第二章 制冷空调基础知识

1 课题 第二章 制冷空调基础知识 第一节 热力学定律 教学目标 1 知识目标 工质的基本状态参数 理解热力学定律的内涵及应用 2 能力目标 通过理论知识的学习和应用 培养综合运用能力 3 情感目标 培养学生热爱科学 实事求是的学风和创新意识 创新精神 教学重点 热力学定律的内涵及应用 教学难点 焓湿图的意义和应用 教学方法 读书指导法 分析法 演示法 练习法 课时安排 4 学时 教学过程 导入 2 分钟 在热力工程中 实现热能与机械能的转换或热能的转移 都要借助于一种携带热能的 工作物质即工质 各种气体 蒸气及液体是工程上常用的工质 在热力过程中 一方面工 质的热力状态不断地发生变化 另一方面工质与外界之间有能量的交换 因此 工质的热 力性质及热能转换规律是工程热力学研究的内容 新课 1 2 学时 第一节 热力学定律 一 工质的物理性质及基本状态参数 1 物质的三态 固态 液态及气态 三态之间是通过吸热或放热来完成其状态转化的 1 固态 该种状态的物质分子间的引力比其它两种状态大 且分子间的距离最小 固体具一定形状 2 液态 液态的物质分子间的引力较小而间距较大 分子间相互可移动 因此液体 具有流动性而且无一定的形状 3 气态 和上述两种状态相比较 气态物体的分子间距离最大而分子间引力很小 分子间无相互约束 不停地进行着无规则的运动 因此 气体无形状 元固定体积 物质的状态取决于分子之间引力的大小和其热运动的强弱 2 基本状态参数 热力学中常见的状态参数有 基本状态参数 温度 T 压力 p 密度 或比体积 v 比 内能 u 比焓 h 等 1 温度 描述热力系统冷热程度的物理量 热力学温度的符号用 T 表示 单位为 K 开 热力学温度与摄氏温度之间的关系为 t T 273 15 K 或 T 273 15 K t t 摄氏温度 2 压力 2 SFp F 整个边界面受到的力 N S 受力边界面的总面积 m 2 绝对压力 工作压力和环境大气压力之间的关系为 负 压 正 压 eambeamb pp pamb 当地大气压力 pe 工作压力 3 比体积和密度 系统中工质所占有的空间称为工质的体积 而单位质量的工质所 占有的体积称比体积 用 v 表示 单位为 m3 kg 决定压缩机制冷量的重要参数 与工质 密度互为倒数 例 2 1 锅炉中蒸汽压力表的读数 凝汽器的真空度值 根据真空表Pa10 25e p 读为 若大气压力 试求锅炉及凝汽器中蒸汽的绝对Pa05 94e p 3amb 力 解 锅炉中水蒸气的绝对压力 Pa103 Pa1032 a10325 55eamb p 凝汽器 电压电容 中的绝对压力 6 9 44eab 3 理想气体状态方程式 RTp Rg 气体常数 对于质量为 m kg 的理想气体 其状态方程为 mV V 质量为 m kg 的气体所占有的体积 m3 其它各参数同前 二 热力学定律及应用 能量守恒及转换定律 能量既不能被创造也不能被消灭 只能从一种形式转换成另一 种形式 或从一个系统转移到一个系统 在实际的工质状态变化中 热力学第一定律的表达式为 w uq q 加给 1 kg 工质的热量 J kg u 1 kg 工质内能 J kg w 机械功 J kg 热力学第二定律 1 在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移 而不能由低温物体自动向高 温物体转移 即在自然条件下这个转变过程是不可逆的 必须消耗功才能使热传递方向倒 转过来 2 任何形式的能都会很容易地变成热 而反过来热却不能在不产生其它影响的条件 下完全变成其它形式的能 这种转变在自然条件下是不可逆的 热变为机械功 一定伴随 有热量损失 1 热量 1 热量的定义 热量是系统与外界之间通过界面传递能量的一种方式 3 热量是能量在传递过程中的一种表现形式 热量与热力过程有关 当热量传递给系统即系统吸热时符号为正号 反之取负 单位 J 焦耳 2 热量传递的方式 热传导 热对流 热辐射 2 焓 比热容 1 焓的基本概念 1 kg 的气体工质流入到装有一定状态工质的容器中后 带来的 能量等于其全部内能与该气体流动功之和 其值称为焓 vpuh VUH H 表示质量为 m 的工质的焓 h 表示 1 kg 工质的焓 称为比焓 习惯上统称为 焓 h 的单位为 J kg H 的单位为 J mhpup v H 质量为 m 的工质的焓 J U 质量为 m 的工质的热力学能 J p 工质的压力 Pa V 工质的体积 m 3 m 工质的质量 kg u 1 kg 工质的热力学能 J kg v 工质的比体积 m kg h 1 kg 工质的焓 J kg 焓的变化量即是工质的热量 定压过程热和焓的表达式为 1212121 hpuqp v 2 比热容 1 kg 