制冷空調(diào)技術(shù)-課件

第一章制冷熱工基礎(chǔ)第一節(jié)基本概念第二節(jié)制冷的熱力學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié)制冷的傳熱學(xué)基礎(chǔ)1PPT課件第一節(jié)基本概念狀態(tài)參數(shù)中比容、壓力、溫度是可由儀表直接測(cè)量得到的參數(shù)，稱作基本狀態(tài)參數(shù)。一、基本狀態(tài)參數(shù)1.比容(v，m3/kg)單位質(zhì)量工質(zhì)所占有的體積；比容和密度之間互為倒數(shù)。2.壓力(p，單位Pa)單位面積上所承受的垂直作用力；分子運(yùn)動(dòng)撞擊在單位面積上呈現(xiàn)的平均作用力；工程上常用的單位：

兆帕(1MPa=106Pa)；巴(1bar=105Pa)；標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(1atm=101325Pa)2PPT課件3.溫度描述系統(tǒng)冷、熱狀況的狀態(tài)參數(shù)標(biāo)志物體內(nèi)部分子無序運(yùn)動(dòng)的劇烈程度溫度的高低通常用溫標(biāo)來表示

常用的溫標(biāo)有：

(1)熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo)（熱力學(xué)溫度或絕對(duì)溫度）：

開爾文在熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)上，從理論上引入的與測(cè)溫物質(zhì)性質(zhì)無關(guān)的溫標(biāo)?？勺鳛闃?biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)，一切經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)均可以用此溫標(biāo)來校正(符號(hào)為T，單位為K)。

(2)攝氏溫標(biāo)：

符號(hào)為t、單位℃。1960年國際計(jì)量會(huì)議把水的三相點(diǎn)定為273.16K，0.01℃。

(3)熱力學(xué)溫標(biāo)的關(guān)系

t(℃)=T(K)－273.15

另外常用的溫標(biāo)還有華氏溫標(biāo)和朗肯溫標(biāo)。3PPT課件一個(gè)不受外界影響的系統(tǒng)，無論初始狀態(tài)如何，經(jīng)過充分長時(shí)間后，必將達(dá)到這樣一種狀態(tài):——系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化，即達(dá)到平衡狀態(tài)。二、平衡狀態(tài)參數(shù)1.定義沒有外界作用的條件下，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài)。2.實(shí)現(xiàn)條件對(duì)于一個(gè)狀態(tài)可以自由變化的熱力系，如果系統(tǒng)內(nèi)以及系統(tǒng)與外界的一切不平衡勢(shì)差均不存在，則熱力系一切可見的宏觀變化停止，這時(shí)熱力系處于平衡狀態(tài)。3.特點(diǎn)具有確定的狀態(tài)參數(shù)。平衡狀態(tài)4PPT課件1.定義系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)過程之后，如果沿原來路徑逆向進(jìn)行，能使系統(tǒng)與外界同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)而不留下任何痕跡?？赡孢^程與準(zhǔn)平衡過程從定義上的一個(gè)重要區(qū)別就在于過程逆行,“沒有遺留下任何變化”，例如功、熱、狀態(tài)等變化。2.實(shí)現(xiàn)條件推動(dòng)過程的勢(shì)差無限小，而且不存在任何耗散現(xiàn)象。無耗散效應(yīng)的準(zhǔn)平衡過程就是可逆過程。所謂耗散指固體或液體的磨擦、電阻、非彈性形變、磁滯等現(xiàn)象起的效應(yīng)，使能量耗散了，變?yōu)闊帷?.特點(diǎn)可逆過程是熱力學(xué)的抽象，實(shí)際過程無法實(shí)現(xiàn)，但可以無限接近它研究可逆過程的目的，在于抓主要矛盾，反映本質(zhì)。把可逆過程作為實(shí)際過程中能量轉(zhuǎn)化效果的比較標(biāo)準(zhǔn);在實(shí)際熱力學(xué)計(jì)算中，通常是把某一實(shí)際過程理想化為可逆過程計(jì)算，然后引入必要的經(jīng)驗(yàn)修正?？赡孢^程5PPT課件第二節(jié)制冷的熱力學(xué)基礎(chǔ)如果兩個(gè)物體分別與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡(相互之間沒有熱量傳遞)，則彼此也必定處于熱平衡。處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)溫度必然具有相同的溫度。一、熱力學(xué)定律1.熱力學(xué)第零定律處于熱平衡的系統(tǒng)必然有一個(gè)在數(shù)值上相等的熱力學(xué)參數(shù)(溫度)描述這一平衡特性。如果要測(cè)量A的溫度，可以用已知物性與溫度關(guān)系的物體B與A接觸，使之達(dá)到熱平衡，可由B讀得A的溫度。B：氣體、液體、熱電偶、熱電阻溫度計(jì)6PPT課件自然界中的一切物質(zhì)都具有能量，能量不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅；但能量可以從一種形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形態(tài)，且在能量的轉(zhuǎn)化過程中能量的總量保持不變。能量守恒與轉(zhuǎn)換定律是自然界基本規(guī)律之一2.熱力學(xué)第一定律7PPT課件用符號(hào)U表示，單位是焦耳（J）

