制冷原理与技术

制
对微元过程，第一定律解析式的微分形式
冷
QdUW
(1-12a)
原
理
对于1 kg工质， quw (1-12b)
与
技
qduw (1-12c)
术
➢式(1-12) 对闭口系普遍适用，适用于可逆
过程也适用于不可逆过程，对工质性质也无
限制。
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10
热量Q
系统吸热Q+
功W
代数值 系统对外作功W+
热力学能变量ΔU
术
热力学能 状态参数，与路径无关。
两个独立状态参数的函数 。
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3
总能
内部储存能 外部储存能
热力学能 动能 位能
制
工质的总储存能
冷 ➢ 内部储存能和外部储存能的和，即热力学能与宏观
原
运动动能及位能的总和 。
理 与
➢ E－总能， Ek －动能 Ep －位能 E=U+Ek+Ep
(1-2)
技
若工质质量m，速度cf，重力场中高度z
图1-6 喷管能量转换
制
冷
原
理 工质流经换热器时和外 工质流经喷管和扩压
与 界有热量交换而无功的 管时不对设备作功 ，
技 交换，动能差和位能差 热量交换可忽略不计 术 也可忽略不计
与
➢传热
技
借传热来传递能量无需物体的宏观移动。
术
推动功
➢因工质在开口系统中流动而传递的功。 对开口系统进行功的计算时需要考虑这种功。
推动功只有在工质移编辑动课件位置时才起作用。 5
制
冷
原
理
与
技
图1-1a所示为工质经管道进入气缸的过程。
术
工质状态参数p、v、T，用p-v图中点C表示。 工质作用于面积A的活塞上的力为pA，工质流入气
5.能量方程式的应用
图1-3 压缩机能量平衡
工质流经压缩机时，机器对工
质做功wc,使工质升压，工质对
制 外放热q 冷 每kg工质需作功
原
w c(h2h1)(q) (1-24)
理
图1-4 膨胀机能量平衡
与 技
膨胀过程均采用绝热过程
术
稳定流动能量平衡方程
wi h1h2
编辑课件
(1-25)
14
图1-5 换热器能量平衡
原 工质从外界吸热Q后从状态1变化到2，对外作功 理 W。若工质宏观动能和位能的变化忽略不计，则 与 工质储存能的增加即为热力学能的增加ΔU
技 热力学第一定律的解析式 术
QW UU 2U 1 QUW
(1-11)
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9
➢加给工质的热量一部分用于增加工质的热 力学能储存于工质内部，余下一部分以作功 的方式传递至外界。
过程完成后系统内工质质量增加dm, 系统总能增加dECV
由系统能量平衡的基本表达式有
d 1 p E 1 d 1 V Q ( d 2 编 辑E p 课2 件d 2 V W i) d CE V (1-17) 12
由E=me,V=mv,h=u+pv,得
Q d C E V ( h 2 1 2 c 2 f2 g 2 )m z 2 ( h 1 1 2 c 2 f1 g 1 )m z 1 (1W -i 19)
从截面2-2流出，带出系统的推动功为p2v2。
(p)v p2v2p 1v1 是系统为维持工质流动所需的功，
称为流动功
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7
3．焓
焓
➢用符号H表示，单位是焦耳 （J）
制
➢H= U+pV
(1-5)
冷
比焓
原
➢用符号h表示，单位是焦耳/千克 （J／kg）
理
➢hupv
(1-6)
与 技
焓是一个状态参数。
第一章 制冷与低温的热力学基础
第一节 制冷与低温原理的热工基础
第二节 制冷与低温工质
第三节 制冷技术与学科交叉
编辑课件
1
第一节 制冷与低温原理的热工基础
1.1.1 制冷与低温原理的热力学基础
制
冷
1.热力学第一定律
原
理 ➢ 自然界中的一切物质都具有能量，能量不
与 可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从
技
一种形态转变为另一种形态，且在能量的转化 过程中能量的总量保持不变。
术
➢ 能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一。
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2
热力学能和总能
热力学能
制
➢用符号U表示，单位是焦耳 （J）
冷
比热力学能
原
➢1kg物质的热力学能称比热力学能
理
➢用符号u表示，单位是焦耳/千克 （J／kg）
与
技
热力状态的单值函数。
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q net wnet (1-16)11
4.2 开口系统的能量平衡
图1-2 开口系统流动过程中的能量平衡
制
冷
原
理
与
பைடு நூலகம்
技 术
图示开口系统，dτ时间内，质量 m1(体积d为 V 1)的微 元工质流入截面1-1，质量m2(体积d为 V 2)的微元工质流出
2-2，系统从外界得到热量Q，对机器设备作功 W i 。
术
焓也可以表示成另外两个独立状态参数的函数。 如：h=f(T,v) 或 h=f(p,T); h=f(p,v)
2
h1a2h1b21d hh2h1 编辑课件
(1-9)
8
4．热力学第一定律的基本能量方程式
进入系统的能量-离开系统的能量=系统中储存能量的增加 (1-10)
制
冷 4.1 闭口系统的能量平衡
系统热力学能增大ΔU+
制
可逆过程 W pdV
冷 原 理
QdU pd,Q V U2pdV 1
(1-13)
qd
2
upd,qvu pd
v
1
(1-14)
与
完成一循环后，工质恢复原来状态 dU0
技
QW
(1-15)
术
➢闭口系完成一循环后，循环中与外界交换的
热量等于与外界交换的净功量 Qnet W net
制
稳定流动
ddC EV0,
d m in
m out d
冷 原
系统只有单股流体进出，qm 1d m 1qm2d m 2qm
理
qh1 2c2 f gzwi
(1-21)
与
技 术
微量形式
qdh 1 2d2 fcgdzwi
(1-22)
当流入质量为m的流体时，稳定流动能量方程
QH1 2m c2 f m gzW 编i辑课件QdH1 2m dc2 f m gdzW i13
术
宏观动能
Ek
1 2
mc2f
重力位能 Ep mgz
工质的总能
E 编U辑课件12mc2f mgz
(1-3)
4
比总能
eu12c2f gz
(1-4)
力学参数cf和z只取决于工质在参考系中的速度和高度
制
2.能量的传递和转化
冷
能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式
原
➢作功
理
借作功来传递能量总和物体宏观位移有关。
缸时推动活塞移动距离 l，作功pA l=pV=mpv。m表示
进入气缸的工质质量，这一份功叫做推动功。
1kg工质的推动功等于编辑pv课如件 图中矩形面积所示。 6
制
冷
原
理
与
技
图1-1b所示考察开口系统和外界之间功的交换。 取一开口系统，1kg工质从截面1-1流入该热力系，
术 工质带入系统的推动功p1v1，作膨胀功由状态1到2，再