實(shí)驗(yàn)五模擬電冰箱制冷系數(shù)的測(cè)量

1、I低溫魏源Qd件功實(shí)驗(yàn)五模擬電冰箱制冷系數(shù)的測(cè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)用結(jié)合的實(shí)際工作能力;2、學(xué)習(xí)電冰箱的制冷原理，加深對(duì)熱學(xué)基本知識(shí)的理解;3、測(cè)定電冰箱的制冷系數(shù)。1、電冰箱制冷的理論基礎(chǔ)二、電冰箱的制冷原理熱力學(xué)第二定律的克勞修斯說(shuō)法是：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。因此，只能通過(guò)某種逆向熱力學(xué)循環(huán)， 外界對(duì)系統(tǒng)作一定的功，使熱量從低溫物體（冷 端）傳到高溫物體（熱端），如圖5 l所示。Q是系統(tǒng)向高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃?，Q是系統(tǒng)從低溫?zé)嵩次盏臒崃?，W是外界對(duì)系統(tǒng)所做的功，那么：(5-1)Q=Q-W電冰箱就是通過(guò)逆向熱力學(xué)循環(huán)對(duì)循環(huán)系統(tǒng)冷端的利用，稱為制

2、冷機(jī)。2、制冷的方式制冷可利用熔解熱、升華熱、蒸發(fā)熱、珀?duì)栙N效應(yīng)等方式。電冰箱則是用氟里昂作制冷劑，當(dāng)液體氟里昂在蒸發(fā)器里大量蒸發(fā)（實(shí)際是沸騰，但在制冷技術(shù)中習(xí)慣稱為蒸發(fā)）時(shí)，帶走低溫處的熱量，從而達(dá)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(jī)器。Wg3、制冷劑氟里昂 氟里昂是飽和* 碳?xì)浠衔锏姆⒙?、溴衍生物的統(tǒng)稱。本實(shí)驗(yàn)中使用的氟里昂12的分子式為CCLF2,國(guó)際統(tǒng)一符號(hào)為 R12。R12無(wú)色、無(wú) 味、無(wú)臭、無(wú)毒、對(duì)金屬材料無(wú)腐蝕性。當(dāng)氟里昂容積濃度不超過(guò)10%左右時(shí),人沒(méi)有任何不適的感覺(jué),但當(dāng)氟里昂容積濃度達(dá)到80%人有窒息的危險(xiǎn)。R12不燃燒、R12的幾個(gè)有關(guān)參數(shù)如下：不爆

3、炸，但其蒸汽遇到800C以上的明火時(shí)，會(huì)分解產(chǎn)生對(duì)人體有害的毒氣。沸點(diǎn)（latm）-29.8 C凝固點(diǎn)(latm) -155 C臨界溫度112C臨界壓力4.06 Mpa其P-V圖如圖5-2所示。從圖5-2中可見(jiàn)，真實(shí)氣體的等溫線并非都是等軸雙曲線。如在Im部分，真實(shí)氣體的等溫線與理想氣體的等溫線相似；在m點(diǎn)氣體開(kāi)始液化，在 m至n點(diǎn)這段氣體的液化過(guò)程中，氣體體積雖在減少，4、真實(shí)氣體的等溫線制冷劑在循環(huán)過(guò)程中的狀態(tài)變化，遵循真實(shí)氣體的狀態(tài)變化規(guī)律,但氣體壓力保持不變，因此該過(guò)程是等壓過(guò)程，我們稱其壓力為飽和蒸汽壓；至n點(diǎn)氣體完全液化。等溫線的mn部分為飽和蒸汽和飽和液體共存的范圍，但在no部分

