制冷及低溫原理課程講課教案

1、制冷及低溫原理課程講課教案1 緒論1.1制冷的定義要點：（1）人工方法（2）被冷卻對象溫度（3）過程實現(xiàn)制冷需要有補償過程即有能量輸入。用熱力學(xué)第二定律說明內(nèi)在本質(zhì)原因。制冷溫度范圍劃分：掌握術(shù)語：制冷劑、制冷量制冷循環(huán)制冷機、制冷設(shè)備制冷裝置1.2研究內(nèi)容、應(yīng)用和發(fā)展內(nèi)容： （1）方法機理循環(huán)：熱物理過程（2）制冷劑：熱物理性質(zhì)、物理化學(xué)性質(zhì)（3）制冷機械與設(shè)備：原理性能設(shè)計要點：研究目的意義課外學(xué)習(xí)應(yīng)用：生活、生產(chǎn)、科研發(fā)展歷史2 制冷方法2.1物質(zhì)相變制冷要點：基本概念：（1）物質(zhì)集態(tài)：（2）相變（3）潛熱相變制冷：吸熱效應(yīng)制冷2.1.1固體相變冷卻（1） 冰冷卻：融點：0、潛熱335k

2、J/kg（2） 冰鹽冷卻： 冰鹽種類制冷溫度冰鹽濃度（3） 干冰冷卻：固態(tài)CO2：三相點：-56.6，0.52MPa三相點上吸熱融化，下吸熱升華，常壓升華溫度-78.5。2.1.2液體蒸發(fā)制冷汽化吸熱制冷要點：循環(huán)的基本原理：氣液平衡飽和狀態(tài)四個過程 增壓、降壓 實現(xiàn)循環(huán)方式多樣（1） 蒸氣壓縮式制冷：要點系統(tǒng)基本組成：四個部件+冷劑工作過程壓縮機作用：增壓，循環(huán)動力膨脹閥作用：降壓，控制流量耗能：機械能，電能（2） 蒸氣吸收式要點：系統(tǒng)組成工作過程熱壓縮概念耗能：熱能（3） 蒸氣噴射式制冷：要點：系統(tǒng)組成：噴射器，工質(zhì)泵工作過程：循環(huán)TS圖 循環(huán)的熱力分析：制冷劑：H2O、R等能耗：熱能描述

3、循環(huán)性能的指標(biāo)： 制冷量， 鍋爐熱負荷冷凝器熱負荷，泵功噴射系數(shù)，循環(huán)熱平衡詳解T-S圖（4） 吸附制冷要點：1）制冷原理：a、固體吸附劑吸附冷劑蒸汽作用，b、吸附能力，c、周期冷卻與加熱吸附劑形成吸附和解吸（脫附）2）吸附機理3）工質(zhì)對物理吸附制冷：1）沸石（鋁硅酸鹽礦物）+水2）系汽組成：吸附床+Con+Eva3）間歇式制冷4）連續(xù)制冷：多吸附器連續(xù)作用循環(huán)制冷速率吸附床傳熱傳質(zhì)特性（改善措施）固氣熱化學(xué)制冷（反應(yīng)法）1）固氣化學(xué)吸附：氯化物與氨的反應(yīng)熱現(xiàn)象固氣2）單效液體蒸發(fā)吸附循環(huán)：見參考教材P203）工質(zhì)對：氯化鋇（Bacl2）+氨（NH3）系氣組成與工作過程：固氣相平衡圖：（見參考

4、教材P20）2.2電磁聲制冷2.2.1熱電制冷：要點：西貝克效應(yīng)溫差電制冷（半導(dǎo)體），熱電效應(yīng)（帕爾帖效應(yīng)）：注意：熱電效應(yīng)強度 材料的熱電勢熱電制冷元件（熱電偶）：P型+N型半導(dǎo)體，連接銅線式銅片熱電堆：并聯(lián)式串聯(lián)多個熱電偶2.2.2磁制冷要點：磁熱效應(yīng)的物理意義補充知識：磁感應(yīng)強度：表示磁場強弱和方向的物理量： F受力，l導(dǎo)線長度，I電流強度磁場強度：H磁導(dǎo)率：B=H磁矩：磁熵：課外自習(xí)：1. 低溫磁制冷2. 高溫磁制冷2.2.3聲制冷要點：熱聲效應(yīng)：熱能與聲能之間相互轉(zhuǎn)換現(xiàn)象聲波傳播時會產(chǎn)生壓力波動，位移波動，溫度波動，當(dāng)其與固體邊界相遇，相互作用而有能量之轉(zhuǎn)換。課外自習(xí)：2.3氣體渦流

5、制冷2.3.1原理：1.2方法，使壓縮氣體產(chǎn)生渦流運動并分離成冷、熱兩部分，冷氣流去制冷。 工作介質(zhì)：空氣、CO2、NH3 渦旋（流）管：構(gòu)成 2.3.2工作過程：高壓室溫氣體·····冷熱氣流分離詳解工作過程的TS圖：2.3.3制冷計算渦流管的冷卻效應(yīng)：等熵膨脹強度效應(yīng)：冷卻效率：渦流管加熱效應(yīng)：制冷量： 制熱量： 質(zhì)量平衡、能量平衡可應(yīng)用于過程，則：3 單級蒸氣壓縮式制冷3.1可逆制冷循環(huán)3.1.1制冷的熱力學(xué)原理要點：逆向循環(huán)制冷循環(huán) 熱源、熱匯概念 制冷循環(huán)的熱力學(xué)本質(zhì)：能量補償實現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移：低溫?zé)嵩粗粮邷責(zé)釁R 逆向循環(huán) 見圖3-1描述

