第一章制冷的热力学基础
制冷与低温工程
第一章制冷的热力学基础1、分析高低温热源温度变化对逆向卡诺循环制冷系数的影响。
答：制冷系数与低温热源的温度成正比，与高低温热源的温差成反比。
当高低温热源的温度一定时，制冷系数为定值。
制冷系数与制冷剂的性质无关。
2、比较制冷系数和热力完善度的异同。
答：制冷系数与热力完善度的异同：1.两者同为衡量制冷循环经济性的指标；2.两者定义不同。
制冷系数为制冷循环总的制冷量与所消耗的总功之比。
热力完善度为实际循环的制冷系数与工作于相同温度范围内的逆向卡诺循环的制冷系数之比。
3.两者的作用不同。
制冷系数只能用于衡量两个工作于相同温度范围内的制冷循环的经济性，热力完善度可用于衡量两个工作于不同温度范围内的制冷循环的经济性。
4.两者的数值不同。
制冷系数一般大于1，热力完善度恒小于1。
第二章制冷剂、载冷剂及润滑油1、为下列制冷剂命名：（1）CCI2F2：R12 （2）CO2 :R744 （3）C2H6 :R170 （4）NH3 :R717 （5）CBrF3:R13 （6）CHCIF2 :R22 （7）CH4 :R50 （8）C2H4:R150 （9）H2O :R718 （10）C3H6 R270 2、对制冷剂的要求有哪几方面？答：1、热力学性质方面（1）在工作温度范围内，要有合适的压力和压力比。
即：PO>1at，PK不要过大。
（2）q0和qv要大。
（3）w和wv（单位容积功）小，循环效率高。
（4）t排不要太高，以免润滑油粘度降低、结焦及制冷剂分解。
2、迁移性质方面（1）粘度及密度要小，可使流动阻力减小，制冷剂流量减小。
（2）热导率3、物理化学性质方面（1）无毒，不燃烧，不爆炸，使用安全。
（2）化学稳定性和热稳定性好，经得起蒸发和冷凝的循环变化，不变质，不与油发生反应，不腐蚀，高温下不分解。
（3）对大气环境无破坏作用，即不破坏臭氧层，无温室效应。
4、其它原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。
要大，可提高换热器的传热系数，减小换热面积。
第一章-制冷技术基础
第一章 制冷技术基础
第三节 制冷的基本原理
三、半导体式制冷原理
图1-5 半导体制冷器电偶对的工作原理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第一章 制冷技术基础
第一章 制冷技术基础
第一节 热力学基本参数
图1-1 真空联程压力表
第一章 制冷技术基础
第二节 传热学基础
一、 物质的相变 二、描述物态相变的物理量 三、热能、热量、制冷量 四、热力学定律 五、显热和潜热 六、热传递 七、热力循环与节流 八、制冷循环的状态术语
第一章 制冷技术基础
第二节 传热学基础
一、 物质的相变
图1-2 物质状态的变化
第一章 制冷技术基础
第二节 传热学基础
二、描述物态相变的物理量
(1)汽化和液化 物质由液态转化为气态的过程叫做汽化；从气态转 化为液态的过程叫做液化。
(2)熔解和凝固 物质从固态变为液态的过程叫做熔解；从液态变为 固态的过程叫做凝固。 (3)升华和凝华 固体不经过液体而直接变成气体的过程叫做升华； 反之，由气体直接变为固体的过程叫做凝华。
第一章 制冷技术基础
第一节 热力学基本参数
(3)热力学温标 把物质中的分子全部停止运动时的温度定为绝对零 度(绝对零度相当于-273.15℃)，以绝对零度为起点的温标叫做热力 学温标。 (4)三种温标间的换算关系：
2.压力
(1)压力的单位
第一章 制冷技术基础
第一节 热力学基本参数
1)国际单位制：国际上规定：当1m2面积上所受到的作用力是1N时， 此时的压力为1Pa，1Pa＝1N／m2。 2)标准大气压：标准大气压是指0℃时，在纬度为45°的海平面上， 空气对海平面的平均压力。 3)工程制单位：工程制单位是工程上常用的单位，一般采用千克力／ 厘米2(kgf／cm2)作单位。 4)液柱高单位：空调技术中常用液柱高度作为单位，如毫米汞柱(mmH g)、毫米水柱(mmH2O)。
制冷与空调技术基础知识..
