制冷与低温的热力学基础
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。
制冷知识
绪论：一、制冷（Refrigeration ）1. 定义：通过人工的方法，把某物体或某空间的温度降低到低于周围环境的温度，并使之维持在这一低温的过程。
实质：热量的转移的过程。
（注意和“冷却”的区别）2. 制冷途径：a. 天然冷源b. 人工制冷天然冷源：用深井水或“冬季采冰以供夏用”。
二、人工制冷我们都知道，热量传递终是从高温物体传向低温物体，直至二者温度相等。
热量决不可能自发地从低温物体传向高温物体，这是自然界的客观规律。
然而，现代人类的生活与生产经常需要某个物体或空间的温度低于环境温度，甚至低得很多。
例如，储藏食品需要把食品冷却到０℃左右或－15℃左右，甚至更低；合金钢在-70℃～－90℃低温下处理后可以提高硬度和强度。
而这种低温要求天然冷却是达不到的，要实现这一要求必须有另外的补偿过程（如消耗一定的功作为补偿过程）进行制冷。
这种借助于一种专门装置，消耗一定的外界能量，迫使热量从温度较低的被冷却物体或空间转移到温度较高的周围环境中去，得到人们所需要的各种低温，称为人工制冷。
而这种实现制冷所需要的机器和设备的总和就称为制冷装置或制冷机。
制冷机中使用的工作物质称为制冷剂。
制冷程度：人工制冷可以获得的温度。
制冷的方法：1. 液体汽化制冷（蒸汽制冷）：利用液体汽化吸热标准大气压下，1kg 液氨汽化可吸收1371 的热量，且气体温度低达-33.4 ℃；p ＝870pa 时，水在5 ℃下即可沸腾，吸热2489kJ/kg 。
分类：蒸汽压缩制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷, 吸附式制冷2. 气体膨胀制冷：将高压气体做绝热膨胀，使其压力、温度下降，利用降温后的气体来吸取被冷却物体的热量从而制冷。
3. 热电制冷（半导体制冷）：利用某种半导体材料的热电效应。
建立在帕尔帖(peltire) 效应（电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量）原理上。
三、发展概况及应用1. 发展概况：制冷技术是从19 世纪中叶开始发展起来的，1934 年美国人波尔金斯试制成功了第一台以乙醚为工质、闭式循环的蒸汽压缩式制冷机。
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。
第三章 制冷
(Tk - T0)↓,ε ↑ → 但Tk ↓受环境条件限制；T0 ↑不利于传热。
二、制冷循环工作参数的确定
1、蒸发温度（T0）：随制冷剂的不同而不同。
空气载冷: T0比冷库空气温度低8～12℃; 盐水载冷: T0比盐水温度低4～6℃。 2、冷凝温度（Tk）：由冷凝器型式、冷凝介质的温度决定。 水冷却: Tk=t+(4～5℃)
例2、在氨蒸气压缩制冷循环中，蒸发温度和冷凝温 度分别为-20℃和20℃，制冷量为20冷吨(日
本)。氨在冷凝器中的放热速率为100kJ/s，氨
回热循环：将蒸发器产生的低温低压蒸汽与节流 前的液体工质进行热交换。
1、既可减轻或消除吸汽管道中的有害过热，又能使液 态制冷剂过冷。 2、制冷剂过冷，将增加循环的制冷量△ q0 ，但功耗 也增大△W，其制冷系数是否提高，视具体操作条 件和制冷剂种类而异。 3、当Tk=30℃，T0在普通制冷温度范围内时，对F-12 采用回热循环是有利的；对于氨是不利的；F-22 介于两者之间，即制冷无大的变化。
233 Tk 273 T2 273 T0 299 Tk 273 T0 273 Tk
预热 系数 排气 温度 冷凝 温度
立式： b=0.001 温度℃
立式压缩机：
ηm — 机械效率。指示功率Ni与轴功率Nz之比。机械摩擦损失。
m
Ni Nz
m 0.8 ~ 0.95
ηD — 传动效率。轴功率Nz与实际功率N之比。传动机构的完 善程度。 传动效率ηD 的取值：
