第二章 制冷空调基础知识..

【课题】第二章制冷空调基础知识

第一节热力学定律

【教学目标】

1．知识目标：工质的基本状态参数，理解热力学定律的内涵及应用。

2．能力目标：通过理论知识的学习和应用，培养综合运用能力。

3．情感目标：培养学生热爱科学，实事求是的学风和创新意识，创新精神。

【教学重点】热力学定律的内涵及应用。

【教学难点】焓湿图的意义和应用。

【教学方法】读书指导法、分析法、演示法、练习法。

【课时安排】4学时。

【教学过程】

〖导入〗（2分钟）

在热力工程中，实现热能与机械能的转换或热能的转移，都要借助于一种携带热能的工作物质即工质，各种气体、蒸气及液体是工程上常用的工质。在热力过程中，一方面工质的热力状态不断地发生变化，另一方面工质与外界之间有能量的交换。因此，工质的热力性质及热能转换规律是工程热力学研究的内容。

〖新课〗1-2学时

第一节热力学定律

一、工质的物理性质及基本状态参数

1．物质的三态

固态、液态及气态，三态之间是通过吸热或放热来完成其状态转化的。

（1）固态该种状态的物质分子间的引力比其它两种状态大，且分子间的距离最小。固体具一定形状。

（2）液态液态的物质分子间的引力较小而间距较大。分子间相互可移动，因此液体具有流动性而且无一定的形状。

（3）气态和上述两种状态相比较，气态物体的分子间距离最大而分子间引力很小，分子间无相互约束，不停地进行着无规则的运动。因此，气体无形状，元固定体积。

物质的状态取决于分子之间引力的大小和其热运动的强弱。

2．基本状态参数

热力学中常见的状态参数有（基本状态参数）温度T、压力p、密度 或比体积v、比内能u、比焓h等。

（1）温度描述热力系统冷热程度的物理量。热力学温度的符号用T表示，单位为K （开）。热力学温度与摄氏温度之间的关系为

t = T-273.15 K或T = 273.15 K + t

t——摄氏温度，℃。

（2）压力

S

F p =

F ——整个边界面受到的力，N ； S ——受力边界面的总面积，m 2。

绝对压力、工作压力和环境大气压力之间的关系为

（负压）（正压）；e

amb e amb p p p p p p -=+= p amb ——当地大气压力；

p e ——工作压力。

（3）比体积和密度 系统中工质所占有的空间称为工质的体积。而单位质量的工质所占有的体积称比体积，用v 表示，单位为m 3/kg 。决定压缩机制冷量的重要参数。与工质密度互为倒数。

例2-1 锅炉中蒸汽压力表的读数Pa 103.325e ⨯=p ；凝汽器的真空度值，根据真空表读为Pa 105.94e ⨯=p 。若大气压力Pa 1001325.15amb ⨯=p ，试求锅炉及凝汽器中蒸汽的绝对力。

解 锅炉中水蒸气的绝对压力

Pa 1033.313Pa 1032.3Pa 1001325.1555e amb ⨯=⨯+⨯=+=p p p

凝汽器（电压电容）中的绝对压力

Pa 10633.0Pa 105.9Pa 1001325.1445e amb ⨯=⨯-⨯=-=p p p 3．理想气体状态方程式

RT p =υ

R g ——气体常数

对于质量为m （kg ）的理想气体，其状态方程为

mRT pV =

V ——质量为m （kg ）的气体所占有的体积，m 3；其它各参数同前。

二、热力学定律及应用

能量守恒及转换定律：能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转换成另一种形式，或从一个系统转移到一个系统。

在实际的工质状态变化中，热力学第一定律的表达式为：

w +∆=u q q ——加给1 kg 工质的热量，J/kg ； △u ———1 kg 工质内能，J/kg ； w ——机械功，J/kg 。 热力学第二定律：

（1）在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移。即在自然条件下这个转变过程是不可逆的，必须消耗功才能使热传递方向倒转过来。

（2）任何形式的能都会很容易地变成热，而反过来热却不能在不产生其它影响的条件下完全变成其它形式的能，这种转变在自然条件下是不可逆的。热变为机械功，一定伴随有热量损失。

1．热量

（1）热量的定义 热量是系统与外界之间通过界面传递能量的一种方式。

① 热量是能量在传递过程中的一种表现形式。

② 热量与热力过程有关，当热量传递给系统即系统吸热时符号为正号，反之取负。 单位——J （焦耳）。 （2）热量传递的方式

① 热传导② 热对流③ 热辐射 2．焓、比热容

（1）焓的基本概念 1 kg 的气体工质流入到装有一定状态工质的容器中后，带来的能量等于其全部内能与该气体流动功之和，其值称为焓。

v p u h += pV U H +=

H 表示质量为m 的工质的焓，h 表示1 kg 工质的焓，称为比焓，习惯上统称为“焓”，h 的单位为J/kg ，H 的单位为J 。

mh p u m pV U H =+=+=）（v

H ——质量为m 的工质的焓，J ；

U ——质量为m 的工质的热力学能，J ； p ——工质的压力，Pa ； V ——工质的体积，m 3； m ——工质的质量，kg ；

u ——1 kg 工质的热力学能，J/kg ； v ——工质的比体积，m/kg ； h ———1 kg 工质的焓，J/kg 。

焓的变化量即是工质的热量，定压过程热和焓的表达式为

121

21221h h p u u q p -=-+-=-）（）（v v （2）比热容 1 kg 物质温度升高1K 所需要的热量叫比热容，用c 表示，其单位为kJ/

（kg ·K ）。

比热容与热量和焓的关系式为： 在定容过程中：

）（1

21221T T c u u q V -=-=- 在定压过程中：

）（1

21221T T c h h q p -=-=- 例2-2 在一个空气加热器中，空气的温度从27℃升高到327℃，而空气的压力没有变

化。试求加热1 kg 空气所需的热量（按定值比热容计算）。

解 根据热力学第一定律方程式，查表空气的比定压热容为 1.004kJ /kg K p c =⋅（）。300K K 27273K 27311=+=+=）（t T ，600K K 273273K 27322=+=+=）（t T ，所以

kg /2kJ .301kg /kJ 300600004.11

21221=-⨯=-=-=-）（）（T T c h h q p