先以水蒸气的形成过程为例解释几个概念。图1–3所示的开口容器中装有 25℃的水，水面上有一个能上下自由移动，却又起密封作用的活塞，活塞的重 量略去不计，即水面有一个大气压的作用。若将水加热到饱和温度100℃时，这 时称为饱和水。25℃的水显然比100℃的饱和温度低，这种比饱和温度低的水称 为过冷水。饱和温度与过冷温度之差为过冷度。其中过冷水的过冷度为 100℃﹣25℃＝75℃。若将饱和水继续加热，水温将保持100℃不变，而水不断 汽化为水蒸气。这时容器中是饱和水和饱和蒸汽的混合物，称为湿蒸汽。再继 续加热时，水全部汽化为蒸汽而温度保持100℃不变，此时的蒸汽称为干蒸汽。 若再继续加热，干蒸汽继续加热升温，温度超过饱和温度100℃，此时的蒸汽称 为过热蒸汽。过热蒸汽的温度与饱和温度之差称为过热度。
2. 工质 在热力工程中，把可以实现能量转换和物态改变的物质称为工质。在制冷技 术中工质又称为制冷剂或制冷工质，例如家用冰箱、空调器过去常用的制冷剂氟 利昂12、氟利昂22等。
3. 介质 在制冷技术中，凡可用来转移热量和冷量的物质，称为介质。一般常用的介质 是水和空气。
1.1.12 热传递与热平衡
对流传热是基本的传热方式。热对流的传热流量由对流速度、传热面积及对流的 物质决定。热对流的基本计算公式为：
Φ aAt （W）
式（1–6）
式中：α —— 传热系数，单位为W／(m2·K)； Δt —— 流体与壁面间的温度差，单位为K ； A —— 换热面积，单位为m2。
1 称为传热热阻，单位为m2·K／W ，与导热热阻相对应。
1.1.7 压力和真空度
1. 压力 工程上常把单位面积上受到的垂直作用力叫做压力，压力的法定单位是Pa（帕）。 2. 绝对压力和表压力 测量气体压力时，由于测量压力的基准不同，因此压力有绝对压力和表压力 两种表示方法。绝对压力是指作用在单位面积上的压力的绝对值，而表压力是指 压力表上的读数。
制冷技术手册
目录前言第一章制冷技术的热力学理论基础 (1)第一节热力学的基本概念 (1)第二节热力学第一定律及其应用 (3)第三节热力学第二定律及其应用 (6)第四节气液集态变化及蒸气的热力性质 (8)第二章空调器制冷原理 (12)第一节制冷剂、载冷剂与冷冻油 (12)第二节蒸气压缩式制冷 (18)第三节影响致冷系数的主要因素 (21)第四节制冷设备 (23)第五节空调器的性能 (37)第三章房间空调器的结构 (41)第一节空调器的型号 (41)第二节空调器系统的组成 (42)第三节整体式空调器的结构 (52)第四节分体式空调器的结构 (54)第四章空调器的电气控制 (58)第一节电工学基础知识 (58)第二节空调器基本控制电路原理 (62)第三节空调器电路举例与分析 (71)第五章房间空调器的维修 (75)第一节一般故障检测方法、使用故障与安装故障 (75)第二节制冷系统故障的维修 (79)第三节电控系统故障的维修 (85)第四节空调器常见故障与原因分析 (91)1第一章制冷技术热力学理论基础工程技术上所谓的制冷，就是使某一系统（即空间或物体）的温度低于周围环境介质的温度，并维持这个低温的过程，这里所说的环境介质是指自然界的空气和水.制冷与空调设备以流体（气体与液体的总称）作为载能物质，实现热能与其它形式能量（主要为机械能）之间的转换或热能的转移。
本章介绍流体的性质、热能与机械能之间的转换规律和热量的传递规律，这些知识是空调技术必不可少的理论基础。
第一节热力学基本概念工质在制冷系统中，一会儿从气体变为液体，一会儿又从液体变为气体，制冷剂的这种物态变化以及温度的升降、压力的变化、吸热与放热等现象，是具有一定的热力学内在关系的。
现在介绍一些参数、术语和基本概念,为掌握热力学基础知识作准备。
1．温度：是用来度量物体冷、热程度的参数。
温度的指示单位有三种:摄氏温度（℃）华氏温度（°F) 绝对温度（K）它们之间的换算关系是:℃=5/9（°F –32) °F=9/5℃+32 K=℃+273.15 2．干球温度：用一般温度计所测得的空气温度，它是该空气的真正温度.3．湿球温度：湿球温度计感温球部位包着潮湿棉纱，用这种温度计测量空气的温度时,由于棉纱中的水在蒸发时要吸收空气的热量，当空气传递给水的热量恰好等于水表面蒸发所需热量时所测得的温度称为湿球温度。
制冷与低温的热力学基础
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。
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。
术
热力学能 状态参数，与路径无关。
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pv如图中矩形面积所示。
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
对可逆制冷机
热力系数
制
0q q h 0(T 0T R T R)T (hT hT 0)cT hT hT 0 (1-45)
冷
原 1.1.2 制冷与低温的获得方法
理 1.焦耳汤姆逊效应
，因阀中存在摩擦阻力
术
损耗，所以它是个不可逆过程，节流后熵必
术
JT
( T )h P
(1-46)
焦耳－汤姆
逊系数就是
图上等焓线
的斜率
制 冷 原
转化曲线上
JT 0
理 与
节流后升温
JT < 0
节流后降温
技
图1-12 实际气体的等焓节流膨胀
JT > 0
术
零效应的连线称为转化曲线，如图上虚线所示。
制冷基础知识问答..
