工學(xué)制冷原理人工制冷的基本方法課件

1、2022/10/111.1 制冷的熱力學(xué)原理1 理想制冷循環(huán)逆向卡諾循環(huán) 2 理想制冷循環(huán)的性能指標(biāo) 人工制冷是指借助于制冷裝置，以消耗機(jī)械能或電磁能、熱能、太陽(yáng)能等形式的能量為代價(jià)，把熱量從低溫系統(tǒng)向高溫系統(tǒng)轉(zhuǎn)移而得到低溫，并維持這個(gè)低溫。 2022/9/2711.1 制冷的熱力學(xué)原理1 理想制冷循2022/10/12 理想制冷循環(huán)逆向卡諾循環(huán)當(dāng)高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩措S著過(guò)程的進(jìn)行溫度不變時(shí)，具有兩個(gè)可逆的等溫過(guò)程和兩個(gè)等熵過(guò)程組成的逆向循環(huán)。 在相同溫度范圍內(nèi)，它是消耗功最小的循環(huán)，即熱力學(xué)效率最高的制冷循環(huán)，因?yàn)樗鼪](méi)有任何不可逆損失。 1.1 制冷的熱力學(xué)原理2022/9/272 理想制冷循

2、環(huán)逆向卡諾循環(huán)1.1 2022/10/13理想制冷循環(huán)逆向卡諾循環(huán) 單位質(zhì)量制冷劑向高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃?單位質(zhì)量制冷劑從被冷卻的對(duì)象所吸取的熱量 2022/9/273理想制冷循環(huán)逆向卡諾循環(huán) 單位質(zhì)量制2022/10/14理想制冷循環(huán)的性能指標(biāo) 制冷系數(shù)2022/9/274理想制冷循環(huán)的性能指標(biāo) 制冷系數(shù)2022/10/15不可逆循環(huán)的熱力完善度，值越接近于1，說(shuō)明實(shí)際循環(huán)越接近可逆循環(huán)，不可逆損失越小，經(jīng)濟(jì)性越好。為不可逆循環(huán)的制冷系數(shù)2022/9/275不可逆循環(huán)的熱力完善度，值越接近于1，說(shuō)2022/10/16人工制冷的幾種方法1 液體汽化制冷方法 蒸氣壓縮式制冷 蒸氣吸收式制冷 蒸汽噴

3、射式制冷 吸附式制冷 2 氣體的節(jié)流效應(yīng)和絕熱膨脹制冷 3 其它制冷方法 熱電制冷 磁制冷 渦流管制冷 熱聲制冷 2022/9/276人工制冷的幾種方法1 液體汽化制冷方法 2022/10/171.2 液體汽化制冷方法 物質(zhì)有三種集態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)。物質(zhì)集態(tài)的改變稱為相變。相變過(guò)程中，由于物質(zhì)分子重新排列和分子熱運(yùn)動(dòng)速度的改變，會(huì)吸收或放出熱量，這種熱量稱作潛熱。 物質(zhì)發(fā)生從質(zhì)密態(tài)到質(zhì)稀態(tài)的相變時(shí)，將吸收潛熱；反之，當(dāng)它發(fā)生由質(zhì)稀態(tài)向質(zhì)密態(tài)的相變時(shí)，放出潛熱。 相變制冷就是利用前者的吸熱效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)的。利用液體相變的，是液體汽化制冷；2022/9/2771.2 液體汽化制冷方法 物質(zhì)有三種集

4、2022/10/18蒸氣壓縮式制冷 壓縮式制冷循環(huán)原理圖A 壓縮機(jī) B 冷凝器 C 膨脹閥 D 蒸發(fā)器蒸氣壓縮式制冷技術(shù)被廣泛應(yīng)用于空調(diào)器、冰箱、冷藏室、冷庫(kù)中，應(yīng)用領(lǐng)域幾乎涉及到各個(gè)行業(yè) 2022/9/278蒸氣壓縮式制冷 壓縮式制冷循環(huán)原理圖蒸氣2022/10/19蒸氣吸收式制冷 吸收式制冷的基本原理 2022/9/279蒸氣吸收式制冷 吸收式制冷的基本原理 2022/10/110蒸氣吸收式制冷 吸收式制冷機(jī)基本循環(huán)A 動(dòng)力部分B冷凝器C 節(jié)流閥 D 蒸發(fā)器 a 冷卻水 b 熱源1 發(fā)生器 2吸收器 3溶液熱交換器 4 溶液泵 5 節(jié)流閥 2022/9/2710蒸氣吸收式制冷 吸收式制冷機(jī)

