制冷基础知识复习(部分文件)

1、蒸气压缩式制冷循环蒸气压缩式制冷循环 蒸气压缩式制冷循环蒸气压缩式制冷循环基础知识复习基础知识复习1、常用物理量和有关概念、常用物理量和有关概念2、与制冷有关的热力学定律、与制冷有关的热力学定律3、热力循环、热力循环4、液体蒸发制冷的基本原理、液体蒸发制冷的基本原理5、单级压缩制冷循环、单级压缩制冷循环1.1 质量、力和重量质量、力和重量 质量是物体所包含的物质的量，单位为质量是物体所包含的物质的量，单位为kg。 力是一个物体施加于另一个物体的推力或拉力是一个物体施加于另一个物体的推力或拉力，国际单位为力，国际单位为kg.m/s2，也可称为牛顿，也可称为牛顿，N。 重量是地球引力施加在物体上的

2、力。重量是重量是地球引力施加在物体上的力。重量是一种力而非质量（这点与日常生活中的概念一种力而非质量（这点与日常生活中的概念不同）。不同）。1.2 密度和比体积密度和比体积 密度：单位物质的质量，密度：单位物质的质量，kg/m3。 比体积（比容）：密度的倒数，比体积（比容）：密度的倒数，m3 / kg。常见物质的密度常见物质的密度 0.1MPa、4的水：的水：1000kg/m3； 0.1MPa 、0的冰：的冰：920kg/m3 ； 0.1MPa 、25的空气：的空气：1.1691kg/m3； 0.1MPa 、100的水蒸气：的水蒸气：0.59764kg/m3 ； 0.1MPa 、15的冷冻机油

3、：约的冷冻机油：约8001000kg/m3； 1.0MPa、25的液态的液态R22：1412.6kg/m3。大于润滑油的。大于润滑油的密度，如二者互溶性差，则油会浮于制冷剂液体的上方；密度，如二者互溶性差，则油会浮于制冷剂液体的上方； 1.0MPa 、25的液氨：的液氨：681.5kg/m3。小于润滑油密度，。小于润滑油密度，油在氨液下方。油在氨液下方。 物质的密度和比体积会随温度、压力而变化。物质的密度和比体积会随温度、压力而变化。气、液、固态物质的变化幅度不同。气、液、固态物质的变化幅度不同。 液体和固体的密度变化幅度小。在制冷领域液体和固体的密度变化幅度小。在制冷领域中，认为液体和固体的

4、密度始终保持不变，中，认为液体和固体的密度始终保持不变，即不可压缩。即不可压缩。 气体密度的变化幅度很大，在制冷循环中，气体密度的变化幅度很大，在制冷循环中，尽管气体始终处于肉眼不可见状态，但其密尽管气体始终处于肉眼不可见状态，但其密度可能已经变化了几倍到十几倍。度可能已经变化了几倍到十几倍。1.3 温度温度 温度指物体的冷热程度，取决于物体内部温度指物体的冷热程度，取决于物体内部分子运动的速度。分子运动的速度。 表示温度的标尺称为温标。表示温度的标尺称为温标。 常用温标为摄氏温度和绝对温度，华氏温常用温标为摄氏温度和绝对温度，华氏温度也有使用。度也有使用。1.4 压力压力 制冷工程实践中所称

5、的制冷工程实践中所称的“压力压力”与物理学与物理学“压力压力”的概念不同。的概念不同。 物理学所说的物理学所说的“压力压力”是力，单位为是力，单位为N。 制冷工程中所说的制冷工程中所说的“压力压力” 是物理学中的是物理学中的“压强压强”，即：物体在单位面积上所受到的即：物体在单位面积上所受到的垂直作用力，国际单位制单位为：垂直作用力，国际单位制单位为：N/m2，也，也叫帕斯卡，叫帕斯卡，Pa。 大气压力大气压力地球表面的大气地球表面的大气压随海拔高度和压随海拔高度和气候条件而变化。气候条件而变化。 标准大气压标准大气压1.01325105Pa。 表压：表压：压力表显示的压力。压力表显示的压力。

6、 绝对压力：绝对压力：物体受到的实际压力。物体受到的实际压力。 真空度：真空度：密闭容器内绝对压力低于大气压的差值。密闭容器内绝对压力低于大气压的差值。 如绝对压力高于大气压：为正压，是表压和大气压之和。如绝对压力高于大气压：为正压，是表压和大气压之和。 如绝对压力低于大气压：为负压，是大气压与真空度之差。如绝对压力低于大气压：为负压，是大气压与真空度之差。流体柱的压力流体柱的压力 流体包括气体和液体。流体包括气体和液体。 一定高度的流体柱可以产生一定的压力。一定高度的流体柱可以产生一定的压力。 计算公式为：计算公式为：P=gh 其中，其中，P：压力，：压力，Pa（N/m2） ：流体的密度，：

