制冷原理与设备-课件(PPT演示)

1、第二次制冷原理和设备发表：杨东红，学时配置，第一章绪论，1 .制冷的定义是科学，制冷是指采油人工方法在一定时间和一定空间内冷却舞池或流体，使其温度降低到环境温度以下，并保持该低温。 因此，制冷与自然冷却不同。 2 .明确冷冻机中使用的工学称为制冷剂的概念(1)。 (2)冷冻机：机械制冷所必需的机器和设备的总称为冷冻机。 (3)冷冻装置：将生产冷热的冷冻机械和消耗冷热的设备结合的装置。 3 .冷气的分类，根据冷气得到的低温范围，冷气技术可以分为以下4个领域：普通冷气120K以上深度冷气120K20K低温冷气20K0.3K低温冷气超低温冷气0.3K以下本课题主要是普通冷气。 4、制冷技术的研究内容

2、和理论基础、制冷技术主要研究以下三个方面： (1)研究与低温得到方法相关的机理及其相应的制冷循环，对制冷循环进行热力学分析和修正。 (例如压缩式冷冻) (2)研究制冷剂的性质，为冷冻机提供性能良好的工作介质。 (3)研究实现制冷循环所需的各种机械和技术设备，包括他们的工作原理、性能分析、结构设置修订、制冷装置的工艺组织、系统组件设置修订。 其他还有热绝缘问题、冷冻装置自动化问题等。 制冷技术的理论基础主要是热工的三个基础课程，即工程热力学、工程流体力学、传热学。 特别是在工程热力学中，从事学习和质量工作的人主要应该在这三个课程方面奠定坚实的理论基础。 5、冷冻技术的发展历史、冷冻技术的发展概括

3、分为两个阶段： (1)天然冷源的应用阶段从古代18世纪中期开始。 所采用的天然冷源主要是指冬天储藏的天然冰和夏天使用的深井水。 (2)机械冷冻阶段18世纪中期现在。 1755年是人工冷冻史的起点。 现代冷冻技术作为科学从19世纪中后期开始发展，到20世纪有着更大的发展。 6、制冷技术的产生背景和应用，制冷是为适应人们对低温条件的需求而产生和发展的，是人们社会实践的结晶，随着现代技术的发展和人们生活水平的提高，制冷在工业、农业、建筑、航天等国民经济各部门的作用和地位日益重要。 冷气的应用几乎渗透到各生产技术、科学领域及人们生活的各个方面，概括地说主要有以下领域： (1)商业及人民生活，如人工冰厂

4、、空调、冰箱、冰箱及食品的冷冻冷藏、保鲜、冷藏运输等。 (2)工业生产及农牧业，如制药、啤酒、精密仪器厂等农作物种子进行低温处理、人工气候育苗室、蔬菜水果保鲜等。 (3)建设工程，如挖掘隧道、建设堤坝时采用的“冻土法”。 (4)科学实验研究用各种环境模拟装置创造的人工环境。 (5)医疗卫生如药品、疫苗及人体器官冷藏保存，手术中采用低温麻醉等。 (6)尖端科学领域等，微电子技术、能源、新型材料、宇宙开发等。冷气和低温技术应用领域的例子、冷气在空调中的作用、1 .空调、冷气和空调的关系相互关联独立，以人工的方式构成各种人们想达到的环境条件，包括地面上的各种气候变化和高空宇宙等特殊要求。 2 .人工

5、环境、制冷相关人工环境试验如下： 根据对食品的处理方式，食品低温处理过程为：3 .食品冷冻和冻干、4 .低温生物医学技术、5 .低温电子技术、运用与超导电性有关的船用推进系统中，应用无功耗的超导电动机。也开发了偏差极小的超导陀螺仪。 时速500km/h的低温超导磁悬浮列车已在日本投入试验运行。 6 .通过采用红外光学镜头拍摄热源的外形，能够追踪热源的机械设定修正。 一些红外材料通常在120K以下的低温下工作，并且通常需要更低的温度来使热源遥感信号更清晰，并且拍摄高灵敏度的信号。 像红外线卫星一样需要70-120K的低温，多用斯特林制冷机、脉冲管制冷机、辐射制冷机来实现。 空间远红外线观测需要2