5、基本循環(huán)2022/10/111蒸氣吸收式制冷 2022/9/2711蒸氣吸收式制冷 2022/10/112蒸氣吸收式制冷 2022/9/2712蒸氣吸收式制冷 2022/10/113蒸氣吸收式制冷 吸收式制冷最突出的優(yōu)點(diǎn)，是可以直接利用各種熱能來(lái)驅(qū)動(dòng)，除可以利用燃料燃燒的高勢(shì)能外，還可利用生產(chǎn)過(guò)程和自然界中大量存在的低勢(shì)能，如低壓蒸氣、熱水、煙道氣等工業(yè)余熱以及太陽(yáng)能、地?zé)崮艿茸匀唤鐭崃俊?2022/9/2713蒸氣吸收式制冷 吸收式制冷最突2022/10/114蒸汽噴射式制冷 蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)的原理A 噴射器 B 冷凝器 C 蒸發(fā)器 D 節(jié)流閥 E 鍋爐 F 水泵 熱交換器在蒸汽噴射式制冷

6、機(jī)中，按正向循環(huán)工作的噴射器起著壓縮機(jī)的作用，故稱為噴射式壓縮機(jī)。 2022/9/2714蒸汽噴射式制冷 蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)的原2022/10/115蒸汽噴射式制冷理論循環(huán)熱力計(jì)算制冷量 為被引射制冷蒸汽的流量 鍋爐的供熱量 冷凝器放熱量 工作蒸汽流量 泵所消耗的功 泵功較小，如果可以忽略，則整個(gè)制冷機(jī)的熱平衡式 2022/9/2715蒸汽噴射式制冷理論循環(huán)熱力計(jì)算制冷量2022/10/116熱力系數(shù) 其中 為噴射系數(shù) 2022/9/2716熱力系數(shù) 其中 為噴射系數(shù) 2022/10/117吸附式制冷 原理：一定的固體吸附劑對(duì)某種制冷劑氣體具有吸附作用，而且吸附能力隨吸附劑溫度的改變而不同。工

7、作介質(zhì)是吸附劑制冷劑工質(zhì)對(duì)。按吸附機(jī)理說(shuō)，有物理吸附與化學(xué)吸附之別。2022/9/2717吸附式制冷 原理：一定的固體2022/10/118 已研究的吸附工質(zhì)對(duì)（吸附劑制冷劑）主要有： 沸石水；硅膠水；活性碳甲醇； 金屬氫化物氫；氯化物鹽類(lèi)氨等。2022/9/2718 已研究的吸附工質(zhì)對(duì)（吸附劑制2022/10/119基本型吸附式制冷循環(huán) 間歇式吸附式制冷系統(tǒng)（太陽(yáng)能制冷機(jī)） 2022/9/2719基本型吸附式制冷循環(huán) 間歇式吸附式制2022/10/1201.3 氣體的節(jié)流效應(yīng)和 絕熱膨脹制冷 實(shí)際氣體的焓是溫度和壓力的函數(shù)，節(jié)流后溫度一般會(huì)發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為節(jié)流溫度效應(yīng)，也叫做焦耳一湯姆

