制冷的热力学基础.ppt

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1、第一节　相变制冷第二节　气体膨胀制冷第三节　其它制冷方式第四节　制冷热力学特性分析主要内容相变制冷：利用液体在低温下蒸发吸热或固体在低温下融化或升华吸热来制冷,如蒸气压缩式制冷和吸收式制冷绝热膨胀制冷：高压气体经绝热膨胀降低温度吸热来制冷气体涡流制冷：高压气体经涡流管膨胀后可分离为热、冷两股气流，利用冷气流吸热即可制冷热电制冷：直流电通过半导体热电堆，即可在一端产生冷效应，在另一端产生热效应，利用冷端吸热即可制冷引言：主要制冷方法第一节　相变制冷相变制冷的原理及特点相变：物质集聚态（气态、液态或固态）的变化相变潜热：物质发生相变时，由于分子重新

2、排列和分子热运动速度改变，必然伴随着吸收或放出一定的热量，这种热量称为相变潜热相变制冷：利用物质由质密态到质稀态的相变（融化、蒸发、升华）时的吸热效应达到制冷目的第一节　相变制冷固体融化制冷制冷技术中常用纯水冰、冰盐、共晶冰、相变材料或气体水合物的融化过程来制冷，无法连续制冷纯水冰：在标准大气下，融化温度为273.15K，融化潜热为335kJ/kg，实现0度以上的制冷冰盐：冰和盐类的混和物，实现0度以下的制冷共晶冰：由共晶溶液冰结而成的冰，用于冷藏食品（0度以下融化）或空调蓄冷（0度以上融化）图2.1水的相平衡图图2.2CO2的相平衡图第一节　

3、相变制冷第一节　相变制冷第一节　相变制冷固体升华制冷目前使用得最多的固体升华制冷剂是CO2，N2，Ne，ArCO2：在标准大气下，升华温度为-78.5度，升华潜热为573.6kJ/kg。升华后的低温CO2若再升温到０度，则总的制冷量为646.4kJ/kg，其单位质量制冷能力是冰的1.9倍，单位容积制冷能力是冰的2.95倍第一节　相变制冷液体汽化制冷利用液体汽化过程的吸热效应来制冷，制冷剂是流体（液体或气体），可以构筑制冷循环实现连续制冷制冷循环的四个基本过程：１、制冷剂液体在低温下蒸发，成为低压蒸气；２、将低压蒸气提高压力，使之成为高压蒸气；３

4、、将高压蒸气冷凝，使之成为高压液体；４、将高压液体降低压力，使之重新变为低压液体返回过程１，从而完成循环典型的制冷循环：蒸气压缩式、吸收式、吸附式、蒸气喷射式图2.3蒸气压缩式制冷系统简图第一节　相变制冷液体汽化制冷蒸气压缩式制冷循环：以消耗电能或机械能为能量补偿，通过压缩机对低压气体做功，使之压力升高第一节　相变制冷液体汽化制冷蒸气吸收式制冷循环：通过液体吸收剂对制冷剂蒸气进行吸收，再利用驱动热源加热吸收工质对，来产生较高压力和温度的制冷剂蒸气图2.6蒸气吸收式制冷系统图第一节　相变制冷液体汽化制冷蒸气吸附式制冷循环：通过固体吸附剂对制冷剂蒸

5、气进行吸收，再利用驱动热源加热吸附工质对，来产生较高压力和温度的制冷剂蒸气图2.7间歇型吸附式制冷系统的原理图第一节　相变制冷液体汽化制冷蒸气喷射式制冷循环：使用热能作为驱动能源，利用喷射器实现从蒸发器中抽取蒸气并压缩到高压图2.9蒸气喷射式制冷系统图第二节　气体膨胀制冷气体膨胀制冷的原理及特点在气体低温制冷机和气体液化装置中，普遍采用气体膨胀的方法获得低温气体膨胀制冷主要分为四种方式：１、气体经节流阀膨胀，称为绝热节流，节流前后焓值不变；２、高压气体在膨胀机内等熵膨胀，温度降低，对外输出功；３、气体等温膨胀，从外界吸热；４、绝热放气，容器内的

6、存留气体温度下降第二节　气体膨胀制冷等焓节流膨胀制冷等焓节流过程：定义：节流是高压流体在稳定流动中，遇到缩口或调节阀门等阻力元件时由于局部阻力产生，压力显著下降的过程。特点：在工程上节流过程进行得很快，近似作为绝热过程处理，前后的比焓值不变，是不可逆过程，熵必定增大。对于处于气液两相区的单一物质，节流后温度总是降低的；对于理想气体，焓是温度的单值函数，所以绝热节流前后焓值不变，温度也不变；对于实际气体，焓是温度和压力的函数，绝热节流后温度降低、升高和不变３种情况都可能出现第二节　气体膨胀制冷等焓节流膨胀制冷实际气体的节流效应：微分节流效应（焦耳

7、－汤姆逊系数）：实际气体节流时，温度随微小压降而产生的变化，用下式表示：积分节流效应：当压降为一有限数值时，整个节流过程产生的温度变化，用下式表示：第二节　气体膨胀制冷等焓节流膨胀制冷实际气体的节流效应：物理解释：由于节流前后焓值不变，所以节流前后的内能变化等于进出推动功的差值：u2-u1=p1v1-p2v2气体的内能包括内动能和内位能两部分，而气体温度是降低升高还是不变，仅取决于气体内动能是减小、增大还是不变当p1v1

8、时，u2＝u1，即节流后内能不变，此时内位能的增加等于内动能的减少，节流后气体温度仍然降低第二节　气体膨胀制冷等焓节流膨胀制冷实际气体的节流效应：物理