《制冷与低温原理》课程讲课教案.doc

优质文本?制冷及低温原理?课程讲课教案1 绪论要点：1人工方法2被冷却对象温度3过程实现制冷需要有补偿过程即有能量输入。用热力学第二定律说明内在本质原因。制冷温度范围划分：掌握术语：制冷剂、制冷量制冷循环制冷机、制冷设备制冷装置1.2研究内容、应用和开展内容： 1方法机理循环：热物理过程2制冷剂：热物理性质、物理化学性质3制冷机械与设备：原理性能设计要点：研究目的意义课外学习应用：生活、生产、科研开展历史2 制冷方法要点：根本概念：1物质集态：2相变3潜热相变制冷：吸热效应制冷（1） 冰冷却：融点：0、潜热335kJ/kg（2） 冰盐冷却： 冰盐种类制冷温度冰盐浓度（3） 干冰冷却：固态CO2。汽化吸热制冷要点：循环的根本原理：气液平衡饱和状态四个过程 增压、降压 实现循环方式多样（1） 蒸气压缩式制冷：要点系统根本组成：四个部件+冷剂工作过程压缩机作用：增压，循环动力膨胀阀作用：降压，控制流量耗能：机械能，电能（2） 蒸气吸收式要点：系统组成工作过程热压缩概念耗能：热能（3） 蒸气喷射式制冷：要点：系统组成：喷射器，工质泵工作过程：循环TS图 循环的热力分析：制冷剂：H2O、R等能耗：热能描述循环性能的指标： 制冷量， 锅炉热负荷冷凝器热负荷，泵功喷射系数，循环热平衡详解T-S图（4） 吸附制冷要点：1制冷原理：a、固体吸附剂吸附冷剂蒸汽作用，b、吸附能力，c、周期冷却与加热吸附剂形成吸附和解吸脱附2吸附机理3工质对物理吸附制冷：1沸石铝硅酸盐矿物+水2系汽组成：吸附床+Con+Eva3间歇式制冷4连续制冷：多吸附器连续作用循环制冷速率吸附床传热传质特性改善措施固气热化学制冷反响法1固气化学吸附：氯化物与氨的反响热现象固气2单效液体蒸发吸附循环：见参考教材P203工质对：氯化钡Bacl2+氨NH3系气组成与工作过程：固气相平衡图：见参考教材P202.2.1热电制冷：要点：西贝克效应温差电制冷半导体，热电效应帕尔帖效应：注意：热电效应强度 材料的热电势热电制冷元件热电偶：P型+N型半导体，连接铜线式铜片热电堆：并联式串联多个热电偶要点：磁热效应的物理意义补充知识：磁感应强度：表示磁场强弱和方向的物理量： F受力，l导线长度，I电流强度磁场强度：H磁导率：B=H磁矩：磁熵：课外自习：1. 低温磁制冷2. 高温磁制冷要点：热声效应：热能与声能之间相互转换现象声波传播时会产生压力波动，位移波动，温度波动，当其与固体边界相遇，相互作用而有能量之转换。课外自习：2.3.1原理：1.2方法，使压缩气体产生涡流运动并别离成冷、热两局部，冷气流去制冷。 工作介质：空气、CO2、NH3 涡旋流管：构成 2.3.2工作过程：高压室温气体·····冷热气流别离详解工作过程的TS图：涡流管的冷却效应：等熵膨胀强度效应：冷却效率：涡流管加热效应：制冷量： 制热量： 质量平衡、能量平衡可应用于过程，那么：3 单级蒸气压缩式制冷要点：逆向循环制冷循环 热源、热汇概念 制冷循环的热力学本质：能量补偿实现热量转移：低温热源至高温热汇 逆向循环 见图3-1描述循环性能的参数指标：热泵、制冷机、热泵型制冷机COP= 重点理解关系式：COPH=COPR+1 有条件才成立制冷系数，供热系数热泵系数循环效率热力完善度：3.1.2逆卡诺制冷循环：循环构成及工作过程：循环中的能量转换关系：热力学第一定律应用循环的性能系数：分析其特性：，注意应用：的讨论要点：COP，的特点、区别与联系要点：条件是热源热汇是变温的制冷剂吸、放过程也是变温的循环构成：条件：任何过程无传热温差等熵压缩与膨胀过程。