第1章制冷技术基础知识课件.ppt

制冷技术基础,太仓中等专业学校 顾忠宝,培训主要内容,第一章 制冷技术基础知识第二章 制冷概述第三章 制冷剂、载冷剂与冷冻机油第四章 单级蒸气压缩式制冷循环第五章 多级蒸气压缩式制冷、复叠式制冷、混合工质制冷第六章 吸收式制冷循环,第一章 制冷技术基础知识,11 压力及其测量一、固体的压力与压强1、压力：F（单位：牛顿）,固体压力是一种弹力，是物体之间因直接接触挤压，发生弹性形变后，相互之间产生的垂直于接触面的力。日常生活中有很多例子，例：重物放在桌子上，榨汁机对甘蔗的压力等等,2、压强：物理学上说的压强是指单位面积上受到的压力。,单位：牛顿/米2,二、流体的压力与压强1、流体压力的产生 由于组成物体的分子或原子总在作不规则的运动，处于流体中的物体表面将不断受到大量流体分子的撞击，这种撞击从宏观上就表现为气体或液体对物体表面持续而均匀的压力。例：雨伞受到雨点的压力。2、流体的压强 对流体而言人们习惯把流体的压强称为压力。单位：牛顿/米2（帕）,地球周围被厚厚的空气包围着，厚度有几千千米，包围地球的空气层又叫大气层，我们就生活在大气海洋的底层。气体也像液体一样具有流动性，同时也受到重力的作用。,三、大气压力,三、大气压力1、大气压力：大气所产生的压力称为大气压力，简称大气压。2、标准大气压（atm）规定：纬度450、温度00的海平面大气压力为1标准大气压(101KPa)。大气压随高度增加压力减小。,*大气压强与天气的关系,天气晴朗气压高 阴雨天气气压低,夏天气压低，冬天气压高,*大气压强与天气的关系,天气晴朗气压高 阴雨天气气压低,*大气压强与天气的关系,天气晴朗气压高 阴雨天气气压低,四、压力的单位及其换算1、压力的单位 压力的单位：牛顿/米2（N/m2）称帕斯卡，简称帕“Pa”表示。,压力的单位1 MPa=106Pa =106Nm21 kgfcm2=98106Pa0.1 MPa,2、压力单位换算见下表,五、绝对压力与相对压力1、绝对压力：一般指气体对其他物体表面的实际压力（大小）2、相对压力：绝对压力与当地压力之差。,P相= P绝P大或（PqPaB）,3、表压力是指用压力表直接测量出来的压力值，表压力在数值上应为相对压力值。,4、真空度：大气压力与绝对压力的差值称为真空度,P真= B -P绝,12温度与热量,一、温度的意义,物质分子热运动的剧烈程度，分子的平均运动速度越大，物体的温度越高，反之温度就越低。,二、温标,1、温标的概念物质的冷热程度用温度计进行测量,2、三种温标,（1）摄氏温标：摄氏温度() 1个标准大气压下，以水的冰点为零度、沸点为100度，把其间分为100等分，每一等分为摄氏一度，记作1。按此分割制成的温度测量仪器温度计，称为摄氏温度计。人们所说的温度大小通常指摄氏度数值。,（2）华氏温标(oF) 在 1个标准大气压下，以水的冰点为32度、沸点为212度，把其间分为180等分，每一等分为华氏一度，记作1oF。按此分割制成的温度计称为华氏温度计。由于分度较细，故准确性较高。但计算使用不太方便。在说英语的国家里用的较多。,（3）开尔文温标(K) 在 1个标准大气压下，以水的冰点为273度、沸点为373度，把其间分为100等分，每一等分为开氏一度。记作1K。当物质的温度达到0K时，即273时，物质的分子停止了运动，把这个温度称为绝对零度。开氏温度也称为绝对温度。 加()号，以表示零下温度。,3、三种温标的数值关系,摄氏温度开氏温度273.15,华氏温度32+9/5摄氏温度数,三、温度计 有液体温度计、金属温度计、电阻温度计、气体温度计、热电偶温度计和色标温度计等。