6、循環(huán)性能的參數(shù)（指標(biāo)）：熱泵、制冷機、熱泵型制冷機COP= 重點理解關(guān)系式：COPH=COPR+1 （有條件才成立）制冷系數(shù)，供熱系數(shù)（熱泵系數(shù)）循環(huán)效率（熱力完善度）：3.1.2逆卡諾制冷循環(huán)：循環(huán)構(gòu)成及工作過程：循環(huán)中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系：熱力學(xué)第一定律應(yīng)用循環(huán)的性能系數(shù)：分析其特性：，注意應(yīng)用：的討論要點：COP，的特點、區(qū)別與聯(lián)系3.1.3勞論茨循環(huán)要點：條件是熱源熱匯是變溫的制冷劑吸、放過程也是變溫的循環(huán)構(gòu)成：條件：任何過程無傳熱溫差等熵壓縮與膨脹過程?？赡鎰诨难h(huán)的性能系數(shù)：放熱量：吸熱量：Tm、Tom平均變量溫差輸入功：w=q-q03.2單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)要點：3.2.1循環(huán)

7、系統(tǒng)組成與工作過程1、 系統(tǒng)：四部件+Pipe+R2、 工作過程：單級蒸汽壓縮：一次性壓縮 3.2.2制冷劑的狀態(tài)圖熱力狀態(tài)參數(shù)：p、T、v、s、h（1）壓焓圖：圖的結(jié)構(gòu)特性：一點、兩線、三區(qū)、五態(tài)等值線族：等 t、p、v、s、h、臨界點：在臨界溫度以上，物態(tài)只能以汽相存在（2）溫熵圖：3.2.3理論循環(huán)：（飽和循環(huán)）1、 理論循環(huán)的假定：（見參考教材P69）五條2、 理論循環(huán)在狀態(tài)圖上的描述：（見參考教材P70）3、 循環(huán)特性：循環(huán)各過程包括：功、熱轉(zhuǎn)換與交換應(yīng)用熱力學(xué)第一定律（開口系）循環(huán)特性指標(biāo)：要點：單位質(zhì)量概念（1）：q0 （2）：qzv：壓縮機吸氣（3）：w 單位：kJ/kg，kJ

8、/m3（4）：wv（5） qk（6） 壓比：（壓機）（7） 排氣溫度：T2（8） COP（9）注意點：對于某一制冷劑采用理論循環(huán)分析可知：系統(tǒng)壓力水平 壓機工作條件 制冷能力 經(jīng)濟性制冷機性能指標(biāo)：（kw） P(w) COP qvh() 壓縮機理論輸氣量（1）制冷循環(huán)量： kg/s（2） kw（3） kw（4）COP=4、 理論循環(huán)的意義：（見參考教材P73表31）（1） 不可逆性：不可逆損失（2） 循環(huán)指標(biāo)與溫度及制冷劑物性有關(guān)實際循環(huán)的基準與參照， 用于評價制冷劑3.3 單級蒸汽壓縮式制冷的實際循環(huán)3.3.1實際循環(huán)：1、 實際工作存在的影響因素： 有傳熱溫差 （外部條件） 非飽和態(tài) （內(nèi)

9、部條件） 流動阻力，及散熱損失 非等熵壓縮2、 實際循環(huán)的狀態(tài)圖3、 實際循環(huán)的工作過程： 蒸發(fā)過程：401a 吸氣過程：1a1b1：過熱 壓縮過程：吸熱壓縮（熵增），放熱壓縮（熵減） 排氣過程：22a 冷卻凝結(jié)過程：2a3：過冷 節(jié)流過程：34：絕熱4、 實際循環(huán)的簡化為工程設(shè)計方便，做如下簡化（1） 忽略冷凝器蒸發(fā)器中壓降，以壓縮機排氣壓力作冷凝壓力（或排氣壓力減去壓降后），以壓縮機吸氣壓力作蒸發(fā)壓力（或吸氣壓力加上吸氣壓降），認為T0，TK為定植。（2） 壓縮過程簡化為有損失的簡單壓縮過程。（3） 節(jié)流為等焓過程簡化后的實際循環(huán)Ph圖：循環(huán)性能指標(biāo)： 指示比功：因非等焓及阻力損失 ：壓縮

10、機指示效率3.3.2各種實際因素對循環(huán)的影響1、 液體過冷：概念：過冷過冷度： 過冷循環(huán)： ，過冷循環(huán)與飽和循環(huán)對比：見P75，表32。 難點：思考書上過冷度對不同冷劑的影響情況實現(xiàn)過冷的方法：（1） 利用冷凝器（2） 利用增加過冷器（3） 利用回?zé)徇^冷狀態(tài)點比焊的確定： or ： 2、 吸氣過熱：概念：過熱， 過熱循環(huán)的P-h 圖過熱度：有用過熱：無用（有害）過熱：(1) 無用過熱時的循環(huán)對比： 見表33， 結(jié)論：有害(2) 有用過熱對比： 見表34， 結(jié)論：有用過熱是否使，COP增加取決于制冷劑性質(zhì)，增加幅度與過熱度大小有關(guān)。見圖314，315。3、 回?zé)幔ㄑh(huán)）：系統(tǒng)組成及工作過程?；?zé)?/p>

