第一章制冷原理ppt课件

1、 自然界中的一切物质都具有能量，能量不能自然界中的一切物质都具有能量，能量不能够被发明，也不能够被消灭；但能量可以从一够被发明，也不能够被消灭；但能量可以从一种形状转变为另一种形状，且在能量的转化过种形状转变为另一种形状，且在能量的转化过程中能量的总量坚持不变。程中能量的总量坚持不变。 能量守恒与转换定律是自然界根本规律之一。能量守恒与转换定律是自然界根本规律之一。1.11.1制冷与低温原理的热力学根底制冷与低温原理的热力学根底1.1.热力学第一定律热力学第一定律工质的总储存能工质的总储存能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总能总能动动 能能位位 能能 E E总能，总能，

2、 Ek Ek 动能动能 Ep Ep 位能位能 E=U+Ek+Ep (1-2) E=U+Ek+Ep (1-2) 内部储存能和外部储存能的和，即热力学能与宏观内部储存能和外部储存能的和，即热力学能与宏观 运动动能及位能的总和运动动能及位能的总和 。工质的总能工质的总能mgzmcUEf221(1-3) 宏观动能宏观动能 221fkmcE 重力位能重力位能mgzEp假设工质质量假设工质质量m m，速度，速度cfcf，重力场中高度，重力场中高度z z力学参数力学参数cfcf和和z 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gzcuef221(1-4) 比总能比总能因工质在开口

3、系统中流动而传送的功。因工质在开口系统中流动而传送的功。对开口系统进展功的计算时需求思索这种功。对开口系统进展功的计算时需求思索这种功。推进功只需在工质挪动位置时才起作用。推进功只需在工质挪动位置时才起作用。推进功推进功传热传热借传热来传送能量无需物体的宏观挪动。借传热来传送能量无需物体的宏观挪动。 作功作功借作功来传送能量总和物体宏观位移有关。借作功来传送能量总和物体宏观位移有关。 能量从一个物体传送到另一个物体有两种方式能量从一个物体传送到另一个物体有两种方式2.2.能量的传送和转化能量的传送和转化 进入系统的能量进入系统的能量- -分开系统的能量分开系统的能量= =系统中储存能量的添加系

4、统中储存能量的添加 (1-10) (1-10) 4.1 4.1 闭口系统的能量平衡闭口系统的能量平衡4 4热力学第一定律的根天性量方程式热力学第一定律的根天性量方程式 工质从外界吸热工质从外界吸热Q Q后从形状后从形状1 1变化到变化到2 2，对外作功，对外作功W W。假。假设工质宏观动能和位能的变化忽略不计，那么工质储设工质宏观动能和位能的变化忽略不计，那么工质储存能的添加即为热力学能的添加存能的添加即为热力学能的添加U U 12UUUWQWUQ(1-11) 热力学第一定律的解析式热力学第一定律的解析式 图图1-6 1-6 喷管能量转换喷管能量转换 图图1-5 1-5 换热器能量平衡换热器能

5、量平衡 工质流经换热器时和外界工质流经换热器时和外界有热量交换而无功的交换，有热量交换而无功的交换，动能差和位能差也可忽略动能差和位能差也可忽略不计不计 1kg1kg的工质吸热量的工质吸热量 12hhq1kg1kg工质动能的添加工质动能的添加 212122)(21hhccff工质流经喷管和扩压管工质流经喷管和扩压管时不对设备作功时不对设备作功 ，热，热量交换可忽略不计量交换可忽略不计 研讨与热景象相关的各种过程进展的方向、条研讨与热景象相关的各种过程进展的方向、条件及限制的定律件及限制的定律 热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体温物体 1.1.

