《冰箱空調(diào)2——制冷空調(diào)基礎(chǔ)》課件

1、 第二章制冷空調(diào)基礎(chǔ)知識第一節(jié)熱力學(xué)定律第二節(jié) 制冷壓縮原理及制冷劑本章小節(jié)第三節(jié) 其他制冷方式第四節(jié) 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ) 一、工質(zhì)的物理性質(zhì)及基本狀態(tài)參數(shù)二、熱力學(xué)定律及應(yīng)用三、制冷技術(shù)中常用的熱力學(xué)名詞第一節(jié)熱力學(xué)定律1物質(zhì)的三態(tài)固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)，三態(tài)之間是通過吸熱或放熱來完成其狀態(tài)轉(zhuǎn)化的。一、工質(zhì)的物理性質(zhì)及基本狀態(tài)參數(shù)（1）固態(tài)該種狀態(tài)的物質(zhì)分子間的引力比其它兩種狀態(tài)大，且分子間的距離最小。固體具一定形狀。（2）液態(tài)液態(tài)的物質(zhì)分子間的引力較小而間距較大。分子間相互可移動，因此液體具有流動性而且無一定的形狀。（3）氣態(tài)和上述兩種狀態(tài)相比較，氣態(tài)物體的分子間距離最大而分子間引力很小，分子間無相互

2、約束，不停地進行著無規(guī)則的運動。因此，氣體無形狀，元固定體積。物質(zhì)的狀態(tài)取決于分子之間引力的大小和其熱運動的強弱。2基本狀態(tài)參數(shù)熱力學(xué)中常見的狀態(tài)參數(shù)有（基本狀態(tài)參數(shù)）溫度 T、壓力 p、密度 或比體積 v、比內(nèi)能 u、比焓 h 等。一、工質(zhì)的物理性質(zhì)及基本狀態(tài)參數(shù)（1）溫度描述熱力系統(tǒng)冷熱程度的物理量。熱力學(xué)溫度的符號用 T 表示，單位為 K（開）。熱力學(xué)溫度與攝氏溫度之間的關(guān)系為t = T - 273.15 K 或 T = 273.15 K + tt 攝氏溫度，。（2）壓力F整個邊界面受到的力，N；一、工質(zhì)的物理性質(zhì)及基本狀態(tài)參數(shù)S受力邊界面的總面積，m2。絕對壓力、工作壓力和環(huán)境大氣壓力

3、之間的關(guān)系為pamb當?shù)卮髿鈮毫?；pe工作壓力。（3）比體積和密度系統(tǒng)中工質(zhì)所占有的空間稱為工質(zhì)的體積。而單位質(zhì)量的工質(zhì)所占有的體積稱比體積，用 v 表示，單位為 m3/kg。決定壓縮機制冷量的重要參數(shù)。與工質(zhì)密度互為倒數(shù)。一、工質(zhì)的物理性質(zhì)及基本狀態(tài)參數(shù)例題例 2-1鍋爐中蒸汽壓力表的讀數(shù)pe = 32.3 105 Pa ；凝汽器的真空度值 pe = 9.5 104 Pa ，根據(jù)真空表讀為 pamb= 1.013 25 105 Pa。若大氣壓力 ，試求鍋爐及凝汽器中蒸汽的絕對力。解： p = pamb + pe = 1.013 25 105 Pa + 32.3 105 Pa = 33.313

4、 105 Pa 凝汽器（電壓電容）中的絕對壓力p = pamb - pe = 1.013 25 105 Pa 9.5 104 Pa = 0.633 104 Pa 3理想氣體狀態(tài)方程式一、工質(zhì)的物理性質(zhì)及基本狀態(tài)參數(shù)Rg氣體常數(shù)對于質(zhì)量為 m（kg）的理想氣體，其狀態(tài)方程為V質(zhì)量為 m（kg）的氣體所占有的體積，m3；其它各參數(shù)同前。p v = R T p V = mR T 能量守恒及轉(zhuǎn)換定律：能量既不能被創(chuàng)造也不能被消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，或從一個系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到一個系統(tǒng)。二、熱力學(xué)定律及應(yīng)用在實際的工質(zhì)狀態(tài)變化中，熱力學(xué)第一定律的表達式為：q 加給 1 kg 工質(zhì)的熱量，J/kg；