11、器，氣液熱交換器回?zé)嵫h(huán)的性能指標(biāo)： 回?zé)崞鳠崞胶?與理論循環(huán)對比，其等價于用有用過熱循環(huán)與理論循環(huán)對比，前者的結(jié)論適用。蒸發(fā)溫度低的制冷機適合采用回?zé)帷?、 管管壓力損失及熱交換（1） 吸氣管： （2） 排氣管： （1） 高壓液管：（2） 低壓液管：5、 壓縮機不可逆過程壓縮機損失：概念：（1） 指示功： 直接用于氣體壓縮指示功率：軸功： 輸入到主軸上的比功機械功率：輸入電功：電機輸入功電機功率：壓縮機容積功率： 實際輸氣量 m3/s ，理論輸氣量（輸氣系數(shù)）6、 相變傳熱不可逆的影響：存在傳熱，使： 3.3.3單級蒸汽壓縮式制冷機的熱力計算 熱力計算目的：為了系統(tǒng)部件設(shè)計或選型提供依據(jù) 計

12、算內(nèi)容 ： 確定計算工況 計算實際循環(huán)特性 計算制冷機性能和換熱的各負荷 計算方法與步驟： 確定制冷系統(tǒng)，工質(zhì) 確定制冷溫度、冷卻介質(zhì)溫度，制冷量Q或壓縮機理論輸氣量 確定循環(huán)工況：確定P-h圖 循環(huán) , ，注意點：吸氣溫度T1 是否考慮無用過熱視情況而定。換熱溫差的選取： 水冷冷凝器：K 風(fēng)冷冷凝器： K冷卻液體的蒸發(fā)器： K冷卻空氣的蒸發(fā)器： K 計算實際循環(huán)特性：確定進出口各設(shè)備制冷劑熱力狀態(tài)參數(shù)（由圖、表、物性計算程序）計算各項性能指標(biāo)注意點：各效率的確定 制冷機性能及設(shè)備熱負荷計算 計算示例見P8688。習(xí)題：1、 一臺制冷量為50KW的活塞式制冷機（開啟式）冷卻介質(zhì)溫度為32，被冷

13、卻物溫度為10，制冷劑為R22，采用回?zé)嵫h(huán)，吸氣溫度為0，試進行制冷機的熱力計算。（取0.8，0.92，0.75）2、 一房間空調(diào)器KC-25（Q2500W）制冷循環(huán)工況為：蒸發(fā)溫度t07.2，冷凝溫度tk54.4，過冷溫度：46；蒸發(fā)器出口溫度：15，壓縮機吸氣溫度：35，試進行熱力計算。（R22，0.9，0.95，0.95，0.85）34 制冷機變工況特性重點：1、 工況變化對制冷劑性能的影響要點：工況參數(shù)：T0，Tk，T1，T3，0，p，COP 工況參數(shù)。外部參數(shù)：熱源、熱匯即冷卻介質(zhì)，被冷卻物溫度參數(shù)，流量參數(shù)。外部參數(shù) 內(nèi)部參數(shù)（工況）（1） Tk變化的影響：以飽和循環(huán)為例，由ph

14、圖說明 當(dāng)： 循環(huán)：1234112341 循環(huán)特性變化： 制冷機性能變化： (2) t0變化的影響：t0 t0” 循環(huán)：1234112341 循環(huán)特性變化： 對此，用理想氣體壓縮過程分析，有： 當(dāng)pK一定，對于某一制冷劑，K一定對該式求導(dǎo)，且： ，取得極值條件是：當(dāng)一定，當(dāng)時，當(dāng)時，當(dāng)時，對于大多數(shù)制冷劑：制冷機性能變化：, 同上3.4采用混和制冷劑的單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)3.4.1理論循環(huán)：循環(huán)假設(shè)： 忽略流阻損失，和成分變化 吸、放熱過程為定壓，節(jié)流等焓壓縮，等熵 對于共沸混合物，其循環(huán)情況與純質(zhì)相同； 對于非共沸混合物，由相變變溫特點，可用勞倫茨循環(huán)作為理想化的基準循環(huán)。對二元混合物的制

15、冷循環(huán)，可表示為T-S圖上，3.4.2實際循環(huán)與純質(zhì)循環(huán)類似要考慮實際因素。特別考慮1、 蒸發(fā)器中制冷劑溫度的實際分布 設(shè)定壓蒸發(fā)時的溫度滑移，使得蒸發(fā)器入口處：蒸發(fā)器出口處：制冷劑沿程壓降，出口蒸發(fā)溫度改變,兩種效應(yīng)是綜合影響的，相疊加的結(jié)果，造成蒸發(fā)器中制冷劑溫度的實際分布三種可能的情況：A:B: C: 2、 成分偏移定壓相變時，氣、液相成分在變，不等于充注時的成分。實際中造成成分偏移的原因：P1144 制冷劑4.1概述制冷劑分類，1、 命名：據(jù)ISO0817制冷劑編號規(guī)定R 數(shù)字或字母 無機物：R7（）（） 氟利昂和烷烴：其分子式：CmHnFxCly,BrzCmH2m+2 R(m-1)(