制冷基础知识问答..制冷基础知识问答第一章：蒸汽压缩式制冷的热力学原理1．为什么说逆卡诺循环难以实现？蒸汽压缩式制冷理想和实际循环为什么要采用干压缩、膨胀阀？答：1）：逆卡诺循环是理想的可逆制冷循环，它是由两个定温过程和两个绝热过程组成。
循环时，高、低温热源恒定，制冷工质在冷凝器和蒸发器中与热源间无传热温差，制冷工质流经各个设备中不考虑任何损失，因此，逆卡诺循环是理想制冷循环，它的制冷系数是最高的，但工程上无法实现。
(见笔记，关键在于运动无摩擦，传热我温差)2）：工程中，由于液体在绝热膨胀前后体积变化很小，回收的膨胀功有限，且高精度的膨胀机也很难加工。
因此，在蒸汽压缩式制冷循环中，均由节流机构（如节流阀、膨胀阀、毛细管等）代替膨胀机。
此外，若压缩机吸入的是湿蒸汽，在压缩过程中必产生湿压缩，而湿压缩会引起种种不良的后果，严重时产生液击，冲缸事故，甚至毁坏压缩机，在实际运行时严禁发生。
因此，在蒸汽压缩式制冷循环中，进入压缩机的制冷工质应是干饱和蒸汽（或过热蒸汽），这种压缩过程为干压缩。
2．对单级蒸汽压缩制冷理论循环作哪些假设？与实际循环有何区别？答：1）理论循环假定：①压缩过程是等熵过程；②节流过程是等焓过程；③冷凝器内压降为零，出口为饱和液体，传热温差为零，蒸发器内压降为零，出口为饱和蒸汽，传热温差为零；④工质在管路状态不变，压降温差为零。
2）区别：①实际压缩过程是多变过程；②冷凝器出口为过冷液体；③蒸发器出口为过热蒸汽；④冷凝蒸发过程存在传热温差tk=t+Δtk,to=t-Δto。
3．什么是制冷循环的热力完善度？制冷系数？C.O.P值？E.F.R？什么是热泵的供热系数？答：1）通常将工作于相同温度间的实际制冷循环的制冷系数εs与逆卡诺制冷循环的制冷系数εk之比，称为热力完善度，即：η=εs/εk。
2）制冷系数是描述评价制冷循环的一个重要技术经济指标，与制冷剂的性质和制冷循环的工作条件有关。
通常冷凝温度tk越高，蒸发温度to越低，制冷系数ε0越小。
空调用制冷技术-第一章_蒸气压缩式制冷的热力学原理
理论循环的假设
（3）离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气为 蒸发压力下的饱和蒸气， 蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷凝器和进入膨 胀阀的液体为冷凝压力下的饱和液体 （4）制冷剂在管道内流动时，没有流动阻力损失， 制冷剂在管道内流动时，没有流动阻力损失， 忽略动能变化，除了蒸发器和冷凝器内的管子外， 忽略动能变化，除了蒸发器和冷凝器内的管子外， 制冷剂与管外介质之间没有热交换 （5）制冷剂在流过节流装置时，流速变化很小， 制冷剂在流过节流装置时，流速变化很小， 可以忽略不计， 可以忽略不计，且与外界环境没有热交换
空调领域的制冷技术原理
制冷技术：
普通制冷：高于－ 普通制冷：高于－120℃ ℃ 深度制冷：－120℃～20K 低温和超低温：20K以下
食品冷藏和空调用制冷技术属于普冷范围 液体气化制冷法
蒸气压缩式制冷 吸收式制冷
制冷技术的应用
空气调节 食品的冷藏链 机械、电子工业 医疗卫生事业 土木工程 体育事业 日常生活
N．L．Sadi．Carnot 1796-1832
萨迪.卡诺
1812年进巴黎查理曼大帝公立中学学习，不久以优异成绩考入巴黎工 艺学院，从师于S.-D.泊松、J.L.盖－吕萨克、A.－M.安培和D.F.J.阿喇 戈等人。1814年进工兵学校。1816年任少尉军官。1819年在巴黎任职 于总参谋部，次年请长假回家，编入预备役，继续从事他所酷爱的自 然科学的学习和研究。大概从1820年开始，他潜心于蒸汽机的研究。 1820 1824年，卡诺发表了名著《谈谈火的动力和能发动这种动力的机器》 1824 (Reflexions sur la puissance motrice du feu etsar les machines propres a developper cette puissance)，但当时并没有引起人们的注意，直到 他逝世后才引起人们的重视。1827年，卡诺又被总参谋部召回服役， 并将他以上尉身份派往现役部队任军事工程师。在里昂等地经过短期 工作后，1828年卡诺永远辞去了在军队中的职务，回到巴黎继续研究 蒸汽机的理论。1830年卡诺因父亲的关系被推选为贵族院议员，但他 断然拒绝了这个职务，因为他是一个共和主义者，认为职位的世袭不 符合共和主义的思想。1832年因染霍乱病于 8月24日逝世，年仅36岁。 由于害怕传染,他的随身物件,包括他的著作、手稿，均被焚毁。
中央空调介绍-Basic
水泵在中央空调系统的作用 是为冷却水及冷冻水的流动提供动力，并可以调节水系
统的换热效果
19
第二章 中央空调系统组成
常用的叶片式水泵类型
按 流 体 流 动 情 况
20
第二章 中央空调系统组成 离心式水泵
流量、压头较大 适用范围广 结构简单
体积小、重量轻 操作简单、维护方便 流体温度不宜过高 安装位置不宜高出吸液面太多
21
