制冷空調技術pptx課件

1、第一章第一章 制冷熱工基礎制冷熱工基礎第一節(jié)基本概念第一節(jié)基本概念狀態(tài)參數中比容、壓力、溫度是可由儀表直接測狀態(tài)參數中比容、壓力、溫度是可由儀表直接測量得到的參數，稱作基本狀態(tài)參數。量得到的參數，稱作基本狀態(tài)參數。一、基本狀態(tài)參數一、基本狀態(tài)參數1.比容 (v，m3/kg)單位質量工質所占有的體積；單位質量工質所占有的體積；比容和密度之間互為倒數。比容和密度之間互為倒數。2.壓力壓力(p，單位，單位Pa)單位面積上所承受的垂直作用力；單位面積上所承受的垂直作用力；分子運動撞擊在單位面積上呈現(xiàn)的平均作用力；分子運動撞擊在單位面積上呈現(xiàn)的平均作用力；工程上常用的單位：工程上常用的單位： 兆帕兆帕(

2、1MPa=106Pa)；巴；巴(1bar=105 Pa)； 標準大氣壓標準大氣壓(1atm=101325Pa)3.溫度溫度描述系統(tǒng)冷、熱狀況的狀態(tài)參數描述系統(tǒng)冷、熱狀況的狀態(tài)參數標志物體內部分子無序運動的劇烈程度標志物體內部分子無序運動的劇烈程度溫度的高低通常用溫標來表示溫度的高低通常用溫標來表示 常用的溫標有：常用的溫標有： (1)熱力學熱力學絕對溫標絕對溫標（熱力學溫度或絕對溫度）：（熱力學溫度或絕對溫度）：開爾文在熱力學第二定律的基礎上，從理論上引入的開爾文在熱力學第二定律的基礎上，從理論上引入的與測溫物質性質無關的溫標?？勺鳛闃藴蕼貥?，一切經與測溫物質性質無關的溫標?？勺鳛闃藴蕼貥耍?/p>

3、切經驗溫標均可以用此溫標來校正驗溫標均可以用此溫標來校正(符號為符號為T，單位為，單位為K)。 (2)攝氏溫標攝氏溫標： 符號為符號為t、單位、單位。1960年國際計量會議把水的三相點年國際計量會議把水的三相點定為定為273.16K，0.01。 (3)熱力學溫標的關系熱力學溫標的關系 t()=T(K)273.15 另外常用的溫標還有另外常用的溫標還有華氏華氏溫標溫標和和朗肯朗肯溫標。溫標。 一個不受外界影響的系統(tǒng)，無論初始狀態(tài)如何，經過充分長時間后，必一個不受外界影響的系統(tǒng)，無論初始狀態(tài)如何，經過充分長時間后，必將達到這樣一種狀態(tài)將達到這樣一種狀態(tài): : 系統(tǒng)的宏觀性質不隨時間變化，即達到平衡

4、狀態(tài)。系統(tǒng)的宏觀性質不隨時間變化，即達到平衡狀態(tài)。二、平衡狀態(tài)參數二、平衡狀態(tài)參數1.定義定義沒有外界作用的條件下，系統(tǒng)的沒有外界作用的條件下，系統(tǒng)的宏觀性質宏觀性質不隨時間而變不隨時間而變化的狀態(tài)。化的狀態(tài)。2.實現(xiàn)條件實現(xiàn)條件對于一個狀態(tài)可以自由變化的熱力系，如果系統(tǒng)內以及對于一個狀態(tài)可以自由變化的熱力系，如果系統(tǒng)內以及系統(tǒng)與外界的一切系統(tǒng)與外界的一切不平衡勢差不平衡勢差均不存在，則熱力系一切均不存在，則熱力系一切可見的可見的宏觀變化停止宏觀變化停止，這時熱力系處于平衡狀態(tài)。，這時熱力系處于平衡狀態(tài)。3.特點特點具有確定的狀態(tài)參數。具有確定的狀態(tài)參數。平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)1.定義定義系統(tǒng)經歷一

