制冷与低温技术原理第1章绪论.ppt
制冷与低温技术原理,第 1 章 绪 论,第 1 章 绪 论,内容要求：制冷的基本概念 制冷和低温技术的研究内容 制冷和低温技术的应用 制冷和低温技术的发展历史 制冷和低温技术的热力学基础,1.1 制冷的基本概念,1.1.1 制冷:是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将 某物体冷却，使其温度降低到环境温度以下，并保 持这个温度。,（1）制冷不同于自然冷却。,（2）制冷的实现必须包括消耗能量的补偿 过程。,说明,（3）制冷就是从物体中吸取热量，并将 热量排放到环境介质中去，以产生 低于环境温度的过程。,制冷机：机械制冷中所必须的机器和设备的总和。,1.1.3 制冷设备：,1.1.4 制冷剂：制冷机中所使用的工作介质。,（1）制冷剂在制冷机中循环流动，同时与 外界发生能量交换，即不断地从被冷 却介质中吸取热量，向环境放出热量，从而实现制冷的目的。,（2）制冷剂必须在工作温度范围内能够 汽化和冷凝。,1.1.5 制冷循环:制冷剂一系列状态变化过程的综合。,说明,1.1.6 制冷技术划分领域,图1-1 低温温度范围,按照所获得的温度：,学术用语的统一,1.2 制冷和低温技术的研究内容,研究内容概括为四个方面：,研究获得低于环境温度的方法，机理以及与此相应的循环，并对循环进行热力学分析和计算。,研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供合适的工 作介质。,研究所需的各种机械和设备，包括它们的工作原 理，性能分析，结构设计，热绝缘问题，装置的 自动化问题等。,研究气体的液化和分离技术。,1.3 制冷和低温技术的应用,商业及人民生活 工业生产及农牧业 建筑工程 科学研究 医疗卫生 空间技术 低温物理研究,商业及人民生活,商业制冷：各类食品的冷加工，冷藏储存，冷藏运输,空气调节:为人们创造适宜的生活和工作环境,工业生产及农牧业,工业空调,六轴五联动车铣加工精密零件,发动机低温测试,计算机房温度20-30,球铁马氏体,建筑工程,冻土挖掘,科学研究,NASA模拟月球环境进行登陆勘测演练,云雾室,医疗卫生,空间技术,液氮罐,火箭推进器,低温物理研究,低温声学，低温光学，低温电子学等。超导现象。,1.4 制冷和低温技术的发展历史,现代制冷技术是18世纪后期发展起来的,1755年，爱丁堡化学教授William Cullen利用乙醚蒸发 使水结冰；他的学生Black提出潜热概念，发明了冰量热 器，标志着现代制冷技术的开始。1834年，美国发明家 Perkins造出了第一台乙醚为工质 的蒸汽压缩式制冷机。1875年，氨为制冷剂的蒸汽压缩式制冷机产生。1844年，美国医生 Gorrie发明了空气循环式制冷机，为 患者建立了一座空调站。1859年，Curre发明了氨水吸收式制冷系统，并申请了原 理专利。,普冷方面,1910年，Maurice发明了蒸汽喷射式制冷系统。1910年，第一台家用冰箱问世。1930年，氟利昂制冷工质出现。20世纪后，制冷技术有了更大的发展，热泵列入制冷技术 范畴。,低温方面,1877年，Louis Cailletet 液化了氧气。1895年，Linde 液化了空气。1898年，Dewar 液化了氢气。1908年，K.Onnes 液化了氦气。1934年，Kapitsa 发明了氦液化器。1947年，柯林斯采用双膨胀机于氦的预冷。,1926年，P.Debye 和 分别提出了用顺磁盐 绝热退磁的方法获取低温，1933年可获得0.25K。1950年，Pomeranchuk 提出利用压缩液态3He 的绝热固化 方法获取低温，1965年获得0.018K，1978年获得0.001K。1951年，H.London 发明了3He-4He 混合液稀释制冷法，可获得低温410-3K。1956年，N.Kurti 和 F.Simon 提出了核子绝热去磁的方法 获得更低温，在1956年用该方法可获得210-5K，1963年可获得1.2K。,超低温方面,微电子和计算机技术的应用：基础研究：计算机仿真技术用于循环研究;制冷产品的设计制造：应用计算机广泛用于产品的辅助；综合技术：高级自动控制系统。新材料在制冷产品中的应用：陶瓷及陶瓷复合物，聚合材料的使用。机器，设备的发展：压缩机的发展；低温机器和设备的开发；气体分离设备，热交换器以及低温恒温器的进展。新制冷剂的研究：氟利昂工质，共沸混合工质，非共沸混合工质；氟利昂的替代工质。,突破性的进展和挑战,1.5.1 基本概念,1.工质；2.热力系统；3.状态参数；4.温度；5.压力；6.比体积和密度；7.热力学能；8.焓；9.熵；,10.热量，热流量；11.功量，功率；12.比热容；13.过程和循环；14.显热，潜热；15.节流。,课堂问题1；节流过程的特点？,1.5 制冷的热力学原理,1.5.2 坐标图,常见的坐标图有：P-v图，T-s图，P-h图。,课堂问题2：思考水蒸气在不同压力下产生过程的坐标图表示。,1.5.3 热力循环和制冷循环,课堂问题3：分析卡诺循环和卡诺定理。,1.5.4 性能系数 COP（Coefficient of Performance）,经济指标=得到的收益/所花费的代价,机械能或电能驱动的制冷机（蒸汽压缩式，热电式）,热能驱动的制冷机（吸收式，蒸汽喷射式，吸附式）,1.制冷系数：,2.热力系数：,3.可逆制冷机的性能指标,机械能或电能驱动（蒸汽压缩式，热电式）,热能驱动（吸收式，蒸汽喷射式，吸附式）,4.制冷循环效率,（1）COP 和都是反映制冷循环经济性能的指标，但含义不同:,COP反映了制冷循环中收益能与补偿能在数量上的比值，不涉及二者的能量品位。COP1,=1,1均可。反映了制冷机循环趋于热力学完善的程度。热力学的 不可逆损失越小，循环越好，越大。效率总小于1。,5.制冷机的性能指标和循环效率的比较,（2）实际制冷机:COP与工作温度，制冷剂性质，制冷机 各组成部件的效率有关。理想制冷机:COP只与热源温度有关。,（4）反映了实际制冷循环的热力学完善程度。用作为 评价指标，可使任意两台制冷机在循环的热力学经济性 方面具有可比性。,（3）用COP 的大小比较两台实际制冷机的循环经济性时，必须是同类制冷机，并以相同热源条件为前提才具有 可比性。,1.5.5 热泵,1.制冷机与热泵:热力学上无区别,工作循环都是逆向循环。使用目的不同，热泵的目的是向高温热源释放热量。工作温度区域不同。,泵热系数,2.热泵的性能系数：,泵热系数恒大于1。,说明,性能指标COP=供热量/补偿能,思考题,试分析：在炎热的夏天，把室内的冰箱门打开，可以起到空调的作用，降低室内温度。此观点 是否正确。回答什么是热效率，制冷系数，泵热系数，它们的数值：大于1，等于1，还是小于1。,
