制冷循環(huán)的熱力學原理

1、第一節(jié)制冷循環(huán)的熱力學原理一、常用術語1、物質具有一定質量并占據空間的任何物體稱為物質。物質通常以固、液、氣三態(tài)存在。蒸氣壓縮式制冷機都依靠內部循環(huán)流動的工作物質來實現制冷 過程。制冷機中的工作物質稱為制冷劑。制冷裝置中用來傳遞冷量的 工作物質稱為載冷劑。2、溫度溫度是物體冷熱程度的量度。它是物質分子熱運動劇烈程度的標 志尺度。常用的溫度度量單位有攝氏溫標t和開氏溫標T（絕對溫標）。T(k)二tC )+273.15圖2-1兩種常用溫標的比較3、熱量物體在熱過程中所放出或吸收的能量稱為熱量。生產中常用制冷能力來衡量設備產冷量大小。制冷能力：制冷設備單位時間內從冷庫取走的熱量。4、比熱( spec

2、ific heat)比熱是一個物性參數，意為單位度量的物質溫度變化1k時所吸進或放出的熱量。體積比熱Cv(J/m3.k)摩爾比熱Cp(J/mol.k)5、顯熱和潛熱不改變物質的形態(tài)而引起其溫度變化的熱量稱為顯熱。不改變物質的溫度而引起其形態(tài)變化的熱量稱為潛熱。制冷劑的汽化潛熱有何要求？表1-1幾種制冷物質的汽化潛熱(kJ/kg)物質水氨R12R22氯甲烷一氧化硫R114R502汽化2256.81369167.5234.5427.1397.8137.9150.0執(zhí)八、626、壓力垂直作用在單位面積上的力稱為壓力 p(壓強)。p是確定物質狀態(tài)的基本參數之一。1bar=105Pa飽和壓力Ps與飽和溫

3、度ts的對應關系絕對壓力,也限錢個大氣壓絕對零壓線(貳出出】(弋出屈)1- 1 A-K出賢團剳矇 只出I*7、比容v和密度比容：每千克物質所占有的容積。V是基本狀態(tài)參數。V=18、導熱系數表示材料傳導熱量的能力，是一個物性參數。數值上等于：1m厚的材料兩邊溫差1k時在1小時內通過1m2表面積所傳導的熱量。單位：w/m.k 9、壓-焓圖(lgp-h)物質的熱力狀態(tài)性質可以繪制成曲線圖的形式。制冷劑性質曲線 圖有多種形式。行業(yè)中最常用的是lgp-h圖。lgp-h圖的構成可以總結為一個臨界點、二條飽和線、三個狀態(tài)區(qū)、 六組等值線。IgP液態(tài)區(qū)H(kJ/kg)(勾)上壓焙圖等壓線-水平線等焓線-垂直線

4、等干度線x 濕蒸汽區(qū)域內等熵線-向右上方傾斜等容線-向右上方傾斜等溫線-垂直線（未）T水平線（濕）T向右下方彎曲（過）由于制冷裝置中，制冷劑的實際壓力并不太高，|gp-h圖靠近臨 界點的高壓部分和濕蒸汽區(qū)域的中間部分在熱力計算中很少用到，為 了使圖面清晰簡捷，往往將這兩部分截去。課后練習：lgp-h圖中狀態(tài)點參數的查取。飢*Il1J CT IN一l_J_“十m w ii iiv JH 沏沁七鋤quSf 1*3% 占、/ J 尊 1E ry Ik 力ks Qj|( f皿匸環(huán)kJ.花Zii3 wfl兒-7f2U壯li常旳尺1?心CJ14MZF f_BRi應3 Jt I 閔 I 也二、理想制冷循環(huán)1