8、遜（Joule-Thomson）效應(yīng) 焦耳一湯姆遜效應(yīng)系數(shù) 2022/9/27201.3 氣體的節(jié)流效應(yīng)和 2022/10/121利用氣體的節(jié)流效應(yīng)可以生產(chǎn)出低溫制冷機(jī) 林德-漢普森制冷機(jī)的熱力循環(huán)系統(tǒng) 2022/9/2721利用氣體的節(jié)流效應(yīng)可以生產(chǎn)出低溫制冷機(jī)2022/10/122絕熱膨脹制冷基本原理：高壓氣體通過(guò)膨脹機(jī)絕熱膨脹時(shí)，對(duì)外輸出功率，同時(shí)氣體的溫度降低 微分等熵效應(yīng)系數(shù) A 壓縮機(jī) B 空氣冷卻器 C 膨脹機(jī) D 制冷室定壓循環(huán)空氣制冷機(jī)系統(tǒng) 2022/9/2722絕熱膨脹制冷基本原理：高壓氣體通過(guò)膨脹2022/10/1231.4 其它制冷方法珀?duì)柼?yīng)基本原理 熱電制冷基本原

9、理： 利用珀?duì)柼?yīng)原理達(dá)到制冷目的，即在兩種不同金屬組成的閉合線路中，通以直流電流，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)接點(diǎn)熱，另一個(gè)接點(diǎn)冷的現(xiàn)象，稱為溫差電現(xiàn)象。半導(dǎo)體材料所產(chǎn)生的溫差電現(xiàn)象較其他金屬要顯著得多，一般熱電制冷都采用半導(dǎo)體材料，所以也稱之為半導(dǎo)體制冷。 2022/9/27231.4 其它制冷方法珀?duì)柼?yīng)基本原2022/10/124熱電偶對(duì) 三級(jí)復(fù)疊式熱電堆2022/9/2724熱電偶對(duì) 三級(jí)復(fù)疊式熱電堆2022/10/125磁制冷卡諾型磁性制冷循環(huán) 基本原理:磁介質(zhì)的熵分為熱熵和磁熵絕熱變化時(shí)，系統(tǒng)的熵變?yōu)?，即S=ST+SB=0 當(dāng)絕熱去磁時(shí)，即在絕熱條件下，使介質(zhì)的磁場(chǎng)迅速下降為0時(shí)，介質(zhì)中的分

10、子磁矩平行于外磁場(chǎng)的方向的排列狀態(tài)便不能維持，而又將逐步恢復(fù)到磁化前的混亂狀態(tài)，即無(wú)序性增加，SB變大（SB0）。由于S =0，故ST0，即受熱運(yùn)動(dòng)影響的無(wú)序性減少，介質(zhì)的溫度降低?？梢?jiàn)，絕熱去磁可以使磁介質(zhì)的溫度降低 也叫絕熱去磁制冷。2022/9/2725磁制冷卡諾型磁性制冷循環(huán) 基本原理:磁2022/10/126磁制冷卡諾型磁性制冷循環(huán) 12 為等溫磁化（排放熱量）；23 為絕熱退磁（溫度降低）； 34 為等溫退磁（吸收熱量制冷）；41 為絕熱磁化（溫度升高）。2022/9/2726磁制冷卡諾型磁性制冷循環(huán) 12 為等2022/10/127磁制冷冰箱 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知，電冰箱和空調(diào)裝置使用的

11、制冷劑氟利昂會(huì)污染環(huán)境，而用磁制冷原理制作的冰箱這不僅不會(huì)破壞環(huán)境，而且效率要比用氟利昂制冷高40%，其成本低25%。因此，磁制冷技術(shù)使一向很有發(fā)展前途的技術(shù)。Magnetic Refrigerator Successfully Tested2022/9/2727磁制冷冰箱 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知，電冰箱2022/10/128渦流管制冷 1931年，法國(guó)工程師蘭克（Ranque）發(fā)現(xiàn)旋風(fēng)分離器中旋轉(zhuǎn)的空氣流具有低溫，于是他在1933年發(fā)明了一種裝置，可以使壓縮氣體產(chǎn)生渦流并能將氣流冷、熱兩部分，其中冷氣流用來(lái)制冷，該裝置稱為渦流管，又叫蘭克管。這種制冷方法稱為渦流管制冷 渦流管裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2022/9/2728渦流管制冷 1931年，法國(guó)工程2022/10/129渦流管實(shí)物 2022/9/2729渦流管實(shí)物 2022/10/130熱聲制冷 熱聲制冷機(jī)基本原理 1 高溫