,四、内能与热量1、内能：组成物体的大量分子一方面因不停地做无规则运动而具有分子动能，另一方面因分子间存在相互作用力并存在间距而具有分子势能，这两者合称为内能。2、热量：热量是高温物体与低温物体之间或同一物体的高温部分与低温部分之间以传递热的方式转移的那部分内能，常用符号Q表示。,3、热量的单位与换算（1）国际单位：焦耳，1千焦耳1000焦耳。（2）工程单位：大卡（千卡）1千卡4.18KJ（3）换算关系：1kCal=1103Cal=4.18103KJ或1kJ=0.24kCal五、比热容与热容量1、物质的比热容：单位质量的某种物体温度升高或降低10C所需吸收或放出的热量称为物质的比热容，单位：kJ/kg.0C。C2、热容量：物体质量与其质量比热容的乘积。,h,降低高度以减小冷空气容积,Q吸,d,Q放,障碍物,足够距离以拓展放热范围,六、物体温度变化时热量的计算热量比热容*质量*温度的变化量QCmtC比热容；m质量； t温度变化量,t,举例1：要把200C、2.5kg的水烧开，水至少要吸收多少热量？解：查表水的比热容C4.18kl/(kg.0C)水的初始温度是20度，末了温度是100度,例2：将320C、1.5kg的瘦牛肉放入箱温是20C的冷藏室足够长时间，牛肉要放出多少热量（以大卡计）？解：查表牛肉的比热容C3.21kJ/(kg.0C)瘦牛肉的初始温度是32度，末了温度是2度,式中负值表示放热。,1.3传热,热传递的方式可分为：热传导、对流换热和辐射换热三种基本形式。一、热传导1、热传导的概念在同一物体内部温度不同的各部分之间或直接接触而温度不同的两个物体之间的热量传递称为热传导。,热由温差引起的能量传递,自然界和生产技术中 几乎到处存在着温差,发电厂各厂区,卫星拍摄的热成像图,电脑板内部存在温差,运动中的乒乓球尾流,2、物质的热传导性及其应用 不同物质的热传导能力是不同的。热传导能力较强的物体称为热的良导体，如铜、铝等各种金属。热传导能力较弱的物体称为热不良导体，如棉麻丝及其织品、玻璃纤维、软木和各种泡沫等非金属材料。,热透过传导由物体较热的部分传递至物体较冷的部分，热的导体传导效能较高，热的不良导体则较逊色。,举例：空调的冷凝器和蒸发器,3、热传导的计算公式：,S箱体或房间面积m2厚度m-导热系数（KJ/(m.oC）t-温差,举例：有一台家用冰柜，箱体厚度约为5cm，总表面面积约合5m2,正常工作时箱内温度为180C，每天平均室温约为220C。问每天约有多少热量经热传导途径进入箱内？,解：查箱体的保温材料的导热系数0.1kJ/(m.h.0C),二、对流换热1、对流换热的概念这种流体（气体或液体）流过固体壁面时流体和壁面之间的热量传递称为对流换热。2、对流换热的两种方式（1）自然对流换热例：用吹气的方式来降温；用自来水冲杯子来快速降低。等等日常生活中还有很多例子见下页,1在凉茶店，凉茶通常用玻璃块盖着。空气是不良导体，为什么还要这样做？,避免灰尘跌进凉茶内保持凉茶温暖,让顾客看清楚凉茶的模样，以决定是否喜欢饮用,2在超级市场，有些冷藏柜是没有柜门的。这与凉茶店的做法刚好相反。为什么？,方便顾客拿取食品。,冷藏柜内的冷空气下沉，就算没有柜门，食品也能保持冰冷。,为了降低冷藏柜的制造成本。,以便摆放更多食品,你有否注意到.,浸没式电热器安装在电饭煲的底部,制冷机安装在墙壁高处,它们都是利用对流来传递热的,热可以透过对流在流体(液体/气体)中传递。,流体这样的流动称为对流。,流体受热会膨胀并上升，,它原来的位置被周围较冷的流体取代。