大學物理小論文淺談冰箱工作原理及節(jié)能

1、淺談冰箱工作原理及節(jié)能 姓名： 學號： 目錄摘 要本文首先介紹了制冷機的工作原理，并討論了卡諾循環(huán)中制冷系數(shù)的決定因素；接著詳細介紹了家用電冰箱的制冷系統(tǒng)的工作原理；最后在理論分析和數(shù)據(jù)比較的基礎上提出了電冰箱節(jié)能的幾點建議。關鍵字：制冷，工作原理目 錄第1章 引言. 1第2章 制冷典型方法介紹. 錯誤！未定義書簽。第3章 制冷機. 錯誤！未定義書簽。第4章 冰箱的工作原理. 錯誤！未定義書簽。第5章 如何實現(xiàn)冰箱節(jié)能. 錯誤！未定義書簽。參考文獻 . 6 第 1 章 引言 第1章 引言1.1 冷凍不僅僅用于食物保鮮。美國有 5 家專業(yè)公司專門從事在-200條件下保存逝者遺體的業(yè)務。許多人生前

2、都懷有一種希望，這就是有朝一日在某種藥物的幫助下能重新復活。選擇在液氮中長眠的第一人是心理學家詹姆斯貝德福德，他于1967 年 73 歲時被癌癥奪去了生命，從那時起有幾十人仿效他的做法，而別外成千上萬的人則簽訂了死后“冷藏”的合同。這些遺體在儲藏時頭部朝下，這樣一旦自動化的控制系統(tǒng)失靈，可以使頭部成為最后被解凍的部分。1.2 與普通人的感覺完全不同，冰箱并不是“制造冷氣的機器”，而是一種用來吸收食品中的熱量的裝置。它利用稱為“制冷劑”的液體，將食品中的熱量“抽取”出來并轉(zhuǎn)移到冰箱外面。致冷劑通過冰箱的一系列裝昧鞫饕?3 個基本的部件：壓縮機、冷凝器和蒸發(fā)器，并不斷重復同一個制冷循環(huán)（近似卡諾循

3、環(huán)）。1.3 除少數(shù)環(huán)保冰箱外，現(xiàn)在普通家用冰箱的制冷劑大多還是氟利昂（主要是二氯二氟甲烷），它儲存在冰箱的專用容器中。當冰箱開始運轉(zhuǎn)時，電動機帶動壓縮機開始工作，吸入處于低壓和常溫狀態(tài)下的氟利昂蒸氣，將其壓縮成為高溫高壓（約為 10 幾個大氣壓）的蒸氣。1.4 這些處于高溫高壓狀態(tài)下的氟利昂蒸氣離開壓縮機后被送往冷凝器。冷凝器是一種被多次彎曲的管子，稱為“蛇形管”，一般是被安裝在冰箱背后。由于進入冷凝器的氟利昂蒸氣的溫度比室溫要高，熱量就通過蛇形管的管壁向外散發(fā)，這樣氟利昂蒸氣的溫度就降低了并從氣態(tài)冷凝為液態(tài)，隨后它離開冷凝器流向蒸發(fā)器。蒸發(fā)器由另一個蛇形管構(gòu)成，同冰箱的內(nèi)部接觸。這個蛇形管

4、比冷凝器的蛇形管要細一些，因此氟利昂的流動速度就加快了，隨之而來的就是壓力驟然下降-這符合所謂的伯努利原理。 電子科技大學成都學院本科畢業(yè)設計論文1.5 由于在蒸發(fā)器中壓力急劇降低，氟利昂便劇烈蒸發(fā)，從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，伴隨這一過程的是溫度降低。由于熱量總是從較熱的物體向較冷的物體上轉(zhuǎn)移，所以冰箱中較熱的食物就將熱量轉(zhuǎn)移到流動著氟利昂氣體的蛇形管上，從而達到制冷的目的。1.6 上述過程完成之后，制冷劑氟利昂氣體又“整裝待發(fā)”，以便重新被壓縮機“吸收”，從而開始下一個循環(huán)過程。1.7 由于氟利昂會破壞臭氧層，現(xiàn)在已經(jīng)被逐漸淘汰，改用其他的制冷劑，但它們制冷的原理是一樣的。1.8 冰箱主要有兩種類型。

