制冷工艺设计手册

目录

目录................................................................1

1制冷技术的基础知识...............................................2

1.1制冷基础知识..............................................................3

1.1.1冷及制冷..............................................................3

1.1.2常用名词及概念.......................................................3

1.1.2.1温度..............................................................3

1.1.2.2热量..............................................................4

1.1.2.3压力..............................................................5

1.1.2.4容积..............................................................6

1.1.2.5重量..............................................................6

1.1.2.6物态变化物质有三种形态...........................................7

1.1.2.7蒸汽的饱和、过热和过冷状态.......................................8

1.2热力学基础知识...........................................................11

1.2.1热力学第一定律.......................................................11

1.2.2热力学第二定律.......................................................12

1.2.3燧与焙...............................................................12

1.3传热学基础知识...........................................................15

1.3.1传热基本方式.........................................................15

1.3.1.1导热..............................................................15

1.3.1.2热对流...........................................................18

1.3.13热辐射..........................................................19

1.3.2传热过程.............................................................20

1.3.2.1单层平面壁的传热过程............................................20

1.3.2.2多层平面壁的传热过程............................................22

1.3.2.3圆管壁的传热过程.................................................22

2制冷原理........................................................26

2.1单级压缩制冷循环.........................................................28

2.2双级压缩及复迭压缩制冷循环..............................................36

2.3制冷剂及冷媒.............................................................42

2.3.1制冷剂的功用及分类..................................................42

2.3.2制冷剂的选择........................................................43

2.3.2.1温度与压力.......................................................44

2.3.2.2物理性质.........................................................44

2.3.2.3化学性质.........................................................45

2.3.2A常用制冷剂及其性能比较.........................................45

2.3.2.5冷媒.............................................................60

3制冷机器和设备..................................................66

3.1制冷压缩机...............................................................66

3.2冷凝器...................................................................85

3.3蒸发器...................................................................89

3.4制冷辅助设备.............................................................94

4氨阀及控制仪表.................................................101

5冷库的制冷设计与计算...........................................114

5.1制冷设计方案的选择........................................................114

5.2耗冷量计算.................................................................120

5.3制冷压缩机和辅助设备的计算及选择.........................................125

5.4制冷系统管道的计算与选用..................................................135

5.5制冷机器与设备的布置......................................................136

5.6制冷管道与设备的隔热......................................................139

5.7第七节制冷装置的自动化....................................................139

6冷库制冷装置的安装施工.........................................145

6.1设备平面放样及基础浇灌....................................................146

6.2氮压缩机的安装.............................................................147

6.3其他制冷设备的安装........................................................150

6.4制冷管道的安装.............................................................153

6.5制冷系统的试压、排污及真空................................................159

6.6制冷管道和设备的油漆及隔热施工...........................................161

6.7冷库降温及试生产...........................................................163

