热力学和制冷基础知识

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1、热力学与制冷基础知识一、常用物理量及其概念要理解制冷原理需要一些基础的物理知识。在本节中，我们将讲解一些常用物理量并举一些简单的应用例子。所涉及到的内容不能代替物理课程，但足够我们用了。对于有较好的物理学基础的人来说，这一节可以作为复习，甚至可以省略。（一）质量、力和重量物体的质量是它所包含的物质的量。国际单位用千克。力是一个物体施加于另一个物体的推力或拉力。力的国际单位为牛顿。物体的重量是地球引力施加在物体上的力。也就是说，重量是一种力而不是质量。然而，在生活中，重量常用来表示物体的质量，因此质量和重量常发生混淆。但是，当我们用千克

2、力为单位表示重量时，在数值上与质量是相同的，因此在计算中应该不会发生错误。在任何情况下，问题的本质通常会显示出究竟我们考虑的是质量还是重量。（二）密度、比容和比重密度（d）是某种物质单位体积的质量（m），比容（v）是密度的倒数。即：式中V为体积。物质的密度和比容会随着温度和压力的变化而变化，尤其是液体和气体。液体的比重定义为它的密度与相同体积的4℃的水的密度的比值。4℃的水的密度为1000kg/m3，所以比重为式中d：物质的密度，kg/m3；dw是4℃的水的密度，kg/m3。质量、密度和比容都是物质的物理特性。对于制冷过程来说还有其它

3、一些重要的物理性质的量，即：压力、温度、焓和比热。（三）压力、绝对压力、表压、真空压力、液柱压力和水汽分压压力定义为施加在单位面积上的力。用公式的形式来表达就是：如果力的单位为牛顿，面积的单位用平方米，则压力的单位为牛/米2（N/m2）。在国际单位制中，压力的单位为帕斯卡（Pa），1帕斯卡（Pa）=1牛/米2（N/m2）。然而在制冷工作中还经常会用到许多其它的压力单位，如毫米汞柱、巴（bar）和大气压，附录中列出了这些单位之间的相互转化。绝对压力、表压和真空度我们定义绝对真空的空间里压力为零，在这个零值之上由流体产生的压力称为绝对压力

4、（Pabs）。大气层中的空气由于它们的重量而产生了施加在地球表面上的压力，称为大气压（Patm）。一个标准大气压（1atm）一般用施加在海平面上的大气压力来衡量，经过测量得出这个数值大约等于1.01×105N/m2。根据天气条件的变化这个数值会略有变化。随着海拔高度的增加，大气压会下降，这是由于它上面的空气的重量减小了。例如在西藏地区的大气压就比北京地区的大气压低。测量压力的工具通常是用来测量流体的压力与大气压之间的差值，而不是流体的绝对压力。测出的高于大气压的压力称为表压Pg。绝对压力、表压和大气压之间的关系如下：表压使用起来很方便

5、，因为大多数的压力测量仪器是以大气压的读数为零度来进行校准的。当一种流体产生的压力低于当地大气压时，这个压力与大气压之间的差值就称为真空压力或真空度（Pvac）。绝对压力、大气压和真空度之间的关系如下：有些压力表可以同时读出真空压力和表压，称为复合压力表，复合压力表在制冷工作中特别有用，因为在压缩机的吸收管路中，压力常低于大气压。在实际应用中，我们经常会与遇到用液柱的高度来表示的压力（比如mmHg）。液柱压力液体由于它本身的重量可以产生压力，而重量又取决于液柱的高度。产生的压力与液柱高度之间的关系如下：式中：液体施加的压力；：液体的密

6、度；：液柱的高度。液体柱高度和压力之间的这种关系被用来制造一种用液柱来测量压力的仪器，称为流体（气体）压力计或U型压力计。如果施加在压力计U型管两端的压力相同，都是大气压，则液面保持在同一水平；如果一端与容器相连，容器中的压力高于大气压，则与容器相连接的一端液面较低；如果容器中的压力低于大气压（真空压力），则与容器相连接的一端液面较高。气压计是一种特殊的压力计，用来测量大气压力，所使用的液体是汞。管中抽成真空以使得汞柱一端没有任何空气压力，由于有大气压施加于汞柱的底端，所以汞柱上升的高度就表示了大气压。液压柱或气压柱用液压柱或气压柱为

7、单位来表示压力是很方便的，液压柱或气压柱就相当于公式1-7中所示的液柱高度H。在某些场合中，我们可以用760毫米汞柱来表示大气压，取代1.03kg/cm.2。也就是说我们可以用公式将其它的压力单位转化为液柱来表示，这种转换关系也可以从附录中查得。任何气体在分子运动时都具有一定的压力。湿空气由干空气和水汽组成，它们都具有各自的压力，叫做分压力，二者之和组成空气的总压力。水汽分压力的大小反映了空气中含水汽量的多少，水汽的最大压力称为对应温度下水汽饱和压力。空气温度越高，则空气中水汽的饱和压力越大，空气中水汽达到饱和分压力，则空气不再吸收水

8、分，称为饱和空气。（四）功、功率和能（量）功是当移动一个物体时，施加在它上面的力所产生的效果。可以用下面的公式来表示：在国际单位制中，功的单位是焦尔（J），1牛顿的力使物体移动1米所做的功为1焦尔，也就是说：1J=1N.