第一章-制冷的热力学基础ppt课件

第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节相变制冷第一节相变制冷第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷第三节其它制冷方式第三节其它制冷方式第四节制冷热力学特性分析第四节制冷热力学特性分析主要内容主要内容第一节相变制冷主要内容第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物相相变变制制冷冷：利利用用液液体体在在低低温温下下蒸蒸发发吸吸热热或或固固体体在在低低温温下下融融化化或升华吸热来制冷或升华吸热来制冷,如蒸气压缩式制冷和吸收式制冷如蒸气压缩式制冷和吸收式制冷绝热膨胀制冷：绝热膨胀制冷：高压气体经绝热膨胀降低温度吸热来制冷高压气体经绝热膨胀降低温度吸热来制冷气气体体涡涡流流制制冷冷：高高压压气气体体经经涡涡流流管管膨膨胀胀后后可可分分离离为为热热、冷冷两两股气流，利用冷气流吸热即可制冷股气流，利用冷气流吸热即可制冷热热电电制制冷冷：直直流流电电通通过过半半导导体体热热电电堆堆，即即可可在在一一端端产产生生冷冷效效应，在另一端产生热效应，利用冷端吸热即可制冷应，在另一端产生热效应，利用冷端吸热即可制冷引言：主要制冷方法引言：主要制冷方法相变制冷：利用液体在低温下蒸发吸热或固体在低温下融化或升华吸第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节相变制冷第一节相变制冷相变制冷的原理及特点相变制冷的原理及特点l相变：相变：物质集聚态（气态、液态或固态）的变化物质集聚态（气态、液态或固态）的变化l相相变变潜潜热热：物物质质发发生生相相变变时时，由由于于分分子子重重新新排排列列和和分分子子热热运运动动速速度度改改变变，必必然然伴伴随随着着吸吸收收或或放放出出一一定定的的热量，这种热量称为相变潜热热量，这种热量称为相变潜热l相相变变制制冷冷：利利用用物物质质由由质质密密态态到到质质稀稀态态的的相相变变（融融化、蒸发、升华）时的吸热效应达到制冷目的化、蒸发、升华）时的吸热效应达到制冷目的第一节相变制冷相变制冷的原理及特点第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节相变制冷第一节相变制冷固体融化制冷固体融化制冷l制制冷冷技技术术中中常常用用纯纯水水冰冰、冰冰盐盐、共共晶晶冰冰、相相变变材材料料或气体水合物的融化过程来制冷，无法连续制冷或气体水合物的融化过程来制冷，无法连续制冷l纯纯水水冰冰：在在标标准准大大气气下下，融融化化温温度度为为273.15K273.15K，融融化化潜热为潜热为335kJ/kg335kJ/kg，实现，实现0 0度以上的制冷度以上的制冷l冰盐：冰盐：冰和盐类的混和物，实现冰和盐类的混和物，实现0 0度以下的制冷度以下的制冷l共共晶晶冰冰：由由共共晶晶溶溶液液冰冰结结而而成成的的冰冰，用用于于冷冷藏藏食食品品（0 0度以下融化）或空调蓄冷（度以下融化）或空调蓄冷（0 0度以上融化）度以上融化）第一节相变制冷固体融化制冷第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图2.1 水的相平衡图 图2.2 CO2的相平衡图第一节相变制冷第一节相变制冷图2.1 水的相平衡图 第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节相变制冷第一节相变制冷第一节相变制冷第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节相变制冷第一节相变制冷固体升华制冷固体升华制冷l目目前前使使用用得得最最多多的的固固体体升升华华制制冷冷剂剂是是COCO2 2，N N2 2，NeNe，ArArlCOCO2 2：在在标标准准大大气气下下，升升华华温温度度为为-78.5-78.5度度，升升华华潜潜热热为为573.6kJ/kg573.6kJ/kg。