6.8工程质量及施工安全........................................................166

7制冷装置的操作与调整...........................................167

7.1氨压缩机的操作.............................................................167

7.2其他制冷设备的操作........................................................174

7.3放空气操作.................................................................178

7.4放油操作与回油处理........................................................180

7.4.1放油的作用.............................................................180

7.4.2需要放油的设备及放油方法.............................................181

7.4.3冷冻机油的回用处理....................................................183

7.5除霜操作....................................................................185

7.5.1除霜的作用.............................................................185

7.5.2除霜方法...............................................................185

7.6漏氨检查及其处理...........................................................187

7.6.1漏氨的危害.............................................................187

7.6.2漏氨检查...............................................................187

7.6.3漏氨的防止.............................................................187

8制冷系统的调整.................................................188

8.1主要参数的控制.............................................................188

8.2制冷装置的调整要点........................................................191

8.3制冷装置不正常现象及排除方法.............................................192

1制冷技术的基础知识

1.1制冷基础知识

1.1.1冷及制冷

日常生活中，冷和热是两种不同的感觉，两个完全对立的概念。但是用物理

学概念来解释，物质的冷和热，只是热的程度不同，没有本质的区别。

各种物质都由分子组成，每个分子都在不断运动，分子运动产生了热。不同

的物质，分子运动状态是不同的，有些物质的分子运动比较剧烈，有些物质的分

子运动比较缓慢；即使相同的物质，由于受外界条件的影响，分子运动的程度也

不一样。凡是分子运动速度快，物质的温度比较高，就称为热；分子运动比较缓

慢，物质的温度比较低，就称为冷。冷和热是相对的，它们是以温度的高低来衡

量的。

随着外界条件的变化，冷的物质可以变热，热的物质也可以变冷。例如，将

水加热，冷水会变成热水，甚至成为水蒸气；反之，冬季气温下降，地面上水的

温度随之下降，成为冷水，甚至冻结成冰。

自然界每年有季节变化，夏、秋季气温高，地面各种物质的温度随着升高，

冬季气温低，地面各种物体的温度随着升高，冬季气温低，地面各种物体的温度

也随着降低。这种由于气候的变化，使物质变冷的过程称为天然制冷。随着生产

的发展，人类对冷的需要越来越多，自然制冷不仅受气候限制，不能随便利用，

而且冷的程度有限，不能适应生产发展的需要。因而，在科学技术发展的基础上,

采用了机器来制冷，称为机器制冷或人工制冷，简称制冷。

制冷，就是以人为的方法来减少某物质的热量，降低该物质的温度，制造出

一定的低温。制冷的任务是将冷却的物体中的热量转移给周围的介质（水或空

气），或设法把该物体的温度，降低到低于周围介质的温度，和在所需的一定时

间内保持一定的低温。

1.1.2常用名词及概念

1.1.2.1温度

温度用来表示物质冷和热的程度。衡量温度的标准有摄氏温度、华氏温度和

绝对温度三种。我国日常生活和工程技术上大都采用摄氏温度或绝对温度。

(1)摄氏温度在标准大气压下，把水的结冰温度作为0度，沸腾温度作为100

度，在0度与100度之间，平均等分成100份，每一份作为1度，这个温度标

准称为摄氏温度，以符号。C表示。

(2)华氏温度在标准大气压下，把水的结冰温度作为32度，沸腾温度作为

212度，在32度与212度之间，平均等分为180份，每一份作为1度，这个温

度标准称为华氏温度，以符号°F表示。

(3)绝对温度把水的结冰点作为273度，水的沸点作为373度，把物质中的

分子全部停止运动之点作为0度的温度标准，称为绝对温度，以符号K表示。

摄氏温度、华氏温度和绝对温度可以相互换算。摄氏温度换算成华氏温度时

可按下式计算：

F=1.8C+32-.................................................................-.......................................(1-错误!未找到引用源。)

华氏温度换算成摄氏温度时，可按下式计算：

C=F-..........................................................................................................................(1-错误!未找到引用源。)

绝对温度与摄氏温度有如下关系：

K=-273.16℃或0℃=273.16K

T=t+273.16..........................................................................................................(1-错误!未找到引用源。)

式中：

T—绝对温度(K)

t-摄氏温度(℃)

1.1.2.2热量

分子运动所具有的热能量称为热量。计算热量的单位，公制用卡或kcal(也

称大卡)，英制用英热单位。

(1)卡在标准大气压下，1kg的水，温度升高或降低1C,所吸收或放出的热

量称为一卡，用符号cal表示。

(2)kcal在标准大气压下，1kg的水，温度升高或降低所吸收或放出的

热量称为一kcal或一大卡，用符号kcal表示。

(3)英热单位将1磅的水加热或冷却，温度升高或降低1呼，所吸收或放出的

热量称为一英热单位，用符号BTU表示。

卡、kcal和英热单位的换算:

lkcal=1000卡=3.969英热单位一(1-错误!未找到引用源。)

1英热单位=252卡=0.252kcal..................................................................(1-错误!未找到引用源。)

(4)比热单位重量的物质，温度升高或降低1℃所吸收或放出的热量称为比

热，以符号C表示。其常用单位为kcal/kg℃或卡/克。C。

水的比热等于1,各种食品的比热随食品中水分含量的多少和温度不同而不

同。当食品的温度变化范围不大，比热可做常数。但如果食品的温度变化引起食

品中水分冻结或冰的融化时，由于冰的比热仅为水的一半，此时，虽然温度变化

不大，食品的比热也会有较大变化，故冻结食品的比热比常温下食品的比热要小

的多。几种食品的比热如表1—1所示。

表1-1几种食品的比热

比热(kcal/kg℃)比热(kcal/kg℃)

名称名称

冻结点以上冻结点以下冻结点以上冻结点以下

少脂鱼0.800.32水果0.8—0.90.5

多脂鱼0.680.44蔬菜0.8—0.90.4—0.5

精肉0.760.42水1—

肥肉0.520.36冰一0.5

鸡蛋0.760.40冰激凌0.780.45

(5)制冷量用人工的方法来减少某物质的热量时，单位时间内所能摄取的热

量称为制冷量，常用单位为kcal/时。

在国外，也有采用冷冻吨作为制冷量单位，冷冻吨是24小时内将一顿0C

的水变成0℃的冰需要摄取的热量。由于冰的溶解潜热为78.68kcal/kg,故：

1冷冻吨*=78.68xl000/24=3320(kcal/时)