7、流体的密度，kg/m3 g：重力加速度，：重力加速度，m/s2 h：流体柱的高度，：流体柱的高度，m。U型管压力计真空压力两用表数字压力表1.5 能（或称能量） “能”以许多不同的方式存在于各种物质中。 如电能、热能、化学能、机械能、动能、势能、原子能、太阳能、地热能、潮汐能、风能、水能、生物能等等。 能的单位是焦耳，J。经典力学里，1焦耳等于施加1牛顿作用力经过1米距离所需的能量（或做的机械功）；在电磁学里，1焦耳等于将1安培电流通过1欧姆电阻1秒时间所需的能量。内部储存能和外部储存能的和，即内部储存能和外部储存能的和，即:热力学能热力学能U与与宏观运动动能宏观运动动能Ek及及位能位能EP的

8、总和。的总和。E=U+EK+EP工质的总工质的总储存能储存能E内部储存能内部储存能外部储存能外部储存能热力学能热力学能U宏观运动动能宏观运动动能Ek位能位能EP 宏观动能：宏观动能： 重力位能：重力位能： 工质的总能：工质的总能： 比总能：比总能：设工质的质量设工质的质量m、速度、速度cf、重力场中高度、重力场中高度z221fkmcE mgzEpmgzmcUEf221gzcuef221力学参数力学参数cf和和z只取决于工质在参考系中的速度和高度只取决于工质在参考系中的速度和高度1.6 能量的转化和传递能量的转化和传递 “能能” 除了可以储存在物质内部，还可以：除了可以储存在物质内部，还可以：1

9、、在各种形式之间进行转化；、在各种形式之间进行转化；2、从一个物体转移到另一个物体中。传递能、从一个物体转移到另一个物体中。传递能量有两种方式：量有两种方式：作功作功借作功来传递能量，和物体宏观位移有关。借作功来传递能量，和物体宏观位移有关。 传热传热借传热来传递能量，无需物体的宏观移动。借传热来传递能量，无需物体的宏观移动。 做功 在热力学中，除热能以外其它形式的能量在热力学中，除热能以外其它形式的能量传递都称为传递都称为“功功”。功是能的一种形式，。功是能的一种形式，因此功的单位和能相同，均为因此功的单位和能相同，均为J。 “能能”的形式多种多样，导致功的种类也的形式多种多样，导致功的种类

10、也很多，如机械功、电功、体积功等。很多，如机械功、电功、体积功等。功率 功率是做功和所用时间的比值，国际单位功率是做功和所用时间的比值，国际单位为千瓦，为千瓦，kW，即，即kJ/s，常用单位还有马力，常用单位还有马力（hp）。）。 功率常用来表达设备的工作能力，功率越功率常用来表达设备的工作能力，功率越大，做功能力越强。大，做功能力越强。热传递的三种基本方式 在传热过程中，温度不同的物体之间转在传热过程中，温度不同的物体之间转移的热能称为移的热能称为热热或者或者热量热量。 热量和功一样，都属于能量的表现形式。热量和功一样，都属于能量的表现形式。因此，单位也是因此，单位也是J。焓焓用符号用符号H

11、 H表示，单位是焦耳表示，单位是焦耳 （J J）H= H= U+pVU+pV（内能（内能+ +流动功）流动功）比焓比焓 pvuh用符号用符号h h表示，单位是焦耳表示，单位是焦耳/ /千克千克 （J Jkgkg）焓是一个状态参数。焓是一个状态参数。焓也可以表示成另外两个独立状态参数的函数。焓也可以表示成另外两个独立状态参数的函数。如：如：h=h=f(T,vf(T,v) ) 或或 h=h=f(p,Tf(p,T); h=); h=f(p,vf(p,v) )12212121hhdhhhba 1.7 焓和比焓 物质的焓取决于其热力状态和质量。处于物质的焓取决于其热力状态和质量。处于绝对零度下的静止物体

12、，其焓值为零。但绝对零度下的静止物体，其焓值为零。但焓值本身意义不大，焓差或焓变才有意义。焓值本身意义不大，焓差或焓变才有意义。 物质的温度和压力越高、质量越大，则焓物质的温度和压力越高、质量越大，则焓值越大。值越大。 极少量极少量1400的钢水，焓值可能低于的钢水，焓值可能低于90 的一大池水。的一大池水。1.8 物体的状态物体的状态及其变化及其变化 物体有三种不同物体有三种不同的存在状态：固、的存在状态：固、液、气。液、气。 常见的例子是液常见的例子是液体水，能够以固体水，能够以固体（冰）或气体体（冰）或气体（水蒸气）的形（水蒸气）的形式存在。式存在。 蒸发蒸发 沸腾沸腾液体变成气体的过程

