制冷系數(shù)實驗報告

1、 制冷系數(shù)的測定 -應(yīng)物02陳忠旺 10093026一 實驗?zāi)康?： 1培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際，學(xué)與用相結(jié)合的實際工作能力。 2學(xué)習(xí)電冰箱的制冷原理，加深對熱學(xué)基本知識的理解。 3測定電冰箱的制冷系數(shù)。 二 實驗原理：1.  制冷的理論基礎(chǔ)制冷機：將熱量從低溫源不斷輸送到高溫源，從而獲得低溫的機器。我們常使用的電冰箱就是一個制冷機。熱力學(xué)第二定律指出：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起外界的變化。通俗的講，就是低溫源不會自動將熱量傳遞到高溫源。如果要使熱量從低溫源傳到高溫源，必須要有外界對系統(tǒng)做功。 如圖一，Q2為低溫源放出的熱量，為外界對系統(tǒng)作的功，Q1為高溫源吸收的熱量，三

2、者關(guān)系為： Q1=Q2+W2制冷系數(shù)我們定義制冷系數(shù)為 =Q2/W可見，當較大時，那么外界做比較小的功W，就可以使低溫源吸出較多的熱量Q2。從實用的角度說，越大越經(jīng)濟，比如說冰箱用較少的電，就可以獲得很低的溫度。 理想氣體的卡諾逆循環(huán)，制冷系數(shù)可表達為： 其中，T1和T2分別為高溫源和低溫源的溫度。 3制冷方式 制冷可利用熔解熱、升華熱、蒸發(fā)熱、帕爾帖效應(yīng)等方式。我們用的是蒸發(fā)制冷。 蒸發(fā)是液體分子經(jīng)液面轉(zhuǎn)移到氣態(tài)的過程。 當液體分子離開液面時，需克服液體分子的引力而做功，于是離開液面的分子總是那些熱運動動能較大的分子。 這樣，蒸發(fā)的結(jié)果將使液體中分子的平均熱運動的動能減小，從而使液體溫度降低

3、，這就是蒸發(fā)降溫的原理。 電冰箱是用氟里昂做制冷劑，當液體氟里昂在蒸發(fā)器里大量蒸發(fā)時，帶走所需的熱量，從而達到制冷的目的。 因此，電冰箱是一種利用蒸發(fā)熱方式制冷的機器。 利用蒸發(fā)制冷，工作物質(zhì)必須經(jīng)過氣體- 液體 -氣體的相變，不能用理想氣體。 4真實氣體的等溫線 如圖二，圖中右上角的那條等溫線為雙曲線，它和理想氣體的等溫線是一樣的。 隨著溫度降低（圖中越往左下角，等溫線表示的溫度越低），等溫線不再是雙曲線，而是逐漸顯現(xiàn)出一個橫向平臺的形狀。 我們以曲線ABCD為例進行簡單分析： 曲線的AB段表示氣相； 從BC，是一個由氣相向液相轉(zhuǎn)變的過程，線段BC上的點表示氣液共存的狀態(tài)，越靠近C點，液體成

4、分越多，氣體成分越少。到了C點，氣體全部變成了液體，BC段既等溫又等壓。 從CD一直往后都表示液相狀態(tài)，由于液體不易被壓縮，所以從圖中可見，p雖不斷加大，但v不變。 注意： BC上的每一點的狀態(tài)所含的氣、液比例雖不同，但氣、液混合物的壓強是相同的，這個壓強稱為飽和蒸汽壓。 溫度越高（圖中越往右上角的等溫線表示的溫度越高），代表氣液共存的BC段越短，當溫度升高到一定程度。BC段縮成了一個點E，此點稱為臨界點，相應(yīng)的等溫線為臨界等溫線。 溫度再升高，將不會有液相存在。也就是說，當溫度很高時，無論壓力怎樣大，都不能把氣體壓縮為液體。我們將各等溫線的開始液化點B和液化終了點C用虛線連起來。 這條虛線下

5、包圍的點都表示氣液共存，虛線以外，左邊是液相，右邊是氣相。5電冰箱的制冷循環(huán) 電冰箱的制冷循環(huán)可分為四個過程： KL絕熱壓縮 LM等壓冷凝 MN絕熱減壓 NK等壓蒸發(fā) 圖4：工作為物質(zhì)氟里昂（以下簡稱R12）的工作循環(huán)p-V圖。KL，壓縮機將R12壓縮成高壓高溫氣體。 LM，R12在冷凝器（也就是散熱器）中降溫，將熱量傳遞給了外界的空氣，這個過程是等壓過程，R12溫度下降，液化。 MN，R12在毛細管中經(jīng)過一個節(jié)流過程（關(guān)于節(jié)流的概念見附錄）后，壓強和溫度都降低，這時R12溫度已變得非常低，氣液共存。注意，R12在進入毛細管前先經(jīng)過干燥器吸收掉可能混入的微量水分，以免降溫后水結(jié)冰堵塞毛細管。

6、NK，在蒸發(fā)器中R12經(jīng)過蒸發(fā)器管道，蒸發(fā)吸熱。蒸發(fā)器是與待降溫物相接觸的，而R12在MN的過程后，溫度已變得比待降溫物還低，所以R12就吸收待降溫物的熱量。三、實驗裝置 模擬電冰箱實驗（MB-III型）裝置如下圖所示： 1.冷凍室 其組成是在杜瓦瓶中盛三分之二深度的含水酒精作冷凍物；用蛇形管蒸發(fā)制冷劑從而吸熱； 用加熱器平衡制冷劑蒸發(fā)時的吸熱量，并用馬達帶動攪拌器使冷凍室內(nèi)溫度均勻。 溫度計用于讀出冷凍室內(nèi)含水酒精溫度，以判定是否已達到了熱平衡。 2.冷凝器 即散熱器，在實驗裝置的背后，接“冷凝器入口B”和“冷凝器出口E”。 3.干燥管和毛細管 干燥管內(nèi)裝有吸濕劑，用于濾除制冷劑中可能存在的