16、n+1)(x)B(z) 共沸混合物 ：R5()() （按命名先后順序） 非共沸混合物：R4()() （按命名先后順序）2、 制冷劑的選用考慮因素： 制冷性能 實用性 環(huán)境可接受性4.2制冷劑的性質(zhì)3、 熱力性質(zhì)：p，t，v，h，s，cp，cv，k，a 飽和蒸氣壓與溫度關(guān)系 臨界溫度 粘性，導(dǎo)熱性和比熱容4、 環(huán)境影響指數(shù)（1） 臭氧衰減指數(shù)ODP：物質(zhì)氣體逸散到大氣中對臭氧破壞的潛在影響程度。以R11的臭氧平衡影響做基準（為1），其他則相比于R11。（2） 溫室影響指數(shù)（GWP）：對大氣變暖的直接潛在影響程度；以CO2的溫室影響做基準（為1）。5、 物理化學(xué)性質(zhì)（見參考教材P93）4.3混和制

17、冷劑要點：混合物的T-x相圖，定壓下相變時的熱力特征：（1） 非共沸混合物：相變溫度滑移： 定壓下，蒸發(fā)與冷凝要變溫。（2） 共沸混合物：定壓下，蒸發(fā)與冷凝不變溫（3） 近共沸混合物 很小概念：分餾，精餾混合物制冷劑的特點4.4實用的制冷劑要點： 近年由于涉及臭氧層的損耗情況，為了能顯示制冷劑元素的組成，知道是否含有氯（Cl）或溴（Br）等消耗臭氧的元素，因此制冷劑命名符號中，用組成元素符號代替字母R，方法是：C-碳，F(xiàn)-氟B-溴，C-氯，H-氫則符號有：CFC-含氯，氟，碳的完全鹵代烴 HCFC-含氯，氟，碳的不完全鹵代烴 HFC-含氯，氟，碳的天然鹵代烴 HC -碳氫化合物 臭氧層：位于地

18、球表面上空10-50Km的區(qū)域內(nèi)，為平流層占80（和位于10Km以下，為對流層，占15） 前者吸收大部分太陽輻射紫外線，可避免其危害地表生物。 制冷劑擴散到平流層中，在紫外線照射下，分解出氯原子，其促成臭氧（O3）分解成氧原子（O2），造成臭氧層衰減。 溫室效應(yīng)：地球周圍的CO2和水蒸氣可使太陽短波輻射穿過，而加熱地球，但攔截地球發(fā)射的長波熱輻射，會使地表氣溫達到平衡溫差（入射能量與反射能量處于平衡時） 大氣的這種保溫作用稱之為CO2稱為溫室氣體，還包括，甲烷，N02,制冷劑，溫室氣體過度排放后，增強地球溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球變暖。A:B: C: 5多級蒸氣壓縮制冷循環(huán)單級壓縮在常溫冷卻條件下，能

19、獲得的低溫程度有限，受壓比和排氣溫度制約。當(dāng)TH（TK）一定，TL（T0）下降就會使得，t2。對于往復(fù)式壓縮機有如下影響：1、 因有余隙容積，當(dāng)時，會使02、3、 T2超過允許值一般基于經(jīng)濟性和可靠性考慮，對氟機10，氨機8，對于回轉(zhuǎn)式容積壓縮機，主要影響是t2；對于離心式，單級壓比34解決單機壓縮的問題即采用分級壓縮，中間冷卻：即多級壓縮后可完成總壓的要求，在每一級壓縮可使壓比減小，并在壓縮后進行排氣冷卻，可使在一級壓縮的排氣溫度降低。見表3135.1兩級壓縮制冷的循環(huán)形式過程：壓縮兩個階段。P0Pm，PmPk中間冷卻節(jié)流過程有四種基本循環(huán)形式：見表314，F(xiàn)3345.2兩級壓縮制冷的系統(tǒng)流

20、程與循環(huán)分析1、 一次節(jié)流中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)（1） 系統(tǒng)流程及循環(huán)的ph圖，見F335（2） 工作過程：要點：中間冷卻器的作用 高壓級吸由三部分中間冷卻器端差：（3） 熱力計算：假定已知制冷量0單位制冷量q0h1h7比功w0h2h1低壓級制冷劑流量：qm.D0/q0低壓級制冷劑耗功率：Pk.D=qmDwD/低壓級輸氣量：實際：qvs.D=qmDv1 理論：qvh.D= qvs.D/高壓級比功：wG=h4-h3高壓級流量：可由中間冷卻器熱平衡確定質(zhì)量平衡：qm.G=qm.D+qm6=qm6+qm7 qm7=qm.D熱平衡：qm.Dh2+qm.Dh5+(qm.G-qm.D) h6=qm

21、.Gh3+qm.Dh7所以qm.G=qm.D（h2-h7）/(h3-h6)高壓級耗功率： Pk.G=qm.GWG/k.G高壓級輸氣量：實際：qvsG=qmGv3 理論：qvhG= qvsG/性能系數(shù)：冷凝器熱負荷：見P120，實測見F3372、 一次節(jié)流中間不完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)（1） 系統(tǒng)流程及ph圖（2） 工作流程（3） 熱力計算：基本同前一樣，只是高壓級流量的計算有所不同，其吸氣為過熱對中間冷卻器熱平衡有：所以對于混合點4，有：實測見圖：F3413、（參考教材P123），自學(xué)5.3兩級壓縮制冷循環(huán)中間壓力的確定及熱力計算確定循環(huán)型式，tk，t0，使tm（pm）即可進行計算1.中間壓