第二章 中央空调系统组成
离心式水泵基本结构
22
第二章 中央空调系统组成 离心式水泵的叶轮
开
半
开
式
式
闭 式
23
第二章 中央空调系统组成
离心式水泵的工作过程
5
6
1－底阀
4
78
2－吸入管路
3－吸入室
3
4－蜗壳
2
5－阀门
6－排出管路
1
7－叶轮
8－电机
24
第二章 中央空调系统组成 常用空调设备
空气处理机组的作用是调节 室内空气参数；这一过程是通过空气与机组内各功
空调房间
空气处理机组
空调房间 冷冻水回水管 冷冻水出水管 冷却水回水管 冷却水出水管 空调风管
7
第二章 中央空调系统组成 中央空调系统常用冷水机组形式
冷水机组在中央空调系统的作用 是制造空调用低温水(一般为7℃～12℃)，这一过程 是通过制冷剂在机组中作制冷循环并进行热交换而
实现的
8
第二章 中央空调系统组成
允许的风 速及噪声
建筑物特点 及内部装修
工艺布置及 设备散热
31
第三章 中央空调系统工作流程
冷却塔
制冷循环系统的热力学分析
制冷循环系统的热力学分析第一章、引言制冷循环系统是一种热力学循环系统，它将热能从一个热源转移到一个冷源，从而实现制冷的目的。
制冷循环系统广泛应用于空调、冰箱、冷柜、汽车空调等领域。
热力学分析是研究制冷循环系统性能的一种重要方法，可以帮助人们深入了解制冷循环系统的工作原理和热力学性能，从而进行优化设计。
本文将从理论和实际应用的角度，对制冷循环系统的热力学分析进行深入探讨。
第二章、制冷循环系统的基本原理制冷循环系统的基本工作原理是通过压缩、冷凝、膨胀和蒸发等过程，将制冷剂在低温环境下液化，然后通过压缩、冷凝器和膨胀阀控制，将其在高温环境下蒸发，从而吸收热量来达到降温的目的。
制冷循环系统的基本组成部分包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等元件。
第三章、制冷循环系统的热力学分析方法3.1 热力学循环分析法热力学循环分析法是分析制冷循环系统热力学性能的一种基本方法。
它基于热力学循环的一些基本定律和关系，通过对制冷循环系统的卡诺效率和热力学参数进行分析，来评估制冷循环系统的性能。
该方法可以帮助系统设计者了解制冷系统的理论性能上限，并指导制冷系统的优化设计。
3.2 热力学分析软件模拟法热力学分析软件模拟法是一种基于数值计算方法的热力学分析方法。
它通过建立制冷循环系统的热力学数值模型，然后使用计算机运行模型，模拟制冷循环系统的热力学过程和性能变化，从而对制冷系统的性能进行分析。
该方法具有计算精度高、效率快等优点，并且可以通过不同的输入参数改变模型来研究和分析不同工况下制冷系统的性能。
第四章、制冷循环系统的热力学性能分析4.1 制冷循环系统的热载荷分析热载荷是指一定时间内传递给制冷循环系统的热量。
制冷循环系统的热载荷分析是对制冷系统工作环境温度和制冷需求的分析。
根据热载荷大小的不同，制冷系统的工作状态和性能也会不同，因此热载荷分析是制冷系统热力学性能分析的重要基础。
4.2 制冷循环系统的性能系数分析性能系数是制冷循环系统性能的重要指标之一。
第一章 电冰箱制冷原理
第一章电冰箱制冷原理第一节制冷基础知识一热力学基础1. 热力学状态参数(1) 温度温度是物体冷热程度的度量，从微观的观点看，温度是物质分子热运动平均动能的度量，它是确定物质状态的基本参数之一。
为了进行温度测量，需要有温度的数值表示法，即需要建立温度的标尺。
我们把温度的标尺叫做温标。
工程上常用的温标有摄氏温标和华氏温标。
摄氏温标用于公制系统，它规定在标准大气压下纯水的冰点是0°C，沸点是100°C，中间分成100等份，每一等份即为1°C（1度），其中°C为摄氏温度单位的符号。
华氏温标用于英制系统，它规定在标准大气压下，纯水的冰点是32°F，沸点是212°F ,中间分成180等份，每一等份即为1°F，其中°F为华氏温度单位的符号。
采用摄氏温标和华氏温标表示的温度，都称为相对温度。
根据热力学第二定律的基本原理所制定的温标称为热力学绝对温标，它与测温物质的特性无关，可以成为度量温度的共同标准，也是测量温度的最基本温标。
绝对温标以物质内分子热运动完全停止时的温度为零度（此时摄氏温度为-273.15°C），单位符号为K。
绝对温标的一度（1K）等于摄氏温标的一度(1°C)。
绝对温标在国际单位制中广泛采用。
绝对温度（常用T表示）,摄氏温度和华氏温度（常用t表示）之间的换算关系是：T(K)=t(°C)+273.15(K) （1-1）t(°F)=9/5t(°C)+32(°F) （1-2）用以测量温度的仪表叫温度计。
制冷中常用的温度计有玻璃棒温度计、压力式温度计、半导体温度计及热电偶温度计。
电冰箱测温常用玻璃棒温度计和半导体温度计。
在精确测试中则用热电偶温度计。
（2）压力单位面积上所受的垂直作用力称为压力（也称压强），常用p表示。
分子运动学把压力看作是分子撞击容器内壁的结果。
压力也是确定物质状态的基本参数之一。
制冷系统中的热力学模型研究与优化
制冷系统中的热力学模型研究与优化引言制冷系统在现代工业和生活中扮演着重要角色。