5、u 1 kg 工質(zhì)內(nèi)能，J/kg； 機械功，J/kg。q = u + 熱力學(xué)第二定律：二、熱力學(xué)定律及應(yīng)用（1）在自然條件下熱量只能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不能由低溫物體自動向高溫物體轉(zhuǎn)移。即在自然條件下這個轉(zhuǎn)變過程是不可逆的，必須消耗功才能使熱傳遞方向倒轉(zhuǎn)過來。（2）任何形式的能都會很容易地變成熱，而反過來熱卻不能在不產(chǎn)生其它影響的條件下完全變成其它形式的能，這種轉(zhuǎn)變在自然條件下是不可逆的。熱變?yōu)闄C械功，一定伴隨有熱量損失。1熱量二、熱力學(xué)定律及應(yīng)用（1）熱量的定義熱量是系統(tǒng)與外界之間通過界面?zhèn)鬟f能量的一種方式，單位 J（焦耳）。 熱量是能量在傳遞過程中的一種表現(xiàn)形式。 熱量與熱力過程有

6、關(guān)，當熱量傳遞給系統(tǒng)即系統(tǒng)吸熱時符號為正號，反之取負。（2）熱量傳遞的方式 熱傳導(dǎo) 熱對流 熱輻射2焓、比熱容二、熱力學(xué)定律及應(yīng)用（1）焓的基本概念 1 kg 的氣體工質(zhì)流入到裝有一定狀態(tài)工質(zhì)的容器中后，帶來的能量等于其全部內(nèi)能與該氣體流動功之和，其值稱為焓。h = u + pvH = U + pV二、熱力學(xué)定律及應(yīng)用H 表示質(zhì)量為 m 的工質(zhì)的焓，h 表示 1 kg 工質(zhì)的焓，稱為比焓，習(xí)慣上統(tǒng)稱為“焓”，h 的單位為 J/kg，H 的單位為 J。H = U + pV = m ( u + pv ) = mhH質(zhì)量為 m 的工質(zhì)的焓，J；U質(zhì)量為 m 的工質(zhì)的熱力學(xué)能，J；p工質(zhì)的壓力，Pa；

7、V工質(zhì)的體積，m3；m工質(zhì)的質(zhì)量，kg；u1 kg工質(zhì)的熱力學(xué)能，J/kg；v工質(zhì)的比體積，m/kg；h1 kg工質(zhì)的焓，J/kg。焓的變化量即是工質(zhì)的熱量，定壓過程熱和焓的表達式為（q1-2）p = u2 u1 + p (v2 - v1) = h2- h1二、熱力學(xué)定律及應(yīng)用（2）比熱容1 kg 物質(zhì)溫度升高 1K 所需要的熱量叫比熱容，用 c 表示，其單位為 kJ/（kg K）。比熱容與熱量和焓的關(guān)系式為：在定壓過程中：在定容過程中： q1-2 = u2 u1 = cV (T2 - T1) q1-2 = h2 h1 = cp (T2 - T1)例題例 2-2在一個空氣加熱器中，空氣的溫度從

8、 27 升高到 327，而空氣的壓力沒有變化。試求加熱 1 kg 空氣所需的熱量（按定值比熱容計算）。解根據(jù)熱力學(xué)第一定律方程式，查表空氣的比定壓熱容為 cp =1.004 kJ/(kg K) 。T1 = 237 K + t1 = (273 + 27 )K= 300 K ， T2 = 237 K + t2 = (273 + 327 )K= 600 K ，所以 q1-2 = h2 h1 = cp (T2 - T1)= 1.004 （600-300） kJ/kg = 301.2 kJ/kg 二、熱力學(xué)定律及應(yīng)用3熵熵是狀態(tài)參數(shù)。標志著工質(zhì)的溫度對熱交換起著推動作用的狀態(tài)變化的參數(shù)稱為“熵”。工程上