5、、熱力學基本定律熱力學第零定律：如果兩個熱力學系統中的每一個都與第三個 熱力學系統處于熱平衡（溫度相同），則它們彼此也必定處于熱平衡。熱力學第一定律：在任何發(fā)生能量傳遞和轉換的熱力過程中，傳 遞和轉換前后的能量總量維持恒定。熱力學第二定律：能量貶值原理。熱不能自發(fā)地、不付代價地從 低溫物體傳到高溫物體。人人人人：低溫物體熱量高溫物體外界補償熱力學第三定律：絕對溫度的零度是不可能達到。2、制冷循環(huán)的熱力學分析正向循環(huán)是使高溫熱源的工質通過動力裝置對外做功，然后再流 向低溫熱源，稱為動力循環(huán)，即把熱量轉化為機械功的循環(huán)。所有的熱力發(fā)動機都是按正向循環(huán)工作的，在溫-熵或壓-焓圖 上，循環(huán)的各個過程都

6、是依次按順時針方向變化的。逆向循環(huán)，它是使工質（制冷劑）在吸收低溫熱源的熱量后通過制 冷裝置，并以外功作補償，然后流向高溫熱源。逆向循環(huán)是一種消耗功的循環(huán)，制冷循環(huán)就是按逆向循環(huán)進行的， 在溫-熵或壓-焓圖上，循環(huán)的各個過程都是依次按逆時針方向變化的。逆向循環(huán)又可分為可逆和不可逆兩種。可逆循環(huán)是一種理想循環(huán), 它不考慮工質在流動和狀態(tài)變化過程中的各種損失。如果在工質循環(huán) 過程中考慮了上述各種損失，即為不可逆循環(huán)。在制冷循環(huán)中，不可逆主要來自兩個方面：即制冷劑在流動和狀 態(tài)變化時因內部摩擦、不平衡等引起的內部不可逆損失，以及冷凝器、 蒸發(fā)器等換熱器存在傳熱溫差的外部不可逆損失。膨脹機冷卻介質qk

7、1- 2等熵壓縮t 耗功w12- 3等溫冷凝放熱qk二(sa-sb)3- 4等熵膨脹t 做功w24- 1等溫蒸發(fā)吸熱qO二TO(sa-sb)3.1逆卡諾循環(huán)特點TO與Tk對制冷系數的影響是不等價的，To的影響大于Tk。同 時，也意味著要實現溫度降低的制冷具有更高的難度。由于逆卡諾循環(huán)不考慮各種損失，而且壓縮機利用了膨脹機對外 輸出的功。因此，在恒定的高、低溫熱源區(qū)間，逆卡諾循環(huán)的制冷系 數最大，在該溫度區(qū)間進行的其它各種制冷循環(huán)的制冷系數均小于 ，逆卡諾循環(huán)制冷系數可用來評價其它制冷循環(huán)的熱力完善度。濕蒸汽區(qū)域內進行濕壓縮設備：蒸發(fā)器無傳熱溫差冷凝器無傳熱溫差壓縮機無摩擦運動膨脹機不經濟，且難

8、以加工4、具有傳熱溫差的逆向可逆循環(huán)0baTk冷卻介質的溫度；TO 被冷卻介質的溫度；逆卡諾循環(huán)：1 -2-3-4-1Tk 冷凝器中制冷劑的溫度；TO 蒸發(fā)器中制冷劑的溫度；有傳熱溫差的循環(huán)：1-2-3-4-1 ；耗功量增加：陰影面積；制冷量減少：1-1 -4-4-1。有傳熱溫差的制冷循環(huán)的制冷系數 c小于逆卡諾循環(huán)的制冷系數C。蒸發(fā)器傳熱溫差對制冷系數的影響將大于冷凝器傳熱溫差。熱力完善度：工作于相同溫度間的實際制冷循環(huán)的制冷系數與逆 卡諾循環(huán)制冷系數的比值。n = e g/ecWIn的大小反映了實際制冷循環(huán)接近逆卡諾循環(huán)的程度。5、具有變溫熱源的理想制冷循環(huán)-洛倫茲循環(huán)在制冷裝置的實際運行中，高溫熱源（冷卻介質）和低溫熱源（被 冷卻介質）的溫度通常是不斷變化的。冷凝器中的冷卻水的溫度是逐 步升高，而被冷卻介質的溫度是不斷