可逆劳化茨循环的性能系数：放热量：吸热量：Tm、Tom平均变量温差输入功：w=q-q0要点：1、 系统：四部件+Pipe+R2、 工作过程：单级蒸汽压缩：一次性压缩 热力状态参数：p、T、v、s、h1压焓图：图的结构特性：一点、两线、三区、五态等值线族：等 t、p、v、s、h、临界点：在临界温度以上，物态只能以汽相存在2温熵图：3.2.3理论循环：饱和循环1、 理论循环的假定：见参考教材P69五条2、 理论循环在状态图上的描述：见参考教材P703、 循环特性：循环各过程包括：功、热转换与交换应用热力学第一定律开口系循环特性指标：要点：单位质量概念1：q0 2：qzv：压缩机吸气3：w 单位：kJ/kg，kJ/m34：wv（5） qk（6） 压比：压机（7） 排气温度：T2（8） COP（9）注意点：对于某一制冷剂采用理论循环分析可知：系统压力水平 压机工作条件 制冷能力 经济性制冷机性能指标：kw P(w) COP qvh() 压缩机理论输气量1制冷循环量： kg/s2 kw3 kw4COP=4、 理论循环的意义：见参考教材P73表31（1） 不可逆性：不可逆损失（2） 循环指标与温度及制冷剂物性有关实际循环的基准与参照， 用于评价制冷剂3.3 单级蒸汽压缩式制冷的实际循环3.3.1实际循环：1、 实际工作存在的影响因素： 有传热温差 外部条件 非饱和态 内部条件 流动阻力，及散热损失 非等熵压缩2、 实际循环的状态图3、 实际循环的工作过程： 蒸发过程：401a 吸气过程：1a1b1：过热 压缩过程：吸热压缩熵增，放热压缩熵减 排气过程：22a 冷却凝结过程：2a3：过冷 节流过程：34：绝热4、 实际循环的简化为工程设计方便，做如下简化（1） 忽略冷凝器蒸发器中压降，以压缩机排气压力作冷凝压力或排气压力减去压降后，以压缩机吸气压力作蒸发压力或吸气压力加上吸气压降，认为T0，TK为定植。（2） 压缩过程简化为有损失的简单压缩过程。（3） 节流为等焓过程简化后的实际循环Ph图：循环性能指标： 指示比功：因非等焓及阻力损失 ：压缩机指示效率1、 液体过冷：概念：过冷过冷度： 过冷循环： ，过冷循环与饱和循环比照：见P75，表32。 难点：思考书上过冷度对不同冷剂的影响情况实现过冷的方法：（1） 利用冷凝器（2） 利用增加过冷器（3） 利用回热过冷状态点比焊确实定： or ： 2、 吸气过热：概念：过热， 过热循环的P-h 图过热度：有用过热：无用有害过热：(1) 无用过热时的循环比照： 见表33， 结论：有害(2) 有用过热比照： 见表34， 结论：有用过热是否使，COP增加取决于制冷剂性质，增加幅度与过热度大小有关。见图314，315。3、 回热循环：系统组成及工作过程。回热器，气液热交换器回热循环的性能指标： 回热器热平衡 与理论循环比照，其等价于用有用过热循环与理论循环比照，前者的结论适用。蒸发温度低的制冷机适合采用回热。4、 管管压力损失及热交换（1） 吸气管： 2 排气管： （1） 高压液管：（2） 低压液管：5、 压缩机不可逆过程压缩机损失：概念：（1） 指示功： 直接用于气体压缩指示功率：轴功： 输入到主轴上的比功机械功率：输入电功：电机输入功电机功率：压缩机容积功率： 实际输气量 m3/s ，理论输气量输气系数6、 相变传热不可逆的影响：存在传热，使： 热力计算目的：为了系统部件设计或选型提供依据 计算内容 ： 确定计算工况 计算实际循环特性 计算制冷机性能和换热的各负荷 计算方法与步骤： 确定制冷系统，工质 确定制冷温度、冷却介质温度，制冷量Q或压缩机理论输气量 确定循环工况：确定P-h图 循环 , ，注意点：吸气温度T1 是否考虑无用过热视情况而定。换热温差的选取： 水冷冷凝器：K 风冷冷凝器： K冷却液体的蒸发器： K冷却空气的蒸发器： K 计算实际循环特性：确定进出口各设备制冷剂热力状态参数由图、表、物性计算程序计算各项性能指标注意点：各效率确实定 制冷机性能及设备热负荷计算 计算例如见P8688。习题：1、 一台制冷量为50KW的活塞式制冷机开启式冷却介质温度为32，被冷却物温度为10，制冷剂为R22，采用回热循环，吸气温度为0，试进行制冷机的热力计算。取0.8，0.92，0.752、 一房间空调器KC-25Q2500W制冷循环工况为：蒸发温度t0，过冷温度：46；蒸发器出口温度：15，压缩机吸气温度：35，试进行热力计算。R22，0.9，0.95，0.95，0.8534 制冷机变工况特性重点：1、 工况变化对制冷剂性能的影响要点：工况参数：T0，Tk，T1，T3，0，p，COP 工况参数。外部参数：热源、热汇即冷却介质，被冷却物温度参数，流量参数。