22、力確定（4） 按最佳中間壓力，使COP最佳，方法是試算：在已知tk，t0條件下，確定一組中間溫度Tmi，對應(yīng)每一個Tmi，對循環(huán)計算得COPi，取對應(yīng)COPmax的Tmopt，即對應(yīng)的Pmopt為最佳。作圖式依據(jù)經(jīng)驗公式，如式（362）基于Pmopt值下的循環(huán)計算，確定高、低的壓縮機容量：qvhg，qvh.D（5） 已知選配好壓縮機，通過試算，確定Pm，使得2.熱力計算例題：P1255.4復(fù)疊式制冷要點：采用復(fù)疊式制冷的原因制冷系統(tǒng)與循環(huán)（參考教材P131），自學(xué)5.5 CO2制冷采用CO2作制冷劑通過制冷循環(huán)實現(xiàn)連續(xù)制冷5.5.1近臨界循環(huán)和跨臨界循環(huán) CO2臨界點，31，7.28Mpa,-

23、102.65Mpa 03.48Mpa 53.97Mpa在常溫冷卻介質(zhì)冷卻下，冷卻（或冷凝）在近臨界溫度，或超過臨界溫度，故單級壓縮循環(huán)可能是上兩種情況，近臨界或跨臨界循環(huán)。兩種循環(huán)表示在ph圖上由圖可知兩種循環(huán)的單位制冷量q0都很小，對于跨臨界循環(huán)，可以進一步提高高壓側(cè)壓力來增加q0（原因是等溫線t3存在一斜度平緩段），但提高壓力對COP的影響是先增后減，因此，存在一最佳Pn值，其確定方法見圖354。要點，解釋：P138 *號段5.5.2跨臨界循環(huán)的應(yīng)用裝置1、 CO2汽車空調(diào)系統(tǒng)組成：見F355b，循環(huán)ph圖工作過程：特點：無凝，系統(tǒng)壓力高，但壓比小，貯液器及回?zé)崞鞯淖饔?，見P1402、 熱

24、泵式水加熱器系統(tǒng)組成：見F356工作過程：特點：見P140，P1413、單機雙級制冷壓縮機應(yīng)用R22，按一級節(jié)流中間不完全冷卻的兩級壓縮循環(huán)工作，tk35，t040，高低壓級理論輸氣量之比1/3，取 試確定中間壓力，絕對效率6 熱交換過程及熱換熱器6.1 過程 見p2302386.2 蒸發(fā)器要點：各類蒸發(fā)器的特點6.2.1蒸發(fā)器的分類和結(jié)構(gòu)1、 干式蒸發(fā)器：制冷劑在管內(nèi)一次完全汽化見F66， P238特點：在正常運轉(zhuǎn)條件下，液體體積占管內(nèi)體積1520%,有效沸騰面積均為管內(nèi)表面積30。（1） 干式殼管式蒸發(fā)器：用于冷卻液體，管內(nèi)制冷劑 管外（殼側(cè)）載冷劑管組排列方式見F68 F69（2） 板式

25、蒸發(fā)器：由金屬傳熱板片疊加而成，板片為波紋狀，波紋形式有人字、水平、鋸齒。屬高效緊湊式。（3） 冷卻完全型：蛇形管式，外加翅片干式蒸發(fā)器優(yōu)缺點：P2442、 再循環(huán)式蒸發(fā)器，制冷劑經(jīng)多次循環(huán)后完全汽化見F617（重力供液） F618 F620（泵力供液）3、 滿液式蒸發(fā)器：見F621優(yōu)缺點：P2476.2.2蒸發(fā)器內(nèi)的對流換熱 包括 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算關(guān)聯(lián)式1、 制冷劑側(cè)：（1）（2）（3）見P2472502、 表面式蒸發(fā)器空氣側(cè)3、 單機對流換熱6.2.3蒸發(fā)器的傳熱計算1、 流動壓力降：制冷劑的被冷卻介質(zhì)所以針對具體蒸發(fā)器，計算（1） 干式管管內(nèi)蒸發(fā)器載冷劑側(cè)：四部分，參見公式64449制冷

26、劑側(cè)：計算較復(fù)雜通常： （2） 表面式蒸發(fā)器空氣流動壓降見（654）2、 蒸發(fā)器設(shè)計的一般原則（1） 滿液式結(jié)構(gòu)：要點：防止出氣帶液載冷劑流體：鹽水：0.51.5m/s 水：22.5m/s溫降： 水：45（2） 干式殼管式制冷劑質(zhì)量流量：存在 流程數(shù)：內(nèi)肋管：二級U型管光管：4、6？ 載冷劑水溫降：46 折流板數(shù)：（3） 表面式蒸發(fā)器：見P257結(jié)構(gòu)參數(shù)6.3 冷凝器6.3.1分類與結(jié)構(gòu)1 風(fēng)冷冷凝器：多為蛇管式結(jié)構(gòu)（1） 自然通風(fēng)：絲管式見F6-26（2） 強制通風(fēng)：管片式：F6-27 管帶式：F6-282水冷式冷凝器： 水 （1） 殼管式：（2） 套管式：蛇形,螺旋形. F6-31 3.