13、叫做气化，有蒸发和液体变成气体的过程叫做气化，有蒸发和沸腾两种形式。沸腾两种形式。一个大气压下垂直铜壁上的蒸气凝结过程（中间水平管为热电偶）。左侧为珠状凝结（添加了促进剂），换热效果好，但不易实现和保持；右侧为膜状凝结，换热效果差于珠状凝结。1.9 饱和状态、过冷液体和过热蒸气饱和状态、过冷液体和过热蒸气 在在一定的压力一定的压力下，液体沸腾时的状态为饱和状态，下，液体沸腾时的状态为饱和状态，此时的压力称为饱和压力，温度为饱和温度。此时的压力称为饱和压力，温度为饱和温度。 压力固定时，该液体的饱和温度也是固定的。压力固定时，该液体的饱和温度也是固定的。 如温度低于该压力对应的饱和温度，为如温度

14、低于该压力对应的饱和温度，为过冷液体过冷液体； 如刚刚开始沸腾，则全部为如刚刚开始沸腾，则全部为饱和液体饱和液体； 如在沸腾过程中，则为如在沸腾过程中，则为饱和气液混合物饱和气液混合物； 如刚好全部变成蒸气，则为如刚好全部变成蒸气，则为饱和蒸气饱和蒸气； 如对产生的蒸气继续加热，则为如对产生的蒸气继续加热，则为过热气体。过热气体。饱和状态饱和状态 以水为例。以水为例。 已知一个标准大气压下，水的饱和温度为已知一个标准大气压下，水的饱和温度为100。则在压力保持不变的情况下则在压力保持不变的情况下：水温低于水温低于100100，是过冷液体；，是过冷液体；对其加热使之刚好到达对其加热使之刚好到达1

15、00100，是饱和水，是饱和水 ；继续加热，但没有完全变成水蒸气，是饱和气液混继续加热，但没有完全变成水蒸气，是饱和气液混合物；合物；刚好全部变成水蒸气，是饱和蒸气；刚好全部变成水蒸气，是饱和蒸气；对形成的水蒸气继续、加热使其温度高于对形成的水蒸气继续、加热使其温度高于100100，是过热蒸气。是过热蒸气。 液体所处压力变化时，相对应的沸点也随之变液体所处压力变化时，相对应的沸点也随之变化，饱和压力和饱和温度一一对应。化，饱和压力和饱和温度一一对应。1.10 显热 对物质加热或者从中移走热量时，对物质加热或者从中移走热量时，如果物质的温度发生了变化、但状态不变，如果物质的温度发生了变化、但状态

16、不变，则该物质吸收或释放的热量称为显热。则该物质吸收或释放的热量称为显热。如何计算显热？如何计算显热？ 物质的比热物质的比热c：使：使1kg15的该物质温度变的该物质温度变化化1所需要的热量。所需要的热量。 水的比热约为水的比热约为4.2kJ/（kg .），冰为），冰为2.1kJ/（kg .），水蒸气为），水蒸气为2.0kJ/（kg .），）， 。 由比热的定义知道：使由比热的定义知道：使m公斤的物质温度公斤的物质温度变化变化t 所需要的热量所需要的热量Q为：为： Q=c.m.t (kJ)1.11 潜热潜热 反之，对物质加热或者从中移走热量时，反之，对物质加热或者从中移走热量时，如果物质的温度

17、不变、但状态发生了变化，如果物质的温度不变、但状态发生了变化，则该物质吸收或释放的热量称为潜热。则该物质吸收或释放的热量称为潜热。 液固之间的相变潜热小于液气之间的相变液固之间的相变潜热小于液气之间的相变潜热。蒸气压缩式制冷就是利用液气之间潜热。蒸气压缩式制冷就是利用液气之间的相变潜热来制冷。的相变潜热来制冷。凝华潜热凝华潜热升华潜热升华潜热蒸发潜热蒸发潜热汽化潜热汽化潜热凝结潜热凝结潜热融解潜热融解潜热熔化潜热熔化潜热冻结潜热冻结潜热 蒸气压缩式制冷循环蒸气压缩式制冷循环基础知识复习基础知识复习1、常用物理量和有关概念、常用物理量和有关概念2、与制冷有关的热力学定律、与制冷有关的热力学定律3