升升华华后后的的低低温温CO2CO2若若再再升升温温到到度度，则则总总的的制制冷冷量量为为646.4kJ/kg646.4kJ/kg，其其单单位位质质量量制制冷冷能能力力是是冰的冰的1.91.9倍，单位容积制冷能力是冰的倍，单位容积制冷能力是冰的2.952.95倍倍第一节相变制冷固体升华制冷第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节相变制冷第一节相变制冷液体汽化制冷液体汽化制冷l利利用用液液体体汽汽化化过过程程的的吸吸热热效效应应来来制制冷冷，制制冷冷剂剂是是流流体（液体或气体），可以构筑制冷循环实现连续制冷体（液体或气体），可以构筑制冷循环实现连续制冷l制制冷冷循循环环的的四四个个基基本本过过程程：、制制冷冷剂剂液液体体在在低低温温下下蒸蒸发发，成成为为低低压压蒸蒸气气；、将将低低压压蒸蒸气气提提高高压压力力，使使之之成成为为高高压压蒸蒸气气；、将将高高压压蒸蒸气气冷冷凝凝，使使之之成成为为高高压压液液体体；、将将高高压压液液体体降降低低压压力力，使使之之重重新新变变为为低低压压液液体体返返回回过过程程，从从而而完完成成循环循环l典典型型的的制制冷冷循循环环：蒸蒸气气压压缩缩式式、吸吸收收式式、吸吸附附式式、蒸蒸气气喷射式喷射式第一节相变制冷液体汽化制冷第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图2.3 蒸气压缩式制冷系统简图第一节相变制冷第一节相变制冷液体汽化制冷液体汽化制冷l蒸蒸气气压压缩缩式式制制冷冷循循环环：以以消消耗耗电电能能或或机机械械能能为为能能量量补偿，通过压缩机对低压气体做功，使之压力升高补偿，通过压缩机对低压气体做功，使之压力升高图2.3 蒸气压缩式制冷系统简图第一节相变制冷液体汽化制第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节相变制冷第一节相变制冷液体汽化制冷液体汽化制冷l蒸蒸气气吸吸收收式式制制冷冷循循环环：通通过过液液体体吸吸收收剂剂对对制制冷冷剂剂蒸蒸气气进进行行吸吸收收，再再利利用用驱驱动动热热源源加加热热吸吸收收工工质质对对，来来产产生生较较高高压压力力和和温温度度的的制制冷剂蒸气冷剂蒸气图2.6 蒸气吸收式制冷系统图第一节相变制冷液体汽化制冷图2.6 蒸气吸收式制冷系统图第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节相变制冷第一节相变制冷液体汽化制冷液体汽化制冷l蒸蒸气气吸吸附附式式制制冷冷循循环环：通通过过固固体体吸吸附附剂剂对对制制冷冷剂剂蒸蒸气气进进行行吸吸收收，再再利利用用驱驱动动热热源源加加热热吸吸附附工工质质对对，来来产产生生较较高高压压力力和和温温度度的的制制冷剂蒸气冷剂蒸气图2.7 间歇型吸附式制冷系统的原理图第一节相变制冷液体汽化制冷图2.7 间歇型吸附式制冷系统第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节相变制冷第一节相变制冷液体汽化制冷液体汽化制冷l蒸蒸气气喷喷射射式式制制冷冷循循环环：使使用用热热能能作作为为驱驱动动能能源源，利利用用喷喷射射器器实实现现从从蒸蒸发发器器中中抽抽取取蒸蒸气气并并压压缩到高压缩到高压图2.9 蒸气喷射式制冷系统图第一节相变制冷液体汽化制冷图2.9 蒸气喷射式制冷系统图第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷气体膨胀制冷的原理及特点气体膨胀制冷的原理及特点l在在气气体体低低温温制制冷冷机机和和气气体体液液化化装装置置中中，普普遍遍采采用用气气体膨胀的方法获得低温体膨胀的方法获得低温l气气体体膨膨胀胀制制冷冷主主要要分分为为四四种种方方式式：、气气体体经经节节流流阀阀膨膨胀胀，称称为为绝绝热热节节流流，节节流流前前后后焓焓值值不不变变；、高高压压气气体体在在膨膨胀胀机机内内等等熵熵膨膨胀胀，温温度度降降低低，对对外外输输出出功功；、气气体体等等温温膨膨胀胀，从从外外界界吸吸热热；、绝绝热热放放气气，容容器内的存留气体温度下降器内的存留气体温度下降第二节气体膨胀制冷气体膨胀制冷的原理及特点第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷等焓节流膨胀制冷等焓节流膨胀制冷l等焓节流过程等焓节流过程：n定定义义：节节流流是是高高压压流流体体在在稳稳定定流流动动中中，遇遇到到缩缩口口或或调调节节阀阀门门等阻力元件时由于局部阻力产生，压力显著下降的过程。等阻力元件时由于局部阻力产生，压力显著下降的过程。n特特点点：在在工工程程上上节节流流过过程程进进行行得得很很快快，近近似似作作为为绝绝热热过过程程处处理理，前前后后的的比比焓焓值值不不变变，是是不不可可逆逆过过程程，熵熵必必定定增增大大。