第四章1 制冷与低温的热力学基础
工程热力学与传热学_第4章_热力学第二定律(1)
0 T T1 T2 0
1 2
v
0
T T1 T2
1 2
v
4 Δs
3
4
3
s
0
Δs
s
卡诺循环
逆向卡诺循环
卡诺制冷循环的制冷系数：
q2 w net q2 q 1 q 2 T
2 2
T 1 T
高温热源 T1
q1 wnet=q1-q2
制冷机 热泵
卡诺热泵循环的供热系数：
q1 w net q1 q 1 q 2 T
2 1
整理：
Q2 T2
Q1 T
1
Q1，Q2 改为代数值：
Q1 T1
Q T
2 2
0
对任意不可逆循环：
p
1
s
a
用一组可逆绝热线分割成 许多个微元不可逆循环。
对微元不可逆循环abcda：
Q1
T1
b
A
2
B 0
d
c v
Q
T
2
2
0
对全部不可逆循环积分：
Q1
T1
1A2
Q 2
4-3-3 闭口系统的熵方程
不可逆过程中的熵变：
dS dS
dS
Q
T
Q
T
Q
T
dS
g
令： 因此：
说明
dS
f
Q
T
f
dS dS
dS g
——闭口系统的熵方程。 适用：闭口系统的各种过程和循环。
熵流 dS
ห้องสมุดไป่ตู้
《热学》第四章和第五章复习
第四章 热力学第一定律 基本要求一、 可逆和不可逆过程 （1）准静态过程（2）理解什么是可逆过程，什么是不可逆过程.知道只有无耗散的准静态过程才是可逆过程。
二、 功和热量 （1）明确功是在力学相互作用过程中能量转移，热量是在热学相互作用过程中的能量的转移，它们都是过程量，它们都是过程量。
知道“作功”是通过物体宏观位移来完成；而“热传递”是通过分子之间的相互作用来完成。
（2）知道功有正负，熟练掌握从体积膨胀功微分表达式pdV W d -=出发计算体积膨胀功。
从几何上理解功的大小等于p-V 图上热力学过程曲线下面的面积。
三、热力学第一定律（1）知道能量守恒与转化定律应用到热学中就是热力学第一定律。
明确热力学第一定律是把内能、功和热量这三个具有能量量纲的物理量结合在一个方程中：即 W Q U +=∆； （2）一微小过程中热力学第一定律表示为：W d Q d dU +=；对于准静态过程热力学第一定律表示为：pdV Q d dU -=（3）内能是态函数，内能一般应是温度和体积的函数。
内能应当包含分子的热运动动能和分子之间的相互作用势能，也应包括分子内部的能量；在热学中的内能一般不包括系统做整体运动的机械能。
四、热容和焓（1）知道热容的定义、热容是过程量、热容与物体的量有关。
（2）知道焓的定义pV U H +=;知道焓的物理意义。
五、热力学第一定律对理想气体的应用（1）知道焦耳定律；即理想气体的内能仅是温度的函数；知道理想气体的焓也只是温度的函数。
内能和焓的微分可分别表示为：dT C dU m V ,ν=；dT C dH m p ,ν=；这两个公式适用于理想气体任何过程。
（2）理想气体的准静态过程的热力学第一定律可表示为pdV dT C dQ m V +=,ν；利用上式可得迈耶公式：R C C m V m p =-,,ν；（3）会熟练利用热力学第一定律处理一些常见热力学过程。
（4）会推导准静态绝热过程方程，熟记并会熟练利用绝热过程方程，同时应知道绝热过程方程的适用条件。
第四章 热力学第一定律 4
1 V4 T1 T2 V1
Q2 Q1
V3 V2
V2 V1 V2 V1
V4 V1
V3 V4
V2 V1
Q 2 R T 2 ln
V2 V1
R T 2 ln
T2 T1
R T1 ln
Q2 Q1
V R T 2 ln 2 V1
Q 2 Q1 j
j1
n
§4.6.2 卡诺热机