18、、热力循环、热力循环4、液体蒸发制冷的基本原理、液体蒸发制冷的基本原理5、单级压缩制冷循环、单级压缩制冷循环2.1 热力学第一定律：即能量守恒定律。热力学第一定律：即能量守恒定律。 自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态转变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量转变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量的总量保持不变。的总量保持不变。能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一。能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一。不耗费能源就能运行的发动机称为第一类永动机。不耗费能源

19、就能运行的发动机称为第一类永动机。2.2 热力学第二定律 热力学第二定律的表述方法很多，常见表述有：热力学第二定律的表述方法很多，常见表述有：单热源的热机是单热源的热机是不存在不存在的，即利用一个热源是无法完的，即利用一个热源是无法完成循环过程的。只利用一个热源就可以一直做功的发成循环过程的。只利用一个热源就可以一直做功的发动机称为第二类永动机，也是不能实现的。动机称为第二类永动机，也是不能实现的。 制冷中可以这样说制冷中可以这样说： 热量热量不可能不可能自发地、不付代价地、从一个低温物自发地、不付代价地、从一个低温物体传到另一个高温物体。体传到另一个高温物体。 如果要实现这样一个反向的过程，

20、就必须要有一如果要实现这样一个反向的过程，就必须要有一个个消耗能量消耗能量的补偿过程。的补偿过程。耗功水泵 低处高处水往低处流耗功制冷系统（热量的泵）需要制冷的低温空间高温的外界环境制冷量（即：需要带走的热量）散热量（制冷量和耗功之和）热往冷处走热量不能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体，必须耗功才能实现热量从低温到高温的传递过程。 根据热力学第二定律，一切与热现象有关根据热力学第二定律，一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。的实际过程都是不可逆的。 高温物体能自动地将热量传给低温物体，高温物体能自动地将热量传给低温物体，但低温物体不能自动地将热量传给高温物体。但低温物体不能自动地将热

21、量传给高温物体。 气体能自动地向真空膨胀，但气体不能自气体能自动地向真空膨胀，但气体不能自动收缩。动收缩。 以上事实表明热力学过程进行具有方以上事实表明热力学过程进行具有方向性。向性。热力学过程的初态和终态之间存在热力学过程的初态和终态之间存在重大性质的差别。重大性质的差别。 系统的这种性质可以用一个物理量：系统的这种性质可以用一个物理量：态函数态函数“熵熵”来描写。来描写。 物质所吸收的热量与其温度的比值为熵，用物质所吸收的热量与其温度的比值为熵，用S表示，表示，单位为单位为kJ/K。 熵是物质的热力学状态参数。熵是物质的热力学状态参数。p、T状态状态下的比熵为下的比熵为 比熵是单位物质的熵

22、，用比熵是单位物质的熵，用s表示，单位为表示，单位为kJ/（kg.K)。Tqdsrev其中，其中，qqrevrev是可逆过程的换热量，是可逆过程的换热量，T T为热源温度为热源温度 TpTpTpTpTqss、00001 1、00对应的饱和压力下，由液体和蒸气的比焓对应的饱和压力下，由液体和蒸气的比焓值可知值可知00时，饱和水蒸气的汽化潜热为：时，饱和水蒸气的汽化潜热为： 2500.77-2500.77-（-0.04-0.04）= 2500.8 kJ/kg= 2500.8 kJ/kg温度温度t，绝对压绝对压力力p，kPa比容比容v, m3/kg比焓比焓h, kJ/kg比熵比熵s, kJ/(kg.

23、K)vlvghlhgslsg00.61120.001000206.143-0.04(假定值假定值)2500.77-0.0001(假定值假定值)9.155350.87250.001000147.03321.022509.950.07629.0244101.22800.001000106.32942.012519.120.15118.8995R718(水水)在饱和状态下的热力性质在饱和状态下的热力性质2 2、按照过程前后比熵变化值的定义式，可得、按照过程前后比熵变化值的定义式，可得00时时 饱和水蒸气的比熵。饱和水蒸气的比熵。 kJ/(kg.K)1553. 915.27308 .25000001. 0-绝对温度ssCliquid,0Cvapor,0）（换热过程中的潜热）换热量（此时即为气化温度温度t，绝对压绝对压力力p，kPa比容比容v, m3/kg比焓比焓h, kJ/kg比熵比熵s, kJ/(kg.K)vlvghlhgslsg00.61120.001000206.143-0.042500.77-0.00019.155350.87250.001000147.03321.022509.950.07629.0244101.22800.001000106.32942.012519.120.15118.8995R718(水水)在饱和状态下的