6、制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析 热力学循环热力学循环 正向循环正向循环 热能转化为机械功热能转化为机械功 逆向循环逆向循环 耗费功耗费功 循环除了一二个不可防止的不可逆过程外其循环除了一二个不可防止的不可逆过程外其他均为可逆过程。可逆循环是理想循环。他均为可逆过程。可逆循环是理想循环。 理想循环理想循环2.2.热力学第二定律热力学第二定律p p、T T形状下的比熵定义为形状下的比熵定义为 TpTpTpTpTqss、0000(1-33) 2.2.热源温度不变时的逆向可逆循环热源温度不变时的逆向可逆循环 逆卡诺循环逆卡诺循环 “冷源指需冷却的空间冷源指需冷却的空间“热源那么指制冷机放热的

7、对象热源那么指制冷机放热的对象当高温热源和低温热源随着过程的进展温度不变当高温热源和低温热源随着过程的进展温度不变时，具有两个可逆的等温过程和两个等熵过程组成时，具有两个可逆的等温过程和两个等熵过程组成的逆向循环。的逆向循环。 在一样温度范围内，它是耗费功最小的循环，在一样温度范围内，它是耗费功最小的循环，即热力学效率最高的制冷循环，由于它没有任何即热力学效率最高的制冷循环，由于它没有任何不可逆损失。不可逆损失。 没有一个制冷系统的制冷系数可大于一样温限下任没有一个制冷系统的制冷系数可大于一样温限下任务的卡诺制冷机，否那么就可以制造第二类永动机。要务的卡诺制冷机，否那么就可以制造第二类永动机。

8、要到达一样的制冷效应，一切实践的制冷机都要比卡诺制到达一样的制冷效应，一切实践的制冷机都要比卡诺制冷机破费更多的功。冷机破费更多的功。 热力学第二定律的推论之一热力学第二定律的推论之一1.2 1.2 制冷与低温温区的划分制冷与低温温区的划分 1.1.制冷与低温温区的划分制冷与低温温区的划分 “冷相对于环境温度而言，普通是指环境冷相对于环境温度而言，普通是指环境温度至绝对零度。温度至绝对零度。 经过经过123123来分界温区来分界温区制冷温区制冷温区 123K123K以上以上低温温区低温温区 123K123K以下以下制制冷冷经过一定的方式将物体冷却到环境温度以下。经过一定的方式将物体冷却到环境温

9、度以下。制冷的温度范制冷的温度范围是从环境温围是从环境温度开场，不断度开场，不断可达接近绝可达接近绝对零度即对零度即0 0图图1-171-17低温温度范围低温温度范围 2.2.制冷与低温技术的开展历史制冷与低温技术的开展历史 ( (一一) )制冷技术的开展历史制冷技术的开展历史 人工制冷的方法是随着工业革命而开场的。人工制冷的方法是随着工业革命而开场的。空气制冷机的发明比蒸气紧缩式制冷机稍晚。空气制冷机的发明比蒸气紧缩式制冷机稍晚。空调技术的运用起始于空调技术的运用起始于19191919年。年。 制冷在空调中的作用制冷在空调中的作用 (1)(1)干式冷却干式冷却 (2)(2)减湿冷却减湿冷却

10、(3)(3)减湿与干式冷却混合方式减湿与干式冷却混合方式 1 1. . 空气调理空气调理图图1-26 1-26 制冷与空调的关系制冷与空调的关系 制冷和空调制冷和空调的关系相互的关系相互联络又独立联络又独立3 3、制冷的根本运用、制冷的根本运用根据对食品处置方式不同，食品低温处置工艺根据对食品处置方式不同，食品低温处置工艺可分三类：可分三类： (1) (1) 食品的冷藏与冷却食品的冷藏与冷却 (2) (2) 食品的冻结与冻藏食品的冻结与冻藏 (3) (3) 冷冻枯燥冷冻枯燥 2 2 食品冷冻与冷藏食品冷冻与冷藏研讨低温对生物体产生的影响及运用的学科。研讨低温对生物体产生的影响及运用的学科。 低

11、温生物学低温生物学研讨温度降低对人类生命过程的影响，以及研讨温度降低对人类生命过程的影响，以及低温技术在人类同疾病作斗争中的运用的学科。低温技术在人类同疾病作斗争中的运用的学科。 低温医学低温医学低温生物医学低温生物医学 低温生物学和低温医学的统称。低温生物学和低温医学的统称。 3 3. . 低温生物医学技术低温生物医学技术典型运用例子典型运用例子 (1)(1)细胞组织程序冷却的低温保管细胞组织程序冷却的低温保管 (2)(2)超快速的玻璃化低温保管方法超快速的玻璃化低温保管方法(3)(3)利用低温器械使病灶细胞和组织低温损伤利用低温器械使病灶细胞和组织低温损伤 而坏死的低温外科。而坏死的低温外