5、一種是像家用冰箱那樣的立式冰箱，另一種是通常為商店采用的柜式冰箱即冰柜。柜式冰箱用起來不太方便，但比前一種效率更高。事實上，每次打開家用冰箱的門時，由于冷空氣比重大，大量冷空氣會向下流動并被熱空氣替代。但這種現(xiàn)象是不會在柜式冰箱上發(fā)生的，而且柜式冰箱的優(yōu)點還在于它很少有除霜的必要。 第 2 章 制冷典型方法介紹 第2章 制冷典型方法介紹 目前所有制冷的幾個典型方法： 1、液體汽化制冷：利用液體氣化吸熱原理。 如：蒸汽壓縮式制冷、吸收式制冷、蒸汽噴射式、吸附式制冷。 2、氣體膨脹制冷：將高壓氣體做絕熱膨脹，使其壓力、溫度下降，利用降溫后的氣來吸取被冷卻物體的熱量從而制冷。 3、熱 電 制 冷：利

6、用某種半導體材料的熱電效應即帕爾貼效應的一種制冷方法。半導體材料具有較高熱電勢，可用來做成小型熱電制冷器。熱電制冷器的結(jié)構(gòu)和機理顯然不同于液體汽化制冷。它不需要工質(zhì)來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移、沒有任何機械運動部件。但熱電制冷的效率很低，半導體器件的價格又很高，而且必須使用直流電源，因此變壓整流裝置往往不可避免，增加了電堆以外的附加體積，故熱電制冷不宜大規(guī)模使用，但由于它的靈活性強，使用方便可靠，非常適合于微型制冷領域或有特殊要求的用冷場合。 4、氣體渦流制冷：實質(zhì)是利用人工方法產(chǎn)生漩渦使氣體分為冷熱兩部分。利用分離出來的冷氣流即可制冷。 5、磁 制 冷：借助磁性材料的磁熱效應，等溫磁化時向外界放出熱量，

7、絕熱退磁時從外界吸取熱量。與傳統(tǒng)的蒸汽壓縮式制冷相比，它沒有壓縮機，不 用氟里昂，循環(huán)效率高，低噪音，對大氣沒有污染，環(huán)境保護和節(jié)能優(yōu)勢十分明顯。 家用的冰箱大都是液體汽化制冷中的蒸汽壓縮式制冷。典型的制冷系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、毛細管、蒸發(fā)器和組成。它采用壓縮式制冷原理，在這個系統(tǒng)中，壓縮機將已吸收了熱量而成為氣態(tài)的制冷劑抽回汽缸內(nèi)，隨即壓縮成高溫高壓氣體，并排至冷凝器中。制冷劑在冷凝器內(nèi)將從蒸發(fā)器、壓縮機和低壓管道吸收的熱量，以強制冷卻的方式傳遞給周圍的空氣，高溫高壓氣體放熱后變成液體，經(jīng)過毛細管進入蒸發(fā)器。毛細管起節(jié)流降壓作用，它使制冷劑變成低壓、低溫液體， 電子科技大學成都學院本科畢業(yè)設

8、計論文并使系統(tǒng)維持一定的流量。蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑沸騰時，吸收周圍的熱量，由濕蒸汽變?yōu)轱柡驼羝缓笤俅伪粔嚎s機吸回。由于壓縮機的作用，制冷劑在系統(tǒng)中如此循環(huán)往復，把蒸發(fā)器吸收的熱量傳遞給冷凝器放出，實現(xiàn)制冷目的。 第 3 章 制冷機 第3章 制冷機 制冷機是按照制冷循環(huán)工作的機器。制冷機的作用是通過做功將低溫熱源的熱量傳遞給高溫熱源，從而使低溫熱源保持在較低的溫度。 在以理想氣體為工質(zhì)的制冷循環(huán)中，設外界對工作物質(zhì)做功為 a，使工作物質(zhì)從低溫熱源吸收熱量 q_2，在向高溫熱源放出熱量 q_1。制冷機的制冷能力用制冷系數(shù)表示，它等于工質(zhì)在一個循環(huán)中從低溫熱源吸收的熱量與外界對工質(zhì)做功的比值，制冷系數(shù)

9、用 e 表示，則有 eq_2/a 由熱力學第一定律，有 aq_2q_1。因此制冷系數(shù)可以表示為 eq_2/q_1-q_2 下圖為卡諾循環(huán)的過程曲線（制冷循環(huán)中為逆時針）1-2 段，3-4 段為等溫過程；1-4 段，2-3 段為絕熱過程 由卡諾循環(huán)中各個過程中各個物理量的關系易知，卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)可表示為 et_2/t_1-t_2 這一制冷系數(shù)為工作在溫度為 t_1 和 t_2 的熱源間的各種制冷機的制冷系數(shù)的極限值，此極限值取決于低溫熱源的熱力學溫度和兩熱源的溫度差。 電子科技大學成都學院本科畢業(yè)設計論文 第4章 冰箱的工作原理 壓縮式電冰箱是電機壓縮式電冰箱的簡稱，它是一種常見的冷凝器。它

