《制冷及低温原理》教案.docx

制冷及低温原理教案1绪论31.1制冷的定义31.2研究内容、应用和发展32制冷方法41. 1物质相变制冷42. 2电磁声制冷63. 3气体涡流制冷73单级蒸气压缩式制冷83.1可逆制冷循环84. 2单级蒸汽压缩式制冷理论循环103.3单级蒸汽压缩式制冷的实际循环123. 4采用混和制冷剂的单级蒸气压缩式制冷循环204制冷剂224. 1概述224. 2制冷剂的性质224. 3混和制冷剂235. 4实用的制冷剂235多级蒸气压缩制冷循环245.1两级压缩制冷的循环形式255. 2两级压缩制冷的系统流程与循环分析255. 3两级压缩制冷循环中间压力的确定及热力计算276. 4复叠式制冷285.5C02制冷286热交换过程及热换热器297. 1过程见p230238297.2 蒸发器297.3 冷凝器327.4 蒸发器供液量的自动调节337.5 制冷系统的传热强化与消弱367载冷与蓄冷377. 1载冷剂与蓄冷剂377. 2载冷新技术388. 3蓄冷388液态低温工质的制取398.2 低温工程的性质399. 2气体液化循环419溶液热力学基础4610. 1概述4611. 溶液的基本定律4712. 溶液相平衡条件4713. 二元溶液的相平衡4814. 5多种分气体的相平衡4815. 溶液基本热力（工作）过程4910气体的低温分离5110.1空气组成及其主要成分间的气液平衡5110.2空气的精储5110.3精储过程计算5210.4精微塔塔板效率521绪论1.1制冷的定义要点t（1）人工方法（2）被冷却对象温度（3）过程实现制冷需要有补偿过程即有能量输入。用热力学第二定律说明内在本质原因。'普冷：120K制冷温度范围划分：深冷（低温）：1200.3K超低温：V0.3K掌握术语：制冷剂、制冷量制冷循环制冷机、制冷设备制冷装置1.2研究内容、应用和发展内容：（1）方法机理循环：热物理过程（2）制冷剂：热物理性质、物理化学性质（3）制冷机械与设备：原理一一性能一一设计要点：研究目的意义课外学习应用：生活、生产、科研发展历史2制冷方法2.1物质相变制冷要点：基本概念：(1)物质集态：(2)相变(3)潜热相变制冷：液体蒸发吸热效应一一制冷固体融化升华f1 .1.1固体相变冷却盐溶液吸热冰盐种类制冷温度<-冰盐浓度干冰冷却：冰冷却：融点:0、潜热335kJkg冰盐冷却：冰融化吸热固态CO”三相点:-56.6C,0.52MPa三相点上吸热融化，下吸热升华，常压升华温度-78.5。2 .1.2液体蒸发制冷汽化吸热制冷要点：循环的基本原理：气液平衡饱和状态p÷÷f对应保持低温低压下蒸发代化四个过程保持高温高压下冷凝。疑法)j'增压、降压实现循环方式多样蒸气压缩式制冷：要点系统基本组成：四个部件+冷剂工作过程压缩机作用：增压，循环动力膨胀阀作用：降压，控制流量耗能：机械能，电能蒸气吸收式设备、工质对要点：系统组成1工作问路冷剂回路溶液回路工作过程热压缩概念耗能：热能蒸气喷射式制冷：要点t系统组成：喷射器，工质泵工作过程：循环TS图循环的热力分析：制冷剂：H2。、R等能耗：热能描述循环性能的指标：制冷量，锅炉热负荷冷凝器热负荷，泵功喷射系数，循环热平衡详解T-S图吸附制冷要点：1）制冷原理：a、固体吸附剂吸附冷剂蒸汽作用，b、吸附能力TOCrT,c、周期冷却与加热吸附剂形成吸附和解吸（脱附）2）吸附机理<物理吸附化学吸附3）工质对物理吸附制冷：1）沸石（铝硅酸盐矿物）+水2）系汽组成：吸附床+Con+Eva3）间歇式制冷4）连续制冷：多吸附器连续作用循环制冷速率OC吸附床传热传质特性（改善措施）固一一气热化学制冷（反应法）D固气化学吸附：氯化物与氨的反应热现象m化学反应（合成与分解）、固>气2）单效液体蒸发吸附循环：见参考教材P203）工质对：氯化钢（Bacl2）+氨（NH3）系气组成与工作过程:分解/冷凝过程合成/蒸发过程固气相平衡图：（见参考教材P20）2.2电磁声制冷1. 2.1热电制冷：要点：西贝克效应'两种材料，冷热节点温差电制冷（半导体），热电效应（帕尔帖效应）：.电回路直流电注意：热电效应强度仅材料的热电势热电制冷元件（热电偶）：P型+N型半导体，连接铜线式铜片热电堆：并联式串联多个热电偶2. 2.2磁制冷要点：磁热效应的物理意义补充知识：磁感应强度：表示磁场强弱和方向的物理量：B=%F受力，1导线长度，I电流强度磁场强度：H磁导率B=MH磁矩：磁麻课外自习：低温磁制冷高温磁制冷3. 2.3声制冷要点*热声效应：热能与声能之间相互转换现象声波传播时会产生压力波动，位移波动，温度波动，当其与固体边界相遇，相互作用而有能量之转换。课外自习：2. 3气体涡流制冷1 .3.1原理：1.2方法，使压缩气体产生涡流运动并分离成冷、热两部分，冷气流去制冷。