4、，曲線幾乎與壓力軸平行，這反映了液體的不易壓縮性。隨著溫度的升高，氣液體共存狀態(tài)的范圍從mn線段縮小為溫度繼續(xù)升高，等溫線的平直部分縮成一點(diǎn)，在 PV圖上出現(xiàn)一個(gè)拐點(diǎn)m n線段，而飽和蒸汽壓增高。K,稱臨界點(diǎn)。通過(guò)臨界點(diǎn)的等溫線稱臨界等溫線。在臨界等溫線以上，壓力無(wú)論怎樣加大，氣體不可能再液化。在p-V圖上，不同等溫線上開(kāi)始液化和液化終了的各點(diǎn)可以連成曲線nK線稱溫飽和液體線，以干度 X=0表示。曲線mK的右邊完全是氣體狀態(tài),mKn曲線nK的左邊完全是液體, mK線稱干飽和蒸汽線，以干度X=1表示（干度X表示氣液體共存區(qū)里飽和蒸汽所占的比例。例如干度X=0.3時(shí)，表示飽和蒸汽占30%飽和液體占

5、70%。電冰箱的制冷循環(huán)如圖 5 3、圖54所示，其中圖53為循環(huán)示意圖, 圖54表示在PV圖上的制冷循環(huán)過(guò)程。5、電冰箱的制冷循環(huán)圖電冰箱的制冷循環(huán)主要有四個(gè)過(guò)程：壓縮機(jī)壓縮R12蒸汽，使它的壓力由低增高成高溫高壓蒸汽；冷凝器（散熱器）使高溫高壓蒸汽放熱冷凝為中溫高壓液體；毛細(xì)管使中溫高壓液體節(jié)流膨脹為低溫低壓汽液混合體，并不斷供向蒸發(fā)器；蒸發(fā)器使R12液體吸熱成低溫低壓蒸汽，從而達(dá)到制冷循環(huán)的目的。四個(gè)過(guò)程的具體情況如下：（I）壓縮過(guò)程（絕熱過(guò)程）在壓縮過(guò)程中，由于壓縮機(jī)活塞的運(yùn)動(dòng)速度很快，可近似地將此過(guò)程看作是與外界沒(méi)有熱量交換的絕熱壓縮。在P-V圖中為一條絕熱線。絕熱線下的面積即為壓縮

6、機(jī)對(duì)系統(tǒng)所做的功W（2）冷凝過(guò)程（等壓過(guò)程）從壓縮機(jī)排出的制冷劑剛進(jìn)入冷凝器時(shí)是過(guò)熱蒸汽，它被空氣冷卻成干飽和蒸汽，并進(jìn)一步冷卻成中溫飽和液體，再進(jìn)一步冷卻成過(guò)冷液體。一般情況下，進(jìn)入毛細(xì)管之前的制 冷劑是過(guò)冷液體，這是等壓過(guò)程，為冷疑壓力Pi,在P-V圖中為一條水平線，在此過(guò)程中制冷劑放出熱量.（3） 減壓過(guò)程（絕熱過(guò)程）制冷劑通過(guò)毛細(xì)管狹窄的通路時(shí)，由于摩擦和紊流，在流動(dòng)方向產(chǎn)生壓力下降，此即焦耳一湯姆孫節(jié)流過(guò)程，在P-V圖中為一條絕熱線。（4）蒸發(fā)過(guò)程（等壓過(guò)程）從毛細(xì)管出口經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器進(jìn)入壓縮機(jī)吸入口為止的制冷劑，狀態(tài)盡管有在P-V圖中為一條水平線,變化，其壓力是不變的，都是蒸發(fā)壓力P2

7、 o進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑是汽液混合體，制冷劑在通過(guò)蒸發(fā)器的過(guò)程中從周圍吸收熱量， 蒸發(fā)成干飽和蒸汽， 再進(jìn)一步成過(guò)熱蒸汽被壓縮機(jī)吸入,在此過(guò)程中制冷劑吸收熱量Qo以上四個(gè)過(guò)程，構(gòu)成電冰箱的制冷循環(huán)過(guò)程。6、制冷系數(shù)根據(jù)熱力學(xué)第二定律，制冷機(jī)的制冷系數(shù)為:(5-2)從上式可以看出，壓縮機(jī)對(duì)系統(tǒng)所作的功W越小，自低溫?zé)嵩次〉臒崃縌越多，則制冷系數(shù)越大，系統(tǒng)工作越經(jīng)濟(jì)。制冷系數(shù)是反映制冷機(jī)制冷特性的一個(gè)參數(shù)，它可以大于1,也可以小于1 o如把制冷機(jī)看作逆向卡諾循環(huán)機(jī)，則制冷系數(shù)為:JL =石(5-3)由此式可見(jiàn)，Ti、T2越接近，即冷凍室的溫度與室溫越接近時(shí)，制冷系數(shù)的功率，可以從低溫?zé)嵩次≥^多的