5、個過程之后，如果沿原來路徑系統(tǒng)經歷一個過程之后，如果沿原來路徑逆向逆向進行，能使系統(tǒng)與外界進行，能使系統(tǒng)與外界同時同時恢復到初始狀態(tài)恢復到初始狀態(tài)而而不留下任何痕跡。不留下任何痕跡?？赡孢^程與準平衡過程從定義上的一個重要區(qū)別就在于可逆過程與準平衡過程從定義上的一個重要區(qū)別就在于過程逆行過程逆行, ,“沒沒有遺留下任何變化有遺留下任何變化”，例如功、熱、狀態(tài)等變化。，例如功、熱、狀態(tài)等變化。2.實現(xiàn)條件實現(xiàn)條件推動過程的勢差無限小，而且不存在任何推動過程的勢差無限小，而且不存在任何耗散耗散現(xiàn)象。無耗散效應的準現(xiàn)象。無耗散效應的準平衡過程就是可逆過程。平衡過程就是可逆過程。所謂耗散指固體或液體的磨

6、擦、電阻、非彈性形變、磁滯等現(xiàn)象起的所謂耗散指固體或液體的磨擦、電阻、非彈性形變、磁滯等現(xiàn)象起的效應，使能量耗散了，變?yōu)闊帷Ｐ?，使能量耗散了，變?yōu)闊帷?.特點特點可逆過程是熱力學的抽象，實際過程可逆過程是熱力學的抽象，實際過程無法實現(xiàn)無法實現(xiàn)，但可以，但可以無限接近無限接近它它研究可逆過程的目的，在于抓主要矛盾，反映本質。把可逆過程作為研究可逆過程的目的，在于抓主要矛盾，反映本質。把可逆過程作為實際過程中實際過程中能量轉化效果的比較標準能量轉化效果的比較標準; ;在實際熱力學計算中，通常是把某一在實際熱力學計算中，通常是把某一實際過程理想化實際過程理想化為可逆過程計算，為可逆過程計算，然后引

7、入必要的然后引入必要的經驗修正。經驗修正。可逆過程可逆過程第二節(jié)第二節(jié) 制冷的熱力學基礎制冷的熱力學基礎如果兩個物體分別與第三個系統(tǒng)處于熱平衡如果兩個物體分別與第三個系統(tǒng)處于熱平衡( (相互之間相互之間沒有熱量傳遞沒有熱量傳遞) )，則彼此也必定處于熱平衡。處于熱平，則彼此也必定處于熱平衡。處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)溫度必然具有相同的溫度。衡狀態(tài)的系統(tǒng)溫度必然具有相同的溫度。一、熱力學定律一、熱力學定律1.1.熱力學第零定律熱力學第零定律 處于熱平衡的系統(tǒng)必然有一個在數值上相等的熱力學參數處于熱平衡的系統(tǒng)必然有一個在數值上相等的熱力學參數(溫度溫度)描述這一平衡特性。描述這一平衡特性。 如果要測量如

8、果要測量A的溫度，可以用已知物性與溫度關系的物體的溫度，可以用已知物性與溫度關系的物體B與與A接觸，使之達到熱平衡，可由接觸，使之達到熱平衡，可由B讀得讀得A的溫度。的溫度。 B：氣體、液體、熱電偶、熱電阻溫度計：氣體、液體、熱電偶、熱電阻溫度計自然界中的一切物質都具有能量，能量不可能被創(chuàng)造，自然界中的一切物質都具有能量，能量不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅；但能量可以從一種形態(tài)轉變?yōu)榱硪灰膊豢赡鼙幌麥?；但能量可以從一種形態(tài)轉變?yōu)榱硪环N形態(tài)，且在能量的轉化過程中能量的總量保持不變。種形態(tài)，且在能量的轉化過程中能量的總量保持不變。 能量守恒與轉換定律是自然界基本規(guī)律之一能量守恒與轉換定律是自然界基本