(t为冷凝器排水温度，进出水的温差取2～3℃)
空气冷却: Tk=t’+(8～12℃) (t’为冷凝器排气温度) (立、卧式、淋激式冷凝器）
3、压缩机的吸汽温度（T1）：为控制过热点温度。 低压蒸汽过热有害，使压缩机功耗↑，可通过控制冷凝温 度，回收一部分过热能量。 吸汽温度取决于回汽的 过热度 。若不考虑回汽 的过热,则T1≈T0,实际上, 自蒸发器的低压蒸汽进 压缩机前将在吸汽管中 吸收周围空气的热量,温 度升高,比容增大,叫蒸汽 过热。
工程热力学课件第十二章制冷循环
由于吸收式制冷循环使用低品位热能 ，因此特别适合于使用余热或废热等 低品位热源的场合。
Part
05
热电制冷循环
热电制冷循环的工作原理
热电制冷循环基于塞贝克效应或皮尔 兹效应，通过热电转换材料将热能转 换为电能，从而实现制冷效果。
将多个制冷设备集成在一个模块中，实现 集中控制和统一管理，提高系统效率和可 靠性。
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工程热力学课件第十 二章制冷循环
• 制冷循环概述 • 制冷剂的特性 • 压缩制冷循环 • 吸收式制冷循环 • 热电制冷循环 • 制冷循环的节能与环保
目录
Part
01
制冷循环概述
制冷循环的定义和目的
定义
制冷循环是指通过一系列热力学过程，将热量从低温处转移到高温处，从而实现制冷效 果的系统。
目的
制冷循环的主要目的是在需要冷却的物体或环境中，创造一个低温环境，以维持其所需 的温度和湿度条件。
参数，实现节能运行。
制冷循环的环保要求
01
02
03
04
减少温室气体排放
通过采用高效制冷技术和环保 制冷剂，减少制冷循环中温室
气体的排放。
防止臭氧层破坏
选择不含有CFCs（氯氟烃） 的制冷剂，以保护臭氧层。
控制污染物排放
确保制冷循环产生的废水、废 气和固体废弃物得到妥善处理
和处置。
资源回收利用
对制冷设备进行回收和再利用 ，减少资源浪费和环境污染。
制冷剂在压缩机中被压缩，压力升高，温度也随之升高，然后进入冷凝器，在冷凝 器中放热给冷却水，自身温度降低并液化。
制冷与低温思考题题解(初稿)
18，制冷剂的标准沸点的含义？从循环的性能出发，应该如何选择制冷剂？
1、制冷剂在标准大气压下的沸腾温度称为标准蒸发温度（或标准沸点） ，用符号 表示。制 冷剂的标准蒸发温度大体上可以反映用它制冷时能够达到的低温范围。 越低的制冷剂能够 达到的制冷温度越低。 2， （选择制冷剂的标准）人们期望的是：它冷凝压力不太高；蒸发压力在常压以上或不 要比大气压低的太多；压力比适中；排气温度不太高；单位制冷量大；循环的性能系数高；
8、压缩式制冷循环简图 冷凝器 节 流 阀 压 缩 机
蒸发器
-3-
制冷低温原理大纲习题答案
理想循环的假定： （1）高温热汇和低温热源的温度 TH、TL 恒定，制冷剂在相变传热过程中没有传热温差，即
TK=TH,T0=TL
（2）不计过热度和过冷度； （3）除膨胀装置和压缩机外，制冷剂流经其他部件和管道没有压力变化； （4）除换热器外，其他部件和管道与外界没有热交换； （5）压缩过程为可逆的等熵绝热压缩过程。
排气管
热交换：制冷剂向环境散热，起到冷却高压排气的作用，减少了冷凝器的负荷， 是有利无害的。 压力损失：使压缩机排气压力必须高于冷凝压力才能保证制冷剂流入冷凝器，增 大了压缩机的工作压力比，使比功增大，排气温度升高。
高压液管
热交换： （1）向环境散热：使高压液体过冷，对循环有益； （2）被环境加热:高 压液管中部分液体汽化，膨胀阀前出现气泡，大大降低阀的流通性，并使阀的工 作不稳定。阀能力下降使蒸发器缺液，则制冷能力大大降低；阀工作不稳定会危 及压缩机的安全。 压力损失：使膨胀阀前的制冷剂压力降低，阀前后压差变小，造成其通流能力减 少。若来自冷凝器的制冷液体是饱和液，压力损失将使阀前液体中出现闪蒸汽， 阀前液体汽化，更加严重影响膨胀阀的能力，并使阀的工作不稳定。
1.2工程热力学基础知识
热力学相关的能量的总和. 热力学相关的能量的总和.
