制冷技术 制冷热力学原理.ppt

1、制冷技术 制冷热力学原理,制冷原理,抽气,吸热Q,蒸发,温度下降,P1,P2,T1,T2,饱和蒸气压曲线,液体汽化制冷,制冷原理,液体汽化制冷,第一章 制冷原理,液体汽化制冷,制冷原理,液体汽化制冷,制冷原理,为了使上述过程得以连续进行，必须不断地从容器中抽走制冷剂蒸汽，再不断地将其液体补充进去。通过一定的方法将蒸汽抽出，再令其凝结为液体后返回到容器中，就能满足这一要求。 因此，液体蒸发制冷循环必须具备以下四个基本过程：低压下蒸发汽化、蒸气升压、高压气体液化、高压液体降压。其中将低压蒸汽提高压力需要能量补偿。,液体汽化制冷,为了实现制冷循环，必须消耗能量，该能量可以是电能、热能、机械能、太阳能

2、及其他形式的能量。,为了实现上述能量转换，首先必须有使制冷机能达到比低温热源更低温度的过程，并连续不断地从被冷却物体吸取热量。,利用某种物质状态变化，从较低温度的热源吸取一定的热量，通过一个消耗功（或热量）的补偿过程，向较高温度的热源放出热量。,制冷原理,饱和状态,饱和状态：汽化与凝结的动态平衡,放掉一些水，Ts不变， ps不变,Ts,ps,液体汽化制冷,液体汽化时，需要吸收热量，液体所吸收的热量来自被冷却对象，因而使被冷却对象变冷，或者使它维持在环境温度以下的某一低温。,标准大气压下， 1kg 液氨汽化可吸收 1371kJ 的热量，且气体温度低达 -33.4 ； p 870pa 时，水在 5

3、 下即可沸腾，吸热 2489kJ/kg 。,热力学基本定律,热力学第一定律：能量守恒和转换定律热力学第二定律：不可能把热从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。 热量由低温物体传向高温物体，是一个非自发的过程，需要使用一定的设备，消耗外界能量作为补偿。,工程热力学是制冷技术的理论基础,热力学知识回顾,能量之间数量的关系,热力学第一定律,能量守恒与转换定律,所有满足能量守恒与转换定律的过程是否都能自发进行？,自发过程的方向性,自发过程：不需要任何外界作用而自动进 行的过程。,自然界自发过程都具有方向性,热量由高温物体传向低温物体 摩擦生热 水自动地由高处向低处流动 电流自动地由高电势流向低电势,

4、自发过程的方向性,功量,自发过程具有方向性、条件、限度,摩擦生热,热量,100%,热量,发电厂,功量,40%,放热,热力学第二定律的表述与实质,热功转换 传 热,热二律的表述有 60-70 种,1851年 开尔文普朗克表述 热功转换的角度,1850年 克劳修斯表述 热量传递的角度,开尔文普朗克表述,不可能从单一热源取热，并使之完全转变为有用功而不产生其它影响。,热机不可能将从热源吸收的热量全部转变为有用功，而必须将某一部分传给冷源。,冷热源:容量无限大，取、放热其温度不变,理想气体 T 过程,T,s,p,v,1,2,热机：连续作功 构成循环,1,2,有吸热，有放热,但违反了热力学第二定律,热二

5、律与第二类永动机,第二类永动机：设想的从单一热源取热并使之完全变为功的热机。,这类永动机并不违反热力 学第一定律,第二类永动机是不可能制造成功的,环境是个大热源,克劳修斯表述,不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。,热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。,空调,制冷,代价：耗功,两种表述的关系,开尔文普朗克表述,完全等效!,克劳修斯表述：,违反一种表述,必违反另一种表述!,可逆循环和不可逆循环,循环由过程构成,不可逆循环,可逆,过程,不可逆,循环,可逆循环,不可逆过程可分成两类：内部不可逆和外部不可逆。制冷剂在其流动或状态变化过程中因摩擦、扰动及内部不平衡而引起的损失

6、，都属于内部不可逆；蒸发器、冷凝器及其他换热器中有温差时的传热损失，属于外部不可逆。,逆循环,p,V,T,S,净效应：对内作功,净效应：放热,逆循环：逆时针方向（消耗功把热量由低温热源送至高温热源）,2,1,1,2,动力循环与制冷（热泵)循环, 制冷Refrigeration循环逆循环 输入功量（或其他代价），从低温热源取热, 动力Power循环正循环 输入热,通过循环输出功, 热泵Heat Pump循环逆循环 输入功量（或其他代价），向高温热用户供热,卡诺循环 理想可逆热机循环,4-1绝热压缩过程，对内作功,1-2定温吸热过程，q1 = T1(s2-s1),3-4定温放热过程，q2 = T2(s2-s1),2-3绝热膨胀过程，对外作功,卡诺循环热机效率, t,c只取决于恒温热源T1和T2 而与工质的性质无关；, T1 t,c , T2 c ，温差越大，t,c越高, t,c只取决于恒温热源T1和T2 而与工质的性质无关；,卡诺循环热机效率的说明, T1 t,c , T2 c ，温差越大，t,c越高, 当T1=T2， t,c = 0, 单热源热机不可能, T1 = K, T2 = 0 K