外部参数 内部参数工况（1） Tk变化的影响：以饱和循环为例，由ph图说明 当： 循环：1234112341 循环特性变化： 制冷机性能变化： (2) t0变化的影响：t0 t0 循环：1234112341 循环特性变化： 对此，用理想气体压缩过程分析，有： 当pK一定，对于某一制冷剂，K一定对该式求导，且： ，取得极值条件是：当一定，当时，当时，当时，对于大多数制冷剂：制冷机性能变化：, 同上3.4.1理论循环：循环假设： 忽略流阻损失，和成分变化 吸、放热过程为定压，节流等焓压缩，等熵 对于共沸混合物，其循环情况与纯质相同； 对于非共沸混合物，由相变变温特点，可用劳伦茨循环作为理想化的基准循环。对二元混合物的制冷循环，可表示为T-S图上，与纯质循环类似要考虑实际因素。特别考虑1、 蒸发器中制冷剂温度的实际分布 设定压蒸发时的温度滑移，使得蒸发器入口处：蒸发器出口处：制冷剂沿程压降，出口蒸发温度改变,两种效应是综合影响的，相叠加的结果，造成蒸发器中制冷剂温度的实际分布三种可能的情况：A:B: C: 2、 成分偏移定压相变时，气、液相成分在变，不等于充注时的成分。实际中造成成分偏移的原因：P1144 制冷剂制冷剂分类，1、 命名：据ISO0817制冷剂编号规定R 数字或字母 无机物：R7 氟利昂和烷烃：其分子式：CmHnFxCly,BrzCmH2m+2 R(m-1)(n+1)(x)B(z) 共沸混合物 ：R5()() 按命名先后顺序 非共沸混合物：R4()() 按命名先后顺序2、 制冷剂的选用考虑因素： 制冷性能 实用性 环境可接受性3、 热力性质：p，t，v，h，s，cp，cv，k，a 饱和蒸气压与温度关系 临界温度 粘性，导热性和比热容4、 环境影响指数（1） 臭氧衰减指数ODP：物质气体逸散到大气中对臭氧破坏的潜在影响程度。以R11的臭氧平衡影响做基准为1，其他那么相比于R11。（2） 温室影响指数GWP：对大气变暖的直接潜在影响程度；以CO2的温室影响做基准为1。5、 物理化学性质见参考教材P93要点：混合物的T-x相图，定压下相变时的热力特征：（1） 非共沸混合物：相变温度滑移： 定压下，蒸发与冷凝要变温。（2） 共沸混合物：定压下，蒸发与冷凝不变温（3） 近共沸混合物 很小概念：分馏，精馏混合物制冷剂的特点要点： 近年由于涉及臭氧层的损耗情况，为了能显示制冷剂元素的组成，知道是否含有氯Cl或溴Br等消耗臭氧的元素，因此制冷剂命名符号中，用组成元素符号代替字母R，方法是：C-碳，F-氟B-溴，C-氯，H-氢那么符号有：CFC-含氯，氟，碳的完全卤代烃 HCFC-含氯，氟，碳的不完全卤代烃 HFC-含氯，氟，碳的天然卤代烃 HC -碳氢化合物 臭氧层：位于地球外表上空10-50Km的区域内，为平流层占80和位于10Km以下，为对流层，占15 前者吸收大局部太阳辐射紫外线，可防止其危害地表生物。 制冷剂扩散到平流层中，在紫外线照射下，分解出氯原子，其促成臭氧O3分解成氧原子O2，造成臭氧层衰减。 温室效应：地球周围的CO2和水蒸气可使太阳短波辐射穿过，而加热地球，但拦截地球发射的长波热辐射，会使地表气温到达平衡温差入射能量与反射能量处于平衡时 大气的这种保温作用称之为CO2称为温室气体，还包括，甲烷，N02,制冷剂，温室气体过度排放后，增强地球温室效应，导致全球变暖。A:B: C: 5多级蒸气压缩制冷循环单级压缩在常温冷却条件下，能获得的低温程度有限，受压比和排气温度制约。当THTK一定，TLT0下降就会使得，t2。对于往复式压缩机有如下影响：1、 因有余隙容积，当时，会使02、3、 T2超过允许值一般基于经济性和可靠性考虑，对氟机10，氨机8，对于回转式容积压缩机，主要影响是t2；对于离心式，单级压比34解决单机压缩的问题即采用分级压缩，中间冷却：即多级压缩后可完成总压的要求，在每一级压缩可使压比减小，并在压缩后进行排气冷却，可使在一级压缩的排气温度降低。见表313过程：压缩两个阶段。P0Pm，PmPk中间冷却节流过程有四种根本循环形式：见表314，F3341、 一次节流中间完全冷却的两级压缩制冷循环（1） 系统流程及循环的ph图，见F335（2） 工作过程：要点：中间冷却器的作用 高压级吸由三局部中间冷却器端差：3 热力计算：假定制冷量0单位制冷量q0h1h7