熱力學(xué)能1kg物質(zhì)的熱力學(xué)能稱比熱力學(xué)能用符號(hào)u表示，單位是焦耳/千克（J/kg）比熱力學(xué)能熱力學(xué)能(1)熱力學(xué)能和總能熱力狀態(tài)的單值函數(shù)。兩個(gè)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)。狀態(tài)參數(shù)，與路徑無關(guān)。8PPT課件工質(zhì)的總儲(chǔ)存能內(nèi)部儲(chǔ)存能外部儲(chǔ)存能熱力學(xué)能總能動(dòng)能位能9PPT課件工質(zhì)的總儲(chǔ)存能

E－總能，Ek－動(dòng)能

Ep

－位能E=U+Ek+Ep內(nèi)部儲(chǔ)存能和外部儲(chǔ)存能的和，即熱力學(xué)能與宏觀運(yùn)動(dòng)動(dòng)能及位能的總和若工質(zhì)質(zhì)量m，速度cf，重力場中高度z宏觀動(dòng)能:

重力位能:工質(zhì)的總能:比總能:力學(xué)參數(shù)cf和z只取決于工質(zhì)在參考系中的速度和高度10PPT課件能量從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體有兩種方式作功借作功來傳遞能量總和物體宏觀位移有關(guān)。傳熱借傳熱來傳遞能量無需物體的宏觀移動(dòng)。(2)能量的傳遞和轉(zhuǎn)化11PPT課件焓用符號(hào)H表示，單位是焦耳（J）

H=U+pV比焓用符號(hào)h表示，單位是焦耳/千克（J/kg）焓是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。焓也可以表示成另外兩個(gè)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)。如：h=f(T,v)或

h=f(p,T);h=f(p,v)

(3)焓12PPT課件進(jìn)入系統(tǒng)的能量-離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)中儲(chǔ)存能量的增加閉口系統(tǒng)的能量平衡(4)

熱力學(xué)第一定律的基本能量方程式工質(zhì)從外界吸熱Q后從狀態(tài)1變化到2，對(duì)外作功W。若工質(zhì)宏觀動(dòng)能和位能的變化忽略不計(jì)，則工質(zhì)儲(chǔ)存能的增加即為熱力學(xué)能的增加ΔU

熱力學(xué)第一定律的解析式13PPT課件加給工質(zhì)的熱量一部分用于增加工質(zhì)的熱力學(xué)能儲(chǔ)存于工質(zhì)內(nèi)部，余下部分以作功的方式傳遞至外界。對(duì)微元過程，第一定律解析式的微分形式對(duì)于1kg工質(zhì)14PPT課件熱量Q熱力學(xué)能變量ΔU功W代數(shù)值系統(tǒng)吸熱Q+

系統(tǒng)對(duì)外作功W+

系統(tǒng)熱力學(xué)能增大ΔU+可逆過程完成一循環(huán)后，工質(zhì)恢復(fù)原來狀態(tài)閉口系完成一循環(huán)后，循環(huán)中與外界交換的熱量等于與外界交換的凈功量15PPT課件工質(zhì)流經(jīng)壓縮機(jī)時(shí)，機(jī)器對(duì)工質(zhì)做功wc,使工質(zhì)升壓，工質(zhì)對(duì)外放熱q