为了对热机的最大可能效率进行理论研究，1824年法国工 程师卡诺设想了一种理想的热机，称为卡诺热机；这种热机的 循环过程称为卡诺循环。 卡诺循环在温度为T1、T2的两个热源间工作，由两个等温 过程和两个绝热过程构成。一般所说的卡诺循环是准静态的， 且无摩擦等耗散现象。 P 当工质是气体时，卡诺循 环可以用P-V图表示。 可见：在卡诺循环中，工质从T1 热源吸热Q1，向T2热源放热 Q 2 ， 向外输出功W′ 。
T
⑵ 转换点、转换曲线：
同一工质在不同的温度段对应的焦汤系 数的趋势是可以不同的。 从T-P 图上看，这种现象是由等焓线的斜率决定的。
P
⑵ 转换点、转换曲线： 同一工质在不同的温度段对应的焦汤系数的趋势是可以不同的。 从T-P 图上看，这种现象是由等焓线的斜率
T P H
则有：
W' Q1
Q1 Q2 Q1 1 Q2 Q1
——热机效率
说明
若循环存在m个高温热源，n个低温热源，热机的吸放热为：
Q 1 i ( i 1, 2 , m ) 及 Q 2 j ( j 1, 2 , n )
则热机效率公式中的吸放热为：
07 制冷与低温原理【复习课】
◆制冷流程由压缩机、切换阀、回热器、换热器、导流器、
脉管及其封闭端的水冷却器组成。
◆该方案基本原理：利用高低压气体对脉管空腔的充放气
过程而获得制冷效果的，其制冷过程如下：
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。
3、压-焓图
第二节 气体绝热膨胀制冷
一、有外功输出的膨胀过程【微分等熵效应】
二、绝热放气过程
【刚性容器的绝热放气必定是一个降温过程】
【西蒙膨胀】
三、节流膨胀过程【微分节流效应，或称焦耳-汤
姆逊效应】
第三节 制冷循环热力学特性分析
一、热源温度不变时的逆向可逆循环—逆卡诺循环
【逆卡诺循环】 【制冷系数】 【逆卡诺循环制冷系数】 【热力
内容提纲
1 2 3
制冷与低温的热力学基础
制冷与低温工质性质
蒸气制冷循环 气体的制冷和液化循环
4
5
气体分离的原理与方法
第一章 制冷与低温的热力学基础 第一节 相变制冷
【利用制冷剂的状态变化来实现的】
1、液体气化【任何液体气化时都要吸收热量。】
2、固体的融化与升华【在制冷技术中常应用
纯水冰或溶液冰的融化及干冰的升华过程来制冷。】
◆如果只降低了温度而并未达到饱和状态时，则称为中间 不完全冷却。
1．一级节流两级压缩制冷循环
(1)一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 程图和lgp-h图如图所示。 其流
(2)一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷 循环
2．两级节流两级压缩制冷循环
制冷与低温的热力学基础
冷 焦耳－汤姆逊效应
原 理想气体的焓值仅是温度的函数，气体节流时温 理 度保持不变，而实际气体的焓值是温度和压力的 与 函数，节流后温度一般会发生变化。
技 焦耳－汤姆逊系数
术
JT
( T P
)h
(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
节流后升温
JT <0
与
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
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。
若节流后气体温度保持不变，这样的温度称为
转化温度。
进一步推导得
JT
1 [T ( )P ] Cp T
(1-50)
对理想气体 JT =0
制
实际气体表达式可通过实验来建立
冷 原 理
对空气和氧
在P＜15×103kPa
TR (T / 2) T0 TR T
4.热源驱动的逆向可逆循环——三热源循环
图1-11 两类制冷循环能量转换关系图