真空
真空
p1 V1
p2 V2
绝热系A
绝热系A
上面图示中的闭口绝热系A 上面图示中的闭口绝热系A中的黄色方块是一团 气体,它从状态1变化到状态2 气体,它从状态1变化到状态2,很显然,按照理 想气体状态方程进行分析,由于气体膨胀对外做 功,我们会得到u 功,我们会得到u1<u2的结论,但是根据能量守恒 定律,工质与外界无能量交换,因此工质的能量 总和应当不变,再经过进一步分析,我们会得到 u1+p1V1=u2+p2V2 即H1=H2的结论.
二,热力学第一定律及其应用
热力学第一定律其实就是能量守恒定律在热力学 领域中的应用,由于热力学领域总是把某一系统 作为研究对象,所以强调的是系统和外部环境的 总的能量守恒. 在对单一热力系统进行分析的时候,系统本身能 量变化 ,系统与外界的功交换 量变化E,系统与外界的功交换W,系统与外 界的热交换 界的热交换Q,还有涉及物质进出系统带来和带 出的能量 出的能量e之间满足下列关系:
(五)热力过程
热力过程: 热力过程:系统从一个状态变化到另外一个状态 的时候经历的所有的中间状态的集合称为热力过 程,简称过程.如果系统经历一系列过程最终又 回到初始状态,则说这些过程构成一个热力循环 回到初始状态,则说这些过程构成一个热力循环. 热力循环. 准静态过程:在一个热力过程中,初始状态和最 准静态过程:在一个热力过程中,初始状态和最 终状态都是平衡态,从初始状态变化到最终状态 说明了原有平衡被打破,然后经历一些列变化最 说明了原有平衡被打破,然后经历一些列变化最 后形成了新的平衡.这个变化不会是一瞬间完成 后形成了新的平衡.这个变化不会是一瞬间完成 的,因此意味着在这两个状态之间,系统经历了 一些列连续的,依次相差为无穷小的平衡状态, 一些列连续的,依次相差为无穷小的平衡状态, 这个过程称为准静态过程.例如系统原来的状态 用参数表示为(A,B,C,D,E,F),最终状态表示为 用参数表示为(A,B,C,D,E,F),最终状态表示为 (A',B',C',D',E',F'),如果该过程是准静态过程, ,B',C',D',E',F' 那么6 那么6个参数的变化全部是连续的,如果表示在状 态参数坐标图上,有关6 态参数坐标图上,有关6个参数的曲线全部应当是 连续的.
