制冷与低温技术原理

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1、制冷与低温技术原理一、制冷的基本概念和方法★1、制冷：从低于环境温度的空间或物体吸取热量，并将其转移给环境介质的过程。低温：制冷和低温是以制取低温的温度来区分的。通常，从环境温度到120K的范围为制冷，从120K以下到绝对零度0K（-273℃）的范围属于低温。（T=t+273）2、制冷和低温技术的应用：家用冰箱和空调，对易腐食品进行冷加工、冷藏及冷藏运输（冷库、冷藏列车、冷藏集装箱），降温和空气调节，工业生产中（对钢的低温处理、冷冻除湿送风、石油裂解、天然气液化、贮运），核工业（用来控制原子能反应堆的反应速度，吸收核反应过程放热），建筑业（冻土法挖掘

2、土方），农业（种子低温处理），医药卫生（冷冻手术、保存疫苗、器官），微电子技术、光纤通信、能源、宇宙开发、生物工程技术等。3、常见制冷方法：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融化或升华过程从被冷却的物体吸取热量以制取冷量。气体绝热膨胀制冷：高压气体经绝热膨胀即可达到较低温度，令低压气体复热即可制取冷量。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制冷。固体吸附制冷：某些固体物质在一定温度及压力下，能吸附某种气体或水蒸气，在另一温度及压力下，又能将它释放出来。这种吸附与解吸的过程引起的压力变化相

3、当于制冷压缩机的作用。常用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝、沸石分子筛。热电制冷，电、磁、声制冷，绝热放气制冷等。二、蒸气压缩式制冷1、可逆制冷循环：（所有的制冷和热泵循环都是逆向循环）★2、单级蒸气压缩式制冷的理论循环和实际循环：单级压缩蒸气制冷机指将制冷剂经过一级压缩从蒸发压力压缩到冷凝压力的制冷机。理论循环：(假设a压缩过程为等熵过程，不存在不可逆损失，b在冷凝器和蒸发器中，制冷剂的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度，且都是定值，c离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下

4、的饱和液体，d制冷剂在关内流动没有阻力损失，制冷剂与管外介质没有热交换，e制冷剂流过节流装置时流速变化小，与外界环境没有热交换。)q=△h-w（1）压缩过程：1-2为等熵压缩过程。q=0，则△h=w=h2-h1。w称为单位理论功。T-s图上为1-2-3-4-c-b-5-1的面积表示，压焓图上位1‘和2‘之间的长度表示。（2）冷凝过程：2-3-4为制冷剂在冷凝器中冷却和冷凝的过程，过程中压力保持不变，为冷凝温度Tk下饱和蒸汽的压力Pk。w=0，则qk=△h=h2-h4。qk13为单位冷凝热，在T-s图上用a-2-3-4-c-a的面积表示，在压焓图上用2

5、和4之间的长度表示。（1）节流过程：4-5是节流过程，压力和温度都降低，但焓值不变，并且进入两相区。（2）蒸发过程：5-1是制冷剂在蒸发器中的蒸发过程，这时被冷却物体的热量被制冷剂带走。w=0，q0=△h=h1-h5=h1-h4。q0为单位制冷量。在T-s图上用1-5-b-a-1的面积表示，在压焓图上用1和5之间的长度表示。性能指标：单级压缩蒸气制冷机理论循环的性能（1）单位制冷量q0:压缩机每输送1kg制冷剂经循环后从低温热源所吸取的热量，单位为kJ/kg。q0=△h=h1-h5=h1-h4=r0（1-x5）（2）单位容积制冷量qv:压缩机每输送1

6、m3吸气状态的制冷剂蒸气经循环从低温热源所吸收的热量。qv==。v1是制冷剂蒸气比体积。（3）理论比功w0：压缩机每输送1kg制冷剂所消耗的功。w0=h2-h1。（4）单位冷凝热qk:即单位（1kg）制冷剂在冷凝器放出的热量。qk=（h2-h3）+（h3-h4）=h2-h4则qk=q0+w0（5）制冷系数ε0：消耗单位功所获得的制冷量。ε0==。ε0越大，经济性越好。冷凝温度越高，蒸发温度越低，制冷系数越小。（6）热力完善度η：η==·。εc是指T0与Tk之间工作的逆卡诺循环的制冷系数。热力完善度越大，说明该循环接近可逆循环的程度越大。也是评价经济性

7、能的指标。制冷系数随循环的工作温度而变，只能评价相同热源温度下循环的经济性，热力完善度用力评价不同温度下工作的循环经济性。液体过冷、吸气过热和回热循环：液体过冷：将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝温度的状态。采用液体过冷有利于提高制冷量和制冷系数。增加的制冷量为△q0=h5-h5’=h4-h4’，△T为过冷度。△T越大，制冷系数提高的越多。吸气过热：压缩机吸入前的制冷剂蒸气的温度高于吸气压力下的制冷剂的饱和温度。13若过热吸收的热量来自被冷却的空间，为有效过热，会增加单位制冷量△q0=h1-h1’，循环理论功△w0也增大了，耗功量也增加。△w0=(h

8、2’-h1’)-(h2-h1)。ε‘若大于ε0则为过热有利，否则过热不利。若过热吸收的热量来自被冷却空间以外