高温热源 T0
(环境)
制
冷
qa
原
w 制冷机
理
q0
热力学基础PPT课件
REPORTING
目录
• 热力学基本概念与定律 • 热力学过程与循环 • 热力学第二定律与熵增原理 • 理想气体状态方程及应用 • 热力学在能源利用和环境保护中应用
PART 01
热力学基本概念与定律
REPORTING
热力学系统及其分类
孤立系统
与外界没有物质和能量交换的系统。
一切实际过程都是不可逆过程。
热力学温标及其特点
热力学温标 热力学温标是由热力学第二定律引出的与测温物质无关的理想温标。
热力学温度T与摄氏温度t的关系为：T=t+273.15K。
热力学温标及其特点
01
02
03
04
热力学温标的特点
热力学温标的零点为绝对零度 ，即-273.15℃。
热力学温标与测温物质的性质 无关，因此更为客观和准确。
01
可逆过程
02
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，如果能使系统 和环境都完全复原，则这样的过程称为可逆过程。
03
可逆过程是一种理想化的抽象过程，实际上并不存在。
04
不可逆过程
05
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，无论采用何种 方法都不能使系统和环境都完全复原，则这样的过程称为 不可逆过程。
06
PART 03
热力学第二定律与熵增原 理
REPORTING
热力学第二定律表述及意义
热力学第二定律的两种表述
01
04
热力学第二定律的意义
克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物 体传到高温物体。
02
05
揭示了自然界中宏观过程的方向性。
开尔文表述：不可能从单一热源取热，使 之完全变为有用功而不产生其他影响。
制冷技术第四章 吸收式制冷循环
10-5.swf
机组特征
制 冷 原 理 与 装 置
单效制冷机使用能源广泛， 可以采用各种工业余热， 废热，也可以采用地热、 太阳能等作为驱动热源， 在能源的综合利用和梯级 利用方面有着显著的优势。 而且具有负荷及热源自动 跟踪功能，确保机组处于 最佳运行状态。 单效制冷机的驱动热源为 低品位热源，其COP在 0.65-0.7. 如果业主具备 高品位的热源，应选择远 大直燃机或蒸汽双效制冷 机，其COP在1.31以上。
2
MLiBr /MH O MLiBr 100%
2、溶液的摩尔分数
制 冷 原 理 与 装 置
溶液中某一组分的摩尔分数为
i Ni /N1 N2 Nn 100%
ni M i / M
双组分的吸收式制冷工质对是一种二元溶 液，其摩尔分数 是以溶液中溶质的摩尔百 分数表示的。 溴化锂溶液的摩尔分数为
a qmf (qmf qmd ) r a
令 qmf qmd qmf qmd ( qmf qmd 1) r
a，则
a
r a
r
循环倍率a: 表示发生器中每产生1kg水蒸气需要 的溴化锂稀溶液的循环量 放气范围： ξ r- ξ a
三、双级与双效溴化锂吸收式循环
制 冷 原 理 与 装 置
NLiBr /( NH O NLiBr ) 100%
2
3.
制 冷 原 理 与 装 置
溶液的相平衡
(1)气液相平衡
双组分的吸收式制冷工质对气液相平 衡状态方程式为
F p, T , 0
（2）溶液的p—t图
制 冷 原 理 与 装 置
溴化锂溶液的p—t图，图中标出等质量 分数线簇，左侧的 0 线代表水的特 性，并标出了水的饱和温度 t’。
(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
制冷与低温原理
Applications of R&C Tech.
