热力学在制冷方面的应用

热力学在低温技术中的应用关键词：低温技术人工制冷 热力学摘要：随着经济的发展，低温技术已成为商业、工业生产、农牧业以及日常生活 等方面必不可少的一部分。低温在技术国民经济的发展，科学技术的进步，人民 生活水平的提高中均有重要的作用。热力学是研究不同形式的能量及其转化过程 中所遵循的规律，以及各种因素对能量及其转化的影响。低温技术应用了热力学 原理，服从热力学业基本规律。人工制冷也叫“机械制冷”，也称为“人工致冷”，是低温技术的重要方面。 人工 制冷是借助于一种专门的技术装置，通常是由压缩机、热交换设备和节流机构等组成，消耗一定的外界能量，迫使热量从温度较低的被冷却物体，传递给温度较高的环 境介质，得到人们所需要的各种低温。是指用人为的方法不断地从被冷却系统排热至 环境介质中去，从而使被冷却系统达到比环境介质更低的温度，并在必要长的时间内 维持所需的低温的一门工程技术。【1】在普通人工制冷技术领域内，应用最广泛的物 理方法有相变制冷、气体膨胀制冷；其次是热电制冷、固体吸附制冷以及研究中的涡 流制冷等。在人工制冷中，不仅有能量的转移，也包括热功转换的过程。热力学第一定 律是能量守恒定律指出：自然界中的一切物质都具有能量，能量能够从一种形式 转换为另一种形式，从一个物体转移到另一个物体，而在转换和转移的过程中能 量的总量不变。热力学第一定律【2】指出了能量转换和转移在数量上的关系。 热力学第二定律提示了能量转换的条件。热力学第二定律【3】指出：机械功可 以全部变为热，但热不能无条件的全部转换为机械功，即不可能从单热源取热， 使之完全变为功而不引起其它的变化。由此可知，利用一个热源无法完成循环过 程。第二定律同时指出：不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。 因此，要使热量从低温物体传到高温物体，必须要有一个补偿过程。人工制冷的 过程就是在外界的补偿下，将低温物体的热量向高温物体传送的过程。为了连续地实现能量的转换和转移，就必须使工质经过一系列的状态变化完 成循环。根据效果的不同，循环可分为正向和逆向两种。利用工质的状态变化， 将热能转换为机械能的循环叫做正向循环，它在热力图上按顺时针方向进行；通 过消耗能量使热量从低温物体传给高温物体的循环叫做逆向循环，它在热力图上 是按逆时针方向进行的。因此在人工制冷技术中还利用了卡若循环过程。热力学 中，把由互相交替的两个等温过程和两个绝热过程组成的正向循环叫做卡诺循环。【4】它是 工作在两个恒温热源之间的理想热机循环。按与卡诺循环相同路线而方向相反的循环叫做卡 诺逆循环。卡诺逆循环是具有恒温热源的理想制冷制冷循环。卡诺逆循环是在没 有传热温差和没有任何损失的情况下进行的，但在实际的制冷循环中，不可能没 有传热温差或没有任何损失的机械运动，所以卡诺逆循环在实际上是无法实现 的。实际制冷循环的制冷系数总是小于卡诺逆循环的制冷系数。总结：低温技术直接关系到很多工业部门的生产发展和人类生活水平的 搞高。低温技术的应用极为广泛，在商业、工业生产、农牧业以及日常生活中均 有重要应用。而热力学是低温技术的基础，在低温技术中有至关重要的作用。参考文献：【1】百度百科【2】、【3】、【4】 热力学统计物理教程