9、規(guī)律之一2.2.熱力學第一定律熱力學第一定律用符號用符號U表示，單位是焦耳表示，單位是焦耳 （J） 熱力學能熱力學能1kg1kg物質的熱力學能稱比熱力學能物質的熱力學能稱比熱力學能用符號用符號u表示，單位是焦耳表示，單位是焦耳/千克千克 （J/kg） 比熱力學能比熱力學能熱力學能熱力學能(1)熱力學能和總能熱力學能和總能熱力狀態(tài)的單值函數。熱力狀態(tài)的單值函數。兩個獨立狀態(tài)參數的函數。兩個獨立狀態(tài)參數的函數。 狀態(tài)參數，與路徑無關。狀態(tài)參數，與路徑無關。工質的總儲存能工質的總儲存能內部儲存能內部儲存能外部儲存能外部儲存能熱力學能熱力學能總能總能動動 能能位位 能能工質的總儲存能工質的總儲存能 E

10、總能，總能， Ek 動能動能 Ep 位能位能E=U+Ek+Ep 內部儲存能和外部儲存能的和，即熱力學能與宏觀運動動能內部儲存能和外部儲存能的和，即熱力學能與宏觀運動動能及位能的總和及位能的總和若工質質量若工質質量m，速度，速度cf，重力場中高度，重力場中高度z宏觀動能宏觀動能: : 221fkmcE重力位能重力位能: :mgzEp工質的總能工質的總能: :mgzmcUEf221gzcuef221比總能比總能: :力學參數力學參數cf和和z只取決于工質在參考系中的速度和高度只取決于工質在參考系中的速度和高度能量從一個物體傳遞到另一個物體有能量從一個物體傳遞到另一個物體有兩種方式兩種方式l作功作功

11、借作功來傳遞能量總和物體宏觀位移有關。借作功來傳遞能量總和物體宏觀位移有關。 l傳熱傳熱借傳熱來傳遞能量無需物體的宏觀移動。借傳熱來傳遞能量無需物體的宏觀移動。 (2) 能量的傳遞和轉化能量的傳遞和轉化 焓焓用符號用符號H表示，單位是焦耳表示，單位是焦耳 （J） H= U+pV比焓比焓 pvuh用符號用符號h表示，單位是焦耳表示，單位是焦耳/千克千克 （J/kg）焓是一個狀態(tài)參數。焓是一個狀態(tài)參數。焓也可以表示成另外兩個獨立狀態(tài)參數的函數。焓也可以表示成另外兩個獨立狀態(tài)參數的函數。如：如：h=f(T,v) 或或 h=f(p,T); h=f(p,v)12212121hhdhhhba (3) 焓焓

12、 進入系統(tǒng)的能量進入系統(tǒng)的能量- -離開系統(tǒng)的能量離開系統(tǒng)的能量= =系統(tǒng)中儲存能量的增加系統(tǒng)中儲存能量的增加 閉口系統(tǒng)的能量平衡閉口系統(tǒng)的能量平衡(4) 熱力學第一定律的基本能量方程式熱力學第一定律的基本能量方程式 工質從外界吸熱工質從外界吸熱Q后從狀態(tài)后從狀態(tài)1變化到變化到2，對外作功，對外作功W。若工。若工質宏觀動能和位能的變化忽略不計，則質宏觀動能和位能的變化忽略不計，則工質儲存能的增加工質儲存能的增加即為熱力學能的增加即為熱力學能的增加U 12UUUWQWUQ熱力學第一定律的解析式熱力學第一定律的解析式 加給工質的熱量一部分用于增加工質的熱力學能儲存于工質內加給工質的熱量一部分用于增

