(制冷原理与装置)第一章制冷的热力学基础

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二.节流膨胀过程
如节流过程中气体与环境之间无热量交换，则节流 前后焓值保持不变。节流会产生冷效应、热效应及 零效应三种情况，利用节流的冷效应可以制冷。
节流降温但不制冷，节流有摩擦损失。
理想气体：u和pv仅是温度的函数，所以h也是温 度的函数。
理想气体节流时，△u=0； △h=0； 所以 △T=0；
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在共晶固体未完全融化成液体之前，它的温度 是不变的，称为共晶温度。
表1-3为一些用于制冷目的的共晶溶液的物理 性质。图片\表1－3.tif
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二.压—焓图
在制冷行业中用处最大，用得最多的是压—焓图。 通常使用的压—焓图均用压力取对数作纵坐标。 图上共有六个状态参数，相应有六簇等状态参数 曲线。
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热力完善度：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。其 值恒小于1。
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。
分别为：
压力 p—bar；
比焓 h—kj/kg；
温度 t—℃；
比熵 s—kj/kg.K；
比体积 v—m3/kg；干度 x —无因次
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第二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程来制冷。
气体膨胀制冷有三种方式：
1.高压气体经膨胀机膨胀，有外功输出，温度降大。 膨胀机结构复杂，一般气体制冷机均采用。
制冷机在实际工作中，被冷却对象和环境介质的温度往往是 随着热交换过程的进行而变化的。
图1-4表示的循环即为高温热源和低温热源温度变化时的情 况。循环为a-b-c-d-a；制冷量为面积：a-d-d′-a′-a。
如要用一个由两个定温过 程和两个绝热过程组成的 循环代替，则： 制冷剂向高温热源的放过 程为：b-g，温度Tb； 制冷剂从低温热源的放过 程为：d-1，温度Td；
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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。
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二.变温热源时的逆向可逆循环—洛伦兹循环
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一.热源温度不变时的逆向可逆循环—逆卡 诺循环
逆向卡诺循环：当高温热源和低温热源的温 度不变时，具有两个可逆的等温过程和两个 可逆的绝热过程组成的逆向循环，称为逆向 卡诺循环。
在相同的温度范围内，逆向卡诺循环是效率 最高的制冷循环，无任何不可逆损失。
逆卡诺循环的温熵图如下：
第一章 制冷的热力学基础
制冷机、热泵、联合机—按逆向循环工作 据热力学第一定律：向高温热源的放热量等
于从低温热源的吸热量与所消耗的功之和。 公式表示如下：
制冷机： Q 0 w Q k 热泵： Q a w Q h 联合机： Q 0 w Q h
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在制冷技术范围内，常用的人工制冷方法有： 相变制冷；气体绝热膨胀制冷；气体涡流制冷；
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对于理想气体：
v T
p
R P
s ,id
T P
k 1 k
k 1
T
T1
T2
T1
1
p2 p1
k
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实际膨胀过程中，按多变过程膨胀。 理想气体的积分等熵效应由下式确定：
m1
T
T1 T2
T1 1
p2 p1
m
m—多变过程的多变指数。
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结论：
0 T
T
0
T 0
2
T T 0
0 0
T 2020/100/22
T
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具有传热温差（外部不可逆）的逆向卡 诺循环：循环的T-S图如下：图片\图
13.tif
如 1 2 和 3 4 为可逆过程，则循环
的制冷系数为：
T0 Tk T0
0
由卡诺定理得知， 总是小于 0
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0
q0 w0
T0s1s4 TT0 s1s4
T0 TT0
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。
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高低温热源温度变化对制冷系数的影响：
0
T
0
T
T
2
T T 0
热电制冷等。
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第一节 相变制冷
一、物质的相变特性 （一）液体汽化
汽化—吸收汽化潜热 r h h T ( s s ) k j/k g 实际制冷循环中，高压液体节流压力降低， 产生闪发气体，干度为x。此时1Kg制冷剂汽 化所吸收的热量为：
q 0r(1x) kJ/kg
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对于实际气体u、h不仅与T有关，还与p有关。
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节流后p降低，T可能升高、降低或不变。微 分节流效应（或焦耳—汤姆逊效应）为：
h
T p
h
T
T2
T1
p2
p1
Tphdp
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纯物质在饱和区域内，在相同的压降下具有相 同的温差△T。
因此：
s
h
dT dp
2—3过程放热量：
q T s2 s3 T s 1 s4 面积2－3－5－6－2
4－1过程吸热量：
q0 T0s1s4面积1－4－5－6－1
据热力学第一定律：
qw0 q0
w0 qq0 TT0 s1s4
＝面积1－2－3－4－1
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消耗单位功所获得的制冷量的值，称为 制冷系数。
T p
s
T p
h
T r
v
v
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第三节 制冷热力学特性分析
正向循环—热机，按顺时针方向进行
循环可分
逆向循环—制冷机或热泵，按逆时针方
向进行。
可逆循环
循环又可分为
不可逆循环。
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内部不可逆—摩擦、扰动等
不可逆过程包括
外部不可逆—温差传热等
2.气体经节流阀膨胀，无外功输出，温度降小，设备 结构简单，便于进行气体流量的调整。
3.绝热放气制冷—在低温制冷机中大量使用，普冷中
极少采用。
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一.有外功输出的膨胀过程—等 熵膨胀
温度随微小压力变化而变化的关系即微分 等熵效应：
s
TPs
T Cp
v Tp
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