工作介质：空气、Co八NH3涡旋（流）管：构成2 .3.2工作过程：高压室温气体等燧膨胀,>冷热气流分离（压力能f速度能）详解工作过程的T一一S图：3 .3.3制冷计算涡流管的冷却效应：ATc=Ti-Tc等燧膨胀强度效应：Ts=T1-Ts冷却效率：c=-涡流管加热效应：ATh=Th-Tl制冷量：qo=CpcQo=q,"（Po制热量：qh=Ca7；Qh=qmhqh质量平衡、能量平衡可应用于过程，则：食=Qh3单级蒸气压缩式制冷3.1 可逆制冷循环3.1.1 制冷的热力学原理要点：逆向循环制冷循环热源、热汇概念制冷循环的热力学本质：能量补偿实现热量转移：低温热源至高温热汇制冷逆向循环:能量转换关系见图3T制热J描述循环性能的参数（指标）：热泵、制冷机、热泵型制冷机由收益能%偿能量COPr=%COPh=Q"e重点理解关系式：COpH=COPR+1（有条件才成立）制冷系数，供热系数（热泵系数）循环效率（热力完善度）：Z7=c°prnp4 .1.2逆卡诺制冷循环8循环构成及工作过程:循环中的能量转换关系:热力学第一定律应用循环的性能系数：COR=Qo/=TC=1/wTT1.%一1分析其特性：，注意应用：驾空的讨论要点：COP,77的特点、区别与联系3. 1.3劳论茨循环要点：条件是热源热汇是变温的制冷剂吸、放过程也是变温的循环构成：条件：任何过程无传热温差等燧压缩与膨胀过程。可逆劳化茨循环的性能系数：放热量：q=2Tds=T(S9-S3)J3m吸热量：qQ=Tds=T(S1-S4)J4om兀、T的平均变量温差输入功：w=q-qoCoP=%=%/mom3.2单级蒸汽压缩式制冷理论循环要点：3.2.1 循环系统组成与工作过程系统：四部件+Pipe+R工作过程：单级蒸汽压缩：一次性压缩POfPk3.2.2 2.2制冷剂的状态图热力状态参数：p、T、v、Ssh(1)压一一焙图：图的结构特性：一点、两线、三区、五态等值线族：等t、p、v、s、h、x临界点：在临界温度以上，物态只能以汽相存在(2)温燃图：3.2.3 理论循环：(饱和循环)理论循环的假定：(见参考教材P69)五条理论循环在状态图上的描述：(见参考教材P70)Oh循环特性：循环各过程包括：功、热转换与交换应用热力学第一定律(开口系)循环特性指标：要点,单位质量概念(1):qo(2)：qzv：压缩机吸气(3)：w单位：kjkg,kjm3(4)：W.qk压比：11(压机)排气温度：T2COP注意点：对于某一制冷剂采用理论循环分析可知：系统压力水平压机工作条件制冷能力经济性制冷机性能指标：o(kw)P(w)COPqvh(mis)压缩机理论输气量(1)制冷循环量：kg/s(2) o=qQqmqvhqzvkw<3)P=qm'vv=qvhwvkwCoP=(I)%=%理论循环的意义：（见参考教材P73表3-1）不可逆性：不可逆损失循环指标与温度及制冷剂物性有关实际循环的基准与参照，用于评价制冷剂3.3单级蒸汽压缩式制冷的实际循环3.3.1实际循环：实际工作存在的影响因素：有传热温差（外部条件）非饱和态（内部条件）流动阻力，及散热损失非等烯压缩实际循环的状态图实际循环的工作过程：蒸发过程：4OIa吸气过程：IaIb1：过热压缩过程：吸热压缩（燃增），放热压缩（端减）排气过程：22a冷却凝结过程：2a3：过冷节流过程：34：绝热实际循环的简化为工程设计方便，做如下简化忽略冷凝器蒸发器中压降，以压缩机排气压力作冷凝压力（或排气压力减去压降后），以压缩机吸气压力作蒸发压力（或吸气压力加上吸气压降），认为T。，TK为定植。压缩过程简化为有损失的简单压缩过程。节流为等焰过程简化后的实际循环Ph图：循环性能指标：%二Z一力22=-Wo=忆一%指示比功：因非等焰及阻力损失小：压缩机指示效率3.3.2各种实际因素对循环的影响液体过冷：概念：过冷过冷度：ATfi=T3-Ty过冷循环：7=T3-Ty,Ah=hihy=c,Tf,过冷循环与饱和循环对比：见P75,表32。难点：思考书上过冷度对不同冷剂的影响情况实现过冷的方法：利用冷凝器利用增加过冷器利用回热过冷状态3'点比焊的确定：hy=h3-c,ATgor：hy=hs(Ty)吸气过热：概念：过热，过热循环的P-h图过热度：ATr=Tv-Tl有用过热：无用(有害)过热：(1)无用过热时的循环对比：见表33,结论：有害有用过热对比：见表34,结论:%T，WoT久,COP不确定有用过热是否使qzv,4w增加取决于制冷剂性质,增加幅度与过热度大小有关。见图314,3-15o回热（循环）：系统组成及工作过程。回热器，气一液热交换器回热循环的性能指标：回热器热平衡h3hy=%=h4>h4q。=耳一=hv-h4与理论循环对比，其等价于用有用过热循环与理论循环对比,前者的结论适用。蒸发温度低的制冷机适合采用回热。管管压力损失及热交换何人屿吸热：有害（保温）吸气管：!阻力：降低吸气压力（2）排气管:放热：有利（不保温）阻力