制冷与空调技术基础知识

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2.热力学第二定律 如果两个温度不同的物体相接触，热量总是从高温物体传向低 温物体而不能逆向进行。机械能可以通过摩擦变为热能，而热能却不 能通过摩擦转变为机械能。前一过程是自发进行的不需要任何条件， 而后一过程却不能自发进行，要使它成为可能，必须具备一定的补充 条件，即消耗一定的外界功。 热力学第二定律说明，热量能自动地从高温物体向低温物体传 递，不能自动地从低温物体向高温物体传递。要使热量从低温物体向 高温物体传递，必须借助外功，即消耗一定的机械能。
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2)绝对压力。以绝对零压力线（绝对真空）为测量基点测得的压 力即为绝对压力。用符号Pa表示。 3)表压力(相对压力)。以一个大气压为测量基点测得的压力即为 表压力。也就是压力表所指示的压力值，用符号Pq表示。
• 如果以B表示当地大气压力，则Pa 、 Pq与B有下列关系：
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Pa = Pq+B
半导体制冷原理
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5.涡流管制冷
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法国人兰克在1933年发明一种装置（涡流管），可以使压缩气体 产生涡流，并将气流分成冷、热两部分。涡流管装置由喷嘴、涡流室、 孔板、管子和控制阀组成。涡流室将管子分为冷端、热端两部分。喷 嘴沿涡流室切向布置，孔板在涡流室与冷端管子之间，热端管子出口 处装控制阀，管外为大气。经过压缩并冷却到常温的气体进入喷嘴， 在喷嘴中膨胀并加速到音速，从切线方向射入涡流室，形成自由涡流。 自由涡流的旋转角速度离中心越近就越大。由于角速度不同，在环形 气流的层与层之间产生摩擦，内层气体失去能量，从孔板流出时具有 较低的温度；外层气体吸收能量，动能增加，又因为与管壁摩擦，将 部分动能变成热能，使得从控制阀流出的气体具有较高的温度。由此 可见，涡流管可以同时获得冷、热两种效应。用控制阀控制热端管子 中气体的压力，从而控制冷、热两股气流的流量及温度。
绝对压力、表压力与真空度三者之间的关系如图1-2所示。
绝对压力、表压力与真空度三者之间的关系
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3.热量和比热容 1)热。热是物质热能的表达形式，可以表示物质吸热或放热的多少，用Q表 示，单位为焦［耳］，用J表示。在工程应用中常以103倍的焦作单位，即千焦， 符号为kJ。制冷系统的制冷量也是热的形式，因此符号及单位与热一样，常用 Q0表示,专用于制冷量。 2)比热容。1千克（kg）的物质温度升高或降低1摄氏度（℃）时所吸收或 放出的热，常用C表示，单位为千焦［耳］每千克开［尔文］(kJ／kg· K)。 3)热方程。热方程是用来计算一定质量的物资，在温度变化过程中所吸收 或放出热量的数学表达式，其形式为：
1.2 人工制冷及其基本方法
• • １.相变制冷 即利用物质相变的吸热效应实现制冷。如冰融化时要吸取80 kcal/kg的熔解热；氨在１标准大气压下汽化时要吸取327kcal/kg的 汽化潜热；干冰在１标准大气压下升华要吸取137kcal/kg的热量， 其升华温度为－78.9℃。目前干冰制冷常被用在人工降雨和医疗上。
人们可利用制冷剂在蒸发器中汽化吸热，而在冷凝器中放热冷凝, 即应用热力学第二定律的原理，通过制冷机对制冷剂气体的压缩，以 及在冷凝器中的冷凝和蒸发器中的汽化，实现热量从低温空间向外部 高温环境的转移，达到制冷的目的。
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2)显热。物体在加热(或冷却)过程中，温度升高(或降低)所需吸
收(或放出)的热量，称为显热，它能使人们有明显的冷热变化感觉。 通常可以用温度计测量物体的温度变化。
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5.饱和温度与饱和压力 1)饱和温度。液体沸腾时所维持不变的温度称为沸点，又称 为在某一压力下的饱和温度。
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2)饱和压力。与饱和温度相对应的某一压力称为该温度下的 饱和压力。以水为例，其在一个大气压下的饱和温度为100℃， 则水在100℃时饱和压力为一个大气压。
饱和温度与饱和压力之间存在着一定的对应关系，例如，在 海平面，水到100℃才沸腾，而在高原地带不到100℃就沸腾。一 般来说，压力升高，对应的饱和温度也升高；温度升高，对应的 饱和压力也增大。
制冷与空调技术基础知识
1 制冷与空调技术概述
• 1.1制冷的基本概念
• • 1.“制冷”的定义 制冷作为一门科学是指用人工的方法在一定时间和一定空间内 将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度以下，并保持这个 低温。这里所说的“冷”是相对于环境而言的，灼热的铁放在空 气中，通过辐射和对流向环境传热，逐渐冷却到环境温度。它是 自发的传热降温，属于自然冷却，不是制冷。制冷就是从物体或 流体中取出热量，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。
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4.汽化和液化 1)汽化。在日常生活中可以看到，把水泼在地面上，不久地面又 慢慢恢复干燥。这是因为水变成水蒸汽跑到空气里去的缘故。通常把 这种过程称为蒸发。把一盆水放在炉子上烧，加热后的水温不断升高， 与此同时，从水的表面不断有水蒸汽逸出，这也是蒸发过程；但当水 被加热到100℃时，情况就发生显著变化，这时水不断地翻滚，并从 水里产生大量的气泡，这种现象称为沸腾。 2)液化。液化与汽化过程恰恰相反，当蒸汽在一定压力下冷却到 一定温度时，就会由蒸汽状态转为液体状态，这种冷却过程称为液化 过程或称凝结过程。
