷剂状态 的变化在等压,等温下进 行,故等温线与等压线重 合,是水平线。 过热蒸气区为向右下方弯 曲的倾斜线; ? 等熵线——向右上方倾斜 的实线; ? 等容线——向右上方倾斜 的虚线,比等熵线平坦; ? 等干度线——只存在于湿 蒸气区域内,其方向大致 与饱和液体线式饱和蒸气 线相近,视干度大小而定。 制 冷 原 理 与 技 术 第二部分 各种制冷方式 制 冷 原 理 与 技 术 常见制冷方法: a、 液体汽化制冷: b、 气体膨胀制冷 c、 涡流管制冷 d、 热电制冷 蒸汽压缩式 蒸汽吸收式 蒸汽喷射式 蒸汽吸附式 一、蒸汽压缩式制冷 制 冷 原 理 与 技 术 一、蒸汽压缩式制冷 制 冷 原 理 与 技 术 制冷剂液体在蒸发器内以 低温与被冷却对象发生热交换, 吸收被冷却对象的热量并气化, 产生的低压蒸汽被压缩机吸入, 经压缩后以高压排出。压缩机 排出的高压气态制冷剂进入冷 凝器,被常温的冷却水或空气 冷却,凝结成高压液体。高压 液体流经膨胀阀时节流,变成 低压低温的气液两相混合物, 进入蒸发器,其中的液态制冷 剂在蒸发器中蒸发制冷,产生 的低压蒸汽再次被压缩机吸入。 动画 二、蒸汽吸收式制冷 (1)氨水吸收式制冷机 : 制 冷 原 理 与 技 术 氨为制冷剂 ,水为吸收剂 (2)溴化锂吸收式制冷机: 水为制冷剂 溴化锂为吸收剂 吸收式制冷机和蒸气压缩是 制冷机都是利用制冷剂的气 化潜热制取冷量的。 动画 制 冷 原 理 与 技 术 ? 蒸汽吸收式制冷系统是由发生器、冷凝器、 制冷节流阀、蒸发器、吸收器、溶液节流阀、 溶液热交换器和溶液泵组成。 ? 整个系统包括两个回路:一个是制冷剂回路, 一个是溶液回路。 ? 系统中使用的工作流体是制冷剂和吸收剂, 我们称它为吸收是制冷的工质对。吸收剂使 液体,它对制冷剂有很强的吸收能力。吸收 剂吸收了制冷剂气体后形成溶液。溶液加热 又能放出制冷剂气体。因此,我么可以用溶 液回路取代压缩机的作用,构成蒸汽吸收式 制冷循环。 ? 在蒸汽吸收式制冷中,吸收器好比压缩机的 吸入侧;发生器好比压缩机的排出侧;对发 生器内溶液进行加热,提供提高制冷剂蒸汽 压力的能量。 制 冷 原 理 与 技 术 ? 制冷剂回路由冷凝器、制冷剂节流阀、 蒸发器组成。高压制冷剂气体在冷凝器 中冷凝,产生的高压制冷剂液体经节流 后到蒸发器蒸发制冷。溶液回路由发生 器、吸收器、溶液节流阀、溶液热交换 器和溶液泵组成。在吸收器中,吸收剂 吸收来自蒸发器的低压制冷剂气体,形 成富含制冷剂的溶液,将该溶液用泵送 到发生器,经过加热是溶液中的制冷剂 重新蒸发出来,送入冷凝器。另一方面, 发生后的溶液重新恢复到原来的成分, 经冷却、节流后成为具有吸收能力的吸 收液,进入吸收器,吸收来自蒸发器的 低压制冷剂蒸汽。吸收过程中伴随释放 吸收热,为了保证吸收的顺利进行,需 要冷却吸收液。 制 冷 原 理 与 技 术 ? 在蒸汽吸收式制冷中,吸收器好比压缩 机的吸入侧;发生器好比压缩机的排出 侧;对发生器内溶液进行加热,提供提 高制冷剂蒸汽压力的能量。 三、蒸汽喷射式制冷 其组成部件包括: 喷射器、冷凝器、 蒸发器、截留法、 泵。喷射器又由 喷嘴、吸入室、 扩压器三个部分 组成。 动画 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术 ? 喷射器的吸入室与蒸发器相连;扩压器于冷 凝器相连。工作过程如下:用锅炉(图中未 标出)产生的高温高压工作蒸气。工作蒸气 进入喷嘴。膨胀并以高速流动(流速可达 1000m/s以上),于是在喷嘴出口处造成很低 的压力,这就为蒸发器中水在低温下汽化创 造了条件。由于水汽化时需从未汽化的水中 吸收潜热,因而使未汽化的水温度降低(制 冷)。这部分低温水便可用于空气调节或其 它生产工艺过程。蒸发器中产生的冷剂水蒸 气与工作蒸气在喷嘴出口处混合,一起进入 扩压器;在扩压器中由于流速降低而是压力 升高;到冷凝器,被外部冷却水冷却变为液 态水。液态水再由冷凝器引出,分两路:一 路经过节流阀降压后送回蒸发器,继续蒸发 制冷;另一路用泵提高压力送回锅炉,重新 加热产生工作蒸气。 四、热电偶式制冷 ? 利用某种半导体材料的热电效应(帕尔帖效应)进行制冷。当 一个P型半导体元件和一个N型半导体元件联结成电偶时,若此 电路上接上直流电源,电流通过电偶时,就会发生能量转移。 电偶的一个接头(即热端)放出热量,另一个接头(即冷端)吸收热 量。若电源极性接反,则冷热 端就能互相变换, 原来的冷端变为热端, 制 冷 原 理 与 技 术 原来的热端变为冷端。 半导体制冷的电冰箱 就是将数10个这样的 电偶串联而成,将冷 端排在一起,热端排 在一起,组成电堆。 动画

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