制冷设备原理与技能训练课件.ppt
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1、制冷技术的发展及应用,制冷技术的发展史,1.制冷的定义 制冷是指采用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物质冷却,使其温度降到环境温度以下,并保持这个低温。因此,制冷不同于自然冷却。,2、制冷的分类,按照制冷所得到的低温范围,制冷技术划分为以下4个领域:普通制冷 120K以上 深度制冷 120K20K 低温制冷 20K0.3K 超低温制冷 0.3K以下 本课程主要讲普通制冷。,3.制冷技术的发展历史,制冷技术的发展概括起来可分为两个阶段:(1)天然冷源的应用阶段 是从古代18世纪中期。采用的天然冷源主要是指冬季储存的天然冰和夏季使用的深井水。(2)机械制冷阶段 18世纪中期今。1755年是人工
2、制冷史的起点。现代制冷技术作为一门科学是由19世纪中后期发展起来的,到20世纪具有更大的发展。,1755年,爱丁堡的化学教授库伦利用乙醚蒸发使水结冰。他的学生布拉克从本质上解释了融化和汽化现象,导出了潜热的概念,并发明了冰量热器,标志着现代制冷技术的开始。1834年,在伦敦工作的美国发明家波尔金斯造出了第一台以乙醚为工质的蒸气压缩式制冷机,并正式呈请了英国第6662号专利。这是后来所有蒸气压缩式制冷机的雏型。,1875年,卡列和林德用氨作制冷剂,制造了氨蒸气压缩式制冷机。1844年,美国人J.Gorrie发明了空气循环式制冷机,并于1851年获得美国专利,这是世界第一台制冷和空调用机器。185
3、8年,美国人尼斯取得了冷库设计的第一个美国专利,从此商用食品冷藏事业开始发展。,4.我国制冷的发展简史,人类最早的制冷方法是利用自然界存在的冷物质冰、深井水等。我国早在周朝就有了用冰的历史。到了秦汉,冰的使用就更进了一步,据艺文志记载:大秦国有五宫殿,以水晶为柱拱,称水晶宫,内实以冰,遇夏开发。”这实质是我国最早的空调房间。到了唐朝已生产冰镇饮料并已有了冰商。冰酪、奶冰也发源于中国,是冰淇淋的雏形,在元朝时由意大利著名旅行家马可波罗带到了欧洲。,人工制冷至今在世界上才有100多年的历史。旧中国制冷工业基本上是空白,解放前上海只有几家很小的“冰箱厂”且只搞维修业务,全国冷库也仅有几座。解放后,制
4、冷工业得到飞速发展,特别是八十年代通过引进国外先进技术,使我国的制冷、空调产品打入了国际市场。,5、应用,制冷的应用几乎渗透到各个生产技术、科学领域以及人们生活的各个方面中,概括起来主要有以下几个领域:(1)商业及人民生活 比如人工冰厂、空调、冰箱、冷柜以及食品的冷冻冷藏、保鲜、冷藏运输等。(2)工业生产及农牧业比如制药、啤酒、精密仪器车间等;农作物的种子进行低温处理,人工气候育秧室、蔬菜水果的保鲜等。,(3)建筑工程 比如挖掘隧道、建筑河堤时采用的“冻土法”。(4)科学实验研究 如各种环境模拟装置中创造的人工环境。(5)医疗卫生 如药品、疫苗及人体器官的冷藏保存,手术中采用低温麻醉等。(6)
5、尖端科学领域等 如微电子技术、能源、新型材料、宇宙开发等。,6、制冷空调技术的发展趋势,总体思路:节约能源,保护环境和趋向自然的舒适环境。节能仍将是制冷空调技术发展的核心。其重心将从单机的高效与节能发展到整个系统及运行管理的节能。目前研究和解决的重点问题是:1、能源的综合利用;2、变流量技术的应用;3、新型(环保型)制冷剂和净化技术研究与应用;4、计算机的应用。,7、新型制冷技术,半导体制冷技术太阳能吸附制冷技术地源、水源能利用余热制冷冰蓄冷技术,制冷设备原理与技能训练,课题一 制冷技术的基础知识,第一单元 制冷技术基础,课题二 人工制冷与空气调节,课题三 制冷剂与冷冻机油,授课教师:丁家辉,