8、熱量，從而獲得較好的制冷效果。當(dāng)冰箱里沒(méi)有需要深度冷凍的物品越大，也就是說(shuō)消耗同樣時(shí)，不必將冷凍室的溫度調(diào)得很低，一般保持在-5 C左右即可，這樣可以省電。s25?三、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)所用的裝置主要有：模擬電冰箱制冷系數(shù)測(cè)定裝置（MB- W型），功率因數(shù)表。學(xué)生可以根據(jù)圖55所示實(shí)驗(yàn)裝置了解上述電冰箱的制冷原理，對(duì)照實(shí)物，搞清實(shí)驗(yàn)中裝置各部分的作用。l、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)制冷劑吸熱;用加熱器平衡制冷劑蒸發(fā)時(shí)的吸熱，并用馬達(dá)帶動(dòng)攪拌器使冷凍室內(nèi)溫度均勻。溫度計(jì)to用于讀出冷凍室內(nèi)含水酒精的溫度，以判定冷凍室是否已達(dá)到了熱平衡。2、冷凝器即散熱器，

9、在實(shí)驗(yàn)裝置的背后，接 -冷凝汽入口 B和冷凝器出口 E。3、干燥管和毛細(xì)管干燥管內(nèi)裝有吸濕劑，用于濾除制冷劑中可能存在的微量水分和雜質(zhì),防止在毛細(xì)管中產(chǎn)生冰堵塞或臟堵塞。內(nèi)徑小于0.2毫米的毛細(xì)管用于制冷劑節(jié)流膨脹，產(chǎn)生焦耳一湯姆孫效應(yīng)。4、壓縮機(jī)和電流表壓縮機(jī)壓縮制冷劑使其壓力由低變高。電流表用于監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)的工作電流,當(dāng)電流大于1安培時(shí)，制冷系統(tǒng)可能有堵塞情況發(fā)生。電流表后裝有通電延時(shí)器，以防壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流過(guò)載。小型電冰箱壓縮機(jī)的內(nèi)部包括壓縮機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩部分,由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)壓縮機(jī)做功。 電動(dòng)機(jī)因種種損耗,n電-0.8 ；壓縮機(jī)也因種種損耗，用于壓縮汽體輸向壓縮機(jī)的功率小于輸入電動(dòng)機(jī)的電功率P

10、電，其效率的功率小于電動(dòng)機(jī)輸向壓縮機(jī)的功率，其效率n壓-0.65。因此壓縮機(jī)對(duì)制冷劑作功的功率P（簡(jiǎn)稱壓縮機(jī)功率）。P= n P電=n電n壓P電=0.52P電55圖 5 65、接線柱 I 、U、* 和調(diào)壓變壓器加、U加、接線柱共兩組，I加、U加、*組用于接測(cè)量加熱功率的功率計(jì)：I電、U電、 *組用于接測(cè)量壓縮機(jī)電功率的功率計(jì)。 如不用功率計(jì)測(cè)量，也可用交流電流表 （串接在 I 、 *接線柱間）或交流電壓表 （I 、 * 接線柱短接 ），但事前需作出電流功率或電壓功率定標(biāo)曲線。實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)測(cè)得的電 流值或電壓值，查得實(shí)際的功率值。調(diào)壓變壓器用于調(diào)節(jié)加熱器電壓 U,以改變加熱功率。6、開(kāi)關(guān)K為壓縮機(jī)