9、經(jīng)常將溫度 T 和熵 S 作為一個坐標系（稱溫熵圖），以反映系統(tǒng)在進行熱交換過程中熱量的變化。三、制冷技術(shù)中常用的熱力學(xué)名詞1顯熱和潛熱（l）顯熱物質(zhì)分子的動能變化而物質(zhì)形態(tài)不變，這一過程吸收或放出的熱能稱之為顯熱。（2）潛熱物質(zhì)分子的位能變化，即物質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生改變，溫度不發(fā)生變化，這一過程中物質(zhì)吸收或放出的熱能稱之為潛熱。2汽化與液化（1）汽化物質(zhì)由液體轉(zhuǎn)變成蒸氣的過程就是汽化過程。（2）液化液化與汽化是相反的過程。三、制冷技術(shù)中常用的熱力學(xué)名詞3飽和溫度和飽和壓力某種液體沸騰時所維持不變的溫度稱為沸點，熱工學(xué)中又將其稱為在某一壓力下的飽和溫度。飽和溫度與飽和壓力一一對應(yīng)。壓力升高，飽和溫度

10、升高，不同液體，同壓力下飽和溫度不同。4過熱與過冷（1）過熱過熱度即過熱蒸氣的溫度與飽和溫度之差。（2）過冷過冷也有過冷度的概念，過冷液體溫度比飽和液體溫度所低的數(shù)值，稱為制劑液體的過冷度。三、制冷技術(shù)中常用的熱力學(xué)名詞5臨界溫度和臨界壓力壓力增加，氣體的液化溫度隨之升高，溫度升高到某一數(shù)值時，氣體的液化溫度與壓力之間就不是正比的關(guān)系了，即使再增大壓力不能使氣體液化，此時的溫度就叫做臨界溫度；與臨界溫度對應(yīng)的壓力被稱之為臨界壓力。 一、制冷系統(tǒng)的組成二、制冷循環(huán)三、常用制冷劑第二節(jié)制冷壓縮原理及制冷劑四、新型制冷劑介紹一、制冷系統(tǒng)的組成蒸氣壓縮式制冷機的工作原理如圖所示。一、制冷系統(tǒng)的組成制冷

11、系統(tǒng)組成：壓縮機、冷凝器、膨脹閥（節(jié)流閥）、蒸發(fā)器及它們之間的連接管路等。完成一個循環(huán)只經(jīng)過一次壓縮，稱為單級壓縮制冷循環(huán)。制冷循環(huán)包括壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)四個過程。一、制冷系統(tǒng)的組成蒸氣壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)主要設(shè)備的功用及工質(zhì)的狀態(tài)變化設(shè)備名稱壓縮機冷凝器節(jié)流閥蒸發(fā)器功用吸入工質(zhì)氣體，提高壓力造成向高溫放熱而液化的條件將工質(zhì)蒸氣液化降低液態(tài)工質(zhì)的壓力由工質(zhì)蒸發(fā)潛熱（汽化熱）而產(chǎn)生冷卻作用制冷工質(zhì)狀態(tài)氣體（加入壓縮功）氣體液體（放出凝結(jié)熱）液體液體氣體（吸收汽化熱）壓力增加高壓降壓低壓溫度低溫高溫（過熱過熱）高溫常溫（過熱30 50C）常溫低溫低溫過熱溫度二、制冷循環(huán)l熱功平衡分析電能熱能制冷