对对于于处处于于气气液液两两相相区区的的单单一一物物质质，节节流流后后温温度度总总是是降降低低的的；对对于于理理想想气气体体，焓焓是是温温度度的的单单值值函函数数，所所以以绝绝热热节节流流前前后后焓焓值值不不变变，温温度度也也不不变变；对对于于实实际际气气体体，焓焓是是温温度度和和压压力力的的函函数数，绝绝热热节节流流后温度降低、升高和不变种情况都可能出现后温度降低、升高和不变种情况都可能出现第二节气体膨胀制冷等焓节流膨胀制冷第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷等焓节流膨胀制冷等焓节流膨胀制冷l实际气体的节流效应实际气体的节流效应：n微微分分节节流流效效应应（焦焦耳耳汤汤姆姆逊逊系系数数）：实实际际气气体体节节流流时时，温温度随微小压降而产生的变化，用下式表示：度随微小压降而产生的变化，用下式表示：n积积分分节节流流效效应应：当当压压降降为为一一有有限限数数值值时时，整整个个节节流流过过程程产产生生的温度变化，用下式表示：的温度变化，用下式表示：第二节气体膨胀制冷等焓节流膨胀制冷第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷等焓节流膨胀制冷等焓节流膨胀制冷l实际气体的节流效应实际气体的节流效应：n物理解释：物理解释：u由由于于节节流流前前后后焓焓值值不不变变，所所以以节节流流前前后后的的内内能能变变化化等等于于进进出出推推动动功功的的差差值：值：u u2 2-u-u1 1=p=p1 1v v1 1-p-p2 2v v2 2u气气体体的的内内能能包包括括内内动动能能和和内内位位能能两两部部分分，而而气气体体温温度度是是降降低低升升高高还还是是不不变，仅取决于气体内动能是减小、增大还是不变变，仅取决于气体内动能是减小、增大还是不变u当当p p1 1v v1 1pp2 2v v2 2时时，u u2 2upp2 2v v2 2时时，u u2 2uu1 1，即即节节流流后后内内能能增增大大。此此时时，若若内内能能的的增增加加小小于于内内位位能能的的增增加加，则则内内动动能能是是减减小小的的，温温度度仍仍是是降降低低；若若内内能能的的增增加加大大于于内内位位能能的的增增加加，则则内内动动能能必必然然要要增增大大，温温度度要要上上升升；若若内内能能的的增增加加等等于于内内位位能能的的增增加加，则则内内动动能能不不变变，温温度度也也不不变变，即即微微分分节节流流效效应应等等于于，这这个个温温度度称为转化温度称为转化温度第二节气体膨胀制冷等焓节流膨胀制冷第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物等焓节流膨胀制冷等焓节流膨胀制冷第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷图图1-12 1-12 实际气体的等焓节流膨胀实际气体的等焓节流膨胀 零效应的连线称为转化曲线，如图上虚线所示。若节流后气体温度保持不变，这样的温度称为转化温度若节流后气体温度保持不变，这样的温度称为转化温度。焦耳汤姆逊系数就是图上等焓线焦耳汤姆逊系数就是图上等焓线的斜率的斜率气体气体最高转化温度最高转化温度(K)气体气体最高转化温度最高转化温度(K)He445CO652H2205Ar794Ne250O2761N2621CH4939空气空气603CO21500NH31994等焓节流膨胀制冷第二节气体膨胀制冷图1-12 实际气体的第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷等焓节流膨胀制冷等焓节流膨胀制冷l林德制冷循环林德制冷循环：图2.13 林德循环系统图 图2.14 林德循环T-s图第二节气体膨胀制冷等焓节流膨胀制冷图2.13 林德循环系第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷等焓节流膨胀制冷等焓节流膨胀制冷l节节流流液液化化循循环环：气气体体液液化化循循环环是是一一开开式式循循环环，所所用用的的气气体体在在循循环环过过程程中中既既起起制制冷冷剂剂的的作作用用，本本身身又又被被部部分或全部地液化并作为液态产品输出分或全部地液化并作为液态产品输出第二节气体膨胀制冷等焓节流膨胀制冷第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷气体等熵膨胀制冷气体等熵膨胀制冷l等等熵熵膨膨胀胀的的热热力力学学特特性性：理理想想情情况况下下，气气体体在在膨膨胀胀机机中中的的膨膨胀胀过过程程对对外外有有功功输输出出，膨膨胀胀后后气气体体内内位位能能增增大大，消消耗耗的的这这些些能能量量需需要要内内动动能能来来补补偿偿，因因此此气气体体温温度必然降低，产生冷效应：度必然降低，产生冷效应：n微分等熵效应微分等熵效应n积分等熵效应积分等熵效应第二节气体膨胀制冷气体等熵膨胀制冷第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷气体等熵膨胀制冷气体等熵膨胀制冷l等熵膨胀的热力学特性等熵膨胀的热力学特性：n等等熵熵膨膨胀胀总总是是产产生生冷冷效效应应，而而节节流流膨膨胀胀则则需需要要在在气气体体转转化化曲曲线内部才产生冷效应线内部才产生冷效应n相相同同条条件件下下，等等熵熵膨膨胀胀的的温温降降比比节节流流膨膨胀胀大大得得多多，a as s-a ah h=v/c=v/cp