为了提高制冷系统的效率和性能，许多研究者致力于开发和优化热力学模型。
本文将探讨制冷系统中热力学模型的研究与优化，并介绍一些常见的模型和方法。
第一章制冷系统的基本原理制冷系统的基本原理是通过循环往复的方式实现冷热交换，从而达到降温的目的。
制冷系统通常由压缩机、冷凝器、蒸发器和节流装置等组成。
工质在循环中不断吸收和释放热量，实现温度的调节。
第二章理想制冷循环模型理想制冷循环模型是最基本的热力学模型之一。
其中最常用的是Carnot循环模型。
Carnot循环模型假设制冷系统的内部不会存在能量损耗，从而实现最高效率的制冷过程。
然而，现实中的制冷系统存在着诸如摩擦、压力损失和不可逆性等因素，使得Carnot循环模型并不适用于实际应用。
第三章实际制冷循环模型为了更好地描述实际制冷系统的性能，研究者开发了多种实际制冷循环模型。
其中最常用的是朗肯循环模型和布雷顿循环模型。
朗肯循环模型考虑了系统内的压力损失和不可逆性等因素，相比于Carnot循环模型更接近实际情况。
布雷顿循环模型则进一步考虑了制冷系统中的热传导和温度差异等因素，提高了模型的准确性。
第四章制冷系统的优化方法制冷系统的优化方法主要包括循环工质的选择、工作参数的优化和系统结构的优化。
对于循环工质的选择，研究者通常考虑工质的热力学性质、环境友好性和安全性等因素。
工作参数的优化可以通过数值模拟和试验研究来实现，以最大化系统的制冷效率和性能。
系统结构的优化则涉及到制冷系统各组件的布置和匹配，以最小化能量损耗和提高热效率。
第五章日常使用中的应用制冷系统在日常生活中广泛应用于空调、冷库、冷链物流和制冷设备等领域。
热力学模型的研究与优化可以提高制冷系统的效率，降低能源消耗，减少环境污染和碳排放。
例如，通过优化循环工质选择和工作参数调节，可以实现空调系统的节能和环保。
结论热力学模型的研究与优化对于制冷系统的性能提升至关重要。
制冷原理与装置
2、制冷剂的特性与选择
说明：从最早的乙醚、到氨、到氟利
昂、到现在的环保制冷剂，制冷剂对 制冷技术的发展有很大的影响。 3、制冷设备的结构及特点
说明：制冷设备是制冷技术在实际工
程中，实现制冷目的的关键所在。制 冷设备结构性能的好坏，对制冷装置 的影响是显而易见的。
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火箭推力系统与高能物理 所有大型的发射的飞行器均使用液氧作氧 化剂；宇宙飞船的推进也使用液氧和液氢； 观察研究大型粒子加速器产生的粒子的氢泡 室要用到液氢。
LHC-CERN 27km超导磁 体过冷态超 流氦冷却
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第一章 制冷的热力学基础
§1-1 相变制冷 ★ §1-2 绝热膨胀制冷 ★ §1-3 制冷热力学特性分析 ★
1951年半导体制冷技术的开发、应用为制
冷技术又开拓了一个新领域，它对卫星、 激光、航天技术等高科技的进一步发展， 提供了一定的技术保证。
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四、国内发展概况（简介） 解放前冷库容量不足三万吨。解放后有
了较大的发展，1954年研制成功第一台 制冷压缩机，1959年冷库容量达到35万 吨，1967试制成功蒸汽喷射式制冷机， 1968年第一台吸收式制冷机问世，1971 年第一台螺杆式式制冷压缩机问世， 1982年冷库容量达到250万吨。
等）为工质，通过对其压缩，然后对这些高
压气体进行绝热膨胀（或绝热放气），从而
获得温度很低的液化气体。
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三、制冷技术的研究内容 1、各种制冷方法、制冷原理和制冷系统
说明：制冷方法很多，简介普冷范围常用
的四种制冷方法，重点讲解蒸汽压缩式制 冷的基本原理、制冷循环及其热力计算方 法、制冷剂的特性与选择以及制冷设备的 结构特点和传热计算。制冷系统在本课程 的设备部分作总体介绍，详细内容留待后 续课程《制冷装置设计》讲解。
07制冷与低温原理【复习课】
六、斯特林制冷循环
● 1816年斯特林提出一种由两个等温过程和两个 等容回热过程组成的闭式热力学循环，称为斯特林 循环，也称定容回热循环。
●斯特林循环最初是作为热机循环提出的，到19 世纪60年代，柯克把斯特林循环的逆循环用于制冷。
理想斯特林制冷循环
1)等温压缩过程(1-2)
●压缩活塞向左移动而膨胀活塞不动，气体 被等温压缩，压缩产生的热量由冷却器带走， 温度保持恒值T1，压力升高到p2，容积减小 到V2
五、气体循环
【气体液化循环不同于以制取冷量为目的的普通制冷 循环。】
【1气、在体气液体化液理化想循环循中环，在所T用-s的图气上体的在表循环示过】程中既起制冷
剂的作用，本身又被液化，部分或全部地作为液态产品从低 温装置中输出。 2、气体液化循环的理想循环是指由可逆过程组成的循环， 在循环的各个过程中，不存在任何不可逆损失。