,（2）强迫对流换热,3、对流换热公式Q=aSta放热系数，KJ/(m2.h.0C)；S流体与固体的接触面积； t温差,三、热辐射1、热辐射的概念这种在物体互相没有接触的情况下传递热量的形式称为热辐射，或称为辐射换热。,我们感到温暖！,不！能量并不是透过传导传递的，原因是空气是热的不良导体。,以辐射转移能量,能量是否透过传导由电暖炉传递至我们的双手呢？,不是透过对流传递的，因为暖空气只会上升，不会横向流动。,能量是否透过传导由电暖炉传递至我们的双手呢？,我们感到温暖！,能量是经由辐射传递的。,太阳能便是穿过宽广的太空(真空)传递过来的。,以辐射转移能量,2、影响热辐射换热量大小的因素（1）温差越大，高温物体以热辐射的形式向外界放出的热量就越多，同样低温物体以热辐射形式从外界吸收的热量越多。（2）物体表面颜色越深，向外辐射和从外界吸收热辐射的能力就越强。（3）物体表面越粗糙，向外热辐射和从外界吸收热辐射的能力就越强。,夏季校服通常是浅色的，,而冬季校服则是深色的。你知道原因吗？,衣服的颜色,原因是在太阳的照射下，浅色衣服比深色衣服经由辐射所吸收的能量少。,衣服的颜色,冬季校服则使学生感觉温暖,夏季校服使学生感觉凉快,1-4集态与集态变化一、集态也称相态，是指组成物质的大量分子在宏观上的集合状态。自然界的物质大多以固、液、气三种集态形式存在。二、物质不同集态的微观机理及其宏观表现。1、固体：固体分子的间距很小，只能作幅度很小的振动。2、液体：分子比固态大一些。无一定的形状，但有一定的体积。3、气体：分子间距大且无定值，相互吸引小。,三、集态变化的原因是由分子间作用力的大小和分子热运动的强弱两个方面的因素来决定。,特点： *同一种物质在不同的压力和温度下会以不同的状态存在； *物态的变化过程中伴随着热的交换现象（吸热、放热）,四、几种集态的变化1、汽化与汽化热：汽化：物质由液态变为气态，伴随吸热过程(1)蒸发：任何温度下，液体表面进行的汽化现象。举例：晾衣服，日光下地面的积水蒸发。(2)沸腾：在一定的条件下（沸点），液态物质的内部和表面同时进行的汽化现象。,沸腾条件（特点）：A:在一定的压力下液体只能在一定的温度下沸腾。B:沸腾过程中，液体保持沸腾温度不变。C:要向周围吸收热量。*在制冷工程中所说的蒸发均指沸腾。*沸点：液体沸腾时的温度蒸发温度,2、液化与液化热液化：物质由气态变化为液态的过程，伴随着放热现象。液化包括冷却与凝结两个过程。液化的条件：A：压力与温度相对应。B：液化时要向外部发出热量。C：在液化过程中，蒸气始终保持其凝结温度不变，液化过程在制冷工程中称为冷凝。,五、显热和潜热1、显热： 物体被加热或冷却时只有温度变化而不改变物质的质量和物态，这种热量称为显热。如：冷却空气。水温下降等。加热水，水温升，不沸腾。,显热的计算公式：QCmt,2、潜热： 物体吸热或放热时，只改变物体的质量（或状态），而物体的温度不变，这种热量称为潜热。如：汽化潜热。*潜热比显热大的多，空调利用制冷剂的蒸发潜热，从周围物体吸收大量的热量，从而达到制冷的目的。,潜热有六种：汽化热和液化热、溶解热的凝固热、升华热和凝华热。实践表明：（1）不同物质的潜热不同。例水和酒精（2）不同相变的潜热不同。例溶解热和汽化热（3）相同条件下，汽化热和液化热、溶解热的凝固热、升华热和凝华热相同。（4）不同条件下，潜热有所不同。例温度不同。,15饱和蒸气的热力学性质,一、饱和状态,液体发生状态变化而变成过热蒸汽的过程。