p；等熵膨胀的制冷量比节流膨胀大，；等熵膨胀的制冷量比节流膨胀大，q qs s-q-qh h=w=we en等熵膨胀可以回收膨胀功，进一步提高循环的经济性等熵膨胀可以回收膨胀功，进一步提高循环的经济性n节节流流膨膨胀胀和和等等熵熵膨膨胀胀各各有有优优势势，在在实实际际中中都都有有应应用用：节节流流阀阀结结构构比比较较简简单单，还还可可在在气气液液两两相相区区工工作作；而而等等熵熵膨膨胀胀的的膨膨胀胀机机结构复杂，且带液的两相膨胀机的设计技术尚不成熟结构复杂，且带液的两相膨胀机的设计技术尚不成熟第二节气体膨胀制冷气体等熵膨胀制冷第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷气体等熵膨胀制冷气体等熵膨胀制冷l布布雷雷顿顿制制冷冷循循环环：以以气气体体为为工工质质，由由两两个个等等压压和和等等熵熵过过程程组组成成，工工质质不不发发生生相相变变，又又称称为为气气体体制制冷冷循循环环。由由于于是是利利用用气气体体吸吸收收显显热热实实现现制制冷冷，而而气气体体比比热热容容很很小小，因因此此单单位位容容积积制制冷冷很很小小、制制冷冷效效率率低低。目目前前主主要要用于飞机座舱的空调和获取用于飞机座舱的空调和获取-70-70度以下的温度度以下的温度图2.16 无回热气体制冷机系统图图2.17 无回热气体制冷机 理论循环T-s图第二节气体膨胀制冷气体等熵膨胀制冷图2.16 无回热气体第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷气体等温膨胀制冷气体等温膨胀制冷l斯特林制冷循环斯特林制冷循环：n制制冷冷原原理理：低低温温气气体体在在等等温温膨膨胀胀过过程程中中要要从从外外界界吸吸热热，产产生生冷冷效效应应，是是一一种种由由两两个个等等温温过过程程和和两两个个等等容容回回热热过过程程组组成成的的闭闭式式热热力力学学循循环环，也也称称为为定定容容回热循环回热循环图2.20 理想斯特林循环的工作过程第二节气体膨胀制冷气体等温膨胀制冷图2.20 理想斯特林第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷气体等温膨胀制冷气体等温膨胀制冷l维勒米尔（）制冷循环维勒米尔（）制冷循环：n制制冷冷原原理理：VMVM制制冷冷机机是是用用热热能能驱驱动动的的斯斯特特林林制制冷冷机机。图图中中-2-3-4-1-2-3-4-1为为逆逆向向斯斯特特林林循循环环，它它是是在在T T0 0下下等等温温吸吸热热，在在T Ta a下下等等温温放放热热。1-2-31-2-3-4-4-1-1为为正正向向斯斯特特林林循循环环，它它在在T Th h下下从从高高温温热热源源等等温温吸吸热热，在在T Ta a下下等等温温放放热热。常常用用VMVM制制冷冷机机的的中中间间温温度度T Ta a为为环环境境温温度度。可可见见，VMVM制制冷冷机机不不需需要要动动力力驱驱动动，直直接接消消耗耗高高温温热热源源的的热热能能制制冷冷，又又称称为为热热气气体制冷机体制冷机图2.22 VM制冷理论循环的p-V图第二节气体膨胀制冷气体等温膨胀制冷图2.22 VM制冷理第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷绝热放气制冷绝热放气制冷l定定义义：又又称称为为西西蒙蒙膨膨胀胀，它它是是容容器器中中的的高高压压气气体体向向低低压压空空间间放放气气的的膨膨胀胀过过程程。在在此此过过程程中中，留留在在容容器器中中的的气气体体向向放放出出的的气气体体作作推推动动功功，消消耗耗自自身身的的一一部部分分内内能能而而降降温温，产产生生制制冷冷效效应应，介介于于节节流流膨膨胀胀与与等等熵熵膨膨胀胀之之间间，是是目目前前获获得得低低温温的的重重要要方方法法之之一。吉福特麦克马洪（一。吉福特麦克马洪（G-M)G-M)制冷和脉管制冷最为典型。制冷和脉管制冷最为典型。l绝绝热热放放气气制制冷冷的的热热力力学学特特性性：如如果果放放气气过过程程进进行行得得很很慢慢，活活塞塞左左侧侧和和右右侧侧的的气气体体始始终终处处于于平平衡衡状状态态，将将按按等等熵熵过过程程膨膨胀胀，做做外外功功最最大大，温温降降也也最最大大；如如果果放放气气过过程程很很迅迅速速，则则做做功功最最小小，温降也最小。温降也最小。