1.1.2.3压力

无论是气体或液体，由于分子的运动，气体或液体分子对容器或管道壁会造

成碰撞，对容器或管道壁产生力的作用，称为压力。流体作用在容器壁或管壁单

位面积上的压力称为压强，以符号P表示。在工程中，习惯上把压强称为压力。

我们四周的空气也有压力，由地面上几百公里高的空气层的重量所形成，称为大

气压力，大气的压力随地理区域、高度以及气候条件等不同而有所变化。压力的

常用单位kg/cn?、标准大气压、毫米水银柱、米水柱、磅/英寸2等。

(1)标准大气压又称物理大气压，是指在维度45。的海面上，大气的常年平均

压力。其值为1.033kg/cm2。

(2)工程大气压为计算方便，把大气压力作为lkg/cn?来计算，称为一个工

程大气压。

（3）绝对压力和表压力气体的压力有绝对压力和表压力两种。绝对压力是气

体的真实。表压力是指压力表上的读数，是绝对压力与大气压力之差。当压力表

上的读数为正值时，其绝对压力为表压力加上大气压力，当压力表上的读数为负

值（即真空）时，其绝对压力为大气压力减去压力表上的读数。在工程上一般常采

用表压力，但在计算中，需采用绝对压力。

各种压力单位的相互换算如表1—2所示。

表1-2压力单位换算表

kg/cm2标准大气压毫m水银柱m水柱磅/英寸2

10.9678735.561014.223

1.033176010.333314.696

0.001360.0013110.01360.0193

0.10.096873.55611.4223

0.07030.068051.7150.7031

（4）功和功率物体受力的作用而运动，其作用的力和物体在力方向上移动的

距离的乘积称为功，常用单位为kg・m。lkg-m是1kg的力，在力的作用线上，

使物体移动1m距离时所做的功。单位时间内所作的功称为功率，常用单位为

kg-m/s>kW和马力。

lkW=1.36马力=102kg.m/s--......................................................................(1-1)

1马力=0.736kW=75kg-m/s--......................................................................(1-2)

1.1.2.4容积

物质所占的体积大小称为容积，常用单位为m3、L等。

比容单位重量的物质所占据的容积称为比容，也称容重，以符号V表示。常

用单位为m3/kgo

1.1.2.5重量

各种物体所具有的物质数量称为质量，由于地心吸力，一定质量物质都有一

定的重量，常用的重量单位为kg（千克）、克和磅等。

lkg=1000克=2.2046磅................................（1-错误!未找到引用源。）

1磅=453.6克=0.4536kg...............................................................................（1-错误!未找到引用源。）