12、科。 微波激射器必需冷到液氮或液氦温度微波激射器必需冷到液氮或液氦温度, ,以使放大以使放大器元素原子的热振荡不至于严重干扰微波的吸器元素原子的热振荡不至于严重干扰微波的吸收与发射。收与发射。 超导量子干涉器即超导量子干涉器即SQUIDs,SQUIDs,被用在相当灵敏的被用在相当灵敏的数字式磁力计和伏安表上。数字式磁力计和伏安表上。在在MHDMHD系统、线性加速器和托克马克安装中，超系统、线性加速器和托克马克安装中，超导磁体被用来产生强磁场。导磁体被用来产生强磁场。4 4. . 低温电子技术低温电子技术 运用与超导电性有关的运用与超导电性有关的MeissnerMeissner效应效应, ,用磁

13、场替用磁场替代油或空气作光滑剂代油或空气作光滑剂, ,可以制成无磨擦轴承。可以制成无磨擦轴承。 在船用推进系统中在船用推进系统中, ,无电力损失的超导电机已获无电力损失的超导电机已获得运用。得运用。 偏向极小的超导陀螺也曾经被研制出来。偏向极小的超导陀螺也曾经被研制出来。 时速时速500km/h500km/h的低温超导磁悬浮列车曾经在日本的低温超导磁悬浮列车曾经在日本投入实验运转。投入实验运转。 5 5. . 机械设计机械设计 采用红外光学镜头可以拍摄采用红外光学镜头可以拍摄热源外形，并可以对热源进展跟热源外形，并可以对热源进展跟踪。一些红外资料往往任务在踪。一些红外资料往往任务在120K12

14、0K以下的低温下，使得热源遥以下的低温下，使得热源遥感信号更为明晰，为了拍摄高灵感信号更为明晰，为了拍摄高灵敏度的信号往往需求更低的温度。敏度的信号往往需求更低的温度。 普通红外卫星需求普通红外卫星需求70-120K70-120K的低的低温，往往经过斯特林制冷机、脉冲控温，往往经过斯特林制冷机、脉冲控制冷机、辐射制冷器来实现。制冷机、辐射制冷器来实现。 空间远红外观测那么需求空间远红外观测那么需求2K2K以下以下的温度，往往经过超流氦的冷却技术的温度，往往经过超流氦的冷却技术来实现。来实现。 6 6. . 红外遥感技术红外遥感技术炼钢时氧起到某些重要的作用。炼钢时氧起到某些重要的作用。制取氨时

15、也用到低温系统。制取氨时也用到低温系统。压力容器加工时压力容器加工时, ,将预成形的圆柱体放在冷却到液氮将预成形的圆柱体放在冷却到液氮温度的模具中温度的模具中, ,在容器中充入高压氮气在容器中充入高压氮气, ,让其扩胀让其扩胀15%,15%,然后容器被从模具中移开并恢复到室温。运用这个然后容器被从模具中移开并恢复到室温。运用这个方法方法, ,资料的屈服强度能添加资料的屈服强度能添加4 4至至5 5倍。倍。 7 7. . 加工过程加工过程 目前低温技术是回收钢构造轮胎中橡胶的独一有效目前低温技术是回收钢构造轮胎中橡胶的独一有效的方法，这种方法采用了低温粉碎技术。的方法，这种方法采用了低温粉碎技术。 利用资料在低温形状下的冷脆性能，对物料进展利用资料在低温形状下的冷脆性能，对物料进展粉粹。粉粹。 低温粉碎技术低温粉碎技术资料温度降低到一定程度，资料内部原子间距显著减资料温度降低到一定程度，资料内部原子间距显著减小，结合严密的原子无退让余地，吸收外力使其变形小，结合严密的原