第二节气体膨胀制冷绝热放气制冷第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷绝热放气制冷绝热放气制冷l吉吉福福特特麦麦克克马马洪洪(G-M)(G-M)制制冷冷循循环环：由由升升压压、等等压压进进气气、绝绝热热放放气气、等等压压排排气气个个热热力力过过程程组组成成图2.24 单级G-M制冷机系统图第二节气体膨胀制冷绝热放气制冷图2.24 单级G-M第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节气体膨胀制冷第二节气体膨胀制冷绝热放气制冷绝热放气制冷l脉脉管管制制冷冷机机：利利用用高高低低压压气气体体对对脉脉冲冲管管腔腔的的充充放放气气而而获获得得低低温温图2.26 基本型脉管制冷机结构原理图第二节气体膨胀制冷绝热放气制冷图2.26 基本型脉管制冷第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第三节其它制冷方式第三节其它制冷方式涡流管制冷涡流管制冷l制制冷冷原原理理：利利用用人人工工方方法法使使压压缩缩气气体体产产生生涡涡流流运运动动，涡涡流流室室中中心心部部分分的的气气体体失失去去能能量量，经经孔孔板板流流出出时时具具有有较较低低的的温温度度；边边缘缘部部分分的的气气体体吸吸收收能能量量，动动能能增增加加，并并通通过过与与管管壁壁的的摩摩擦擦将将部部分分动动能能变变成成热热能能，因因此此流流出出时时具具有有较较高高的的温温度度。这这样样同同一一股股气气流流分分成成冷冷、热热两两部部分分气气流流，其其中中分分离离出出来来的的冷冷气气流流便便可用来制冷可用来制冷图2.27 涡流管的结构及工作 原理示意图1进气管；2喷嘴；3孔板；4冷端管子；5涡流室；6热端管子；7控制阀第三节其它制冷方式涡流管制冷图2.27 涡流管的结构及工第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第三节其它制冷方式第三节其它制冷方式热电制冷（半导体制冷）热电制冷（半导体制冷）l制制冷冷原原理理：如如图图，当当电电偶偶通通以以直直流流电电流流时时，P P型型半半导导体体内内载载流流子子(空空穴穴)和和N N型型半半导导体体内内载载流流子子(电电子子)在在外外电电场场作作用用下下产产生生运运动动，载载流流子子从从冷冷端端金金属属片片吸吸收收热热量量提提高高势势能能进进入入半半导导体体，然然后后在在热热端端金金属属片片处处排排出出热热量量降降低低势势能能并并进进入入热热端端金金属属片片。如如果果将将电电源源极极性性互互换换，则则电电偶偶对对的的制制冷冷端端与与发发热热端也随之互换。端也随之互换。第三节其它制冷方式热电制冷（半导体制冷）第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第三节其它制冷方式第三节其它制冷方式磁制冷磁制冷l制制冷冷原原理理：利利用用顺顺磁磁性性物物质质在在绝绝热热去去磁磁过过程程中中吸吸收收热热量量的的原原理理获获得得低低温温。在在磁磁化化过过程程中中，分分子子磁磁矩矩按按照照外外磁磁场场方方向向平平行行规规则则的的排排列列，增增加加了了磁磁介介质质的的有有序序度度，对对外外放放热热；在在去去磁磁过过程程中中，分分子子磁磁矩矩重重新新按按任任意意方方向向排排列列，磁磁有有序序度度下下降降，从从外外界界吸吸收收热热量。量。图2.30 磁制冷理想循环的S-T图 图2.31 艾里克森循环的S-T图第三节其它制冷方式磁制冷图2.30 磁制冷理想循环的S-第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第三节其它制冷方式第三节其它制冷方式热声制冷热声制冷l制制冷冷原原理理：在在谐谐振振管管的的热热端端输输入入声声波波（驻驻波波），处处于于热热声声板板叠叠左左端端的的气气体体受受声声波波压压缩缩温温度度升升高高放放出出热热量量，右右端端的的气气体体绝绝热热膨膨胀胀温温度度降降低低吸吸收收热热量量，这这样样，在在声声波波的的每每个个循循环环中中，气气团团将将热热量量从从板板叠叠的的右右端端向向左左端传递端传递图2.32 热声制冷机的基本工作原理图第三节其它制冷方式热声制冷图2.32 热声制冷机的基本工第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第三节其它制冷方式第三节其它制冷方式氦稀释制冷氦稀释制冷l制制冷冷原原理理：当当HeHe与与HeHe的的混混合合物物在在0.87k0.87k以以下下温温度度时时会会发发生生相相分分离离，上上相相为为HeHe的的浓浓相相，下下相相为为HeHe的的浓浓相相。如如果果用用某某些些方方法法来来提提取取下下相相HeHe溶溶液液中中的的氦氦原原子子，那那么么3 3HeHe原原子子会会由由上上面面的的3 3HeHe浓相溶解到下相中并伴随吸热，从而降低温度。浓相溶解到下相中并伴随吸热，从而降低温度。化学制冷化学制冷l制制冷冷原原理理：利利用用某某些些化化学学反反应应的的吸吸热热效效应应制制冷冷，例例如如化化肥肥溶溶解解于于水水时时是是吸吸热热反反应应，可可使使化化肥肥溶溶液液保保持持度度达达两两天天之之久久；如如采采用用液液氧氧作作制制冷冷工工质质，金金属属氧氧化化物物为为吸吸附附剂剂的的化化学学吸吸附附方方式式，可可获获取取的的低低温温。