1)高压气体通过切换阀1流经回热器2、换热器3、 导流器6以层流形式进入脉管4，迅速推挤管内气体向 封闭端移动，同时使之压缩，温度升高，在脉管封闭 端气体的温度达到最高值。
2)布设在封闭端的水冷却器5将热量带走， 管内气体因放热，其温度和压力稍有降低。
3)切换阀转动使系统内气体接通低压气源，脉管 中的气体又以层流形式渐次向气源扩张，气体膨胀降 压而获得低温。
2)定容放热过程(2-3)
●两个活塞同时向左移动，气体的容积保持 不变，即V2=V3，直至压缩活塞到 因而温度由T1降为T3，同时压力由p2降到p3。
3)等温膨胀过程(3-4)
●压缩活塞停止在左止点，膨胀活塞继续向左 移动，直至左止点，温度为T3的气体进行等温 膨胀，T4=T3，通过冷量换热器C从低温热源 吸收热量(制冷量)Q0，容积增大到V4，压力 降低到p4。
制冷技术的热力学基础
制冷技术的热力学基础制冷技术的热力学基础在制冷循环中,工质不断地进行着热力状态变化。
描述工质所处热力状态的物理量称为工质的热力状态参数,简称状态参数。
一定的状态，其状态参数有确定的数值.工质状态变化时，初、终状态参数之间的差值，仅与初、终状态有关，而与状态变化的过程无关。
制冷技术中常见的状态参数有：温度、压力、比容、内能、焓与熵等。
这些参数对于进行制冷循环的分析和热力计算，都是非常重要的。
一、温度温度是描述热力系统冷热状态的物理量,是标志物体冷热程度的参数。
物体的温度可采用测温仪表来测定。
为了使温度的测量准确一致，就要有一个衡量温度的标尺，简称温标，工程上常用的温标有：二、摄氏温标又叫国际百度温标,常用符号t表示，单位为℃。
2。
绝对温标常用符号T表示，单位为开尔文（代号为K）。
绝对温标与摄氏温标仅是起点不同而已（t=0℃时，T=273.16K），它们每度的温度间隔确是一致的。
在工程上其关系可表示为:T=273+t（K）二、压力压力是单位面积上所承受的垂直作用力，常用符号P表示。
压力可用压力表来测定。
在国际单位制中，压力单位为帕斯卡（Pa），实际应用时也可用兆帕斯卡（MPa)或巴（bar）表示，1MPa=106Pa而1bar=105 Pa。
压力的标记有绝对压力、表压力和真空度三种情况.绝对压力是指容器中气体的实际压力，用符号P表示;表压力（PB)是指压力表(或真空表）所指示的压力；而当气体的绝对压力比大气压力（B）还低时，容器内的绝对压力比大气压力低的数值,称为真空度(PK).三者之间的关系是:P=PB表压力+B大气压力或 P=B大气压力-PK真空度，作为工质的状态参数应该是绝对压力,而不是表压力或真空度。
三、比容比容是指单位质量工质所占有的容积，用符号υ表示。
比容是说明工质分子之间密集程度的一个物理量。
比容的倒数为工质的密度,即单位容积工质所具有的质量，用符号ρ表示。
比容和密度之间互为倒数关系。
制冷技术 制冷热力学原理
制冷原理
利用某种物质状态变化，从较低温度的热源吸取一 定的热量，通过一个消耗功（或热量）的补偿过程， 向较高温度的热源放出热量。 为了实现上述能量转换，首先 必须有使制冷机能达到比低温 热源更低温度的过程，并连续 不断地从被冷却物体吸取热量。
可逆循环和不可逆循环
循环由过程构成 可逆
过程
不可逆
可逆循环 循环
不可逆循环
➢不可逆过程可分成两类：内部不可逆和外部 不可逆。 ➢制冷剂在其流动或状态变化过程中因摩擦、 扰动及内部不平衡而引起的损失，都属于内部 不可逆； ➢蒸发器、冷凝器及其他换热器中有温差时的 传热损失，属于外部不可逆。
逆循环
逆循环：逆时针方向（消耗功把热量由低温
p 热1源送至高温热源）T
2
2
V
净效应：对内作功
1
S
净效应：放热
动力循环与制冷（热泵)循环
• 动力Power循环—正循环 输入热,通过循环输出功
• 制冷Refrigeration循环—逆循环 输入功量（或其他代价），从低温热源取热
• 热泵Heat Pump循环—逆循环 输入功量（或其他代价），向高温热用户供热
自然界自发过程都具有方向性
自发过程的方向性
功量 功量
摩擦生热
100% 发电厂 40%
热量 热量
放热
自发过程具有方向性、条件、限度
热力学第二定律的表述与实质
热二律的表述有 60-70 种
热功转换
传热
1851年 开尔文－普朗克表述
热功转换的角度
制冷专业必学知识点总结
制冷专业必学知识点总结第一部分：热力学基础1. 热力学基础概念热力学是研究热能和其转化的科学，制冷工程基础是在热力学基础上建立的。
温度、压力、热量、热容量等基本概念是制冷工程的基础理论。
2. 热传导、热对流和热辐射制冷系统中热量的传递主要通过热传导、热对流和热辐射来实现。
掌握热传导原理和传热计算方法对于设计和优化制冷系统至关重要。
3. 热工作界限和效率热机和热泵的工作效率受到热工作界限的制约。
制冷专业人员需要了解热机效率和制冷效率的原理，以便在实际工程中选择合适的技术和设备。
第二部分：制冷循环1. 制冷循环基本原理制冷循环是在制冷剂的作用下，通过一定的热力学循环过程实现热量的转移和降温。