13、加工質的熱力學能儲存于工質內部，余下部分以作功的方式傳遞至外界。部，余下部分以作功的方式傳遞至外界。 對微元過程，第一定律解析式的微分形式對微元過程，第一定律解析式的微分形式 WdUQ對于對于1 kg工質工質wuqwduq熱量熱量Q熱力學能變量熱力學能變量U功功W代數值代數值系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)吸熱Q+ 系統(tǒng)對外作功系統(tǒng)對外作功W+ 系統(tǒng)熱力學能增大系統(tǒng)熱力學能增大U+可逆過程可逆過程 pdVW 21,pdVUQpdVdUQ21,pdvuqpdvduq完成一循環(huán)后，工質恢復原來狀態(tài)完成一循環(huán)后，工質恢復原來狀態(tài) 0dUWQ閉口系完成一循環(huán)后，循環(huán)中與外界交換的熱量等于閉口系完成一循環(huán)后，循環(huán)中與外界交

14、換的熱量等于與外界交換的凈功量與外界交換的凈功量 netnetnetnetwqWQ工質流經壓縮機時，機器對工質做工質流經壓縮機時，機器對工質做功功wc,使工質升壓，工質對外放熱使工質升壓，工質對外放熱q 每每kgkg工質需作功工質需作功 )()(12qhhwc膨脹過程均采用絕熱過程膨脹過程均采用絕熱過程壓縮機能量平衡壓縮機能量平衡 膨脹機能量平衡膨脹機能量平衡 (5) 能量方程式的應用能量方程式的應用21hhwi穩(wěn)定流動能量平衡方程穩(wěn)定流動能量平衡方程三、熱力過程、準平衡過程與可逆過程三、熱力過程、準平衡過程與可逆過程熱力系由一狀態(tài)向另一狀態(tài)變化時所經歷全部狀態(tài)的總和熱力系由一狀態(tài)向另一狀態(tài)變

15、化時所經歷全部狀態(tài)的總和1.定義定義 在熱力過程中，不平衡勢差無限小，熱力學所經歷的一系列狀態(tài)都無限在熱力過程中，不平衡勢差無限小，熱力學所經歷的一系列狀態(tài)都無限接近于平衡狀態(tài)的熱力過程。接近于平衡狀態(tài)的熱力過程。2.實現(xiàn)條件實現(xiàn)條件推動過程進行的勢差無限小。推動過程進行的勢差無限小。3.特點特點準平衡過程可在狀態(tài)參數坐標圖中用連續(xù)曲線表示；準平衡過程可在狀態(tài)參數坐標圖中用連續(xù)曲線表示；準平衡過程是一種理想過程，是實際過程進行得足夠緩慢的極限情況，準平衡過程是一種理想過程，是實際過程進行得足夠緩慢的極限情況，一切實際過程只能接近于準平衡過程一切實際過程只能接近于準平衡過程在工程實際設備中進行的

16、過程?？勺鳛闇势胶膺^程。在工程實際設備中進行的過程?？勺鳛闇势胶膺^程。熱力過程熱力過程準平衡過程準平衡過程噴管能量轉換噴管能量轉換 換熱器能量平衡換熱器能量平衡 工質流經換熱器時和外界有工質流經換熱器時和外界有熱量交換而無功的交換，動熱量交換而無功的交換，動能差和位能差也可忽略不計能差和位能差也可忽略不計 1kg1kg的工質吸熱量的工質吸熱量 12hhq1kg1kg工質動能的增加工質動能的增加 212122)(21hhccff工質流經噴管和擴壓管工質流經噴管和擴壓管時不對設備作功時不對設備作功 ，熱量，熱量交換可忽略不計交換可忽略不計 工質流過閥門時流動截面突然收縮，壓力下降，這種流動工質流過

17、閥門時流動截面突然收縮，壓力下降，這種流動稱為節(jié)流。稱為節(jié)流。 設流動絕熱，前后兩截面間的動能差和位能差忽略，設流動絕熱，前后兩截面間的動能差和位能差忽略，因過程無對外做功，故因過程無對外做功，故節(jié)流前后的焓相等節(jié)流前后的焓相等 21hh該式只對節(jié)流前后穩(wěn)定段成立，而不適合節(jié)流過程段。該式只對節(jié)流前后穩(wěn)定段成立，而不適合節(jié)流過程段。 節(jié)流節(jié)流熱不能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體熱不能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體研究與熱現(xiàn)象相關的各種過程進行的方向、條件及限度的研究與熱現(xiàn)象相關的各種過程進行的方向、條件及限度的定律定律 (1)(1)制冷循環(huán)的熱力學分析制冷循環(huán)的熱力學分析

