工学]河南科技大学制冷原理第一章人工制冷的基本方法

1、2020/7/23,1,第一章 人工制冷的基本方法,1.1 制冷的热力学原理 1.2 液体汽化制冷方法 1.3 气体的节流效应和 绝热膨胀制冷 1.4 其它制冷方法,2020/7/23,2,1.1 制冷的热力学原理,1 理想制冷循环逆向卡诺循环,2 理想制冷循环的性能指标,人工制冷是指借助于制冷装置，以消耗机械能或电磁能、热能、太阳能等形式的能量为代价，把热量从低温系统向高温系统转移而得到低温，并维持这个低温。,2020/7/23,3,理想制冷循环逆向卡诺循环 当高温热源和低温热源随着过程的进行温度不变时，具有两个可逆的等温过程和两个等熵过程组成的逆向循环。 在相同温度范围内，它是消耗功最小的

2、循环，即热力学效率最高的制冷循环，因为它没有任何不可逆损失。,1.1 制冷的热力学原理,2020/7/23,4,理想制冷循环逆向卡诺循环,单位质量制冷剂向高温热源放出的热量,单位质量制冷剂从被冷却的对象所吸取的热量,2020/7/23,5,理想制冷循环的性能指标,制冷系数,2020/7/23,6,不可逆循环的热力完善度，,值越接近于1，说明实际循环越接近可逆循环，不可逆损失越小，经济性越好。,为不可逆循环的制冷系数,2020/7/23,7,人工制冷的几种方法,1 液体汽化制冷方法,蒸气压缩式制冷,蒸气吸收式制冷,蒸汽喷射式制冷,吸附式制冷,2 气体的节流效应和绝热膨胀制冷,3 其它制冷方法,热

3、电制冷,磁制冷,涡流管制冷,热声制冷,2020/7/23,8,1.2 液体汽化制冷方法,物质有三种集态：气态、液态、固态。物质集态的改变称为相变。相变过程中，由于物质分子重新排列和分子热运动速度的改变，会吸收或放出热量，这种热量称作潜热。 物质发生从质密态到质稀态的相变时，将吸收潜热；反之，当它发生由质稀态向质密态的相变时，放出潜热。 相变制冷就是利用前者的吸热效应而实现的。利用液体相变的，是液体汽化制冷；,2020/7/23,9,蒸气压缩式制冷,压缩式制冷循环原理图 A 压缩机 B 冷凝器 C 膨胀阀 D 蒸发器,蒸气压缩式制冷技术被广泛应用于空调器、冰箱、冷藏室、冷库中，应用领域几乎涉及到

4、各个行业,2020/7/23,10,蒸气吸收式制冷,吸收式制冷的基本原理,2020/7/23,11,蒸气吸收式制冷,吸收式制冷机基本循环 A 动力部分B冷凝器 C 节流阀 D 蒸发器 a 冷却水 b 热源 1 发生器 2吸收器 3溶液热交换器 4 溶液泵 5 节流阀,2020/7/23,12,蒸气吸收式制冷,2020/7/23,13,蒸气吸收式制冷,2020/7/23,14,蒸气吸收式制冷,吸收式制冷最突出的优点，是可以直接利用各种热能来驱动，除可以利用燃料燃烧的高势能外，还可利用生产过程和自然界中大量存在的低势能，如低压蒸气、热水、烟道气等工业余热以及太阳能、地热能等自然界热量。,2020/

5、7/23,15,蒸汽喷射式制冷,蒸汽喷射式制冷系统的原理 A 喷射器 B 冷凝器 C 蒸发器 D 节流阀 E 锅炉 F 水泵 热交换器,在蒸汽喷射式制冷机中，按正向循环工作的喷射器起着压缩机的作用，故称为喷射式压缩机。,2020/7/23,16,蒸汽喷射式制冷理论循环热力计算,制冷量,为被引射制冷蒸汽的流量,锅炉的供热量,冷凝器放热量,工作蒸汽流量,泵所消耗的功,泵功较小，如果可以忽略，则整个制冷机的热平衡式,2020/7/23,17,热力系数,其中,为喷射系数,2020/7/23,18,吸附式制冷,原理：一定的固体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作用，而且吸附能力随吸附剂温度的改变而不同。工作

6、介质是吸附剂制冷剂工质对。按吸附机理说，有物理吸附与化学吸附之别。,2020/7/23,19,已研究的吸附工质对（吸附剂制冷剂）主要有： 沸石水；硅胶水；活性碳甲醇； 金属氢化物氢；氯化物盐类氨等。,2020/7/23,20,基本型吸附式制冷循环,间歇式吸附式制冷系统（太阳能制冷机）,2020/7/23,21,1.3 气体的节流效应和 绝热膨胀制冷,实际气体的焓是温度和压力的函数，节流后温度一般会发生变化，这一现象称为节流温度效应，也叫做焦耳一汤姆逊（Joule-Thomson）效应,焦耳一汤姆逊效应系数,2020/7/23,22,利用气体的节流效应可以生产出低温制冷机,林德-汉普森制冷机的热

7、力循环系统,2020/7/23,23,绝热膨胀制冷,基本原理：高压气体通过膨胀机绝热膨胀时，对外输出功率，同时气体的温度降低,微分等熵效应系数,A 压缩机 B 空气冷却器 C 膨胀机 D 制冷室,定压循环空气制冷机系统,2020/7/23,24,1.4 其它制冷方法,珀尔帖效应基本原理,热电制冷 基本原理： 利用珀尔帖效应原理达到制冷目的，即在两种不同金属组成的闭合线路中，通以直流电流，会产生一个接点热，另一个接点冷的现象，称为温差电现象。半导体材料所产生的温差电现象较其他金属要显著得多，一般热电制冷都采用半导体材料，所以也称之为半导体制冷。,2020/7/23,25,热电偶对,三级复叠式热电

8、堆,2020/7/23,26,磁制冷,卡诺型磁性制冷循环,基本原理:磁介质的熵分为热熵和磁熵 绝热变化时，系统的熵变为0，即 S=ST+SB=0,当绝热去磁时，即在绝热条件下，使介质的磁场迅速下降为0时，介质中的分子磁矩平行于外磁场的方向的排列状态便不能维持，而又将逐步恢复到磁化前的混乱状态，即无序性增加，SB变大（SB0）。由于S =0，故ST0，即受热运动影响的无序性减少，介质的温度降低。可见，绝热去磁可以使磁介质的温度降低 也叫绝热去磁制冷。,2020/7/23,27,磁制冷,卡诺型磁性制冷循环,12 为等温磁化（排放热量）； 23 为绝热退磁（温度降低）； 34 为等温退磁（吸收热量制

9、冷）； 41 为绝热磁化（温度升高）。,2020/7/23,28,磁制冷冰箱,根据实验得知，电冰箱和空调装置使用的制冷剂氟利昂会污染环境，而用磁制冷原理制作的冰箱这不仅不会破坏环境，而且效率要比用氟利昂制冷高40%，其成本低25%。因此，磁制冷技术使一向很有发展前途的技术。,Magnetic Refrigerator Successfully Tested,2020/7/23,29,涡流管制冷,1931年，法国工程师兰克（Ranque）发现旋风分离器中旋转的空气流具有低温，于是他在1933年发明了一种装置，可以使压缩气体产生涡流并能将气流冷、热两部分，其中冷气流用来制冷，该装置称为涡流管，又叫兰克管。这种制冷方法称为涡流管制冷,涡流管装置结构简图,2020/7/23,30,涡流管实物,2020/7/23,31,热声制冷,热声制冷机基本原