物质温度升高 1K 所需要的热量叫比热容 用 c 表示 其单位为 kJ kg K 比热容与热量和焓的关系式为 在定容过程中 12121TcuqV 在定压过程中 12121hp 例 2 2 在一个空气加热器中 空气的温度从 27 升高到 327 而空气的压力没有 变化 试求加热 1 kg 空气所需的热量 按定值比热容计算 解 根据热力学第一定律方程式 查表空气的比定压热容为 04kJ gKpc 所以30K27K27311 tT 62732732 tTkg J 01kg J064 1 Tchqp 4 3 熵 熵是状态参数 标志着工质的温度对热交换起着推动作用的状态变化的参数称为 熵 工程上经常将温度 T 和熵 S 作为一个坐标系 称温 熵图 以反映系统在进行热交换 过程中热量的变化 3 4 学时 三 制冷技术中常用的热力学名词 1 显热和潜热 l 显热 物质分子的动能变化而物质形态不变 这一过程吸收或放出的热能称之为 显热 2 潜热 物质分子的位能变化 即物质的状态发生改变 温度不发生变化 这一过 程中物质吸收或放出的热能称之为潜热 2 汽化与液化 1 汽化 物质由液体转变成蒸气的过程就是汽化过程 2 液化 液化与汽化是相反的过程 3 饱和温度和饱和压力 某种液体沸腾时所维持不变的温度称为沸点 热工学中又将其称为在某一压力下的饱 和温度 饱和温度与饱和压力一一对应 压力升高 饱和温度升高 不同液体 同压力下 饱和温度不同 4 过热与过冷 1 过热 过热度即过热蒸气的温度与饱和温度之差 2 过冷 过冷也有过冷度的概念 过冷液体温度比饱和液体温度所低的数值 称为 制剂液体的过冷度 5 临界温度和临界压力 压力增加 气体的液化温度随之升高 温度升高到某一数值时 气体的液化温度与压 力之间就不是正比的关系了 即使再增大压力不能使气体液化 此时的温度就叫做临界温 度 与临界温度对应的压力被称之为临界压力 四 作业安排 五 课后反思 第二节 制冷压缩原理及制冷剂 教学目标 1 知识目标 理解蒸汽压缩式制冷循环原理及压焓图的内涵 了解制冷剂性质和选用 原则 5 2 能力目标 通过理论知识的学习和应用 培养综合运用能力 3 情感目标 培养学生热爱科学 实事求是的学风和创新意识 创新精神 教学重点 蒸汽压缩式制冷循环原理及压焓图的内涵 教学难点 蒸汽压缩式制冷循环原理及压焓图的内涵 教学方法 读书指导法 分析法 演示法 练习法 课时安排 4 学时 教学过程 导入 2 分钟 制冷剂蒸气被液化的条件是将温度降低到临界点以下 制冷技术中的临界温度在对制 冷剂的要求上是一项非常重要参数 新课 1 2 学时 第二节 制冷压缩原理及制冷剂 一 制冷系统的组成 蒸气压缩式制冷机的工作原理如图所示 制冷系统组成 压缩机 冷凝器 膨胀阀 节流阀 蒸发器及它们之间的连接管路 等 完成一个循环只经过一次压缩 称为单级压缩制冷循环 制冷循环包括压缩 冷凝 节流 蒸发四个过程 设备名称 压缩机 冷凝器 节流阀 蒸发器 功用 吸入工质气体 提 高压力造成向高温 放热而液化的条件 将工质蒸气液化 降低液态工质的压 力 由工质蒸发潜热 汽化热 而产生 冷却作用 状态 气体 加入压缩功 气体 液体 放出 凝结热 液体 液体 气体 吸收 汽化热 压力 增加 高压 降压 低压 制冷工质 温度 低温 高温 过热 过热 高温 常温 过热 30 50 C 常温 低温 低温 过热温度 二 制冷循环 l 热功平衡分析 电能 热能 制冷剂吸收低温物体热量 q0 向高温介质释放热量 qk q 0 0 0 故 空调工程h dh d 中 过程曲线如图所示 3 干式冷却过程 等湿冷却过程 冷却过程中 空气焓值减少 即 h d 0 其过程如图所示 12 6 等焓减湿过程 采用固体吸湿剂对空气进行等焓减湿处理 固体吸湿剂有两类 一类 吸湿后仍为固体状态 另一类为吸湿后固态逐渐变为液态 固体吸湿剂处理空气的过程可看作等焓减湿过程 变化过程线如图所示 四 作业安排 五 课后反思 本章小节 1 工程热力学研究工质的状态和性质 常见的状态参数有温度 压力 比体积 以 上三个参数直接测量称为基本参数 内能 焓 熵等 理想气体状态方程式反映了各参数 之间的关系 能量守恒和转换是热力学第一定律的本质 而热功转换的条件则是热力学第 二定律的内容 2 压缩式制冷循环是最常见的制冷方式 实际制冷循环有过热循环 过冷循环和回 热循 压 焓图反映了制冷循环中各过程的状态参数的变化关系 3 湿空气的物理性质包括压力 温度 含湿量 相对湿度 绝对湿度等 空气又称 为湿空气 是干空气和水蒸气的总和 相应的压力也等于干空气分压力与水蒸气分压力之 13 和 以焓为纵示 以含湿量为横坐标的图形为焓 湿图 它反映了等相对湿度线 等温线 等焓线 等含湿 可在其上反映湿空气的加热过程 加湿过程 冷却过程等