6、课题一 制冷技术的基础知识,一、物体的三种状态 自然界的一切物质都是由大量分子组成的,组成物质的分子间有一定的距离,同时分子又处于无规则的永不停息的运动中,而这种大规模分子的杂乱无章运动称之为热运动。由于分子间的作用力和分子热运动等原因,使物质在通常状态下呈现出三种不同的状态:,固态、液态、气态。,固态时的物质有一定的体积,又有一下的形状,并具有一定的机械强度。液态时的物质没有一定的形状,没有固定的体积,但具有流动性;气态没有一定的形状,也没有一定的体积,可以充满任何空间。,凝固,溶解,汽化,液化,升华,凝华,汽化和液化(1)汽化,(2)液化 液化(与汽化过程恰恰相反)是由蒸汽状态转变为液体状
7、态的过程。,二、流体的基本状态参数,1、温度:定义:是表征物体冷热程度的一个状态参数也可以是物体冷热程度的一种度量。温标:(衡量温度的标尺或标准)分为摄氏温度、华氏温度、绝对温度,摄氏温度,符号:t单位:定义:在标准大气压下,以水的结冰温度作为 0,沸腾温度作为100,中间分成100等分,每一等分为一摄氏度。,华氏温度,符号:F单位:定义:将标准大气压下水结冰时的温度为32度,而沸点定为 212度,二者之间180等分,每一份定为1F。在欧美国家应用较广。,绝对温度,符号:T 单位:开尔文(K)定义:把水的冰点定为+273.15,沸点定为373.15,且理论上把物体内部完全停止分子热运动之点定为
8、绝对零度,即0()。,三者之间的换算关系,t=5/9(F-32)()F=9/5t+32()T=t+273.15(K),2、压力,定义:在物理学中,把垂直作用于物体表面的力叫做压力;把单位面积上所受的压力称为压强。压强是物理学中定量表示压力产生作用效果大小的物理量。工程上的压力=物理学中的压强,本书中的压力即为压强。单位:Pa(帕)1 Pa=1N/m2在制冷技术中,因Pa单位太小,通常采用兆帕(MPa)作为压力的单位;1M Pa=106Pa,绝对压力、表压力及真空度,绝对压力:流体直接作用在容器壁或管壁上压力大小的实际数值。用P绝表示。表压力:用压力表测量某压力时在压力表上的读数,称为表压力。指
9、绝对压力与当地大气压之差;用P表表示。大气压低时,表压力是一个负值,称为真空,读取的数值取其绝对值称为真空度。用P真表示。真空度:当容器内流体的压力低于大气压时,大气压与容器内流体压力之差三者与大气压的关系:P绝=P表+B P真=B-P绝,压力单位的选用及换算,当需要对系统进行高压检漏时,系统内压力较高,则应采用“MPa”为压力单位;而在完成抽真空试漏是,这时系统内绝对压力低于大气压力,则应采用“mmHg”为压力单位;,3、比容,物质所占有的体积与该物质的重量之比值称为该物质的比容,比容用符号v 表示,常用的单位为米3/千克(m 3/kg)。若质量为G的某气体所占有体积为V,则该气体的比容为:
10、=V/G,三、热量与冷量,1、热能热量是指由于物质间温度差别而引起转移的能量。表示物体吸热或放热多少的物理量。而物质具有的热能是指物质分子所具有的动能和位能之总和。制冷技术就是研究和利用热能的转移过程及其数量的科学。,2、热量的单位与换算,工程单位制中热量的单位为大卡(kcal),1kg纯水在一个标准大气压下温度升高1所需的热量称为1大卡。1kcal=1000cal;在国际单位制中热量的单位为焦耳,用符号J表示。1J=0.24cal;在英制单位中热量的单位为“英热单位”。1磅纯水升高呀降低1oF所吸收或放出的热量,科为1个英热单位(Btu),1Btu=0.25kcal=1.05KJ;在大型制冷
11、工程中采用“冷吨”为热量单位。冷吨(Rt):美国冷吨:USRt 日本冷吨:JNRt,3、冷量,冷量的物理含义和热量相同,只是物体温度高于周围介质温度的习惯上称为“热”,其向周围介质放出的能量称为“热量”,而物体温度低于周围介质温度的称为“冷”,其向周围介质吸收的能量即为“冷量”。制冷量:指制冷机在一定的工况下运行时所产生的能量大小。也可是单位时间内,空调主机产生的冷量(即:单位时间内,空调主机转移出的热量)。单位:W、KW 1W=1J/s1KW=3.6106J/h=860kcal/h,常用冷制量关系,4、比热容,单位质量的物质温度升高或降低 1时所吸收或放出的热量。称为这种物质的质量比热容。单