每kg工質(zhì)需作功膨脹過程均采用絕熱過程壓縮機(jī)能量平衡

膨脹機(jī)能量平衡(5)能量方程式的應(yīng)用穩(wěn)定流動(dòng)能量平衡方程16PPT課件三、熱力過程、準(zhǔn)平衡過程與可逆過程熱力系由一狀態(tài)向另一狀態(tài)變化時(shí)所經(jīng)歷全部狀態(tài)的總和1.定義

在熱力過程中，不平衡勢(shì)差無限小，熱力學(xué)所經(jīng)歷的一系列狀態(tài)都無限接近于平衡狀態(tài)的熱力過程。2.實(shí)現(xiàn)條件推動(dòng)過程進(jìn)行的勢(shì)差無限小。3.特點(diǎn)準(zhǔn)平衡過程可在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖中用連續(xù)曲線表示；準(zhǔn)平衡過程是一種理想過程，是實(shí)際過程進(jìn)行得足夠緩慢的極限情況，一切實(shí)際過程只能接近于準(zhǔn)平衡過程在工程實(shí)際設(shè)備中進(jìn)行的過程常可作為準(zhǔn)平衡過程。熱力過程準(zhǔn)平衡過程17PPT課件噴管能量轉(zhuǎn)換換熱器能量平衡

工質(zhì)流經(jīng)換熱器時(shí)和外界有熱量交換而無功的交換，動(dòng)能差和位能差也可忽略不計(jì)1kg的工質(zhì)吸熱量1kg工質(zhì)動(dòng)能的增加工質(zhì)流經(jīng)噴管和擴(kuò)壓管時(shí)不對(duì)設(shè)備作功，熱量交換可忽略不計(jì)18PPT課件工質(zhì)流過閥門時(shí)流動(dòng)截面突然收縮，壓力下降，這種流動(dòng)稱為節(jié)流。設(shè)流動(dòng)絕熱，前后兩截面間的動(dòng)能差和位能差忽略，因過程無對(duì)外做功，故節(jié)流前后的焓相等該式只對(duì)節(jié)流前后穩(wěn)定段成立，而不適合節(jié)流過程段。

節(jié)流19PPT課件（制冷量）高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩粗评錂C(jī)QaQ0W向高溫?zé)嵩吹呐艧崃恐评錂C(jī)的消耗功由低溫?zé)嵩吹奈鼰崃?+制冷機(jī)的性能系數(shù)COP=Q0/W(CoefficienceOfPerformance)20PPT課件熱不能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳到高溫物體研究與熱現(xiàn)象相關(guān)的各種過程進(jìn)行的方向、條件及限度的定律(1)制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析熱力學(xué)循環(huán)正向循環(huán)熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功逆向循環(huán)消耗功循環(huán)除了一二個(gè)不可避免的不可逆過程外，其余均為可逆過程。可逆循環(huán)是理想循環(huán)。理想循環(huán)3.熱力學(xué)第二定律21PPT課件高溫物體低溫物體熱量可以自動(dòng)傳遞熱量不能自動(dòng)傳遞必須消耗能量機(jī)械能電能……熱能熱力學(xué)第二定律22PPT課件熵?zé)崃W(xué)狀態(tài)參數(shù)，是判別實(shí)際過程的方向，提供過程能否實(shí)現(xiàn)、是否可逆的判據(jù)。

定義式

qrev是可逆過程的換熱量，T為熱源溫度可逆過程1-2的熵增

克勞修斯積分=0可逆循環(huán)＜0不可逆循環(huán)＞0不可能實(shí)行的循環(huán)23PPT課件p、T狀態(tài)下的比熵定義為:(2)熱源溫度不變時(shí)的逆向可逆循環(huán)

——逆卡諾循環(huán)

當(dāng)高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩措S著過程的進(jìn)行溫度不變時(shí)，具有兩個(gè)可逆的等溫過程和兩個(gè)等熵過程組成的逆向循環(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]有任何不可逆損失。