比重单位容积的物质所具有的重量称为比重，也称重度，以符号r表示。常

用的比重单位为kg/n?。比重和比容互为倒数。

1.1.2.6物态变化物质有三种形态

固体、液体和气体。

(1)固体一定体积和形状的物质。在不太大的外力作用下其体积和形状的改

变很小。

(2)液体有一定的体积而形状随容器改变的物质。

(3)气体由大量分子组成的、能自发充满任何容器的物质。气体分子之间的

距离较大，作用力很小，都在作无规则的热运动，所以气体容易压缩，没有一定

的形状。

在外界条件的影响下，物质的三种形态可以相互转换。例如，在常压常温下,

水是一种液体，当温度降低到0℃以下，就会冻结成冰，成为固体。反之，水加

热到100C以上，就会变成水蒸气，成为气体。温度和压力是影响物体变化的主

要因素。

(4)压缩使气体物质比容减小，比重增大，压力升高的过程称为压缩。气体

压缩时，需要对气体做功。

(5)绝热压缩气体压缩过程中，与外界不发生热交换，称为绝热压缩。

(6)膨胀使气体物质比容增大，比重减小，压力降低的过程称为膨胀。

(7)节流膨胀流体流动中，断面突然缩小，使流量受限制，而后断面增大，

造成流体压力下降，比容增大的过程称为节流膨胀。

(8)冷凝气体冷却转化为液体的过程称为冷凝。

(9)凝固物质从液体冷却转化为固体的过程称为凝固。

(10)溶解固体加热转换为液体的过程称为溶解。

(11)气化液体加热转化为气体的过程称为气化。气化有两种方式：蒸发和沸

腾。

(12)沸腾在沸点温度下，液体的气化过程称为沸腾。

(13)蒸发液体表面的气化现象称为蒸发。

在制冷工程中，由于制冷剂的沸腾温度较低，通常吧沸腾称为蒸发。

(14)升华固体加热直接转变为气体的过程称为升华。

(15)潜热物质发生物态变化而温度维持不变，所需要吸收或放出的热量称为

潜热，此时，液体的气化温度即为沸点，固体的溶解温度即为熔点。

(16)气化潜热液体转变为气体时的潜热称为气化潜热。

(17)溶解潜热固体转变为液体时的潜热称为溶解潜热。

在不同的压力条件下，各种物质沸点和气化潜热，熔点和溶解潜热并不相同，

在标准大气压下，水的沸点为100C,气化潜热为539kcal/kg。氨液的沸点为

-33.4C,气化潜热为327kcal/kg。冰的熔点为0℃,溶解潜热为79.7kcal/kg。

1.127蒸汽的饱和'过热和过冷状态

装在密闭容器里的液体，被加热时，蒸发和扩散作用，空间会充满气体分子,

这些气体分子在液体上面空间作不规则的热运动。由于分子之间以及分子与容器

壁的碰撞，其中一部分又回到液体中去。开始时，离开液体的分子多于回到液体

中的分子，这样液体表面上方蒸汽的密度就逐渐增大，回到液体中的分子数量也

增多，最后，在同一时间内从液体里出来的分子数等于回到液体中去的分子数。

这就是说液体的气化速度与蒸汽的液化速度相等，处于动态平衡状态，蒸汽的密

度不能再增加，达到了饱和状态。这时容器中的蒸汽叫做饱和蒸汽，相应的压力

叫做饱和压力，而相应的温度叫做饱和温度。

在相同的温度下，各种液体有不同的饱和蒸汽压力。例如，在20c时水的

饱和蒸汽压力为17.53毫m水银柱，氨的饱和蒸汽压力为8.741kg/cm2(绝对)。

液体的饱和蒸汽压力随着温度升高而增加。在温度不变的情况下，只要密封的容

器里还有液体存在，其饱和蒸汽压力不随容积的改变而变化。

如果在定压下对液体进行加热，当达到饱和温度时，液体沸腾，变成蒸汽，

继续加热，则比容增加，温度不变，仍为饱和温度，容器内存在着饱和液体和饱

和蒸汽的混合物，此时称为湿饱和蒸汽状态。继续加热，液体全部气化为饱和蒸

汽，此时称为干饱和蒸汽状态。如再继续加热则干蒸汽的温度将升高，超过饱和

温度，比容也将增加，这种状态称为过热蒸汽。

如果在定压下，将蒸汽进行冷却，在饱和温度下，饱和蒸汽被冷凝成饱和液

体。在饱和蒸汽全部冷凝成为饱和液体后，如果继续冷却，液体的温度将降低，

低于饱和温度，这种状态称为过冷液体。

8.临界温度、临界压力和临界比容根据实验得知，要想把气体由气态转变为

液态，必须符合一定的条件，超出这一条件，物态的变化就不能实现。能够实现

物态变化的极限状态称为临界状态。每种气体都有一个一定的温度值，高于这个

温度，不管压力如何变化，气态都无法转化为液态的，这个极限温度称为临界温

度。在临界温度下，气体液化所需要的压力称为临界压力。在临界压力下，单位

质量的物质所占据的容积称为临界压力。在临界压力下，单位重量的物质所占据

的容积称为临界比容。例如水的临界温度为374C,临界压力为217.72大气压,

临界比容为2.50厘n?/克，空气的临界温度为-140.7C,临界压力为37.2大气

压，临界比容为2.86厘n?/克。

9.空气的湿度和露点空气是一种混合气体，在空气中，通常都含有一定量的

水蒸气。空气中含有水蒸气的多少称为空气的湿度。空气的湿度可以用绝对湿度、

水蒸气密度和相对湿度表示。

(1)绝对湿度单位容积的空气中含有水蒸气的重量称为绝对湿度，以符号a

表示，常用单位为g/n?。

(2)水蒸气密度含在空气中的水蒸气所具有的分压力称为水蒸气密度，以符

号e表示，其常用单位为毫m水银柱或毫巴(1毫巴=0.75毫m水银柱)。

绝对湿度与水蒸气密度可按下式换算：

a=+at或a=+at

式中：

a—绝对湿度(g/m3)

e-水蒸气密度(毫m水银柱)

e—水蒸气密度(毫巴)

t-温度(℃)

a一常数(a=0.00366)