总总之之，自自然然界界中中一切具有吸热或降温效应的现象都可以用作制冷。一切具有吸热或降温效应的现象都可以用作制冷。第三节其它制冷方式氦稀释制冷化学制冷第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第三节其它制冷方式第三节其它制冷方式制冷方法的选择制冷方法的选择l合合适适的的制制冷冷温温度度和和制制冷冷量量范范围围：在在普普冷冷范范围围内内，一一般般采采用用蒸蒸气气压压缩缩式式和和吸吸收收式式制制冷冷。当当温温度度小小于于度度、制制冷冷量量在在以以下下时时，适适合合采用热电制冷。在深冷温度范围内，通常采用气体膨胀制冷方法及磁制冷采用热电制冷。在深冷温度范围内，通常采用气体膨胀制冷方法及磁制冷。l消消耗耗能能量量的的形形式式：在在电电力力供供应应不不足足的的场场合合，或或燃燃料料供供应应充充足足的的场场合合，尤其是有废热、余热可以利用的场合，应优先考虑吸收或吸附式制冷。尤其是有废热、余热可以利用的场合，应优先考虑吸收或吸附式制冷。l运行安全性和可靠性运行安全性和可靠性：如氨不适合用在人口密集的场合如氨不适合用在人口密集的场合l环境保护环境保护：使用的制冷剂应不破坏臭氧层且温室效应小使用的制冷剂应不破坏臭氧层且温室效应小l系统初投资和运行管理费用系统初投资和运行管理费用l操作维护的方便性操作维护的方便性第三节其它制冷方式制冷方法的选择第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第四节制冷循环的热力学分析第四节制冷循环的热力学分析引言引言l正正向向循循环环与与逆逆向向循循环环：正正循循环环是是把把热热量量转转化化成成机机械械功功的的动动力力循循环环，在在温温熵熵图图或或压压焓焓图图上上按按顺顺时时针针方方向向进进行行，热热力力发发动动机机都都是是按按正正向向循循环环工工作作；逆逆向向循循环环是是一一种种消消耗耗功功的的循循环环，在在温温熵熵图图或或压压焓焓图图上上按按逆逆时时针针方方向向进进行行，制制冷冷机机和和热热泵泵都都是是按按逆逆向向循循环环工作工作。l可可逆逆循循环环与与不不可可逆逆循循环环：循循环环的的各各个个过过程程中中，只只要要包包含含不不可可逆逆过过程程，就就是是不不可可逆逆循循环环。制制冷冷循循环环的的不不可可逆逆过过程程可可分分为为内内部部不不可可逆逆和和外外部部不不可可逆逆。制制冷冷剂剂在在流流动动过过程程中中因因摩摩擦擦、扰扰动动及及内内部部不不平平衡衡而而引引起起的的损损失失，属属内内部部不不可可逆逆；换换热热器器中中有有温温差差时时的的传传热热损损失失，属属外外部部不不可可逆逆。逆逆向向可可逆逆循循环环，是是热热力力学学上上最最完完善善的制冷循环的制冷循环第四节制冷循环的热力学分析引言第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第四节制冷循环的热力学分析第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析l制制冷冷循循环环分分类类：（a)a)机机械械能能或或电电能能驱驱动动的的制制冷冷循循环环；(b)(b)热热能驱动的制冷循环能驱动的制冷循环图2.33 制冷系统的能量转换关系示意图第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析图2.33 第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第四节制冷循环的热力学分析第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析l机械或电能驱动的逆卡诺循环机械或电能驱动的逆卡诺循环：热力学分析热力学分析图2.34 逆卡诺循环在 T-s图上的表示制冷系数的特性：制冷系数的特性：1 1、高温高，低温低，制冷系数小、高温高，低温低，制冷系数小 2 2、低温比高温对它影响程度大、低温比高温对它影响程度大 3 3、与循环介质无关、与循环介质无关 4 4、其值可大于、其值可大于1 1，小于，小于1 1，或等于，或等于1 1第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析图2.34 第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第四节制冷循环的热力学分析第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析l机械或电能驱动的逆卡诺循环机械或电能驱动的逆卡诺循环：有传热温差时：有传热温差时制冷系数：制冷系数：热力完善度的特性：热力完善度的特性：1 