6
Refrigerants
• Halocarbon compounds (卤化碳制冷剂：甲、 乙、丙烷的衍生物) • Hydrocarbons (甲、乙、丙烷等） • Inorganic compounds (无机化合物：水、氨、 CO2等) • Mixed refrigerant (混合制冷剂) • Cryogenic working fluids (低温工质：CH4, air, fluorin, argon, nitrogen, neon等)
3
Exordium（绪论） • Refrigeration & cryogenic technology The tech. to get a temperature artificially below the temperature of circumstance and to keep it. • Temperature range of refrigeration >120k/-153℃ • Temperature range of cryogenics <120k/-153℃
• Throttling evaporation（闪发、节流气化） • Refrigeration effect （制冷量、制冷效应）
q0 = r (1 − χ )
11
§1.1 Phase Transformation Refrigeration
• Thaw(融化) & sublimation(升华) of solid substances
κ −1 κ
18
§1.2 Refrigeration of gas adiabatic expansion
全国勘察设计注册公用设备工程师动力专业执业资格考试教材(第4
第十二章工程 设计
第一节煤炭 第二节轻油制气及改质制气原料
第一节炼焦制气原理及工艺 第二节煤炭常压气化原理及工艺 第三节碎煤移动床加压气化原理及工艺 第四节轻油制气和天然气改质制气原理及工艺
第一节焦炉煤气净化、冷却与排送 第二节焦炉煤气的脱硫、脱氰 第三节焦炉煤气的脱氨、剩余氨水蒸氨 第四节煤气的脱苯及苯回收 第五节苯精制和焦油加工的基本概念 第六节碎煤移动床加压气化煤气的净化及副产品回收 第七节碎煤移动床加压气化煤气的调质
第十四章制冷与低 温
第十三章气体压缩 机
第十五章供气制冷 工程设计
第一节压缩机的分类及用途 第二节活塞式压缩机 第三节螺杆式压缩机 第四节离心式压缩机
第一节制冷与低温的热力学基础 第二节制冷与低温工质性质 第三节蒸气制冷循环 第四节气体的制冷和液化循环 第五节气体分离的原理与方法 第六节制冷与低温循环的热力学第二定律分析
02
第二章锅炉 原理
03
第三章汽轮 机原理
04
第四章锅炉 房工艺设计
06
第六章热力 网及热力站
05
第五章汽轮 机房工艺设 计
第一节燃料 第二节燃烧基本概念 第三节燃烧计算
第一节概述 第二节锅炉的热平衡 第三节锅炉受热面的结构布置 第四节锅炉水动力学 第五节锅炉的强度计算
第一节汽轮机级的工作原理 第二节多级汽轮机 第三节汽轮机的变工况特性 第四节汽轮机的凝汽设备 第五节汽轮机辅助系统 第六节燃气轮机
全国勘察设计注册公用设备工程师动 力专业执业资格考试教材（第4
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01 思维导图
03 目录分析 05 读书笔记
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思维导图
本书关键字分析思维导图
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。
第一章__制冷与低温的热力学基础_3_(1.1.3_-_1.1.8)_2011_09_16
11M th d f f i ti1.1 Methods of refrigeration1.1.1 Refrigeration by phase change1.1.2 Refrigeration by gas expansion113Refrigeration by Ranque Hilsch effect 1.1.3 Refrigeration by Ranque-Hilsch effect 1.1.4 Refrigeration by Peltier effect第一节制冷的方法相变制冷一、相变制冷二、气体膨胀制冷五、去磁制冷六、稀释制冷三、气体涡流制冷四、热电制冷七、热声制冷冷八、激光制冷1.1.3 Refrigeration by