制冷与低温技术原理 1 绪论

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1、返回目录1绪论制冷和低温技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。在长期的生产实践和日常生活中，人们发现许多现象与温度有密切关系。人体对温度相当敏感。炎热条件下希望降温以提供适宜的工作和生活环境。所有生物过程都受温度影响，低温抑制食品发酵、霉菌的增殖，对食品保鲜起重要作用。材料的某些重要特性与温度有关：如机械材料具有冷脆性，塑料、橡胶也有同样的性质；又如金属的导电性随温度下降而提高，有些纯金属或合金当温度降到某一数值时出现超导性，人为地利用这些特性，需要人工创造低温环境。通过降温产生物态变化，可以使混合气体分离、气体液化。扩

2、散和化学反应与温度也有直接关系，许多生产工艺过程中温度对产品性能和质量有很大影响。空间和遥感遥控技术更是与制冷技术紧密联系，等等。综上所述，随着科学技术的发展以及人民生活水平的不断提高，制冷和低温技术在工业、农业、国防、建设、科学研究等国民经济各个部门中的作用和地位日益重要。1.1制冷的定义制冷是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将物体冷却，使其温度降低到环境温度以下，保持并利用这个温度。按照所获得的温度，通常将制冷的温度范围划分为以下几个领域：120K以上，普冷；（120~0.3）K，深冷（又称低温）；0.3K以下，极低温。由于温

3、度范围不同，所采用的降温方式，使用的工质、机器设备以及依据的具体原理有很大差别。1.2制冷和低温技术的研究内容、应用及发展历史1.2.1研究内容研究内容可以概括为以下四个方面：（1）研究获得低于环境温度的方法、机理以及与此对应的循环，并对循环进行热力学的分析和计算。（2）研究循环中使用的工质的性质，从而为制冷机和低温装置提供合适的工作介质。因工质在循环中发生状态变化，所以工质的热物理性质是进行循环分析和计算的基础数据。此外，为了使这些工质能实际应用，还必须掌握它们的一般物理化学基础。（3）研究气体的液化和分离技术。例如液化氧、氮、氢、

4、氦等气体，将空气或天然气液化、分离，均涉及一系列的制冷和低温技术。（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，第四方面涉及具体的设备和装置。1.2.2应用这种技术最早用来保存食品和降低房间温度。随着技术和社会文明的进步，其应用几乎渗透到各个生产技术、科学研究领域，并在改善人类的生活质量方面发挥巨大作用。（1）商业及人民生活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

5、、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。舒适性空气调节为人们创造适宜的生活和工作环境。如家庭、办公室用的局部空调装置或房间空调器；大型建筑、公共场所、车站、机场、宾馆、商厦、影剧院、游乐厅、办公楼等使用的集中式空调系统；

6、各种交通工具，如轿车、客车、飞机、火车、船舱等的空调设施；文物保藏环境的空气调节装置等等。体育、游乐场所除采用制冷提供空气调节外，还用于建造人工冰场。我国人工冰场原集中在东北、华北。现在南方城市也相继建造了新型人工冰场，如广州溜冰俱乐部，冰场面22积1000m，年上冰人次已达20万；上海杰美体育中心的室内冰场，面积达1200m。（2）工业生产及农牧业许多生产场所需要生产用空气调节系统，例如：高温生产车间、纺织厂、造纸厂、印刷厂、胶片厂、精密仪器车间、精密加工车间、精密计量室、计算机房等的空调系统，为各生产环境提供恒温恒湿条件，以保证产

7、品质量或机床、仪表的精度。机械制造中，对钢进行低温处理，可以改变其金相组织，使奥氏体变成马氏体，提高钢的硬度和强度。在机器的装配过程中，利用低温进行零件的过盈配合。化学工业中，借助于制冷，使气体液化、混合气分离，带走化学反应中的反应热。盐类结晶、润滑油脱脂、石油裂解、合成橡胶、生产化肥均需要制冷。在钢铁工业中，高炉鼓风需要用制冷的方法先除湿，再送入高炉，以降低焦铁比，提高铁水质量。在农牧业中，利用低温对农作物种子进行低温处理；保存良种牲口的精液，以便进行人工授精。在交通运输业中，已有采用压缩天然气的汽车。因液化天然气存储体积小，能量密

8、度大，今后液化天然气的发展必定更具优势。（3）建筑工程在挖掘矿井、隧道、建造江河堤坝时，或者在泥沼、沙水中掘进时，采用冻土法保持工作面，避免坍塌和保证施工安全。拌合混凝土时，用冰代替水，借冰的熔化热补偿水泥的固化反应热，