27、蒸發(fā)式和淋激式. 4. 冷卻水系統(tǒng): 見F6-33冷卻塔：6.3.2冷凝器內(nèi)的對流換熱制冷劑側(cè)：冷卻介質(zhì)側(cè)：6.3.3冷凝器的傳熱計算：2 水冷式（1） 給定條件：冷劑、工況（2） 主要參數(shù)選擇：材料：水速：冷卻水進口溫度及溫升：12 污垢熱阻：表6-1（3）式（6-7）3 風(fēng)冷式（1） 給定條件：（2） 參數(shù)選擇：結(jié)構(gòu)：空氣進口溫度及溫升： 迎面風(fēng)速: (3) 6.4 蒸發(fā)器供液量的自動調(diào)節(jié)6.4.1熱力膨脹閥控制蒸發(fā)器出口過熱度，隨負荷變化自動調(diào)節(jié)制冷劑流量。1 內(nèi)平衡式結(jié)構(gòu)與工作原理：見F-6-38金屬膜片受力： 膨脹閥特性：靜態(tài)特性：其容量（供液能力）與過熱度關(guān)系。關(guān)閉過熱度：SS 開

28、啟過熱度：稍大于關(guān)閉過熱度也稱靜態(tài)（或裝配）過熱度均為3 。OP 打開過熱度：從開啟至額定（或最大）中過熱度變化值2 。（可變）工作過熱度：OPS=SS+OP ：5 靜特性曲線：F6-39注意： 一般有20% 的容量裕度。2感溫包的充注.充注形式： 充注工質(zhì) 同種液體充注：要求溫包內(nèi)始終有液體存在，即保證膜片上方壓力始終為保和壓力。見F6-40: 表示過熱度控制示意圖.特點: 交叉充注特點： 不同，但 n 才不變。氣體充注: 同種工質(zhì)， 但限量。當(dāng) 低于規(guī)定值時，溫包內(nèi)有液體存在，工作與液體充注相同。但當(dāng) 超過時，溫包內(nèi)全部汽化，壓力幾乎不再隨溫度變化，因此閥的開度不變。 吸附充注：（見P29

29、0 底） 3. 外平衡式 采用外平衡式的原因：如采用內(nèi)平衡式當(dāng)存在有效面積利用 外平衡式結(jié)構(gòu)：增加了一根平衡管使膜片下的蒸氣作用力為蒸發(fā)器出口壓力，從而使膨脹閥提供的過熱度與蒸發(fā)器出口處的飽和溫度相對應(yīng)。4 熱力膨脹閥容量：補充內(nèi)容：定義：通過在某壓差作用下處于一定開度的膨脹閥的制冷劑流量，在一定的蒸發(fā)溫度下完全蒸發(fā)時所產(chǎn)生的冷量對應(yīng)額定開度額定容量。在一定時流量計算式 ： K一常數(shù)與冷劑有關(guān) 一流量系數(shù)與閥有關(guān) 閥進出口壓差。 影響容量的因素: (1) ； (2) ： ； （3）6.4.2熱電膨脹閥:熱力膨脹閥不足之處 熱電式原理: 利用被調(diào)參數(shù)產(chǎn)生電信號其去控制閥上電壓或電流,繼而控制閥針

30、動作而實現(xiàn)調(diào)節(jié)。1 調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成： 傳感器：檢測過熱度有兩種方法電子調(diào)節(jié)器：輸出控制信號。執(zhí)行器：控制閥針。2 閥的種類及工作特性按驅(qū)動執(zhí)行器方式分： 熱動式：電加熱產(chǎn)生的熱力驅(qū)動。見F6-45 電磁式：電磁線圈產(chǎn)生的磁驅(qū)動，見F6-46a 電動式：步進電機正反向旋轉(zhuǎn)帶動閥針移動。3 特點：見P2946.4.3毛細管與浮球閥 1. 毛細管: ：0.7, L: 0.6毛細管內(nèi)制冷劑過程: 見圖6-48存在臨界流動現(xiàn)象液相長度+ 兩相長度+ 自由膨脹區(qū)臨界壓力 毛細管供液能力的影響因素：入口處： 。另外，如熱交換作用，管型狀況，安裝位置等。參考計算式: 毛細管的優(yōu)缺點：（思考問題）2 浮球閥：（自

31、學(xué)） 6.5 制冷系統(tǒng)的傳熱強化與消弱要點：6.5.1強化傳熱的原則及方法1 原則：從熱阻較大側(cè)進行 并要考慮如下約束：應(yīng)使效率高，功耗少 成本低 可靠性 應(yīng)綜合評判。 文獻10給出一判據(jù)：見式（6-74）2 方法：主要是通過表面加工處理，使表面對流換熱增強。 （1） 制冷劑凝結(jié)與沸騰換熱強化應(yīng)用高效傳熱管：低肋、微肋、多空表面管。見P299-300（2） 空氣側(cè)：6.5.2蒸發(fā)器表面結(jié)霜及霜抑制3 結(jié)霜過程及其對蒸發(fā)器的影響過程：見P302影響：熱阻增加，空氣側(cè)阻力增加，參見圖6-564 抑制結(jié)霜的措施：7 載冷與蓄冷間接冷卻：制冷機載或蓄冷劑被冷卻對象， （第二制冷劑）載冷：載輸冷量蓄冷：

32、儲存冷量71載冷劑與蓄冷劑1 載冷劑特性要求：（P315） 常用傳統(tǒng)載冷劑： 水無機鹽水溶液 氯化鈣（鈉、鎂） 其結(jié)晶點與濃度有關(guān)，因此根據(jù)使用溫度來確定其配比濃度。 了解鹽水溶液相圖（T-W）一般希望，且對應(yīng)的析冰點比蒸發(fā)溫度低5有機載冷劑：甲、乙醇、 乙二醇、丙二醇2 蓄冷劑： 共晶冰：共晶點溫度及融化潛熱。 見表7-172載冷新技術(shù)利用流態(tài)冰進行載冷3 流態(tài)冰：組成：冰晶（微小冰粒）+水+不凍液，具有流動性。由專用設(shè)備流態(tài)冰生成器制取。 載冷特點：單位載冷能力大泵容量、功耗輸送管道尺寸使用載冷換熱器處，進出口溫差小，使冷卻溫度分布均勻可減少冷卻器尺寸。 流態(tài)冰載冷技術(shù)屬非牛頓流體4 新型