Ranque-Hilsch effect(1931, French) 兰克管(1931F h)9/16/201121.1.3 Refrigeration by Ranque-Hilsch effect(1931F h)(1931, French)兰克管Flow inletsHot outlet(130℃)Cold outlet (-50℃)OrificeValve9/16/2011311M th d f f i ti1.1 Methods of refrigeration1.1.1 Refrigeration by phase change1.1.2 Refrigeration by gas expansion113Refrigeration by Ranque Hilsch effect 1.1.3 Refrigeration by Ranque-Hilsch effect 1.1.4 Refrigeration by Peltier effect第一节制冷的方法相变制冷一、相变制冷二、气体膨胀制冷五、去磁制冷六、稀释制冷三、气体涡流制冷四、热电制冷七、热声制冷冷八、激光制冷1.1.4 Refrigeration by Peltier effect(1934, French) 热电制冷(1934F h)Seebeck effect(塞贝克1821):发现在两种不同金属组成的闭合线路中，如果两接触点的温度不同，有一个电动势存在。
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
第4章 热力学基础
绝热过程方程:
pV C1
TV
1
C2
C3
T p
1绝热过程
V T降低 p降低更多
p
A
C
V T不变 p降低
等温线、绝热线的斜率分别为：
B
O V
dp p V d V T dp p V dV Q
又因混合后的氮气与压强仍分别满足理想气 体状态方程，
由此得：
1 M1 p1 RT V1 ＋V2 M mol 1 1 M2 p RT 2 V1 ＋V2 M mol 2
两者相加即得混合气体的压强：
1 p V1 ＋V2
M1 M2 ＋ M mol 1 M mol 2
RT
解:打开活塞后，原在第一个容器中的氮气向第二个容器中 扩散，氩气则向第一个容器中扩散，直到两种气体都在两容 器中均匀分布为止。达到平衡后，氮气的压强变为p1'，氩气 的压强变为p2' ，混合气体的压强为p= p1' + p2' ；温度均为T 。在这个过程中，两种气体相互有能量交换，但由于容器是 绝热的，总体积未变，两种气体组成的系统与外界无能量交 换，总内能不变，所以
利用多方方程和状态方程：
dA PdV Rdt /(n 1)
已知
E1 ＋E2 ＝E1 ＋E2 0 M E1 Cv1 T T1 M mol1 M E2 Cv 2 T T2 M mol 2
代入式得：
M M Cv1 T T1 ＋ Cv 2 T T2 ＝ 0 M mol1 M mol 2
M1 M2 Cv1T1 ＋ Cv2 T2 M mol1 M mol 2 T M1 M2 Cv1 ＋ Cv2 M mol1 M mol 2
热力学基础
汽液平衡，饱和压力、饱和温度
2、定压加热汽化过程
五种状态；
干度；
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
● 饱和状态 (Saturated state) 当汽化速度 = 液化速度时，宏观上气、液两相保持 一定的相对数量，系统处于动态平衡—饱和状态。
◇ 饱和温度，ts (Ts) —饱和状态的温度
◇ 饱和压力，ps— 饱和状态的压力
t=ts
t>ts
干度（dryness）
定义：湿蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，用x表示。
干度x＝
湿蒸汽中含干蒸汽的质量 湿蒸汽的总质量
x m汽 m汽 m液
饱和水
x＝0
湿饱和蒸汽 0<x<1
干饱和蒸汽 x＝1
● 湿度 y=1–x 表示湿蒸汽中饱和水的含量。
第五节 水蒸气
• 预热阶段：未饱和水区
• 气化阶段：饱和水区（湿蒸汽区）
• 准平衡过程 特点：自动恢复；实线示图；
• 可逆过程 特点：准平衡过程+ 无能量耗散； 实际过程均为不可逆过程；
★ 可逆过程熵的变化： 系统吸热 q 0, ds 0 熵增； 系统放热 q 0, ds 0 熵减； 绝热过程 q 0, ds 0 熵不变。
(可逆绝热过程）
可逆绝热过程又称等熵过程。
（表明与实际气体的区别）
（2) 状态方程式：
pv= RgT 2、理想气体的比热