18、熱力學循環(huán)熱力學循環(huán) 正向循環(huán)正向循環(huán) 熱能轉化為機械功熱能轉化為機械功 逆向循環(huán)逆向循環(huán) 消耗功消耗功 循環(huán)除了一二個不可避免的不可逆過程外，其余均循環(huán)除了一二個不可避免的不可逆過程外，其余均為可逆過程?？赡嫜h(huán)是理想循環(huán)。為可逆過程。可逆循環(huán)是理想循環(huán)。 理想循環(huán)理想循環(huán)3.3.熱力學第二定律熱力學第二定律機械能機械能電能電能熱能熱能熵熵熱力學狀態(tài)參數，是判別實際過程的方向，熱力學狀態(tài)參數，是判別實際過程的方向，提供過程能否實現(xiàn)、是否可逆的判據。提供過程能否實現(xiàn)、是否可逆的判據。 定義式定義式 Tqdsrevqrev是可逆過程的換熱量，是可逆過程的換熱量，T為熱源溫度為熱源溫度可逆過程可逆

19、過程1-2的熵增的熵增 212112Tqdssssrev克勞修斯積分克勞修斯積分 Tqrev=0 =0 可逆循環(huán)可逆循環(huán) 0 0 不可逆循環(huán)不可逆循環(huán) 0 0 不可能實行的循環(huán)不可能實行的循環(huán) p p、T T 狀態(tài)下的比熵狀態(tài)下的比熵定義為定義為: : TpTpTpTpTqss、0000(2)熱源溫度不變時的逆向可逆循環(huán)熱源溫度不變時的逆向可逆循環(huán) 逆卡諾循環(huán)逆卡諾循環(huán) 當高溫熱源和低溫熱源隨著過程的進行溫度不變時，當高溫熱源和低溫熱源隨著過程的進行溫度不變時，具有兩個可逆的等溫過程和兩個等熵過程組成的逆具有兩個可逆的等溫過程和兩個等熵過程組成的逆向循環(huán)。向循環(huán)。在相同溫度范圍內，它是消耗功最

20、小的循環(huán)，即熱在相同溫度范圍內，它是消耗功最小的循環(huán)，即熱力學效率最高的制冷循環(huán)，因為它沒有任何不可逆力學效率最高的制冷循環(huán)，因為它沒有任何不可逆損失。損失。 卡諾制冷卡諾制冷機機是熱力是熱力理想的等理想的等溫制冷機溫制冷機過程過程1 12 2 壓縮工質，同時放熱至熱壓縮工質，同時放熱至熱源，維持制冷劑溫度恒定源，維持制冷劑溫度恒定 過程過程2 23 3 工質從熱源溫度工質從熱源溫度T Th h可逆絕熱可逆絕熱膨脹到冷源溫度膨脹到冷源溫度T Tc c 過程過程3 34 4 熱量從冷源轉移到工質中熱量從冷源轉移到工質中同時工質做功以使制冷劑同時工質做功以使制冷劑維持一定的溫度維持一定的溫度 過程

21、過程4 41 1 制冷劑從冷源溫度可逆絕熱制冷劑從冷源溫度可逆絕熱壓縮到熱源溫度壓縮到熱源溫度制冷工質向高溫熱源放熱量制冷工質向高溫熱源放熱量120sTqi制冷工質從低溫熱源吸熱量制冷工質從低溫熱源吸熱量 120sTqR系統(tǒng)所消耗的功系統(tǒng)所消耗的功 1200)(sTTqqwRinet卡諾制冷系數卡諾制冷系數 RRinetcTTTqqqwq0000卡諾熱泵循環(huán)效率卡諾熱泵循環(huán)效率 RiinetihTTTqqqwq000 1h熱力完善度熱力完善度 c 1溫溫 度度 T熵熵 S洛倫茲循環(huán)的洛倫茲循環(huán)的T-s圖圖 (3)熱源溫度可變時的逆向可逆循環(huán)熱源溫度可變時的逆向可逆循環(huán)洛倫茲循環(huán)洛倫茲循環(huán) 洛倫