常见的制冷循环包括蒸发冷凝循环、压缩-膨胀循环等，制冷工程师需要了解这些循环的原理和特点。
2. 制冷剂的选择和应用制冷剂是制冷循环中的重要组成部分，不同的制冷剂具有不同的性能和适用范围。
制冷工程师需要了解不同制冷剂的性质和应用，以及环保和安全方面的考虑。
3. 压缩机和膨胀阀压缩机是制冷循环中的核心设备，膨胀阀则用于控制制冷剂的流量和温度。
制冷工程师需要了解不同类型的压缩机和膨胀阀的工作原理和选用方法。
第三部分：制冷系统设计1. 制冷负荷计算制冷负荷计算是制冷系统设计的基础，它涉及到室内外环境、建筑结构和使用要求等多个方面的因素。
制冷工程师需要掌握负荷计算的方法和工具，以及如何根据负荷计算结果选择合适的制冷设备。
2. 制冷系统布局和管道设计制冷系统的布局和管道设计对系统的运行效率和稳定性产生重要影响。
制冷工程师需要了解不同布局和管道设计方案的特点和适用范围，以及在实际设计中如何避免常见问题和优化系统性能。
3. 控制系统和自动化控制系统是制冷系统中的关键组成部分，它涉及到温度、压力、流量等参数的监测和调节。
制冷工程师需要掌握不同类型的控制系统和自动化设备，以及如何设计和调试一个稳定可靠的控制系统。
第四部分：制冷设备维护与管理1. 制冷设备的安装和调试制冷设备的正确安装和调试对于系统的长期稳定运行至关重要。
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T T v s P s c P T p
(1 4)
积分等熵效应表示某过程的特性； 其物理意义为气体等熵膨胀过程全部压降下的温降。 公式为： p2
T
p1
s
dp
第一章 制冷的热力学基础 第二节 绝热膨胀制冷 一、有外功输出的膨胀过程
图1-2 逆卡诺循环在T-S图上 的表示
第一章 制冷的热力学基础 第三节 制冷热力学特性分析
一、逆卡诺循环
2、无内部不可逆和有外部不可逆
定义及热力学评价：
循环过程及循环分析
2-3过程的放热量：
1-4过程的吸热量： 循环过程的消耗功：
图-3 有温差传热的不可逆制冷 循环
第一章 制冷的热力学基础 第三节 制冷热力学特性分析
T T " T ' v v P s p h r
(1 13)
第一章 制冷的热力学基础 第二节
二、节流膨胀过程
绝热膨胀制冷
焦耳－汤姆逊系数就是图上等焓线的斜率
气 体 He4 H2 Ne 最高转化温度(K) 气体 最高转化温度(K)
第一章 制冷的热力学基础 第一节
二、压-焓图 2、压-焓图的使用（结果）
相变制冷
要求（1）表示过程（吸热或放热） （2）查各点参数（温度、压力、焓、熵、比容、状态，过冷度和过 热度）： 过程：从点1（温度20C，压力2 bar）等熵变化到点2（压力10 bar）再等 压变化到点3（温度30C），再次等焓变化到点4（压力2 bar），最后等压 回到点1。
洛伦兹循环的分析及热力学评价： 微元的制冷系数：
i
T0i Ti Toi
(1 24)
图1-4 变温热源时的逆向可逆循环
洛伦兹循环的制冷系数：
L i
T0 m Tm Tom
(1 25)
洛伦兹循环过程的制冷量： 洛伦兹循环过程的排热量： 洛伦兹循环过程的消耗功：
图1-5 用微元循环来分析洛伦兹循环
第一章 制冷的热力学基础 第二节
二、节流膨胀过程
实际气体的微分节流效应公式：
v T v T p cp
绝热膨胀制冷
h
(1 11)
纯物质在饱和区域内，在相同的起始压力下，有 相同的压降就有相同的温降，因此 dT s h (1 12) dp
则有关系式：
45 205 250
CO Ar O2
652 794 761
N2
空 气
621
CH4
CO2 NH3
939
603
1500
1994
图1-12
实际气体的等焓节流膨胀
零效应的连线称为转化曲线，如图上虚线所示。
若节流后气体温度保持不变，这样的温度称为转化温度。
第一章 制冷的热力学基础 第三节 制冷热力学特性分析
工质流过阀门时流动截面突然收缩，压力下降， 这种流动称为节流。
节流过程的热力学特征
通过膨胀阀时焓不变，因阀中存在摩擦阻力损耗， 所以它是个不可逆过程，节流后熵必定增加。 设流动绝热，前后两截面间的动能差和位能差忽略， 因过程无对外做功，故节流前后的焓相等。
该式只对节流前后稳定段成立，而不适合 节流过程段。
第一章 制冷的热力学基础 第二节 二、节流膨胀过程
绝热膨胀制冷
表示节流膨胀的参数为微分节流效应和积分节流效应。
微分节流效应也称焦耳-汤姆逊效应，或简称焦-汤效应。 它表示某点的特性； 其物理意义为气体等焓膨胀过程下单位压降下温降。 公式为： T h (1 9)
P h
第一章 制冷的热力学基础 第二节 绝热膨胀制冷
引言 气体制冷机的定义：
利用高压气体的绝热膨胀以达到低温，并利用膨胀 后的气体在低压下的复热过来制冷。
气体绝热膨胀的三种方式： （1）等熵膨胀 令高压气体经膨胀机膨胀。
特点： 有外功输出，温降大，制冷量大； 系统结构较复杂。 特点： 无外功输出，温降小，制冷量小。
基本知识： 混合物：盐水，相图 R22/R12