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。
了解低温热力学的基本原理和应用
了解低温热力学的基本原理和应用低温热力学是研究低温条件下物质的热力学性质和行为的学科。
它的基本原理源于热力学的基本定律，但在低温条件下，物质的行为会出现一些特殊的现象和规律。
本文将从基本原理和应用两个方面介绍低温热力学的知识。
首先，我们来了解低温热力学的基本原理。
低温热力学的基本定律包括热力学第一定律和第二定律。
热力学第一定律是能量守恒定律，它表明能量可以从一个系统转移到另一个系统，但总能量保持不变。
在低温条件下，物质的能量转移往往伴随着相变现象，如固态到液态的相变。
这种相变过程中，物质的能量会发生变化，导致系统的能量守恒。
热力学第二定律是热力学过程的方向性定律，它表明热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能反向传递。
在低温条件下，物质的热传导性质会发生变化，导致热量的传递方式出现一些特殊的现象。
例如，超导材料在低温下可以实现零电阻传输，这是由于低温条件下电子的运动受到凝聚态物质的限制，从而减小了电阻。
了解了低温热力学的基本原理，我们可以看到它在许多领域中的应用。
首先，低温热力学在冷却技术中有着广泛的应用。
在超导领域，低温热力学可以用来研究超导材料的性质和行为，以及设计制造高温超导材料。
此外，低温热力学还可以应用于制冷技术，如制造低温冰箱和制冷设备。
其次，低温热力学在材料科学中也有重要的应用。
在低温条件下，物质的性质和行为会发生变化，这为研究材料的性能提供了新的途径。
例如，低温热力学可以用来研究材料的热膨胀性质，从而设计制造具有特定热膨胀系数的材料。
此外，低温热力学还可以用来研究材料的磁性和电性等性质。
此外，低温热力学还在天文学和宇宙学中有着重要的应用。
在宇宙学中，低温热力学可以用来研究宇宙微波背景辐射的性质和行为，从而揭示宇宙的起源和演化。
在天文学中，低温热力学可以用来研究宇宙中的冷物质和冷气体，如星际云和星际介质。
综上所述，低温热力学是研究低温条件下物质的热力学性质和行为的学科。
它的基本原理源于热力学的基本定律，但在低温条件下，物质的行为会出现一些特殊的现象和规律。
(完整版)制冷原理及基础知识
作用：压缩和输送制冷蒸汽，并造 成蒸发器中低压、冷凝器中高压，是 整个系统的心脏。
压缩机的分类
容积型
速度型（离心式）
活塞式
回转式
滚动转子式
涡旋式
滑片式
螺杆式
单螺杆
双螺杆
空调冷凝器用于制冷空调系统，管内 制冷液直接与管外空气强制进行热交换， 以达到制冷空气的效果。
1)、节流降压.当常温高压的制冷剂饱和液体 流过节流阀,变成低温低压的制冷剂液体并产生少 许闪发气体.进而实现向外界吸热的目的.
2)、调节流量：节流阀通过感温包感受蒸发器 出口处制冷剂过热度的变化来控制阀的开度,调节 进入蒸发器的制冷剂流量,使其流量与蒸发器的热 负荷相匹配.当蒸发器热负荷增加时阀开度也增大, 制冷剂流量随之增加,反之,制冷剂流量减少.
1.温度与温标 2.物质的热能、热量、焓、熵、显热、潜热 3.制冷量 4.蒸发与沸腾
温度是表示冷热物体冷热程度的量度。温度反映了物体内 部分子运动的平均动能，是物体状态的基本参数之一。
物体的温度是用温度计来测量的，为了表示温度的高低， 就规定了衡量温度高低的尺度水的冰点设为0℃,沸点设为100℃，在两定点间 分为100等份，每一等份即称为摄氏一度。
(5)显热：物质吸收或放出热量，使物体的温度升高或降低，而不引 起状态的变化，这个过程中的物质所吸收或放出的热量称为显热。
(6).潜热：物质吸收或放出热量后，状态改变而温度不发生变化，这 一过程中所发生的热量转移称为潜热。
2300W以下 2400W~2500W 2600W~2800W 3200W 3500W~3600W 4500W~4600W 4800W~5000W 5100W~5200W 6000W~6100W 7000W~7100W 12000W
《工程热力学》第十一章制冷循环
粘度
粘度小的制冷剂流动性好，有 利于传热。
密度
密度决定了制冷剂在相同体积 下的质量，密度越大，质量越
大，制冷效果越好。
制冷剂的热力学特性
压缩系数
压缩系数决定了制冷剂在压缩过 程中的体积变化，压缩系数越小，
体积变化越小，有利于提高制冷 效率。
热导率
热导率决定了制冷剂的传热效率， 热导率越大，传热效率越高。
制冷剂在蒸发器中蒸发成气体后被压缩机吸入，再次压缩，完成一个循环。