7、微量水分和雜質(zhì)，防止在毛細管中產(chǎn)生冷凍堵塞或臟堵塞。 內(nèi)徑小于0.2毫米的毛細管用于制冷劑節(jié)流膨脹，產(chǎn)生焦耳湯姆孫效應(yīng)。 4.壓縮機和電流表 壓縮機的有功功率可由整個儀器左上角的功率計讀出。而由于有損耗，實際的壓縮計功率應(yīng)該比讀數(shù)小，其修正公式為： P=0.52P電其中P為壓縮機的實際功率，P電為功率計示數(shù)。 5.電表加熱電流、電壓，用來測量加熱功率。加熱器的電壓表讀數(shù)乘上電流表讀數(shù)即為加熱器的功率。 四、實驗內(nèi)容 測量壓縮機功率、制冷量、制冷系數(shù)及其與溫度的關(guān)系曲線。 制冷量Q表示單位時間內(nèi)制冷劑通過蒸發(fā)器吸收的熱量，Q用熱平衡方法測量。對冷凍室在制冷的條件下加熱，當溫度保持不變，這時加熱器

8、的加熱功率P熱即為制冷量Q制冷系數(shù)： =Q2/W=Q/P機式中p機為壓縮機的有功功率。 五、實驗步驟 1.檢查儀器，將測量儀上的加熱調(diào)壓器按逆時針旋至最小。 2.  接通實驗儀總電源，打開攪拌器開關(guān)和制冷開關(guān)，壓縮機啟動開始制冷。按分鐘記錄蒸發(fā)器溫度直至最低溫度附近（20左右），同時觀察并記錄壓縮機排氣口、進氣口及冷凝器末端的壓力及壓縮機功率。要經(jīng)常注意壓縮機電流表的指示值，當指示值急劇增大并超過1安培時，要停機檢查是否有堵塞情況發(fā)生。壓縮機停機以后不能立即啟動，再次啟動要相隔五分鐘。 4.打開加熱器開關(guān)，調(diào)節(jié)加熱器的電壓，使蒸發(fā)器溫度稍稍升高最終穩(wěn)定保持不變（穩(wěn)定的標準為至少兩分鐘

9、內(nèi)溫度讀數(shù)不發(fā)生改變），這時加熱器輸出功率與制冷量相等，記錄這些溫度下的加熱功率及壓縮機功率，計算制冷系數(shù)。 5.改變加熱器電壓使蒸發(fā)器內(nèi)的溫度從到間至少測量六組數(shù)據(jù)。 6.在進行上述各點加熱功率測量的同時，分別記錄壓縮機排氣口、進氣口及冷凝器末端壓力。 7.畫出壓縮機功率溫度關(guān)系曲線、制冷量溫度關(guān)系曲線、制冷系數(shù)溫度曲線，并分析系統(tǒng)誤差。六、注意事項 1. 實驗時，學(xué)生切勿搬動實驗裝置上的任何一部件和儀器背后的制冷劑充注閥，以免造成制冷劑泄漏而損壞儀器。 2. 整個實驗過程中必須一直打開攪拌器，以防止杜瓦瓶中液體結(jié)冰損壞實驗儀器。3. 測量時，要等溫度充分穩(wěn)定后（可從冷凍室溫度t0判斷），再

10、記錄數(shù)據(jù)。 七實驗數(shù)據(jù)處理及實驗結(jié)果壓縮機功率（W）實際壓縮功率（W）溫度（）電壓（V）電流（A）加熱功率即制冷功率（W）(%)14074.9-13.315.00.303.04.014076.4-13.017.50.355.47.114077.5-12.620.00.488.210.614179.0-12.022.50.5211.013.91壓縮機功率與溫度的關(guān)系曲線2制冷量與溫度的關(guān)系曲線3制冷系數(shù)與溫度的關(guān)系八.思考題 1.在一定溫度下，隨著被冷卻液溫度的降低，預(yù)計制冷機的制冷量和制冷系數(shù)是增加還是降低？為什么？ 制冷量減小，制冷系數(shù)降低，因為被冷卻液溫度降低，它與冷凍室的接觸在單位時間內(nèi)的熱量交換Q=cmt減少，因此制冷量減少，而壓縮機功率不變，制冷系數(shù)降低。2.為什么測量時一定要使被冷卻液溫度充分穩(wěn)定后才記錄數(shù)據(jù)？因為只有當被冷卻液溫度穩(wěn)定時，對應(yīng)的加熱功率才與制冷功率相等，否則不穩(wěn)定時的數(shù)據(jù)無法根據(jù)熱平衡原理得出制冷量。 3.   附近和附近的制冷量和制冷系數(shù)有何差別，為什么會出現(xiàn)這種差別？ 附近的制冷量和制冷系數(shù)比附近的制冷量和制冷系數(shù)高，原因與問題一相同，被冷卻液在與冷卻液接觸時，溫差越大，熱量交換速率越快，所以在壓縮機功率一定時，被冷卻液溫度越高