24PPT課件卡諾制冷機(jī)是熱力理想的等溫制冷機(jī)25PPT課件過程1－2壓縮工質(zhì)，同時(shí)放熱至熱源，維持制冷劑溫度恒定過程2－3工質(zhì)從熱源溫度Th可逆絕熱膨脹到冷源溫度Tc

過程3－4熱量從冷源轉(zhuǎn)移到工質(zhì)中同時(shí)工質(zhì)做功以使制冷劑維持一定的溫度過程4－1制冷劑從冷源溫度可逆絕熱壓縮到熱源溫度26PPT課件制冷工質(zhì)向高溫?zé)嵩捶艧崃恐评涔べ|(zhì)從低溫?zé)嵩次鼰崃?/p>

系統(tǒng)所消耗的功

卡諾制冷系數(shù)

卡諾熱泵循環(huán)效率

熱力完善度

27PPT課件溫

度

T熵S洛倫茲循環(huán)的T-s圖

(3)熱源溫度可變時(shí)的逆向可逆循環(huán)—洛倫茲循環(huán)洛倫茲循環(huán)工作在二個(gè)變溫?zé)嵩撮g。與卡諾循環(huán)不同之處主要是蒸發(fā)吸熱和冷卻放熱均為變溫過程28PPT課件(假設(shè)制冷過程和冷卻過程傳熱溫差均為ΔT)制冷量

排熱量

耗功

洛倫茲循環(huán)制冷系數(shù)

29PPT課件以卡諾循環(huán)作為比較依據(jù)，第一類循環(huán)就是卡諾循環(huán)制冷機(jī)，第二類循環(huán)則是理想的熱源驅(qū)動(dòng)逆向可逆循環(huán)——三熱源循環(huán)。兩類制冷循環(huán)能量轉(zhuǎn)換關(guān)系圖

(a)以電能或機(jī)械能驅(qū)動(dòng)

(b)以熱能驅(qū)動(dòng)

(4)熱源驅(qū)動(dòng)的逆向可逆循環(huán)——三熱源循環(huán)30PPT課件對(duì)可逆制冷機(jī)熱力系數(shù)4.制冷的獲得方法焦耳湯姆遜效應(yīng)(1)節(jié)流過程的熱力學(xué)特征通過膨脹閥時(shí)焓不變，因閥中存在摩擦阻力損耗，所以它是個(gè)不可逆過程，節(jié)流后熵必定增加31PPT課件節(jié)流閥、毛細(xì)管、熱力膨脹閥和電子膨脹閥等多種形式。焦耳－湯姆遜效應(yīng)理想氣體的焓值僅是溫度的函數(shù)，氣體節(jié)流時(shí)溫度保持不變，而實(shí)際氣體的焓值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。焦耳－湯姆遜系數(shù)

制冷系統(tǒng)中的節(jié)流元件結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，在小型制冷空調(diào)裝置中應(yīng)用廣泛32PPT課件(2)熱力理想等壓源系統(tǒng)在工質(zhì)未冷凝的氣體制冷機(jī)系統(tǒng)中，吸熱過程是變溫的，而不象在卡諾制冷機(jī)中那樣在等溫下吸熱。這樣，實(shí)際系統(tǒng)與卡諾系統(tǒng)比較是不公平的，因?yàn)閷?shí)際系統(tǒng)的冷源溫度不恒定。沒有一個(gè)制冷系統(tǒng)的制冷系數(shù)可以大于相同溫限下工作的卡諾制冷機(jī)，否則就可以制造第二類永動(dòng)機(jī)。要達(dá)到相同的制冷效應(yīng)，所有實(shí)際的制冷機(jī)都要比卡諾制冷機(jī)花費(fèi)更多的功。

熱力學(xué)第二定律的推論之一33PPT課件制冷劑在T1和T2

之間可逆等壓吸熱，放熱過程是可逆等溫過程。

34PPT課件對(duì)理想等壓源制冷機(jī)上式對(duì)任何工質(zhì)都適用。對(duì)許多氣體制冷機(jī)而言，壓力足夠低時(shí)，工質(zhì)氣體可近似為理想氣體。對(duì)具有定壓比熱的理想氣體

COP與用