10、主要有以下三個構(gòu)成部分：箱體、制冷系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。而其中最關鍵的是制冷系統(tǒng)。制冷系統(tǒng)主要由四大件組成：壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器，根據(jù)控制或是使用需要中間可以選擇安裝壓力控制器、溫度控制器、干燥過濾器等輔助器件，但四大件是必不可少的?，F(xiàn)在就來看看制冷系統(tǒng)是如何工作的。工作時氣態(tài)制冷劑氨或氟利昂等較易被液化的物質(zhì)通過壓縮機被急劇壓縮成高溫高壓的氣體后，進入冷凝器（冷凝器相當于一個換熱設備，將高溫高壓的氣態(tài)制冷劑換熱成低溫高壓的液態(tài)制冷劑。）通過其中的散熱片向周圍空氣即高溫熱源放熱而冷凝結(jié)成液態(tài)。液態(tài)制冷劑再通過膨脹閥，所謂膨脹閥就是一個節(jié)流裝置，因流出膨脹閥的制冷劑受到遏制，因此出來后制冷劑

11、壓力降低， （冰 溫度繼續(xù)下降，箱的膨脹閥一般用毛細管代替，因從大管突然到小管，同樣可以起到節(jié)流的效果） ，此時的制冷劑從冷庫即低溫熱源成為氣液兩相，再進入蒸發(fā)器（與冷庫相連接）吸熱，使冷庫溫度降低且自身蒸發(fā)成蒸氣，成為高溫低壓的氣態(tài)制冷劑回到壓縮機繼續(xù)循環(huán)。正是因為這樣，所以夏天用冰箱來冷卻房間，不但是不可能的，反而會使其內(nèi)部溫度升高。同時電冰箱在運行過程中，其制冷系統(tǒng)壓縮機的吸氣側(cè)移為低壓側(cè)，其壓力略高于大氣壓力。壓縮機的排壓側(cè)移為高壓側(cè)，遠高于吸氣側(cè)，因此兩側(cè)的壓強差很大壓力差也是很大，停機后兩側(cè)系統(tǒng)在一定時間內(nèi)仍然保持這個壓力差，如果立即起動，壓縮機活塞壓力加大，電機的壓動力矩不能克服

12、這樣的壓力差，使電機不能起動，處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，這就使得旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速加快，磁通量的變化率加大了，從而導致電機繞組的電流劇增，溫度升高，如果時間長，很有可能燒毀電機。這就是冰箱為什么不能在關機后立即開機的原因所在，一般至少要等 4-5 分鐘。 第 5 章 如何實現(xiàn)冰箱節(jié)能 第5章 如何實現(xiàn)冰箱節(jié)能由以上分析可知當工質(zhì)在冷庫吸收的熱量 q_2 相對于壓縮機對氣體做的功較多時，即制冷系數(shù) e 較大時，冰箱效率高，相對來說是節(jié)能的。由公式 et_2/t_1-t_2 可直觀地看出要想達到節(jié)能的目的，需要低溫熱源的溫度相對來說要高一些，同時兩熱源的溫差不要太大。例如家用電冰箱的冷庫溫度為 270k

13、，冰箱外大氣的溫 度 為 305k ， 則 其 制 冷 系 數(shù) 為et_2/t_1-t_2 270/305-2707.71 而冷庫溫度為 273k，冰箱外大 氣 的 溫 度 為 305k ， 則 其 制 冷 系 數(shù) 為et_2/t_1-t_2 273/300-27310.1 根據(jù)以上分析知可以總結(jié)出一些冰箱節(jié)能省電的方法： 在能夠保證物品不變質(zhì)的溫度范圍內(nèi)，設定冰箱內(nèi)部溫度高一些。擺放冰箱時，保證其左右方、后方、上方各有一定空隙，以方便冰箱散熱，使冰箱周圍溫度相對內(nèi)部溫度不至于太高，即兩熱源溫差較小。不要與音響、電視、微波爐等電器放在一起，這些電器產(chǎn)生的熱量會使冰箱周圍溫度升高，增加溫差增加耗電量。冷藏物品不要放得太密，留下空隙利于冷空氣循環(huán)，這樣食物降溫的速度比較快，減少工質(zhì)的循環(huán)次數(shù)，減少壓縮機的運轉(zhuǎn)次數(shù)，節(jié)約電能。 電子科