6、K以下的温度，多通过超流氦的冷却技术实现。 7 .红外遥感技术，炼钢时氧气起着一些重要作用。 在制造氨时也使用低温系统。 加工压力容器时，将预成形的圆柱体放入冷却到液氮温度的模具中，向容器中填充高压氮气使其膨胀15%，然后容器离开模具放置到室温。 用这种方法，材料的屈服强度可以增加4-5倍。 8、加工过程中，目前低温技术是回收钢结构轮胎中橡胶的唯一有效方法，该方法采用低温粉碎技术。 利用材料在低温状态下的冷脆性能，粉碎材料。 低温粉碎技术使材料的温度有所下降，材料内部的原子间距显着减少，结合紧密的原子，不让地，吸收外力使其变形的能力差，失去弹性显示脆性。 9、材料回收、大型发射机均以液氧为氧化

7、剂。 液氧和液氢也用于推进宇宙飞船。 对大型粒子加速器产生的粒子进行观察研究的氢气泡室使用液氢。 10、火箭推力系统和高能物理、LHC-CERN 27km超导磁铁过冷态超流氦冷却、第二章制冷方法、制冷方法很多，常见的主要有液体气化制冷、气胀制冷、涡流管制冷和热电制冷4种。 其中应用最广泛的是液体汽化制冷(原理)，其常见的应用形式有以下4种：蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷和吸附式制冷。 蒸汽压缩式制冷和吸收式制冷是目前使用最广泛的两种制冷方式，也是本课程论述的主要内容。 我们将在后面的章节中重点叙述。 本节简要介绍其他制冷方式。 液体气化冷冻原理，1.1蒸汽喷射式冷冻，原理：与蒸汽压

8、缩式及吸收式冷冻相似，液体气化时吸收热量进行冷冻。 系统结构：喷射器、冷凝器、蒸发器、节流阀及泵5个部分。 系统流程图：工作过程：在锅炉中产生高温高压的工作蒸汽，并将其送入喷嘴，膨胀后高速流动(流速达到1000m/s以上)，在喷嘴出口处为低压，由于吸入室和蒸发器相连，蒸发器中的压力也低，低温低压在蒸发器中产生的冷剂水蒸气和工作蒸气在喷嘴出口混合，一起进入冷凝器，被外部的冷却水冷却成为液态水，这些冷凝水再次从冷凝器中被引出，分成两部分，被节流降压后输送到蒸发器，继续蒸发制冷，另一部分用泵提高压力成为锅炉蒸汽喷射器的原理图、特点： (1)以热能为能量的补偿形式；(2)结构简单，加工方便，无运动部件

9、，寿命长；(3)效率差。 (工作蒸汽压力高，喷射器流动损失大。 为了得到更低的温度，工作介质可以采用氟利昂等低沸点的工学。 1.2吸附式制冷、吸附式制冷也是以“热能”为动力的能量转换系统。 工作原理：一定的固体吸附剂对某些制冷剂气体有吸附作用，吸附能力因吸附剂温度而异。 周期性冷却吸附剂并加热，使制冷剂交替地吸附解吸。在吸附时制冷剂的液体蒸发而产生制冷作用，在解吸时释放制冷剂气体而使其凝结成液体，由此完成制冷循环整体。 工作介质：吸附剂和制冷剂常见的吸附工质对是沸石水； 硅胶水、氯化钙氨等物理吸附化学吸附，以沸石水工质对为例说明其工作过程：白天，吸附床因日光的照射温度上升而受到解析作用，从沸石

10、解吸水蒸气，体系内的水蒸气压力上升，达到与环境温度相应的饱和压力时， 水蒸气在冷凝器中冷凝的同时释放潜热，冷凝水在蒸发器中储存的沸石的温度逐渐下降，吸附水蒸气的能力逐渐上升，系统内的压力下降，同时蒸发器中的水不断蒸发，补充沸石对水蒸气的吸附，谁蒸发的过程吸热说明：吸附床的作用相当于压缩机的作用，单个吸附床可以实现间歇制冷，实现连续制冷可以采用两个以上的吸附器。 1.3热电制冷、热电制冷利用热电效应(珀耳帖效应Peltire )原理达到制冷目的。 热电效应：在由两种不同的导体构成的闭合回路中流过直流电力，在不同的导体的界面中流过电流，则一个节点冷却，从外部吸收热量，一个节点变热，向外部放热的现象

11、就是热电效应，即珀耳帖效应的逆效应就是席伯效应(Secbeck ) 珀耳帖效应和西伯克效应的发生强度取决于这两种材料的热传导性和导电性，由于纯金属材料的热传导性和导电性好，其珀耳帖效应和西伯克效应弱，半导体材料能够发生强珀耳帖效应和西伯克效应。空洞型(p型)材料：电子型(n型)、热电制冷原理：原理：使压缩气体产生涡流运动分为冷热两部分，其中冷气用于制冷。 组成：喷嘴、涡流室、孔板、管道、控制阀。 原理图：1.4涡流管制冷，工作过程：压缩冷却到常温的气体(空气、CO2、N2等)进入喷嘴，在喷嘴膨胀加速到声速，从切线方向向涡流室形成自由涡流，自由涡轮的旋转角速度越接近中心越大，随着角速度的不同，中