1、其数值恒小于、其数值恒小于1 1 2 2、温差越大，其值越小、温差越大，其值越小热力完善度：第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析制冷系数：热第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第四节制冷循环的热力学分析第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析l机械或电能驱动的洛伦兹循环机械或电能驱动的洛伦兹循环：热源温度发生变化时：热源温度发生变化时洛伦兹循环过程及循环分析洛伦兹循环过程及循环分析洛伦兹循环的分析及热力学评价：洛伦兹循环的分析及热力学评价：洛伦兹循环的分析及热力学评价：洛伦兹循环的分析及热力学评价：洛伦兹循环的制冷系数：洛伦兹循环的制冷系数：微元的制冷系数：微元的制冷系数：洛伦兹循环过程的消耗功：洛伦兹循环过程的消耗功：洛伦兹循环与逆卡诺循环对比：见图洛伦兹循环与逆卡诺循环对比：见图1-31-3洛伦兹循环过程的排热量：洛伦兹循环过程的排热量：洛伦兹循环过程的制冷量：洛伦兹循环过程的制冷量：第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析洛伦兹循环过第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第四节制冷循环的热力学分析第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析l机械或电能驱动的制冷循环实例机械或电能驱动的制冷循环实例：蒸气压缩式制冷循环：蒸气压缩式制冷循环系统制冷量的计算方法（质量流量系统制冷量的计算方法（质量流量表达体积流量表达）：表达体积流量表达）：制冷系数表达式制冷系数表达式制冷系数表达式制冷系数表达式（系统冷量表达）（系统冷量表达）（系统冷量表达）（系统冷量表达）制冷剂单位容积制冷量表达及意义制冷剂单位容积制冷量表达及意义压缩蒸气制冷循环的压缩蒸气制冷循环的4 4大件：压缩机、冷凝器、大件：压缩机、冷凝器、节流机构和蒸发器节流机构和蒸发器第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析系统制冷量的第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第四节制冷循环的热力学分析第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析l热能驱动的可逆制冷循环热能驱动的可逆制冷循环：热力学分析热力学分析图2.35 热能驱动可逆 制冷循环的T-s图热力系数的特性：热力系数的特性：1 1、热力系数小于逆卡诺循环系数，、热力系数小于逆卡诺循环系数，但是比较基准不一样。但是比较基准不一样。2 2、热力系数随高温热源提高，低温、热力系数随高温热源提高，低温热源提高，环境温度降低，而提高。热源提高，环境温度降低，而提高。第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析图2.35 第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第四节制冷循环的热力学分析第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析l热热能能驱驱动动的的可可逆逆制制冷冷循循环环：可可逆逆热热机机和和可可逆逆机机械械制制冷冷机机的的叠叠加加图2.36 热能驱动制冷机能量转换的等价关系第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析图2.36 第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第四节制冷循环的热力学分析第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析l热力完善度热力完善度：第四节制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第四节制冷循环的热力学分析第四节制冷循环的热力学分析热泵循环的热力学分析热泵循环的热力学分析图2.37 热泵的能量转换关系示意图区别：（1）两者目的不同；（2）两者的工作温度区间不同热泵和制冷机的关系：热泵和制冷机的关系：联系：两者的循环都为逆循环，都可称制冷循环第四节制冷循环的热力学分析热泵循环的热力学分析图2.37 