(3)相对湿度空气中所含水蒸气的密度与同一温度下饱和空气中所含水蒸气

密度百分比值，称为相对湿度。以符号力表示，其值用百分数表示。相对湿度

表示着空气干燥或潮湿的程度。例如，相对湿度为0%时，表示空气完全干燥，

相对湿度为100%时，表示空气湿度最大，达到饱和状态。

空气的相对湿度可以从单位容积内含有的水蒸气克数来计算，也可以用相同

温度下，空气含有的水蒸气密度与饱和水蒸气密度之比来计算。

相对湿度和绝对湿度，水蒸气密度可按下式换算：

e=或cp=

式中:

(p—相对湿度(％1

绝对湿度(g/n?)

A-饱和蒸汽绝对湿度(g/n?)

e-水蒸气密度(毫m水银柱或毫巴)

E—饱和蒸汽密度(毫m水银柱或毫巴)

空气在不同温度下的饱和蒸汽绝对湿度和蒸汽密度值如表1-3所示。利用

上式和表1-3可以换算出空气的相对湿度、绝对湿度和水蒸气密度。

表1-3不同温度下空气的饱和蒸汽绝对湿度和饱和蒸汽密度

温度(℃)+30+20+10+50-5-10-15-20

30.317.35.34.83.42.31.61.0

饱和蒸汽绝对湿度(克/n?)9.41

82261508

饱和蒸汽密度(毫m水银31.817.56.44.53.12.11.40.9

9.21

柱)24286435

42.423.312.24.22.81.91.2

饱和蒸汽密度(毫巴)8.66.1

286402517

(4)露点含有一定量水蒸气的空气，当温度降低时，其水蒸气密度逐渐增大,

当水蒸气达到完全饱和时的温度称为该空气的露点空气的露点温度即为相对湿

度达到100%时的温度。

在露点温度下，空气中的水蒸气成为饱和水蒸气，部分水蒸气会凝结成露，

呈露水状粘附在物体表面，如果露点温度低于0℃,则水蒸气凝结成霜状。

不同绝对湿度的空气有一个相应的露点温度。但是，含有一定水蒸气的空气,

其相对湿度则随温度而变化。温度升高时，相对湿度下降，温度降低时，相对湿

度增大，当温度降低到露点温度时，相对湿度达到最大为100%。

不同温度和相对湿度空气的露点温度如表1—4所示。空气的露点温度也可

利用温湿(i—d)图查得。

表1—4不同温度和相对湿度空气的露点温度

温度相对湿度(％)

(℃)6065707580859095100

+20.+22.+23.+24.+25.+27.+28.+29.+30.

+30

936890110

2819.020.421.722.924.025.026.127.128.0

2617.218.519.821.022.123.124.125.126.0

2415.316.617.819.020.121.122.123.124.0

2213.414.715.917.018.119.120.121.122.0

+2011.512.814.015.116.217.218.219.120.0

189.910.912.113.214.215.216.217.118.0

167.79.010.211.312.313.314.315.216.0

145.87.08.29.310.311.312.313.214.0

123.95.16.37.48.49.410.311.212.0

温度相对湿度(％)

(℃)6065707580859095100

+102.13.34.45.46.47.48.39.210.0

8+0.3+1.42.53.54.55.46.37.28.0

6-1.5-0.4+0.7+1.72.73.64.45.26.0

43.22.1-1.1-0.2+0.7+1.62.53.34.0

24.93.93.02.1-1.2-0.3+0.5+1.32.0

±06.55.54.63.72.92.1-1.3-0.6±0.0

-28.47.46.45.44.84.03.32.6-2.0

-410.39.38.37.56.76.05.34.64.0

-612.111.210.39.58.78.07.36.66.0

-813.913.912.211.410.710.09.38.68.0

-1015.414.814.113.312.611.911.210.610.0

-1217.716.715.915.114.413.813.212.612.0

-1419.818.817.917.116.415.815.214.614.0

-1621.920.920.019.218.517.817.116.516.0

-1824.123.022.221.420.919.819.118.518.0

-20-26.2-25.2-24.2-23.4-22.6•21.8-21.1-20.5-20.0

1.2热力学基础知识

任何事物都有一定的规律性。热力学也有其一定的规律性，这就是热力学基

本规律，它反映了能量转换的客观规律。热力学基本规律是制冷工程原理的依据。

热力学基本定律有热力学第一定律和热力学第二定律。

1.2.1热力学第一定律

各种形式的能量可以互相转换，但不能增多，也不会减少，总量保持不变。

当工质受热作功时，由于受热而从外界得到的能量，等于外界作功所付给的能量

与贮存于工质内部的能量之和，这就是热力学第一定律的基本内容。热力学第一

定律属于能量守恒和转换定律范畴。

热力学第一定律可以用以下公式表示：

q=Au+AL--------------------------------------------------------------------(1-3)