开始蒸发时的液体称为饱和液体；其蒸发后全部变成蒸汽时，此蒸汽称为干饱和蒸汽；这两者之间的状态称为饱和状态；其中有液体和气体共存时的气体被叫作湿蒸汽。干饱和蒸汽再加热则变成过热蒸汽，饱和液体再冷却则变成过冷液体，过热蒸汽与干饱和蒸汽的温差称为过热度，过冷液体与饱和液体的温差称为过冷度。,二、饱和蒸气与饱和液体1、饱和蒸气处于饱和状态的蒸气2、饱和液体处于饱和状态的液体3、未饱和蒸气与未饱和液体,三、饱和温度，饱和压力：饱和温度饱和蒸气或饱和液体的温度。饱和压力饱和蒸气或饱和液体的压力。,饱和温度和饱和压力的关系（1）同一种物质的饱和温度与饱和压力存在着一一对应的关系，即给定物质的某一饱和压力对应的确定的饱和温度，反之，给定物质某一饱和温度，也对应有确定的饱和压力。,（2）饱和压力随饱和温度的升高而增大，饱和温度随饱和压力的增大而升高。,（3）同种物质在同压力下，饱和温度等于其沸点。例如：水在1大气压下的饱和温度为100度，它与标准大气压下的水的沸点相同。,蒸发温度随蒸发压力同步增减,冷凝压力随冷凝温度同步增减,3、过冷、过冷液体和过冷度,1、过冷：在饱和液体压力保持不变的条件下放热，使其温度降低，这种现象称为过冷。2、过冷液体：对饱和液体再进行冷却，使其温度低于饱和液体。3、过冷度：过冷液体的温度与饱和液体温度的差值称为过冷度。,*冷凝器中排出的液体一般都为过冷液体，视环境温度高低与冷凝器的情况。一般过冷度为5。,五、湿蒸气及其干度1、湿蒸气：饱和状态下饱和液体与饱和蒸气的混合物2、湿蒸汽的干度：湿蒸汽中饱和蒸汽的含量，Xmv/(mv+mw)(1)干饱和蒸气：再加热，液体 全部汽化为饱和蒸汽(2)过热蒸气：再加热，干饱和蒸气的温度高于该饱和压力下对应的饱和温度，比容也增加。*压缩机吸排气管进入和排出的制冷剂蒸气一般均为过热蒸气，(蒸发器、冷凝器中大部分为湿饱和蒸气，蒸发器出口处近似为干饱和蒸气)(3)过热度：过热蒸气温度与饱和温度之差。,六、 临界状态1、一些气体的不凝现象 有些气体即使加到3000个大气压，110度也不液化，例氧、一氧化碳等。2、临界状态及其应用临界压力与临界温度：当饱和气体的温度不变，压力升高，比容值减小，随着压力的不断升高，气态的比容值逐渐接近液态的比容；当压力增加到一定值时，气态和液态之间就没有明显的区别了，这种状态叫做临界状态。此时所对应的压力和温度分别叫做临界压力、临界温度。在临界温度以上的气态，无论加多大的压力都不能使它液化。因此，对于制冷剂来说，为了使制冷剂在常温下能够液化，其临界温度应较高一些。,3、常用制冷剂的临界参数电冰箱用制冷剂R12：tc=112度，Pc=4.06MPa空调器用R22： tc=96度，Pc=4.92MPa,一、湿空气1. 湿空气：是干空气和水蒸气的混合物，简称空气。大气中的水汽是形成云、雾和降水等天气现象的主要因子。通常表示大气湿度的物理量有：绝对湿度、水汽压、饱和水汽压、相对湿度、露点、温度露点差,16空气的湿度和露点,二、饱和空气: 某温度下，一定量的空气所含水蒸气量达到最大值时的湿空气称为饱和空气。对应的状态称为饱和状态。饱和温度、饱和压力。 它表示空气“吞食”水汽的能力，不反映空气中水汽含量的多少。,表 不同温度下的饱和水蒸气压力,三、 绝对湿度： 单位体积空气中所含水汽的质量（实际上就是水汽密度）。mv/V 单位为 g/cm3，g/m3。 它直接表示空气中含水汽的多少，绝对湿度大，水汽含量多，绝对湿度小，水汽含量少。绝对湿度不能直接测量，一般通过查算获得。,四、相对湿度 ： 指空气中水蒸气的实际含量与同温度下的湿空气中水蒸气的最大含量之比。即：=v/vs100。 