第一章 制冷的热力学基础
第一节 相变制冷
一、物质的相变特性
（一）液-气 状态：液 气 能量：吸热
(1 2)
饱和气体比熵、比焓
" ' " ' r h h T ( s s ) 气化热：
h 's '
饱和液体比熵、比焓
s"
h"
特 性：与压力有关，不同压力不一样 与材料有关，不同物质不一样 与状态有关，在临界压力以上为0
状态：固液，吸热 热量为熔解热（融化热）：水335KJ/KG
2、固体的升华
状态：固气，吸热 热量：升华热
3、冰盐混合物（类似前述的盐水）
第一章 制冷的热力学基础
第一节 相变制冷
表1-1 冰的升华压力和对应的升华温度
水的三相点：0.61kPa,0.0C
干冰的三相点：518kPa,-56.6C
第一章 制冷的热力学基础
(1 15)
w0 (T T0' )s1 s4
(1 16)
第一章 制冷的热力学基础 第三节 制冷热力学特性分析
一、逆卡诺循环
制冷系数：
q0 0 w0
0
T0' T T
' 0
(1 17)
1 T 1 ' T0
(1 18)
制冷系数的特性： 1、高温高，低温低，制冷系数小 2、低温比高温对它影响程度大 3、与循环介质无关 4、其值可大于1，小于1，或等于1
第一节 相变制冷
表1-2 冰盐混合时的温度
第一章 制冷的热力学基础
第一节 相变制冷
表1-3 一些共晶溶液的物理温度
第一章 制冷的热力学基础
第一节 二、压-焓图
气液相变制冷是主要的制冷方法。 表示其制冷过程和查阅其物性依靠图表。
图表也有很多形式，其中压-焓图使用最多。
相变制冷
过程线： 等压线、 等温线、 等焓线、 等熵线、 等容线,. 过冷度 过热度
第一章 制冷的热力学基础
第一节 第二节
相变制冷 绝热膨胀制冷
第三节
制冷热力学特性分析
第一章 制冷的热力学基础
制冷过程：实现从低温热源吸热，消耗一个能量（电、热、
势）补偿，向高温热源放热。 这个过程必须遵从热力学第一定律和热力学第二定律。
制冷的基本方法： 1、相变制冷 2、气体绝热膨胀制冷 3、气体涡流制冷 4、热电制冷
（2）等焓膨胀 令气体经节流膨胀阀膨胀（也称节流）
（3）绝热放气 绝热放气制冷，主要用于低温制冷机。
第一章 制冷的热力学基础 第二节 绝热膨胀制冷 一、有外功输出的膨胀过程
最理想的情况是可逆的绝热膨胀，即等熵膨胀。
表示等熵膨胀的参数有微分等熵效应 s 和积分等熵效应 T 微分等熵效应表示某点的特性；其物理意义为气体等熵膨 胀过程下单位压降下的温降。 公式为：
1、压-焓图的结构：
第一章 制冷的热力学基础 第一节
二、压-焓图
相变制冷
2、压-焓图的使用
要求（1）表示过程（吸热或放热） （2）查各点参数（温度、压力、焓、熵、比容、状态，过冷度和过 热度）： 过程：从点1（温度20C，压力2 bar）等熵变化到点2（压力10 bar）再等 压变化到点3（温度30C），再次等焓变化到点4（压力2 bar），最后等压 回到点1。
图1-1 R134a的压-焓图
第一章 制冷的热力学基础 第一节
二、压-焓图 2、压-焓图的使用（结果）
相变制冷
要求（1）表示过程（吸热或放热） （2）查各点参数（温度、压力、焓、熵、比容、状态，过冷度和过 热度）： 过程：从点1（温度20C，压力2 bar）等熵变化到点2（压力10 bar）再等 压变化到点3（温度30C），再次等焓变化到点4（压力2 bar），最后等压 回到点1。 Point T P v [C] [bar] [m^3/kg] 1 19.997 2.000 0.113940 2 73.598 10.000 0.024651 3 30.004 10.000 N/A 4 N/A 2.000 N/A Te [C]= -10.09 Tc [C] = 39.39 DT subcooling [K] = 9.39 DT superheat [K] = 30.09 h s [kJ/kg] [kJ/(kg K)] 417.746 1.8236 456.224 1.8236 241.469 N/A 241.469 N/A
第一章 制冷的热力学基础
第一节 相变制冷
一、物质的相变特性
部分气化的热量变化： 物质在气液两相区内的干度：x 热量变化的公式：
q0 r (1 x) (1 3)
制冷剂的干度
q 0 单位制冷量 x
特性：干度大，气化热小
第一章 制冷的热力学基础
第一节 相变制冷
（二）固体的融化与升华 1、固体的融化
第一章 制冷的热力学基础
第一节 相变制冷
一、物质的相变特性
基本知识： 1、物质的相、 相变（固、气、液） 2、成分 3、相图 4、自由度 5、相律
第一章 制冷的热力学基础
第一节 相变制冷
一、物质的相变特性
基本知识： 纯质：水，三相（冰、水、汽），相图
第一章 制冷的热力学基础
第一节 相变制冷
一、物质的相变特性
第一章 制冷的热力学基础 第三节 制冷热力学特性分析
三、热能驱动制冷循环
图1-11
高温热源 T0 (环境) qa w
两类制冷循环能量转换关系图
高温热源 T0 (环境) qa qh 制冷机 驱动热源 Th
制冷机