12、劑吸收低溫物體熱量 q0，向高溫介質(zhì)釋放熱量 qk，（q0 0，d = 0，故 = h / d = ?？照{(diào)工程中，過程曲線如圖所示。二、焓-濕圖及其應(yīng)用（3）干式冷卻過程等濕冷卻過程。冷卻過程中，空氣焓值減少，即h 0，其過程如圖所示。二、焓-濕圖及其應(yīng)用（6）等焓減濕過程采用固體吸濕劑對空氣進行等焓減濕處理。固體吸濕劑有兩類：一類，吸濕后仍為固體狀態(tài)；另一類為吸濕后固態(tài)逐漸變?yōu)橐簯B(tài)。固體吸濕劑處理空氣的過程可看作等焓減濕過程，變化過程線如圖所示。本章小結(jié)（1）工程熱力學(xué)研究工質(zhì)的狀態(tài)和性質(zhì)，常見的狀態(tài)參數(shù)有溫度、壓力、比體積（以上三個參數(shù)直接測量稱為基本參數(shù)）、內(nèi)能、焓、熵等；理想氣體狀態(tài)方

13、程式反映了各參數(shù)之間的關(guān)系；能量守恒和轉(zhuǎn)換是熱力學(xué)第一定律的本質(zhì)，而熱功轉(zhuǎn)換的條件則是熱力學(xué)第二定律的內(nèi)容。（2）壓縮式制冷循環(huán)是最常見的制冷方式，實際制冷循環(huán)有過熱循環(huán)、過冷循環(huán)和回?zé)嵫粔红蕡D反映了制冷循環(huán)中各過程的狀態(tài)參數(shù)的變化關(guān)系。本章小結(jié)（3）濕空氣的物理性質(zhì)包括壓力、溫度、含濕量、相對濕度、絕對濕度等；空氣又稱為濕空氣，是干空氣和水蒸氣的總和，相應(yīng)的壓力也等于干空氣分壓力與水蒸氣分壓力之和。以焓為縱示，以含濕量為橫坐標的圖形為焓濕圖。它反映了等相對濕度線、等溫線、等焓線、等含濕，可在其上反映濕空氣的加熱過程、加濕過程、冷卻過程等。 一、空氣調(diào)節(jié)內(nèi)容二、焓-濕圖及其應(yīng)用第四節(jié)空氣調(diào)節(jié)

14、基礎(chǔ)一、空氣調(diào)節(jié)內(nèi)容1空氣調(diào)節(jié)中室內(nèi)空氣參數(shù)的基本要求空氣調(diào)節(jié)其室內(nèi)的空氣參數(shù)包括：空氣的溫度 t，相對濕度 ，空氣流速、清潔度和允許的噪聲等。按其調(diào)節(jié)對象的不同，分為舒適性空調(diào)和工藝性空調(diào)。我國對一些民用、公共建筑及特殊的生產(chǎn)工藝過程的空調(diào)基本要求：一、空氣調(diào)節(jié)內(nèi)容2濕空氣的物理性質(zhì)空氣的基本組成（濕）空氣 = 干空氣水蒸氣與空氣調(diào)節(jié)密切相關(guān)的濕空氣的物理參數(shù)壓力、溫度、濕度、含濕量、焓和密度（或比體積）。（1）壓力即大氣壓力（pamb）pamb= pg + pq（2）溫度溫度是表示空氣冷熱程度的標尺。一、空氣調(diào)節(jié)內(nèi)容（3）濕度濕度是表示空氣干濕程度的物理量。絕對濕度（Z）：l m3 濕空氣

15、中含有水蒸氣的質(zhì)量，稱為空氣的 “絕對濕度”。Z（濕）空氣的絕對濕度，kg/m3；mq水蒸氣的質(zhì)量，kg；V濕空氣的總體積，m3。一、空氣調(diào)節(jié)內(nèi)容相對濕度表示的是濕空氣接近飽和的程度。值越小，空氣越干燥，遠離飽和狀態(tài)，吸收水蒸氣的能力就強。含濕量（d）：即濕空氣中，伴隨 1 kg 干空氣的水蒸氣質(zhì)量（g），其單位為 g/kg。其表達式為d濕空氣的含濕量，g/kg（d.a）；mq濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量，kg；mg濕空氣中干空氣的質(zhì)量，kg。含濕量確切表示空氣中實際含有的水蒸氣的多少。飽和絕對濕度（ZB）：大氣壓力下，具有定溫的定量空氣中；所能容納的水蒸氣量達到了最大值，這時空氣的濕度稱為飽和絕對濕

