2011年制冷原理及设备全面教学讲义

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1、制冷原理及设备谈起制冷大家就会联想起冷和热的关系，但冷和热仅仅说明物体温度高或低，在本质上无什么区别，均是分子热运动的关系，也就是说大量分子无规则的运动，冷表示物体内部热量减少，分子热运动的减弱，热表示物体内部热量的增加，表示分子热运动的激烈。所以制冷实质上就是使物质内部热量的减少，分子热运动的减弱，但如何达到此目的而获得冷呢?这就是我们所要说的制冷原理。首先回想一下日常生活中例子：如酒精擦手或游泳上岸时有冷的感觉，出汗时用风扇吹也感到很冷，这些例子均说明一个问题，即液体汽化时吸收了皮肤(即被冷却物体)上的热量而造成的。也就是皮肤上失去了热量，而液体得到了热量

2、而蒸发(汽化)。但为什么液体汽化的时候，被冷却物体的温度就下降?从分子角度来解释：当液体汽化时，分子之间的距离越来越大，而液体的液分子在脱离液体时，必须克服分子间的吸引力而做功，那么做功就需要一定的能量，但这些做功的能量靠什么来供给，毫无疑问靠外界热量即被冷却物体，或靠本身热量来使液体变成汽体所需的内能。由于被冷却物体提供了热量，使液体在物体中汽化，而吸收了大量的汽化潜热，导致被冷却物体的温度下降。通过上述得知，利用低沸点的液体物质，吸热汽化是基本的制冷原理，但很不全面。因为它无法保持温度的稳定性，而且浪费液体。为了克服此点，就必须把低沸点的液体(如制冷剂)回

3、收循环利用，就必须循环热力学的第二定律的规律。热力学第二定律指出“热量能自发地从高温物体传向低温物体，而绝不可能从低温物体传向另一个高温物体”说明了热量交换的方向性。例如水，它们不能自发的从低处向高处运动(必须注意自发两字)，如果外界给于一个力(如水泵)，水就能改变运动方向，但必须消耗外功(即补偿)。从上例说明，热量并非绝对不能由低温物体传向高温物体，需要给它一个补偿过程，即消耗功，就能实现制冷。绪论从示意图说明：被冷却物体(即食物、空气、水)，被蒸发器内的低沸点制冷剂液体吸热蒸发，再经压缩机外功补偿，而传给冷凝器放出热量。它整个传递过程由低温热源传向高温热源

4、，但必须消耗外功。即：QK=Qo+AIQl广冷凝器放出的热量Q蒸发器吸收被冷却物体的热量Al——压缩机耗功的热量从理论上讲，蒸发器吸收的热量应等于冷凝器放出的热量，也就是说，1公斤蒸汽液化放出的热量等于同一温度下，1公斤液体汽化时所吸收的热量。即QK=Q。通过上述得出结论：制冷基本原理——在热力学第二定律基础上，利用某些低沸点的物质(制冷剂)在低温下吸热汽化(循环相变)。如果要实现低温物体的热量转移到另一个高温物体中去，就必须消耗外功，热量才能反自然的倒流，从而使被冷却物体的温度下降到比环境介质温度更低。图l制冷中低温物体传向高温物体示意图制冷过程制冷过程

5、和制冷原理是两种不同的概念。制冷过程主要叙述制冷循环中的工作过程。实质上制冷循环就是一个相变过程。所谓相变过程，就是从一相(固相、液相、汽相)，通过加热或冷却来改变分子结构，而转变为另一相的过程。制冷循环中的物质，就是我们平时所说的工作物质(简称工质、制冷剂)，它是利用本身制冷剂汽化、凝结的相变，并在相变过程中与外界进行交换，时而吸热(液体变成了汽体)，时而放热(气体变成了液体)。主要原因是加热、冷却后分子结构改变的结果。制冷设备四大件中的冷凝器，主要作用是释放出被冷却物体的热量(食品或介质)和压缩机压缩时的热量，热量释放过程是以冷却介质(水或空气)冷却来改

6、变分子结构，使气体转变成液体，在转变过程中放出二种热；即潜热和显热，但以潜热为主。所谓潜热是指：物质在吸、放热过程中，温度不变，而集态发生相变，在相变过程中有热量交换。例如烧开水时，烧到100℃时水才沸腾，如果继续烧还是100℃，此时温度不变。但水从液态相变成汽态。而冷凝器在冷凝过程中，如同烧开水，制冷剂的冷凝温度不变，而汽变成液，所以放出的是潜热。所谓显热是指，物质在吸、放热过程中，集态不变，温度发生了变化，这种吸收或放出的热量称为显热。例如烧水时，从冷水烧到100℃的过程中，水温度变化了，但水还是水。即温度变了，而相不变。冷凝器在冷却过程中由过热蒸汽变成饱

7、和干蒸汽而温度下降。所以冷却过程是放出的显热。而冷凝器在过热过程中，同样放出的是显热。即饱和液体变成了过冷液体相不变，而温度在下降变化。通过上述得知：冷凝器在放热过程中由：冷却过程冷凝过程过冷过程。冷凝器放出的热由显热潜热显热。冷凝放热过程中的变化由：过热蒸汽转变成饱和干蒸汽饱和干蒸汽转变成饱和液体饱和液体转变成过冷液体。基本概念制冷：利用人工的方法，把某物体或某空间的温度降低到低于周围环境的温度，并使之维持在这一低温的过程。实质：将热量从被冷却对象中转移到环境中制冷技术就是研究人工冷却的一门科学。研究内容包括：制冷过程、制冷过程热力学和传热学原理，以及制冷机

8、器与设备的制造、性能、操作与控制、故障