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2.制冷机
机械制冷中所需机器和设备的总合称为制冷机。 3.工质
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制冷机中使用的工作介质称为制冷工质，即制冷剂。制冷剂在制 冷机中循环流动，同时与外界发生能量交换，即不断地从被冷却对象 中吸取热量，向环境排放热量。制冷剂一系列状态变化过程的综合为 制冷循环。为了实现制冷循环，必须消耗能量。所消耗能量的形式可 以是机械能、电能、 热能、太阳能或其它可能的形式。
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2)摄氏温标t 。摄氏温标又称国际温标，单位是℃。它是以纯净 水在一个标准大气压下的冰点为0度，沸点为100度，其间分100等份， 每一等份为摄氏1度，记做1℃。摄氏温标制为十进制，简单易算。相 应的温度计为摄氏温度计。按照国际规定，当温度在零上时，温度数 值前面加“+”号（可省略）；当温度在零下时，温度数值前面加“－” （不可省略）。 • T=（273+t ）（K） t =(T-273) (℃)
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3.显热、潜热
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1）物质三态及状态变化。物质具有质量和占有空间。它以固态、 液态和气态三种状态中的任何一态存在于自然界中，随着外部条件的 不同，三态之间可以相互转化，如图1-3所示。如果把固体冰加热便 变成水，水再加热就变成蒸汽；相反，将水蒸汽冷却可变成水，继续 冷却可结成冰。这样的状态变化对制冷技术有着特殊意义。
2热力学基础知识
• 2.1热力状态参数
• 在电冰箱、空调器中多采用物理方法制冷。物理方法制冷是应用 物质的物理变化来实现的，人们把这些物质叫做制冷剂或制冷工质。 制冷剂在制冷系统中不断的进行各种状态变化，即处于各种不同的热 力状态。用来描述制冷剂热力状态的各种物理量称为热力工作状态参 数，简称状态参数。状态参数有：温度（T）、压力（P）、质量 （m）、密度（ρ）、焓（H）、熵（S）、内能（U）、质量体积 （v）、比热容(C)等。
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2.2 热力学基本定律与常用术语
• • 1.热力学第一定律 热力学第一定律是能量守恒定律,即一定量的热消失时必然产生 一定量的功；消耗一定量的功必然出现与之相对应的一定量的热。热 和功之间的转换用下式表示：Q =A L
• 式中Q——消耗的热量(J或kJ)；
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L——得到的功(kg· m)；
A——功热当量(Kg ／kg· m)。 因为热量和功的计量单位不同，所以式中引入一个功热当量A ， 其值约为1／427×4.1868kJ ／kg· m。
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5.焓与熵
焓是热力学中表示物质系统能量的一个状态函数，表示工质所 含的全部热能，常用符号H表示。数值上等于系统的内能U加上压强p 和体积V的乘积，即H=U+pV。焓的变化是系统在等压可逆过程中所 吸收的热量的度量。 熵是表示物质系统状态的一个物理量，它表示该状态可能出现的 程度。用符号S表示。在热力学中，是用以说明热力学过程不可逆性 的一个比较抽象的物理量。熵是热力系统内微观粒子无序度的一个量 度，熵的变化可以判断热力过程是否为可逆过程。
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2. 液体汽化制冷
液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热效应而实现制冷的。在 一定压力下液体汽化时，需要吸收热量，该热量称为液体的汽化潜热。 液体所吸收的热量来自被冷却对象，使被冷却对象温度降低，或者使 它维持低于环境温度的某一温度。 液体汽化制冷是目前生产实际中广泛应用的制冷方法，这种制冷 常称为蒸汽制冷。
• 两种温标制之间的换算关系如下： • 测量温度的温度计的种类很多，制冷工程中常用的温度计有玻璃 温度计、热电偶式温度计、电接点式温度计、电阻式温度计和半导体 式温度计等。
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2 .压力
压力是指单位面积上所受到的垂直作用力，物理学中称为压强 （P），在热力工程上称为压力。压力单位是帕［斯卡］（Pa），在工 程应用时，帕的值太小，而是以它的106倍作常用单位，称为 “兆帕”， 用“MPa”表示。1 Mpa=106Pa。 1)真空度。真空是指某一空间单位体积中气体分子数目减少到其 压力低于标准大气压的气体状态。完全没有物质的“绝对真空”是不 存在的。 真空度是表示真空程度的物理量。如果在一个封闭的容器上接一 只压力表，当表针指0Pa，说明容器内的压力恰好等于当时当地的大气 压力。如果压力表指在-0.1Mpa时，说明该容器内已处于真空状态。 容积内压力比外界大气压低的程度称为真空度。
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3.气体绝热膨胀制冷
利用气体通过节流阀或膨胀机绝热膨胀时，对外输出膨胀功， 同时温度降低，达到制冷的目的。与液体汽化式制冷相比，气体膨胀 制冷是一种没有相变的制冷方式，所采用的工质主要是空气。此外， 根据不同的使用目的，工质也可以是CO2，O2，N2，He或其它理想 气体。 4.半导体制冷