当 100 未饱和； 当 =100饱和； 当 100过饱和。 当0时为不含水份的干空气夏季40%65% 冬季40%60%。比较舒适,五、含湿量人们把含有1Kg干空气的湿空气中所携带水蒸气的质量称为湿空气的含湿量。d=mv/md*100%（单位：g/Kgda，da表示干空气） mv-水蒸气的质量，md干空气的质量。,六、露点 ： 指空气中水汽含量不变且气压一定时,降低温度使其空气达到饱和时的温度，称为露点温度。单位与气温相同。 它表示空气中水汽含量的多少，水汽含量多，露点高;水汽含量少,露点低。,自然现象： 雾凇和雨凇,雾凇：附着在树枝及物体迎风面上的白色的疏松的凝结物。,雨凇：过冷却雨滴落地后冻结而形成的光滑而透明的冰层。,二、热力学第一定律,热力学第一定律：能量守恒与转换定律：一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，它们能够从一种形式转换成另一种形式，而在转换过程中总的能量数值保持不变。能：热能，电能，机械能（功），内能UW+QU系统自身内能；W外界作功；Q热量,二、 焓 热能是物质分子所具有的动能与位能的总和，而物质分子在各种状态下都在不停的运动，所以物质总是含有一定的热量，只是所处状态不同时，所含热量不同而已。1kg的物质在某一状态时，所含的热量称为该物质的焓。符号为H，单位为kJ/kg。制冷工质在系统中流动时，其内能和外功总是同时出现的，因此焓可以转化成热力计算。HU+pVH焓；U内能；p压力；V体积,焓的物理意义是指以特定温度作为起点的物质所含的热量。例如，通常把水在压力为101325Pa，温度为0C时的焓定义为零。把0C的R12和R134a液态制冷剂的焓值规定为200kJ/kg。焓随制冷剂的状态、温度和压力等参数的变化而变化。当对制冷剂加热或做功时，焓就增大，反之，制冷剂被冷却或蒸气膨胀向外做功时，焓就减小。,三、热力学第二定律：指出了热能与机械能之间的相互转换条件。（1）不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。（2）不可能从单一热源吸收热量使之完美变为有用功而不引起任何其他影响。,四、熵 熵和焓一样，也是描述物质状态的参数，它是从外界加进1kg物质（系统内）的热量Q与加热时该物质的绝对温度T（K）之比，用S表示，其关系式为：S = Q/T（kJ/kg） 熵值也是复合状态参数，它只与状态有关，而与过程无关，在一定的状态下，制冷剂的熵值是确定的。熵不需要计算绝对值。由于绝对温度T永远是正值，故热量的变化Q与熵的变化S符号相同。工质吸热，Q为正值，工质的熵值必然增加，S也为正值。反之工质放热（被冷却）Q为负值，工质的熵减少，S也为负值。因此，根据制冷过程中熵的变化，就可判断出工质与外界之间热流的方向。,练习题：1.摄氏温标是如何定义的？简要说明摄氏温标、华尔温标、开尔文温标之间的关系？2.热量常用的单位有哪些？它们在数值上有何关系？3.将质量1kg的水从250C加热到750C至少要吸收多少焦耳的热量？水的比热C4.18kJ/(kg.0C)4.将5kg瘦牛肉由200C冷却到00C要放出多少大卡的热量（已知瘦牛肉的质量热容量为3.21kJ/(kg.0C）5.试简要介绍影响热辐射换热量大小的几个因素？6.何为集态？自然界里物质的集态有哪几种？7.何为显热？何为潜热？8.何为饱和蒸气？何为饱和液体？何为未饱和蒸气？何为未饱和液体？,9.何为干空气？何为湿空气？何为绝对湿度？何为相对湿度？10.何为含湿量？何为露点？,