式中：

q—外界加给受热工质的热量(kcal/kg)

u—受热工质内能的增加(kcal/kg)

L—受热工质对外界所作的机械功(kg­m/kg)

A一功的热能当量A=l/427(kcal/kg-m)

上式称为简单能量方程式，其中每一项根据实际情况，可以是正值，也可以

是负值。如果q是负值，表示物质对外界放热，如果L是负值，表示工质接受了

外界的压缩功，如果Au是负值，表示工质的内能不是增加，而是减少。

热力学第一定律告诉我们，热与功两者可以互相转换，而且转换时有一定的

数量关系，即每kcal的热量全部转变为功时为427kg-m,称为热功当量。反之,

每kg-m的功可以转化为l/427kcal的热量，以符号A表示，称为功的当量。

1.2.2热力学第二定律

大量实验证明，功可以全部转变为热，温度较高的物体中的热量能够自发地

向温度较低的物体转移，而相反却不行。

热力学第二定律包括以下两条内容：

热量不能自发地，不付代价地由低温物体传向高温物体。

使热量全部而且连续地转变为机械功是不可能的。

热力学第二定律告诉了我们传热过程的方向，并指出了热量转变为功的条

件。例如，

有温度不同的甲、乙两个物体互相接触，并假设与外界隔绝，此时甲、乙两

物体间将发生热量接触，热力学第一定律说明，一个物体失去的热量，等于另一

个物体获得的热量，但并不能说明那个物体会失去热量，那个物体会得到热量。

但是，根据热力学第二定律，就可以清楚地知道，温度较高的甲物体能够自动地

把热量转移给乙物体，而温度较低的乙物体，不能自动地把热量传递给甲物体。

另外，热力学第一定律说明，热可以按一定当量转化为功，功也可以按一定

当量转化为热。而热力学第二定律进一步说明，要将功完全转化成热能是可能的。

反之，要将热完全地连续地转化为机械功却办不到。正因为这样，所以各种热机

的效率总是小于10

热力学定律告诉我们，任何机器在作功时都必须消耗能量。要想不耗费能量

而作功是违反客观规律，因而所谓“恒动机”的想法是完全不可能实现的。

1.2.3熔与焰

1.端根据热力学定律，已经知道热量常常不可能完全转化为功，为了研究热

量做功的价值，引用了端的概念，以符号S表示。

燧是表明物质系统热力学状态的物理量。在加热情况下，一个系统的温度是

变化，如果把过程分为许多微段，每段加入热量为dq,那未每段内加热时的温

度T（绝对温度）可以认为不变，这个系统端的变化为

dS第

式中：

S一端(kcal/kgK)

q—传热量(kcal/kg)

T—绝对温度(K)

在可逆循环中，热源减少的燧等于冷源增加的燧，总的嫡值保持不变。在不

可逆循环中，热源减少的幅大于冷源增加的端，总的熠值增大。焙不能用实测的

方法求得，只能从数学计算中得到。埔在热力计算中常有使用，一般不需要求出

它的绝对值，而只要求得它的相对值。在制冷工程中，通常把0℃的饱和制冷液

体的烯值规定为1.

2,焰物质具有的内能和流动能之和称为焰，以符号i表示，其单位为kcal/kgo

焰可以用以下公式表示：

i=u+APV

焰是一个很重要的状态参数，它和温度、压力、比容一样，能说明气体所处

状态的特征。在制冷工程热力计算中，焰具有极广泛的用途，它可以使热力计算

大大简化。焙的绝对值很难直接确定，实际上也没有必要求出，因为通常只需要

了解一种物质由某一状态变化到另一状态时焰值变化即可，在制冷工程中，通常

吧0℃的饱和制冷剂液体的焰值规定为100.