12、心层部分的角速度越慢控制阀的作用：控制热端管内气体的压力，控制冷、热两种气流的流量和温度。 控制阀全闭：过程是不可逆节流过程。不存在冷热分流现象。 探讨控制阀全开：涡流管相当于气体喷射器的控制阀部打开：产生冷热分流现象。 特点： (1)管内气流之间的传导和对流情况复杂，难以对冷热端温度值进行定量理论修正；(2)效率过低，气流噪声大；(3)结构简单，维护方便，启动快，使用方便的高压气源；以及低成本的高压气体1.5充气制冷，常用于布雷顿制冷循环，工作过程包括等熵压缩、等压冷、等熵膨胀及等压吸热四个过程。 冷冻工程学有空气、CO2、N2、He等。 工作原理：飞机用空气冷冻装置原理图、气体节流冷冻原理

13、图、2.1单级蒸汽压缩冷冻的理论循环1 .理论循环定义：无实际损失的冷冻循环。2 .条件：没有温差的传热压缩过程是可逆绝热压缩过程等熵过程的管道没有损耗。 第二章蒸汽压缩式制冷装置，3 .理想制冷循环：逆卡诺循环(原理图)4.实际采用的制冷理论循环组成(原理图): 两个恒压过程绝热压缩过程绝热节流的过程5 .特征(与卡诺循环比较): 用节流阀代替膨胀机：失去膨胀功用干式压缩代替湿式压缩来实现“干冲程”，但是消耗电力、制冷量都增加，制冷系数降低。 过热损失、蒸汽压缩式制冷的理想循环、蒸汽压缩式制冷的理论循环、2.2改善蒸汽压缩制冷循环的措施、节流损失、过热损失、具有再冷却器的蒸汽压缩式制冷、回热

14、式蒸汽压缩式制冷、多级蒸汽压缩式制冷循环、2.3单级蒸汽压缩式制冷的理论循环的性能指标和热补正、 第三章1制冷剂的基础知识制冷剂在制冷装置中循环流动，根据自身的热状态变化与外界发生能量交换，实现制冷作用的工作流体。 制冷装置和制冷剂相互依存，只有相互适应，才能构成完善的制冷系统。 根据现实工业条件，提出了对制冷剂的要求：首先，制冷剂的热性质对制冷系数的影响可以用制冷效率r来表现。 冷冻效率理论循环的冷冻系数th和有温差的逆卡诺循环冷冻系数c的比。 R=th/c其中： c=(T0-T0)/(TK TK)-(T0- T0) R物理意义：显示了制冷剂的节流损失和过热损失的大小。 除了冷冻效率外，对制

15、冷剂的要求：对制冷剂的要求： 2常用制冷剂(氨和氟利昂)性能比较，使用3-2载冷剂t0 oC、水t0 oC、盐溶液。 2.1盐水凝固温度与浓度有关。 盐水浓度过低时会析出冰粒，浓度过高，比热小，比重大，流阻大，析出盐粒。 盐水对金属有很强的腐蚀作用，所以在溶液中加入抑制剂。 1m3CaCl2溶液：1.6kgNa2Cr2O7、0.45kgNaOH。 1m3NaCl溶液：3.2kgNa2Cr2O7、0.89kgNaOH、2.2乙二醇水溶液，特点：冻结温度适当，适用范围广热物性好：比冷冻水差，但比其他盐类防冻液腐蚀性低，化学稳定安全性好，容易购买浓度确定方法。 (检查P28图2-2-3或P34表2-2-8 )浓度确定后，从P29P36检查对应的物性，修正流量、流动阻力，选择水泵。4.1冷凝器1.1冷凝器的种类、第4章冷凝器和蒸发器、立式壳管式、立式壳管式水冷冷凝器、卧式壳管式冷凝器、套式冷凝器、蒸发式冷凝器、第4章冷凝器和蒸发器冷却剂侧的散热、1.2.2热传递系数、水冷冷凝器(式中的各残奥表见附注) 3360、风冷凝器(在传热管外面修订，制冷剂管内流动) 3360、金属壁内侧油膜的热传递、第5章节流机构和辅助设备、1 .节流机构、毛细管、电子膨胀阀和毛细管、热膨胀阀的特征比较、2 .