河南科技大學制冷原理第一章人工制冷基本方法課件

第一章人工制冷的基本方法

1.1制冷的熱力學原理1.2

液體汽化制冷方法1.3

氣體的節(jié)流效應(yīng)和絕熱膨脹制冷1.4

其它制冷方法2023/9/111第一章人工制冷的基本方法1.1制冷的熱力學原理2021.1制冷的熱力學原理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

人工制冷是指借助于制冷裝置，以消耗機械能或電磁能、熱能、太陽能等形式的能量為代價，把熱量從低溫系統(tǒng)向高溫系統(tǒng)轉(zhuǎn)移而得到低溫，并維持這個低溫。2023/9/1121.1制冷的熱力學原理1理想制冷循環(huán)——逆向卡諾循環(huán)

理想制冷循環(huán)——逆向卡諾循環(huán)當高溫熱源和低溫熱源隨著過程的進行溫度不變時，具有兩個可逆的等溫過程和兩個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)，即熱力學效率最高的制冷循環(huán)，因為它沒有任何不可逆損失。

1.1制冷的熱力學原理2023/9/113理想制冷循環(huán)——逆向卡諾循環(huán)1.1制冷的熱力學原理20理想制冷循環(huán)——逆向卡諾循環(huán)

單位質(zhì)量制冷劑向高溫熱源放出的熱量單位質(zhì)量制冷劑從被冷卻的對象所吸取的熱量2023/9/114理想制冷循環(huán)——逆向卡諾循環(huán)單位質(zhì)量制冷劑向高溫熱源放出的理想制冷循環(huán)的性能指標

制冷系數(shù)2023/9/115理想制冷循環(huán)的性能指標制冷系數(shù)2023/8/35不可逆循環(huán)的熱力完善度，值越接近于1，說明實際循環(huán)越接近可逆循環(huán)，不可逆損失越小，經(jīng)濟性越好。為不可逆循環(huán)的制冷系數(shù)2023/9/116不可逆循環(huán)的熱力完善度，值越接近于1，說明實際循環(huán)越接近可逆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2023/9/117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1.2

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。相變過程中，由于物質(zhì)分子重新排列和分子熱運動速度的改變，會吸收或放出熱量，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，將吸收潛熱；反之，當它發(fā)生由質(zhì)稀態(tài)向質(zhì)密態(tài)的相變時，放出潛熱。相變制冷就是利用前者的吸熱效應(yīng)而實現(xiàn)的。利用液體相變的，是液體汽化制冷；2023/9/1181.2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)蒸氣壓縮式制冷

壓縮式制冷循環(huán)原理圖A壓縮機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、冷庫中，應(yīng)用領(lǐng)域幾乎涉及到各個行業(yè)2023/9/119蒸氣壓縮式制冷壓縮式制冷循環(huán)原理圖蒸氣壓縮式制冷技術(shù)被廣泛蒸氣吸收式制冷

吸收式制冷的基本原理2023/9/1110蒸氣吸收式制冷吸收式制冷的基本原理2023/8/310蒸氣吸收式制冷

吸收式制冷機基本循環(huán)A動力部分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2023/9/1111蒸氣吸收式制冷吸收式制冷機基本循環(huán)2023/8/311蒸氣吸收式制冷

2023/9/1112蒸氣吸收式制冷2023/8/312蒸氣吸收式制冷

2023/9/1113蒸氣吸收式制冷2023/8/313蒸氣吸收式制冷

吸收式制冷最突出的優(yōu)點，是可以直接利用各種熱能來驅(qū)動，除可以利用燃料燃燒的高勢能外，還可利用生產(chǎn)過程和自然界中大量存在的低勢能，如低壓蒸氣、熱水、煙道氣等工業(yè)余熱以及太陽能、地熱能等自然界熱量。2023/9/1114蒸氣吸收式制冷吸收式制冷最突出的優(yōu)點，是可以直接利蒸汽噴射式制冷

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Ｇ熱交換器在蒸汽噴射式制冷機中，按正向循環(huán)工作的噴射器起著壓縮機的作用，故稱為噴射式壓縮機。2023/9/1115蒸汽噴射式制冷蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)的原理在蒸汽噴射式制冷機中蒸汽噴射式制冷—理論循環(huán)熱力計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，則整個制冷機的熱平衡式2023/9/1116蒸汽噴射式制冷—理論循環(huán)熱力計算制冷量為被引射制冷蒸汽的流熱力系數(shù)其中為噴射系數(shù)2023/9/1117熱力系數(shù)其中為噴射系數(shù)2023/8/317吸附式制冷