定义：单位物量的工质，温度升高或降低一度所吸收 的热量。
c = (δq/dT)
注意：三种不同单位。
第三节 理想气体
3、定容比热、定压比热：
cv= (∂u/∂T)v = du/dT (理想气体)
制冷ppt-第4章4.1单级蒸气压缩式制冷理论循环
制冷技术与装置第四章蒸气压缩式制冷掌握重点：单级压缩各类循环的热力学计算、性能影响及特性分析；两级压缩与复叠式制冷的概念、流程、能量平衡、参数设计、应用场合。
§4.1 单级蒸气压缩式制冷理论循环（将复杂问题简单化，忽略次要因素）单级蒸气压缩式制冷理论循环的假设基础：（1）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度，且冷凝温度和蒸发温度都是定值；（2）离开蒸发器、进入压缩机的制冷剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷凝器、进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的饱和液体（4）制冷剂在管道内没有流动阻力损失，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，流速变化忽略不计，且与外界环境没有热交换（3）压缩过程为等熵过程，即在压缩过程中不存在任何不可逆损失；如何在T-S图上和p-h图上描述单级蒸气压缩式制冷理论循环？7理论循环在T-S图（a）和lg p-h图（b）上的表示=dd-q dhw蒸发过程：吸收外界热量，在T-s图上用面积1-5-b-a-1代表，而在lg p-h图上则用线段5-1表示。
1345762.制冷量减少h 5-h 746743’二者是相等的！面积57cbc b ad 带来的好处：1.省掉膨胀机，设备简化2.改变膨胀阀开度，易调节蒸发温度膨胀阀代替膨胀机的原因：1.饱和液体或两相混合物膨胀系数小，做功有限2.膨胀功回收设备（膨胀机）结构复杂，加工困难3.湿过程缺点：COP 下降膨胀阀不仅不能回收膨胀功，反而将膨胀功部分转化为热能，损失了部分制冷量(3)理论比功w 0120h h w -=单级压缩蒸气制冷机的理论比功也是随制冷剂种类和制冷机循环的工作温度而变的。
(4)单位冷凝热q k包括显热和潜热两部分()()q h h h h h h k =-+-=-233424(5)理论循环制冷系数ε0ε0001421==--q w h h h h 制冷系数愈大经济性愈好冷凝温度越高制冷系数越小蒸发温度越低q q w k =+00循环能量守恒(6)热力完善度单级压缩蒸气制冷机理论循环的热力完善度按定义可表示为412410T T T h h h h c ---==εεηεc :在低温热源温度（T 0）和高温热源温度温度（T 4）之间工作的逆卡诺循环的制冷系数。
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。
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➢ E－总能， Ek －动能 Ep －势能
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
重力势能 E p mgz
工质的总能
E
U
1 2
mc
2 f
mgz
(1-3)
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
1.制冷循环的热力学分析
正向循环 热力学循环
逆向循环
热能转化为机械功 消耗功
理想循环
➢循环当中，除了一二个不可避免的不可逆过程 外，其余均为可逆过程。可逆循环是理想循环。
克劳修斯表述：
热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
相应的经验事实有，当两个不同温度的物体相互接触时，热量将由高 温物体向低温物体传递，而不可能自发地由低温物体传到高温物体。如果 借助制冷机，当然可以把热量由低温传递到高温，但要以外界作功为代价， 也就是引起了其他变化。克氏表述指明热传导过程是不可逆的。
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。
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。
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。