33、載冷系統(tǒng)：參見實例說明： 73 蓄冷普冷中的蓄冷: 蓄冷溫度不太低,蓄冷量大。蓄冷方式蓄冷的意義：1 空調(diào)蓄冷方式：發(fā)展方向 見表7-2. 各種蓄冷方式對比Fig. 7-6有無蓄冷空調(diào)系統(tǒng)。3 冰蓄冷：冰融化：335kj/kg 潛熱（1）制冰方式：靜態(tài)制冰：換熱表面結(jié)冰，冰不流動，結(jié)冰一融冰過程在同一處反復(fù)進行。融冰 見F.7-7 動態(tài)制冰：通過間歇地或連續(xù)地剝離出冰片或冰粒，并與液體混合，可以流動。方式多樣，但技術(shù)復(fù)雜，示例說明，見圖7-81）收獲型制冰2）流態(tài)冰制取3）過冷冰制?。?水的冰點，但純凈水初始結(jié)冰可降至，開始而后恢復(fù)至，凝固起始溫度低于正常凝固溫度稱過冷之差為過冷度。（2）制冰

34、熱交換器主要型式：管裝：結(jié)構(gòu)簡單，但形成塊冰，結(jié)冰過程熱阻球灌式（冰球）流態(tài)冰形式：蓄冷系統(tǒng)見圖7-10（3）空調(diào)冰蓄冷系統(tǒng)實例：見表7-38 液態(tài)低溫工質(zhì)的制取8.1低溫工程的性質(zhì)8.1.1 低溫工程的種類120K級的低溫：天然氣組分，如烴類（烷、烯、炔）約120K；80K級的低溫：空氣成分：如約80K；20K級以下的低溫：氫氣的液化（H2, 20K），氦的液化（He, 4.2K）。（4）其他氣體：如甲烷CH4、氖、氫、氦通常所指的低溫技術(shù)包括：獲得純凈的低溫介質(zhì)（分離技術(shù)）；獲得低溫液態(tài)工質(zhì) （液化技術(shù)）；利用低溫工質(zhì)獲得所需的低溫溫度（低溫制冷技術(shù)）；利用低溫制冷獲得高真空（低溫泵）；低

35、溫工質(zhì)的儲藏與運輸；低溫絕熱技術(shù)。8.1.2空氣及其組成氣體的性質(zhì)空氣=干空氣+水蒸氣 其中干空氣：可寫作理想氣體對待，M=28.97， 在相平衡（汽/液）情況下：液體中，N2：59% O2：40% ：1%所謂的空分：就是從空氣中提取N2、O2、Ar以及Ne等稀有氣體。主要是低溫分離，此外還有常溫分離方法：分子篩變壓吸附（PSA）、膜分離等。8.1.3 氫的性質(zhì)（1）性質(zhì)最為復(fù)雜的低溫工質(zhì)有三個同位素 H D T。的密度最小，易燃易炸，可用作制冷工質(zhì)、潔凈燃料、重氫的原料（2）正氫與仲氫 Ortha-Hydrogen 正氫，；Para-Hydrogen 仲氫，平衡氫( e- ) = （OP）正

36、仲轉(zhuǎn)化，放熱反應(yīng)，且轉(zhuǎn)化熱 > 汽化潛熱。故生產(chǎn)時加催化劑。促使Op轉(zhuǎn)化。 氦的性質(zhì)主要是天然氣中提取，氦有兩種同位素、，通常指的氦為，同位素含量很少。氦是最難液化的氣體。氦有兩個三相點，在2.5MPa以下得不到固體，但存在一個高階的液態(tài)相變：叫做超液氦，中間的線叫線。 轉(zhuǎn)變點約2.17K，“”顯示了Cp的突變，無氣化潛熱。特性：（1）超流性“爬膜”、“噴泉”現(xiàn)象；（2）超導(dǎo)熱性。8.2 氣體液化循環(huán)低溫氣體液化，必須降溫至以下，需要制冷降溫；維持低溫系統(tǒng)所需制冷以補償冷損；如生低溫液體，補償帶走的的冷量。8.2.1 絕熱節(jié)流何謂節(jié)流過程：；實際氣體 理想氣體焦一湯效應(yīng)：實際氣體在節(jié)流前

37、后的溫度變化效應(yīng)微分節(jié)流效應(yīng) 理想氣體積分節(jié)流效應(yīng) 取決于節(jié)流前的氣體狀態(tài)。三種情況內(nèi)在機理，節(jié)流后，但d(pv)不定， 也不確定。轉(zhuǎn)化溫度與轉(zhuǎn)化曲線根據(jù)微分節(jié)流效應(yīng) 關(guān)系，可以求出時的狀態(tài)此時，即轉(zhuǎn)化溫度，實踐證明，當(dāng)時出現(xiàn)一條轉(zhuǎn)化溫度的曲線。節(jié)流前氣體狀態(tài)如果是，則節(jié)流后產(chǎn)生制冷效果。等溫節(jié)流的效應(yīng)：，即節(jié)流的制冷量。8.2.2 氣體等熵膨脹1、通過膨脹機實現(xiàn)，對外做功；微分等熵效應(yīng) 已知 則故；等熵膨脹總是具有冷效應(yīng)的。2、制冷量計算 ；其中為等溫節(jié)流效應(yīng)，為膨脹輸出功。3、提高膨脹前后溫差、制冷量的方法：增加初溫和增加膨脹比4、膨脹機效率絕熱效率，即實際焓降與理論焓降之比，5、絕熱節(jié)流