3.温一幅(T—S)图在热力学中，为了计算热转移的数量，常使用温一端(T—S)

图。图1-1是T-S图的基本线形。图上，纵坐标为绝对温度T,横坐标为燧S,

T—S图由等温线(1=常数)，绝热等端线屿=常数)，等压线8=常数)，等焰线(i=

常数)，等湿线(x=0及x=l),等比容线(V=常数)等线条组成。与横坐标平行的是

等温线，与纵坐标平行的是绝热等燧线，左边的一条主要曲线为饱和液线(x=0),

右边的一条主要曲线为饱和气线(x=l)。处在饱和液线左边的是过冷却液体状态,

处在饱和气线右边的是过热气体状态，在饱和液线和饱和气线之间的是液体和饱

和气体共存状态。可以用T—S图上的面积来计算系统吸收或放出的热量。

T

图1—1T—S图的基本线形

例如，某一逆卡诺循环(图1—2)由两根等温线和两根绝热线组成，在4—1

等温过程中，供热体把热量传递给工质，此时供热体温度T。不变，在1—2绝

热压缩过程中，工质与周围介质不发生热交换，此时工质温度由T。升到Tk。

在2—3等温过程中，工质将热量传递给受热体，但温度稳定不变。在3—4绝

热膨胀过程中，工质温度由Tk降到T。。

在上述循环中，4-1过程，供热体传给工质的热量可由图上al4b的面积求

得，2—3过程，工质向受热体传递的热量可由图上a23b的面积求得，而压缩功

即为面积a23b-面积al4b=1234o

T

A

ba

图1一2逆卡诺循环

4.压一烙(P—i)图为计算热转移的数量，还可以采用(P—i)压蜡线图。图1—3

是P-i图的基本线形，图上纵坐标为压力P,横坐标为焰i,水平线为等压线，

垂直线为等焰线，左边主要曲线为饱和液线(x=0),右边主要曲线为饱和气线

(x=l),这两条曲线将流体分为三部分，左边为过冷液体，中间为液体和饱和气

体共存，右边为过热气体。

在压一焙图上，可以用横坐标的线段来表示系统吸收或放出的热量，所以，

在使用上，压一燧图比温一端图方便，故现今制冷计算大都采用压一熔图，为了

避免压一烙图的下部的线条过分拥挤,通常将纵坐标以Igp来代替P,制成IgP-i

图使用。实际使用的氨IgP—i图见附录。

P

图1—3P—i图的基本线形

1.3传热学基础知识

热量由较热物质向较冷物质转移的过程称为传热。实践证明，无论是不同种

类的物质或者是相同种类的物质，当相互接触时，只要有温度差存在，就会出现

传热现象。而且，根据热力学定律，热量总是从高温物质自发地传向低温物质。

1.3.1传热基本方式

自然界中，传热现象虽然很多，归纳起来，有三种基本方式：导热，热对流

和热辐射。传热过程有时候是单一的某种形式的传热，而大多数传热过程是一种

方式伴随着另一种方式同时进行的传热。

1.3.1.1导热

由于物体内部分子和原子的热振动引起动能的交换，使热量从物体的一部分

传递到另一部分，或从一个物体传递到与之直接接触的另一个物体，这种传热方

式称为导热。纯粹的导热现象只有在完全密实的固体内部才能发生，此时，物质

本身并不移动。

导热过程中，如果物体内部各处的温度不随时间而变化，则单位时间内传递

的热量为定值，这种导热过程称为稳定导热。下面将稳定导热情况下，单层平面

壁，多层平面壁和圆管壁的导热情况作简要介绍。

单层平面壁的导热单层平面壁的导热可用下式表示:

Q=§F(ti-t2)=§FAt(kcal/h)...........................................................................(1-4)

式中：

Q—单位时间内通过平面壁传导的热量(kcal/h)

3—平面壁厚度(m)

F—导热面积(n?)

匕一热表面的壁温(℃)

t2—冷表面的壁温(℃)

△t—热表面与冷表面的温度差(℃)

入一导热系数(kcal/mhK)

上式说明在一定传热平面壁面积F上的传热速度与温度差△t成正比例，与

平面壁的厚度3成反比例，还与平面壁物质的导热系数人有关。

导热系数入一小时内，等温面长度为一m,温度降为通过一平方m

传热面积的热量称为导热系数。导热系数的大小标志着物质传导热量能力的大

小，不同的物质有不同的导热系数值。一般说来，以固体为最大，液体次之，而

以气体最小。在固体中，则又以金属材料的导热系数最高，砖石等建筑材料次之,

隔热材料的导热系数最小。即使同一种物质，其导热系数也并不是常数，它还随

物体的结构、重度、湿度、温度和压力等许多因素而异。各种物质的导热系数均

由试验测定。表1—5是几种物质的导热系数值。

表1一5几种物质的导热系数

物质名称导热系数入(kcal/mhK)物质名称导热系数人(kcal/mhK)