第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第四节制冷循环的热力学分析第四节制冷循环的热力学分析热泵循环的热力学分析热泵循环的热力学分析机械热泵：机械热泵：热能驱动热泵：热能驱动热泵：第四节制冷循环的热力学分析热泵循环的热力学分析机械热泵：热第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第四节制冷循环的热力学分析第四节制冷循环的热力学分析热泵循环的热力学分析热泵循环的热力学分析图2.38 热泵空调系统工作原理图第四节制冷循环的热力学分析热泵循环的热力学分析图2.38 第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第四节制冷循环的热力学分析第四节制冷循环的热力学分析热泵循环的热力学分析热泵循环的热力学分析图2.39 同时制热和制冷的循环示意图第四节制冷循环的热力学分析热泵循环的热力学分析图2.39 第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物The objective of a refrigerator is to remove heat(QL)from the cold medium;the objective of a heat pump is to supply heat(QH)to a warm medium.The refrigerator and The Heat PumpThe objective of a refrigerato第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Heat Pump Heat Pump Heats a House in Winter and Heats a House in Winter and Cools it in SummerCools it in SummerHeat Pump Heats a House in Wi第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物习题习题、利用相变制冷的方法有哪几种？它们各有什么特点？、利用相变制冷的方法有哪几种？它们各有什么特点？、在在夏夏季季，将将室室内内冰冰箱箱的的门门打打开开，可可以以起起到到空空调调的的作作用用吗吗？为什么？为什么？、蒸蒸气气压压缩缩式式制制冷冷循循环环包包括括哪哪个个主主要要过过程程？发发生生这这些些过过程程的相应装置名称是什么？的相应装置名称是什么？、在在节节流流过过程程中中，流流体体的的热热力力学学参参数数变变化化如如何何？请请解解释释为为什什么制冷剂经过节流阀膨胀后温度会降低。么制冷剂经过节流阀膨胀后温度会降低。、在在液液体体汽汽化化制制冷冷中中，制制冷冷剂剂离离开开蒸蒸发发器器后后，能能不不能能直直接接进进行冷凝器进行冷凝？为什么？行冷凝器进行冷凝？为什么？习题第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物、吸收式制冷和吸附式制冷的区别有哪些？、吸收式制冷和吸附式制冷的区别有哪些？、利用气体膨胀制冷的方法有哪几种？它们的特点是什么？、利用气体膨胀制冷的方法有哪几种？它们的特点是什么？、气气体体绝绝热热节节流流过过程程中中，温温度度一一定定降降低低吗吗？为为什什么么？对对于于气气体等熵膨胀过程情况又如何？体等熵膨胀过程情况又如何？、涡涡流流管管制制冷冷的的原原理理和和特特点点是是什什么么？请请说说出出它它主主要要适适用用的的场场合。合。、热电制冷的特点是什么？它主要有哪些应用？、热电制冷的特点是什么？它主要有哪些应用？、热热声声制制冷冷的的原原理理是是什什么么？相相比比于于其其他他制制冷冷方方法法，它它的的主主要优势是什么？要优势是什么？习题习题习题第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物、选择制冷方法时，需要考虑的因素有哪些？、选择制冷方法时，需要考虑的因素有哪些？、机机械械能能驱驱动动的的制制冷冷机机的的制制冷冷系系数数和和热热能能驱驱动动制制冷冷机机的的热热力力系系数数分分别别如如何何计计算算？怎怎样样对对这这两两台台制制冷冷机机的的经经济济性性进进行行比比较较？、什什么么叫叫做做制制冷冷循循环环的的热热力力学学完完善善度度？它它与与循循环环的的性性能能系系数有什么区别？数有什么区别？、什什么么叫叫做做热热泵泵？它它的的工工作作原原理理是是什什么么？它它与与直直接接进进行行电电供热或燃料燃烧供热相比，哪个的热力学经济性最好？供热或燃料燃烧供热相比，哪个的热力学经济性最好？习题习题习题第一章制冷的热力学基础制冷原理与装置我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物谢谢大家！谢谢大家！