原理：一定的固體吸附劑對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。工作介質(zhì)是吸附劑－制冷劑工質(zhì)對。按吸附機理說，有物理吸附與化學吸附之別。2023/9/1118吸附式制冷原理：一定的固體吸附劑對某種制冷劑氣體已研究的吸附工質(zhì)對（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－氨等。2023/9/1119已研究的吸附工質(zhì)對（吸附劑－制冷劑）主要有：

基本型吸附式制冷循環(huán)間歇式吸附式制冷系統(tǒng)（太陽能制冷機）2023/9/1120基本型吸附式制冷循環(huán)間歇式吸附式制冷系統(tǒng)（太陽能制冷機）1.3

氣體的節(jié)流效應(yīng)和

絕熱膨脹制冷實際氣體的焓是溫度和壓力的函數(shù)，節(jié)流后溫度一般會發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為節(jié)流溫度效應(yīng)，也叫做焦耳一湯姆遜（Joule-Thomson）效應(yīng)焦耳一湯姆遜效應(yīng)系數(shù)2023/9/11211.3氣體的節(jié)流效應(yīng)和

絕熱膨脹制冷利用氣體的節(jié)流效應(yīng)可以生產(chǎn)出低溫制冷機

林德-漢普森制冷機的熱力循環(huán)系統(tǒng)

2023/9/1122利用氣體的節(jié)流效應(yīng)可以生產(chǎn)出低溫制冷機林德-漢普森制冷機的絕熱膨脹制冷基本原理：高壓氣體通過膨脹機絕熱膨脹時，對外輸出功率，同時氣體的溫度降低微分等熵效應(yīng)系數(shù)A壓縮機B空氣冷卻器C膨脹機D制冷室定壓循環(huán)空氣制冷機系統(tǒng)2023/9/1123絕熱膨脹制冷基本原理：高壓氣體通過膨脹機絕熱膨脹時，對外輸出1.4

其它制冷方法珀爾帖效應(yīng)基本原理

熱電制冷基本原理：利用珀爾帖效應(yīng)原理達到制冷目的，即在兩種不同金屬組成的閉合線路中，通以直流電流，會產(chǎn)生一個接點熱，另一個接點冷的現(xiàn)象，稱為溫差電現(xiàn)象。半導體材料所產(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體材料，所以也稱之為半導體制冷。

2023/9/11241.4其它制冷方法珀爾帖效應(yīng)基本原理熱電偶對

三級復疊式熱電堆2023/9/1125熱電偶對三級復疊式熱電堆2023/8/325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，系統(tǒng)的熵變?yōu)?，即S=△ST+△SB=0

當絕熱去磁時，即在絕熱條件下，使介質(zhì)的磁場迅速下降為0時，介質(zhì)中的分子磁矩平行于外磁場的方向的排列狀態(tài)便不能維持，而又將逐步恢復到磁化前的混亂狀態(tài)，即無序性增加，SB變大（△SB>0）。由于△S=0，故△ST<0，即受熱運動影響的無序性減少，介質(zhì)的溫度降低?？梢姡^熱去磁可以使磁介質(zhì)的溫度降低也叫絕熱去磁制冷。2023/9/1126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磁制冷卡諾型磁性制冷循環(huán)

1－2為等溫磁化（排放熱量）；2－3為絕熱退磁（溫度降低）；3－4為等溫退磁（吸收熱量制冷）；4－1為絕熱磁化（溫度升高）。2023/9/1127磁制冷卡諾型磁性制冷循環(huán)1－2為等溫磁化（排放熱量）；2磁制冷冰箱

根據(jù)實驗得知，電冰箱和空調(diào)裝置使用的制冷劑——氟利昂會污染環(huán)境，而用磁制冷原理制作的冰箱這不僅不會破壞環(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)。MagneticRefrigeratorSuccessfullyTested2023/9/1128磁制冷冰箱根據(jù)實驗得知，電冰箱和空調(diào)裝置使用的制冷劑渦流管制冷

1931年，法國工程師蘭克（Ranque）發(fā)現(xiàn)旋風分離器中旋轉(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)簡圖2023/9/1129渦流管制冷1931年，法國工程師蘭克（Ranque）渦流管實物

2023/9/1130渦流管實物2023/8/330熱聲制冷

熱聲制冷機基本原理

1高溫熱源