软木板0.04—0.06钢300

聚苯乙烯泡沫塑料板0.03—0.04铝170

木材0.15—0.2水0.47—0.53

油毛毡0.12—0.15冰1.95—2.0

沥青0.3—0.35冷冻油0.1—0.13

砖0.5—0.8霜0.1—0.5

混凝土0.8—1.1水垢0.3—1.0

钢筋混凝土1.2—1.3油漆0.2

钢40—50空气0.02

(2)多层平面壁的导热平面壁由若干层不可物质组成，各层物质的导热系数

和厚度均布相同，热量连续传过各层平面壁的过程称为多层平面壁的导热。如图

1一4所示，平面壁为三层，用不同物质组成，每层的厚度为81、诙及的，其导

热系数各为入1、入2及入3,平面壁的面积为F(与图面垂直)通过各层的温度差各为

△ti=t「t2，△t2=t2-t3，△t3=t3-t4,则根据单层平面壁的导热公式可得

△t=Atj+At2+At3=Qi于+Q2行+Q3箴-----------(1-5)

因为是稳定导热，则通过各层的热量相等，即

QI=Q2=Q3=Q则有

(1-6)

△t△t

Q=Ri+Rz+R3=I^(kcal/h)-............................(1-7)

式中：

Ri>R2、R3—对应各层的热阻

ER-多层平面壁的总热阻

(3)圆管壁的导热热量沿圆管壁的径向传递时，垂直于热流方向的传热面积

显然随半径的增大而增大。如图1—5所示，若圆管壁的长度为L,圆管的内半

径为口，外半径为心，内壁温度为t2,外壁温度为匕，则稳定导热通过的热量

为

2rr^L(kcal/h)一―-...........-......—.......(1-8)

崎

将上式与平面壁导热公式相比较，可得

2汨(「2-门)

Fd=(1-9)

式中:

fd-圆管壁内面积Fi和外面积F2的对数平均值

-人

则有Q=RFdA8

式中：

3—圆管壁的厚度(m)

从上式可知圆管壁的导热基本上与平面壁的导热相同，其不同之处就在于需

把面积取对数平均值。

一般说来，两个数值的对数平均值常较其算术平均值为小。对于薄壁圆管，

通常其外径d2(或㈤与外径由(或⑴之比小于2,即去=中，此时，工程计算

上可以采用算术平均值，其误差也不大。

当圆管壁或圆筒壁为同心的多层物质构成时，其径向的导热需要分别算出各

层的传热面积对数或算术平均值，并以各层热阻之和为总热阻而计算。

1.3.1.2热对流

热对流是流动介质的传热，主要由分子互易位置、流体本身进行混和而传热,

热量通过物质的移动来传递。例如，空气和水的传热都是对流传热。热对流是流

体独有的现象。但是，流体的传热也往往兼有对流和导热两种形式。

对流传热有自然对流传热和强制对流传热之分。

静止的流体，由于受热或放热，使密度发生变化引起对流而传热的称为自然

对流传热。

由于采用机械能一风机、搅拌器或泵等，使流体强制流动而传热的称为强制

对流传热。

按流体的流动状态，有层流和湍流之分。流体的流动速度较小(雷诺准数在

2320以下)时一般为层流，流动速度较大(雷诺准数在2320以上)时，一般为湍

流。但是即使在湍流时，在紧邻管壁处常总有一薄层仍为层流。

流体流过固体壁面时，流体和与之直接接触的壁面间发生的热量传递过程称

为放热(又称给热，对流换热)，这个过程包括因流体各部位相对位移而引起的换

热，也包括流体分子间进行的导热，所以它是导热和对流的混合作用。

放热过程基本关系可用下式表示：

Q=aF(ti-tb)(kcal/h)

式中：

Q-单位时间内流体与壁面间的传热量(kcal/h)

“一流体的温度(℃)

tb—壁面的温度(℃)

F—放热壁面的面积(n?)

a—放热系数C又称给热系数)(kcal/m2hK)

放热系数a温度差为1℃,在一小时内，由表面积为In?的壁面与相接触的

流体之间传送的热量称为放热系数。

放热系数的大小标志着壁面与流体