11、電源開(kāi)關(guān)，K2為加熱器電源開(kāi)關(guān)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、對(duì)照講義和實(shí)物，認(rèn)清儀器的各個(gè)部分，搞清楚它們的作用。2、連接功率因數(shù)表，方法如下：功率因數(shù)表后面有六個(gè)接線插孔，分別標(biāo)為左邊上、中、下和右邊上、中、下。旋下主機(jī)中部下方的 6 個(gè)功率測(cè)量接線柱旋鈕，去掉連接上、中接線柱的導(dǎo)線，按上、中、下的順序分別與功率因數(shù)表的對(duì)應(yīng)孔相接，如圖 5 6。3 、合上右側(cè)制冷開(kāi)關(guān)，冰箱壓縮機(jī)組開(kāi)始工作。觀察壓縮機(jī)的電壓、電流是否正常（正常電壓約220V，正常電流約1A）,工作正常后高壓壓力表讀數(shù)應(yīng)逐漸上升至0.9MPa左右，低壓壓力表讀數(shù)一般小于0.1MPa。4 、先將加熱器的調(diào)壓變壓器手柄逆時(shí)針旋到底，即輸出電壓

12、為0 伏，再合上左側(cè)電源開(kāi)關(guān)。能聽(tīng)到電動(dòng)攪拌器開(kāi)始工作，冷凍室伴有輕微振動(dòng)。同時(shí)，數(shù)顯溫控儀也開(kāi)始工作，連續(xù)測(cè)量顯示冷凍室溫度，精度為0.1 Co （可設(shè)定溫控上限，加熱時(shí)一旦超限會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)加熱器電源，以保安全。）5、測(cè)量制冷系數(shù)：制冷數(shù)分鐘后，可觀察到冷凍室溫度逐漸下降。在達(dá)到一定溫度后（如0C以下），順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)壓變壓器手柄，開(kāi)始加熱。調(diào)節(jié)時(shí)注意觀察電壓、電流表的指示。加熱后，冷凍室的溫度下降速度開(kāi)始變慢，改變加熱功率，可使冷凍室溫度在某一個(gè)溫度時(shí)保持穩(wěn)定不變，此時(shí)，加熱器的放熱量與蒸發(fā)器的吸熱量達(dá)到平衡（忽略次要因素）。記下此時(shí)的冷凍室溫度t、壓縮機(jī)電壓V壓、電流I壓、功率因數(shù) n 壓、

13、加熱器電壓V 加、電流 I 加、功率因數(shù) n 加，按下式計(jì)算：壓縮機(jī)輸入功率P壓=耳壓V壓I壓壓縮機(jī)制冷功率P=0.52P 壓因溫度達(dá)到平衡，說(shuō)明蒸發(fā)器吸熱功率等于加熱器發(fā)熱功率，即：Q=P加=n加V加I此溫度下的制冷系數(shù)為改變加熱功率，平衡溫度將發(fā)生變化，可測(cè)出下一個(gè)溫度下的制冷系數(shù)。一般可間隔4、5度測(cè)一個(gè)點(diǎn), 共測(cè)4、5個(gè)點(diǎn)，作出t曲線。6、取數(shù)據(jù)點(diǎn)的方法有兩種:1 )取等間隔的整數(shù)溫度值，如 0C、-5 C、-10 C此法得到的溫度值整齊美觀，作圖時(shí)容易取點(diǎn)。 但實(shí)際操作時(shí)，要調(diào)加熱功率恰好使溫度穩(wěn)定在某一個(gè)整數(shù)比較困難，需反復(fù)調(diào)整，很花時(shí)間。2)調(diào)整加熱功率，使溫度穩(wěn)定在適當(dāng)?shù)闹导纯?，不一定取整?shù)和嚴(yán)格的等間隔。此法測(cè)量速度較快,效果同樣，建議采用。7、分析討論本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差。五、注意事項(xiàng)1.加熱器絕對(duì)不能干燒。2.壓縮機(jī)工作時(shí)注意經(jīng)常觀察工作電流，正常值為1A左