12、位是kg/(kg.0C)。,5、热量的传递,物质(系统)内的热量转移的过程叫做热传递。热传递有三种方式,即热传导、对流和热辐射。,(1)热传导:热在物质内直接传送称为热传导。他是指热量从同一物体温度较高的部分传到温度较低的部分,或者指两个相互接触的物体,热量从温度高的物体传到温度较低的物体。,(2)热对流:热对流是受热的液体或气体运动传递热量;分为自然对流和强迫对流。,观察炽热阳光下的柏油路面,(3)热辐射:热辐射是以红外线的方式发射和传递热量。以光的速度把热量通过空间从一个物体传给另一个物体,并以电磁辐射的形式进行能量传递的。,四、显热和潜热,1、显热 物质在加热(或冷却)过程中,温度升高(
13、或降低)所吸收(或放出)的热量叫显热。用符号Q显显表示。这里物质的状态并未发生变化。,2、潜热,物质在加热(或冷却)过程中,只改变原有状态,而温度不发生变化,这种改变状态所消耗(或得到)的热叫做潜热。用符号Q 潜表示。由于物质状态变化的种类不同,潜热分为:蒸发潜热、冷凝潜热、熔解潜热、凝固潜热。,五、热力学定律,、热力学第一定律,热力学第一定律,即能量守恒定律,它建立热能和机械功之间相互转换时的平衡关系,是热、功热量计算的基础。热和功之间的数量关系为:当做功生热时,功与热之比定值称为热当量(A)A=4.18427kJ(kgfm)当以热做功时,热与功之比为定值称热功当量(E)E=427/4.18
14、kgfm/kJ热功两量之关系的数学表达式为 Q=AW式中 Q热量(由机械功生成的热)kJ;W机械功Nm;A功热当量kJ(N,m)。,、热力学第二定律,1.在自然条件下,热量不能从低温物体转移到高温物体。欲使热量由低温物体转移到高温物体,必定要消耗外界的功,而这部分功又转变为热量。2.各种形式的能很容易转换为热能,要使热能全部而且连续地转换为功是不可能的,因为为热能转换成功时,必定伴随着热量的损失。这说明热功转换必定存在着能力损失。理解热力学第一和第二定律,有助于掌握制冷原理。,热量能自动从高温物体向低温物体转移,但热量不能自发地从低温物体向高温物体转移。,课题二人工制冷与空气调节,一、人工制冷
15、的原理与方法1、人工制冷原理(1)制冷的定义:制冷就是使某一空间内物体的温度低于周围环境介质的温度,并维持这个低温环境的过程。,(2)、实现制冷的途径:天然制冷 利用自然界的物质(天然冰、深水井和地道风等天然冷源)来完成的降温过程。人工制冷利用制冷装置获得所需的低温,但要消耗一定的外界能量(如:电能、热能、机械能、太阳能等),迫使热量从温度相对较低的被冷却物体转移到温度相对较高的周围介质(水或空气)中,从而使被冷却物体的温度降低到所需要的温度,并保持这个低温的制冷方式。,2、人工制冷方法,1.利用物质的相变来吸热制冷;气化制冷(蒸气制冷):包括蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸附式
16、制冷。2.利用气体膨胀产生低温(气体的绝热膨胀制冷)气体等熵膨胀时温度总是降低的,产生冷效应。,3.绝热去磁制冷利用磁性物质的磁热效应来完成磁制冷循环的。4.气体涡流制冷 高压气体经涡流管膨胀后,可分为冷热两股气流;5.热电制冷(半导体制冷)利用半导体的温差电效应实现的制冷。,二、空气调节,1、什么叫空气调节?它可以对哪些方面进行调节?2、你所知道的能进行空气调节的装置或系统有哪些?,1、定义 空气调节(简称空调),是为满足生产、生活要求,改善劳动卫生条件,用人工 的方法使房间或密闭空间空气温度、相对湿度、洁净度和气流速度等参数达到一定要求的技术。,2、范围,(1)、温度调节根据不同的需要,人
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