22、茲循環(huán)洛倫茲循環(huán)工作在工作在二個變溫熱源間。二個變溫熱源間。與卡諾循環(huán)不同之與卡諾循環(huán)不同之處主要是處主要是蒸發(fā)吸熱蒸發(fā)吸熱和冷卻放熱均為變和冷卻放熱均為變溫過程溫過程 ( (假設制冷過程和冷卻過程傳熱溫差均為假設制冷過程和冷卻過程傳熱溫差均為T )T )制冷量制冷量 0023(/ 2)()qTTss 排熱量排熱量 1423(/2)()(/2)()iRRqTTssTTss耗功耗功 0netRwqq洛倫茲循環(huán)制冷系數洛倫茲循環(huán)制冷系數 TTTTTwqRRnetiL0)2/(以卡諾循環(huán)作為比較依據，第一類循環(huán)就是以卡諾循環(huán)作為比較依據，第一類循環(huán)就是卡諾循環(huán)制冷機卡諾循環(huán)制冷機，第二，第二類循環(huán)則

23、是理想的類循環(huán)則是理想的熱源驅動逆向可逆循環(huán)熱源驅動逆向可逆循環(huán)三熱源循環(huán)。三熱源循環(huán)。 wq0 高溫熱源 T0 (環(huán)境) 制冷機 w qa q0 高溫熱源 T0 (環(huán)境) 制冷機 低溫熱源 TR (被冷卻對象) 驅動熱源 Th qh qa q0 低溫熱源 TR (被冷卻對象) (a) (b) gqq0 兩類制冷循環(huán)能量轉換關系圖兩類制冷循環(huán)能量轉換關系圖 (a)(a)以電能或機械能驅動以電能或機械能驅動 (b)(b)以熱能驅動以熱能驅動 (4)熱源驅動的逆向可逆循環(huán)熱源驅動的逆向可逆循環(huán)三熱源循環(huán)三熱源循環(huán) 對可逆制冷機對可逆制冷機熱力系數熱力系數hhchhRRhTTTTTTTTTqq000

24、00)(4.4.制冷的獲得方法制冷的獲得方法 焦耳湯姆遜效應焦耳湯姆遜效應 (1) (1) 節(jié)流過程的熱力學特征節(jié)流過程的熱力學特征 通過膨脹閥時焓不變，通過膨脹閥時焓不變，因閥中存在摩擦阻力損耗，因閥中存在摩擦阻力損耗，所以它是個所以它是個不可逆過程，節(jié)流后熵必定增加不可逆過程，節(jié)流后熵必定增加節(jié)流閥、毛細管、熱力膨脹閥和電子膨脹閥等多種形式。節(jié)流閥、毛細管、熱力膨脹閥和電子膨脹閥等多種形式。理想氣體的焓值僅是溫度的函數，氣體節(jié)流時溫度保持理想氣體的焓值僅是溫度的函數，氣體節(jié)流時溫度保持不變，而實際氣體的焓值是溫度和壓力的函數，節(jié)流后不變，而實際氣體的焓值是溫度和壓力的函數，節(jié)流后溫度一般會發(fā)生變化溫度一般會發(fā)生變化。焦耳湯姆遜系數焦耳湯姆遜系數hJT)PT( 結構簡單，價格低廉，在小型制冷空調裝置中應用廣泛結構簡單，價格低廉，在小型制冷空調裝置中應用廣泛(2)熱力理想等壓源系統(tǒng)熱力理想等壓源系統(tǒng) 在工質未冷凝的氣體制冷機系統(tǒng)中，吸熱過程是變溫的，在工質未冷凝的氣體制冷機系統(tǒng)中，吸熱過程是變溫的，而不象在卡諾制冷機中那樣在等溫下吸熱。這樣，實際而不象在卡諾制冷機中那樣在等