压缩式制冷循环的主要设备
压缩机
用于压缩制冷剂，提高 其压力和温度。
冷凝器
用于将高温高压的制冷 剂冷却成液体，释放出
潜热。
膨胀阀
用于将高压的液态制冷 剂减压至适合蒸发吸热
的低压状态。
蒸发器
用于使液态制冷化
未来的制冷系统将更加注重多功能化，除了温度调节外， 还将具备湿度控制、空气净化等功能，提高室内环境的舒 适度和健康性。
高效化
随着能源价格的上涨和节能减排的需求，制冷循环将更加 注重能效提升，采用先进的节能技术和优化算法，降低运 行成本和提高能源利用效率。
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吸收式制冷循环利用制冷剂在溶液中的溶解特性，通过制冷剂在溶液中 的蒸发和冷凝，实现制冷效果。
吸收式制冷循环中，常用的制冷剂有氨和水、溴化锂和水的混合溶液等， 这些制冷剂在吸收剂的作用下被吸收，再通过加热解吸，释放出冷量。
吸收式制冷循环的工作原理基于热力学第二定律，通过消耗热能实现制 冷效果，相比压缩式制冷循环，具有更高的能效比。
强化换热器设计
优化换热器的结构和设计，提高换热 效率。
引入智能控制技术
利用先进的控制算法和传感器技术， 实现制冷系统的智能控制，提高运行 效率。
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
制冷原理及基础知识
汽化 液态 气态 液化
固态
两种不同温度的物质由于温差的存在，热量就会发生转移和交换，在自 然界和生产过程中温度差是普遍存在的，因此，传热就成了自然界的普遍现 象。在空调及冷冻系统中，同样存在着传热问题，如冷凝器、蒸发器、中间 冷却器、空气加热器等热交换设备。这些设备在运行中都在进行着复杂的热 交换，热量互相传递和转移着，此外系统的冷热管道，以及空调房间的外围 建筑都随季节不同而进行着传热。从热力学定律可知热量会从高温物体向低 温物体传递热量。 1.传热方式 热量的传递往往分三种形式进行，即传导、对流、辐射。这三种传热方 式往往是交错发生，以一种方式伴随着另一种方式进行。 (1).传导 传导也称导热，是由两种温度不同的物体之间直接接触所引起的热量交换。 (2).对流 对流是指流动的物体中，借助于部分质点流动而转移的热量，热的对流往往 与热传导相伴随。在空调及冷冻技术中所遇到的传热问题，通常是以导热和 对流为主进行的传热。 （3）.辐射 辐射是物体热能转变为辐射线，同时向四周空间传播。凡具有高温的物体， 均具有这种性能。
自然界的客观规律是热量传递总是从高 温物体传向低温物体，直至两者温度相等。 如一杯开水放置冷却到凉白开，是一个 自发的传热过程，属于自然冷却，不是制冷。
室温 25℃
37℃ 水
热量从杯中传向室温 水温与室温相同
室温 25℃ 一段时间之后
25℃ 水
制冷是为了适应人们希望能人工改变局部环境温 度的需要而产生和发展的。日常中的常说的冷热是人 体对温度的高低感觉的反应，因此冷热是一个相对的 概念，制冷中所说的热是相对于环境温度而言的。 所谓的制冷，就是把某一物体或空间（包括空间 内部的物体）的温度，降到低于环境介质温度，并保 持这一低温状态的过程。为了达到这一目的，就应采 用人工的方法不断地将该物体或空间的热量及由外界 传入的热量，转移到外界的环境中去。
热力学基础知识
热力学与制冷基础知识一、常用物理量及其概念要理解制冷原理需要一些基础的物理知识。
在本节中，我们将讲解一些常用物理量并举一些简单的应用例子。
所涉及到的内容不能代替物理课程，但足够我们用了。
对于有较好的物理学基础的人来说，这一节可以作为复习，甚至可以省略。
（一）质量、力和重量物体的质量是它所包含的物质的量。
国际单位用千克。
力是一个物体施加于另一个物体的推力或拉力。
力的国际单位为牛顿。
物体的重量是地球引力施加在物体上的力。
也就是说，重量是一种力而不是质量。
然而，在生活中，重量常用来表示物体的质量，因此质量和重量常发生混淆。
但是，当我们用千克力为单位表示重量时，在数值上与质量是相同的，因此在计算中应该不会发生错误。
在任何情况下，问题的本质通常会显示出究竟我们考虑的是质量还是重量。
（二）密度、比容和比重密度（d ）是某种物质单位体积的质量（m ），比容（v ）是密度的倒数。
即：V m d =mV v = 式中V 为体积。
物质的密度和比容会随着温度和压力的变化而变化，尤其是液体和气体。
液体的比重定义为它的密度与相同体积的4℃的水的密度的比值。
4℃的水的密度为1000kg/m 3，所以比重为 1000d d d r w ==式中d ：物质的密度，kg/m 3； d w 是4℃的水的密度，kg/m 3。