16、度，單位為kg/m3。一、空氣調(diào)節(jié)內(nèi)容（4）密度（濕）空氣的密度，kg/m3；m（濕）空氣的質(zhì)量，kg；V（濕）空氣的體積，m3。密度的倒數(shù)稱為空氣的比體積（v）。一、空氣調(diào)節(jié)內(nèi)容（5）焓1 kg 干空氣的焓與（0.001d）kg 水蒸氣焓的和，稱為（1 + 0001d）kg 濕空氣的焓，單位為 kJ/kg（d.a），其表達式為h濕空氣的焓值，kJ/kg（d.a）；hg1 kg 干空氣的焓，kJ/kg；hq1 kg 水蒸氣的焓，kJ/kg。一、空氣調(diào)節(jié)內(nèi)容（6）露點溫度（tL）露點溫度簡稱為“露點”，在給定含濕量的前提下，使空氣冷卻到飽伏態(tài)（ 100 %）時的那個溫度?？諝鉁囟鹊陀诼饵c，空氣中

17、部分水蒸氣即結(jié)露；當溫度于0時，則結(jié)為霜。二、焓-濕圖及其應(yīng)用濕空氣的焓-濕（h - d）圖即性質(zhì)圖，是空氣調(diào)節(jié)設(shè)計計算和運行管理的主要工具。1h d 圖的基本構(gòu)成與內(nèi)容，如圖所示。二、焓-濕圖及其應(yīng)用濕空氣的 h d 圖是用斜坐標構(gòu)成的?？v坐標濕空氣的焓值。與縱坐標成 135夾角的斜坐標表示濕空氣的含濕量d，作一水平輔助軸代替實際軸。在輔助軸上取一定的間距作為1g含濕量之值。通過各點作含濕量不變的垂線（d = 常數(shù)）。在縱軸上，同樣取一定的間距作為焓值，并規(guī)定0點以上的焓為正值，0點以下的焓為負值。通過既得各點引平行于實際軸線，且 h = 常數(shù)的直線，這些直線與 d = 常數(shù)的直線相交成 1

18、35的角度，這些平行的斜線表示等焓線。二、焓-濕圖及其應(yīng)用2濕空氣 h d 圖的應(yīng)用第一，決定濕空氣的狀態(tài)參數(shù)：在給定大氣壓力下，根據(jù)濕空氣任意兩個已知量在 h d 圖上確定的狀態(tài)點，可求得其它狀態(tài)參數(shù)。第二，表示濕空氣的狀態(tài)變化過程：在空氣調(diào)節(jié)工程中，不僅要在h - d圖上確定某一空氣的狀態(tài)參數(shù)，還要研究某一狀態(tài)下的空氣在加熱、冷卻、加濕或減濕過程中的狀態(tài)變化。熱濕比 二、焓-濕圖及其應(yīng)用（1）露點溫度在 h d 圖上的表示，從露點溫度的形成過程可知，保持含濕量不變時，隨著溫度的降低 值增加， = 1 時所對應(yīng)的溫度即為露點溫度。（2）干式加熱過程等濕加熱?？諝?h 0，d = 0，故 = h / d = ?？照{(diào)工程中，過程曲線如圖所示。二、焓-濕圖及其應(yīng)用（3）干式冷卻過程等濕冷卻過程。冷卻過程中，空氣焓值減少，即h 0，其過程如圖所示。二、焓-濕圖及其應(yīng)用（6）等焓減濕過程采用固體吸濕劑對空氣進行等焓減濕處理。固體吸濕劑有兩類：一類，吸濕后仍為固體狀態(tài)；另一類為吸濕后固態(tài)逐漸變?yōu)橐簯B(tài)。固體吸濕劑處理空氣的過程可看作等焓減濕過程，變化過程線如圖所示。本章小結(jié)（1）工程熱力學(xué)研究工質(zhì)的狀態(tài)和性質(zhì)，常見的狀態(tài)參數(shù)有溫度、壓力、比體積（以上三個參數(shù)直接測量稱