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
内部储存能 外部储存能
热力学能 动能 势能
➢ 内部储存能和外部储存能的和，即热力学能与宏观 运动动能及势能的总和。
例如： ① 用氨作为制冷工质，最冷能达到零下33.5℃； ② 用氟里昂-14最低能达零下128℃； ③ 用氦气作为制冷工质可以达到零下271℃。
最低温度是以制冷工质的凝固点为限。
历史回顾： ① 1823年英国科学家法拉第采用加压与冷却方法液化了 二氧化碳； ② 1877年利用同样方法使氧气液化； ③ 1885年德国科学家林德利用气体的狭口膨胀效应发展 制冷技术，达到零下190℃使空气液化； ④ 随后又实现了氮气和氢气的液化； ⑤ 1908年荷兰科学家荷兰科学家卡曼林-昂内斯液化了温 度最低的氦气。
克劳修斯积分 qrev
T
s s2 s1
2
ds
1
2 qrev
1T
ᆖ0 可逆循环 ＜0 不可逆循环
＞0 不可能实行的循环
p、T状态下的熵定义为：
p、T q
s s T p、T
p0、T0
p0、T0
2.热源温度不变时的逆向可逆循环 ——逆卡诺循环
➢当高温热源和低温热源随着过程的进行，温 度不变时，具有两个可逆的等温过程和两个 等熵过程组成的逆向循环。
开尔文表述：
不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不 产生其他影响。
相应的经验事实有，功可以完全变热，但要把热完全变为功而不产生 其他影响是不可能的。如，利用热机，但实际中热机的循环除了热变功外， 还必定有一定的热量从高温热源传给低温热源，即产生了其它效果。热全 部变为功的过程也是有的，如，理想气体等温膨胀。但在这一过程中除了 气体从单一热源吸热完全变为功外，还引起了其它变化，即过程结束时， 气体的体积增大了。
1 q2 q1
1 T2 T1
3.结论： （1）热效率ηt,c与工质的性质无关，只取决于高温热 源的温度T1与低温热源的温度T2。 （2）提高T1降低T2，可以使卡诺循环的热效率提高。 （3）热效率ηt,c总是小于1，也就是说不可能通过热机 循环将热能全部转换为机械能。 （4）T1＝T2时，ηt,c＝0，说明没有温差是不可能连续 不断地将热能转换为机械能的。 二、逆卡诺循环 是逆向进行的卡诺循环。
④ D－A 制冷剂从冷源温度可逆绝热压 缩到热源温度
一、卡诺循环 卡诺循环是1824年法国青年工程师卡诺提出的一种理想 的有重要理论意义的可逆热机的可逆循环。
1.卡诺循环的组成：它是工作于两个热源间的，由两个可 逆等温过程和两个可逆绝热过程所组成的可逆正向循环。
2.卡诺循环的效率： t，c
w0 q1
➢在相同温度范围内，它是消耗功最小的循 环，即热力学效率最高的制冷循环，因为它 没有任何不可逆损失。
卡诺制冷 机是热力学 理想的等 温制冷机
① A－B 等温膨胀，同时吸热， 维持制冷剂温度恒定
② B－C
绝热膨胀，同时放热，工质 从热源温度Th到冷源温度Tc
③ C－D
等温压缩，同时放热，同时工质做负 功以使制冷剂维持一定的温度
随着科学技术的发展，出现了其它制冷方法，诸如半 导体温差制冷、涡流管制冷、吸收式制冷、脉冲管制冷、 太阳能光-电转换制冷和光-热转换制冷等等；
在极低温领域，还有3He-4He的稀释制冷(可达绝对温 度10-3K)；顺磁盐绝热去磁制冷(可达10-3K温度)和核去磁 制冷(可达到10-6-10-8K低温)等方法。
第四章第一节 制冷与低温的热力学基础交叉
制冷工艺过程： 现代的制冷技术最普遍的方法是消耗机械功来
制冷。 ① 压缩机先把制冷工质(可以是氨、氟里昂、空气、 氢气、氦气或其它气体)压缩； ② 用冷却水或风冷把压缩气体的发热带走；
③ 经换热器预冷后的压缩气体工质，再经膨胀机膨 胀降温制冷或通过节流阀降温。
一 制冷与低温原理的热力学基础
4.1.1 热力学基础
1.热力学第一定律——能量守恒与转化
➢ 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。 ➢ 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
克氏表述指明热传导过程是不可逆的。 开尔文表述指明功变热的过程是不可逆的。
热力学第二定律涉及的温度为热力学温度(K) T=273.16+t
熵是热力学状态参数，是判别实际过程的方 向，提供过程能否实现、是否可逆的判据。
定义式 ds qrev
T
qrev是可逆过程的换热量，T为热源温度
可逆过程1-2的熵增