质量、密度和比容都是物质的物理特性。
对于制冷过程来说还有其它一些重要的物理性质的量，即：压力、温度、焓和比热。
（三）压力、绝对压力、表压、真空压力、液柱压力和水汽分压压力定义为施加在单位面积上的力。
用公式的形式来表达就是： AF p ==面积力 如果力的单位为牛顿，面积的单位用平方米，则压力的单位为牛/米2（N/m 2）。
在国际单位制中，压力的单位为帕斯卡（Pa ），1帕斯卡（Pa ）=1牛/米2（N/m 2）。
然而在制冷工作中还经常会用到许多其它的压力单位，如毫米汞柱、巴（bar ）和大气压，附录中列出了这些单位之间的相互转化。
制冷机原理是什么
制冷机原理是什么
制冷机的原理是基于热力学和热传递的基础上进行工作的。
它通过从低温物体吸收热量，然后将热量传递给高温物体，使得低温物体的温度进一步降低，从而起到制冷的效果。
制冷机的工作原理主要有两种：蒸发冷却和压缩冷却。
1.蒸发冷却：制冷机中的制冷剂在低压下通过蒸发器，吸收低
温物体的热量，使得制冷剂从液态变成气态。
当制冷剂从蒸发器进入压缩机后，被压缩成高压气体，同时也提高了温度。
接下来，制冷剂经过冷凝器，通过释放热量到高温物体，使得制冷剂重新变成液态，完成一个制冷循环。
2.压缩冷却：制冷机中的制冷剂在低温低压状态下通过蒸发器，吸收低温物体的热量，从而转变成气态。
制冷剂随后被压缩机压缩成高压气体，通过排热器将热量传递给高温物体，并转变成高温高压的气态制冷剂。
最后，制冷剂通过节流阀或展开阀降低压力和温度，重新变为低温低压的气态制冷剂，完成一个制冷循环。
制冷机的工作原理可以通过不断的制冷循环来实现持续的制冷效果。
同时，制冷机还可以通过调节系统中的参数（如温度、压力等）来实现不同的制冷效果以满足不同的需求。
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术制 冷 原 理 与 技
工质流经换热器时和外 界有热量交换而无功的 交换，动能差和位能差 也可忽略不计
1kg的工质吸热量
q h2 h1
工质流经喷管和扩压 管时不对设备作功 ， 热量交换可忽略不计
1kg工质动能的增加
1 2
(c
2 f
2
c
2 f1
)
h1
h2
节流
术制 冷 原 理 与 技
➢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。
术制 冷 原 理 与 技
3．焓
焓
➢用符号H表示，单位是焦耳 （J）
➢H= U+pV
(1-5)
比焓
➢用符号h表示，单位是焦耳/千克 （J／kg）
➢h u pv
(1-6)
焓是一个状态参数。
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
h1a2 h1b2 1 dh h2 h1
术制 冷 原 理 与 技
总能
内部储存能 外部储存能
热力学能 动能 位能
工质的总储存能
➢ 内部储存能和外部储存能的和，即热力学能与宏观 运动动能及位能的总和 。
➢ E－总能， Ek －动能 Ep －位能 E=U+Ek+Ep
(1-2)
若工质质量m，速度cf，重力场中高度z
宏观动能
Ek
1 2
mc
2 f
重力位能 E p mgz
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动位置时才起作用。
术制 冷 原 理 与 技
图1-1a所示为工质经管道进入气缸的过程。 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 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。
➢ 能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一。
术制 冷 原 理 与 技
热力学能和总能
热力学能 ➢用符号U表示，单位是焦耳 （J） 比热力学能 ➢1kg物质的热力学能称比热力学能 ➢用符号u表示，单位是焦耳/千克 （J／kg）
热力学能
热力状态的单值函数。 状态参数，与路径无关。 两个独立状态参数的函数 。
工质的总能
E
U
1 2
mc
2 f
mgz
(1-3)
术制 冷 原 理 与 技
比总能
e
u
1 2
c
2 f
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
2.能量的传递和转化