38、與等熵膨脹比較：溫降和制冷量均是等熵膨脹高 8.2.3 氣體液化理論最小功獲得低溫實現(xiàn)熱量從低高的轉(zhuǎn)移，必須投入能量。理想過程：等溫壓縮+等熵膨脹理想最小功 按，8.2.4液化循環(huán)指標(biāo)（1）單位能耗：W為1kg氣體耗功 Z為1kg氣體的液體量（2）制冷系數(shù)，制冷量與耗功之比，；其中（3）循環(huán)效率：熱力不完善度，實際制冷系數(shù)與理論循環(huán)系數(shù)之比。；也是理論最小功與實際耗功之比。8.2.5 空氣 氧 氮的節(jié)流液化循環(huán)低溫液化循環(huán)：（1） 節(jié)流液化循環(huán)：利用節(jié)流裝置，獲得等溫節(jié)流效應(yīng)；（2） 帶膨脹機的液化循環(huán)：利用膨脹機獲取大的等熵膨脹制冷量；（3） 帶氣體制冷機的液化循環(huán)：利用低沸點氣體工質(zhì)的制冷

39、效應(yīng)；（4） 復(fù)疊式液化循環(huán)：利用不同沸點工質(zhì)逐級冷卻最終液化。1. 一次節(jié)流液化循環(huán)是最早的液化循環(huán)，被德國的林德所采用，故命名林德循環(huán)。 一次節(jié)流液化循環(huán)流程圖以及T-S圖（1）理想循環(huán)等溫壓縮 等壓冷卻 節(jié)流膨脹 液化 等壓復(fù)熱液化量：1kg空氣， 單位冷量 ，等溫節(jié)流效應(yīng)；由于一定（狀態(tài)參數(shù)）液化量大，即等溫節(jié)流效應(yīng)大，T一定時是壓力的函數(shù)（2）實際循環(huán)壓縮過程存在不可逆因素、換熱器有溫差、不完全換熱以及跑冷等因素。實際液化量 單位（加工空氣）制冷量為 適當(dāng)升高，升高，高壓氣體T下降，對提高有利。2. 有預(yù)冷的一次節(jié)流液化循環(huán)降低高壓氣體溫度，減小換熱器的溫差3. 二次節(jié)流液化循環(huán)提高

40、 循環(huán)氣體高壓氣體節(jié)流 進高壓壓機 中壓節(jié)流 進低壓壓機 液體8.2.6等膨脹機的空氣液化循環(huán)1. 克勞特循環(huán)根據(jù)系統(tǒng)能量守恒的關(guān)系，并考慮跑冷損失，不完全熱交換損失則有膨脹機的非等熵過程，定為膨脹機等熵效率2ABCDVe Zprkg1、 1kg c1STT=T2=T1045321、P24s6711-e1kgp2ep1(1-Zpr)kg93E845760克勞特液化循環(huán)流程圖以及T-S圖2. 海蘭德循環(huán)高壓常溫膨脹，增加絕熱焓降；可預(yù)冷，增加；適用于小型液態(tài)裝置。3. 卡皮查循環(huán)低壓低溫膨脹，液體節(jié)流，流程簡單，能耗小，投資低，適用于大中型空分。8.2.7 氦液化循環(huán)臨界點低，為5.2K，也低4

41、.6K，7K以下節(jié)流才會產(chǎn)生液體；故必須預(yù)冷+節(jié)流，或膨脹對外輸出功+節(jié)流。1. 節(jié)流液化循環(huán)2. 帶膨脹機液化循環(huán)3. 其它型式的He液化循環(huán)ZprZpr234567910111213151417H2N2液N2液H2(1-Zpr)節(jié)流氦液化循環(huán)圖8.2.8 天然氣液化循環(huán) 1.復(fù)疊式制冷液化循環(huán)2. 用混合制冷劑的液化循環(huán)3. 熱膨脹機的循環(huán)9 溶液熱力學(xué)基礎(chǔ)9.1概述1. 溶液：兩種級以上物質(zhì)組成的均勻，穩(wěn)定的液體，可以蒸發(fā)和凝固。組成：兩種液體混合、固體溶解于液體或氣體溶解于液體2. 成分：各組成物質(zhì)的比分質(zhì)量成分、摩爾成分以及二者相互關(guān)系3. 溶解度：溶質(zhì)在溶劑中可溶解的最大量，它是T，的函數(shù)。4. 溶解熱，溶解通常伴著熱效應(yīng)吸熱或放熱反應(yīng)。9.2 溶液的基本定律1. 理想溶液及拉烏爾定律拉烏爾定律：蒸氣混合物中某一組分的分壓，等于該純凈物質(zhì)同一狀態(tài)下的飽和蒸汽壓與該組分在溶液中的摩爾成分的乘積。 適用于理想溶液，實際溶液可能有出入2. 康諾瓦羅夫定律理想溶液中液相中和氣相中的成分是不同的由拉烏爾定律 （溶液）由道爾頓定律 則 如果飽和蒸氣壓則9.3 溶液相平衡條件1. 相：凝聚態(tài)內(nèi)部均勻的部分；通過相的界面進行物質(zhì)的轉(zhuǎn)移稱為相變。2. 相平衡（溶液）在等溫（