能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式 ➢作功
借作功来传递能量总和物体宏观位移有关。 ➢传热
借传热来传递能量无需物体的宏观移动。
术制 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，
工质带入系统的推动功p1v1，作膨胀功由状态1到2，再 从截面2-2流出，带出系统的推动功为p2v2。
( pv) p2v2 p1v1是系统为维持工质流动所需的功， 称为流动功
d
d
d
系统只有单股流体进出，qm1
m1 d
qm2
m2 d
qm
q
h
1 2
c
2 f
gz
wi
(1-21)
微量形式
q
dh
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 2
dc
2 f
gdz
wi
(1-22)
当流入质量为m的流体时，稳定流动能量方程
Q
H
1 2
mc2f
mgz
Wi
Q
dH
1 2
mdc2f
mgdz
Wi
术制 冷 原 理 与 技
5.能量方程式的应用
(1-9)
4．热力学第一定律的基本能量方程式
术制 冷 原 理 与 技
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)
4.1 闭口系统的能量平衡 工质从外界吸热Q后从状态1变化到2，对外作功 W。若工质宏观动能和位能的变化忽略不计，则 工质储存能的增加即为热力学能的增加ΔU
热力学第一定律的解析式
Q W U U2 U1 Q U W
(1-11)
术制 冷 原 理 与 技
➢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。
对微元过程，第一定律解析式的微分形式
Q dU W
(1-12a)
对于1 kg工质， q u w
(1-12b)
q du w (1-12c)
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 外放热q
每kg工质需作功
wc (h2 h1 ) (q)
(1-24)
图1-4 膨胀机能量平衡
膨胀过程均采用绝热过程
稳定流动能量平衡方程
wi h1 h2
(1-25)
图1-5 换热器能量平衡
图1-6 喷管能量转换
由系统能量平衡的基本表达式有
dE1 p1dV1 Q (dE2 p2dV2 Wi ) dECV (1-17)
术制 冷 原 理 与 技
由E=me,V=mv,h=u+pv,得
Q dECV
(h2
1 2
c
2 f
2
gz2 )m2
(h1
1 2
c
2 f1
gz1 )m1
Wi
(1-19)
稳定流动
dECV 0, min mout
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
第一节 制冷与低温原理的热工基础
术制 冷 原 理 与 技
1.1.1 制冷与低温原理的热力学基础
1.热力学第一定律
➢ 自然界中的一切物质都具有能量，能量不 可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从 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。
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 h1 h2
该式只对节流前后稳定段成立，而不适合节 流过程段。
术制 冷 原 理 与 技
2.热力学第二定律
➢热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高 温物体 ➢研究与热现象相关的各种过程进行的方向、条 件及限度的定律
➢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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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
术制 冷 原 理 与 技
图示开口系统，dτ时间内，质量m1 (体积为 dV1 ) 的微 元工质流入截面1-1，质量m2 (体积为dV2 ) 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Wi 。 过程完成后系统内工质质量增加dm, 系统总能增加dECV