第2章空气调节的热力学基础.pptx

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1、 第二章空气调节的热力学基础客客 车车 空空 调调 技技 术术热力学基础知识第一节热力学基本定律第二节常用的热力性质图第三节空气处理过程第四节客客 车车 空空 调调 技技 术术第二章空气调节的热力学基础 空调设备与车室冷热负荷密切相关，车室冷热负荷越大，所需空调设备的能力就越大，从而设备本身的体积也就越大，消耗的动力也就越多，因此，必须了解空调设备与车室冷热负荷的关系，正确、合理地选用空调设备，最大限度的利用设备。 第二章 空气调节的热力学基础一、温度与湿度 1. 温度 1）温度的物理意义 温度是一个用于衡量物体冷热程度的物理量，可以从宏观和微观去解释。 从宏观上看，当两物体处于热平衡状态时，

2、它们的某个物理性质完全一样，表征这个物理性质的量就是温度。也就是说，处于热平衡状态的两个物体具有相同的温度。如果两个 物体的温度不同，则必然会有热交换热量会从温度高的物体向温度低的物体传递。 从微观上看，温度是物体内部分子运动平均动能大小的度量，即温度可以反映物质分子热运动平均速度的大小。物体的温度越高，则表示其内部分子动能越大，分子运动的激烈程度越高。 第二章 空气调节的热力学基础一、温度与湿度 1. 温度 2）温标 温标是指度量温度的标尺，有摄氏温标、华氏温标和热力学温标等。我国法定计量单位规定采用的温标为摄氏温标和热力学温标，而欧美国家则采用华氏温标。摄氏温标： 摄氏温标在习惯上称其为摄

3、氏温度通常用符号表示。摄氏温度的单位符号 为，是将一个标准大气压(101.325kPa)下水的冰点定为 0，将水的沸点 定为 100 ,两点之间均分100等份,每1等份即为1摄氏度，记作1 。华氏温标： 华氏温标通常称其为华氏温度，常用符号F表示，单位符号为。热力学温标： 热力学温标习惯上称其为热力学温度或绝对温度、开氏温度等，常用符号 为 T，单位符号用K表示。根据摄氏温度与华氏温度的定义，两者之间有如下关系:F = 1.8t + 32 t = (F-32) / 1.8 根据绝对温度的定义，绝对温度与摄氏温度之间的关系为: T = 273.15 + t (K)第二章 空气调节的热力学基础一、

4、温度与湿度 1. 温度 3）各种特定的温度 （1）干球温度与湿球温度 干球温度反映空气的干燥程度。如图2-1所示，是指用干球温度计测量的空气温度。 湿球温度是指用湿球温度计测量的空气温度。 湿球温度计测得的湿球温度要低于干球温度计测得的温度，标准湿球温度的测量条件是在风速为 35m/s范围之内进行测量。 （2）露点温度 含有一定量水蒸气的空气在冷却时， 其湿度会增加，当空气中的水蒸气达到饱和状态时，再进一步冷却，空气中的部分水蒸气就会凝结成露水。露点温度就是指空气开始凝结成露水时的温度，此时空气中的水蒸气含量已经达到最大限度值。 露点温度与含湿量有关。含湿量大则露点温度高，露点温度越高，空气所

5、能容纳的水蒸气量也就越大，含湿量相同的湿空气有相同的露点温度。图2-1 干湿球温度计第二章 空气调节的热力学基础 （3）冷凝温度 气态物质经过冷却转换为液态的过程称为冷凝，物质状态由气态转换为液态的临界温度称为冷凝温度。 不同物质的冷凝温度不同。对同一物质外界压力变化会导致冷凝温度变化，但一般情况下外界气压增加，冷凝温度会升高，反之则会降低。 在空调制冷系统中，进入冷凝器的气态制冷剂在适当的温度和压力(饱和温度和饱和压力)下，会转化为液态制冷剂，制冷剂开始由气态转化为液态时的温度称为冷凝温度。 （4）蒸发温度 物质由液态转换为气态的过程称为汽化，物质状态由液态转化为气态的临界温度称为蒸发温度，

6、不同物质其蒸发温度也不同。对同一物质，外界压力变化会导致蒸发温度变化。 一般情况下，外界气压增加，蒸发温度会升高，反之则会降低。一、温度与湿度 1. 温度 3）各种特定的温度2022-5-30 2. 湿度 湿度是空气中所含水蒸气程度的物理参量，表示空气的含湿程度。 1）绝对湿度 指 1m 湿空气中所含水蒸气的质量，用 表示，单位为 kg /m 。 由理想气体状态方程导出绝对湿度 的计算公式为: 第二章 空气调节的热力学基础一、温度与湿度 式中:mq 水蒸气的质量，kg； V 湿空气的体积,m3 。 绝对湿度 即为该温度和水蒸气分压力下的水蒸气密度 。 绝对湿度只能说明湿空气在某一温度下实际所含

7、水蒸气的质量，不能说明湿空气的吸湿能力。2022-5-30第二章 空气调节的热力学基础一、温度与湿度 2）相对湿度 相对湿度是指空气相对于饱和湿空气的湿度，数值上等于空气实际所含水蒸气量与相 同温度下饱和湿空气所含水蒸气量的比值，可用下式表示： 2. 湿度相对湿度 (空气的绝对湿度/ 饱和空气的绝对湿度) 100 (空气中水蒸气的分压 q / 饱和湿空气中的水蒸气分压 qb ) 100 可见，相对湿度为0表示空气是不含水蒸气的干燥空气；相对湿度值越大，表示空气越潮湿；当空气的相对湿度为100时，则表示空气中水蒸气的含量已经达到了100，为饱和湿空气。3. 含湿量第二章 空气调节的热力学基础一、

8、温度与湿度 湿空气中水蒸气的质量 mq (kg)与干空气的质量 mg(kg)之比称为含湿量,用 d 表示。 由理想气体状态方程可得：式中: g 干空气的气体常数，287 J/ (kgK)； Rq 水蒸气的气体常数，461 J/ (kgK)； pg 干空气的分压力，Pa； pq 水蒸气的分压力，Pa ； V 湿空气体积，m3 ； T 湿空气温度，即气体的热力学温度，K； B 空气总压力, B pg pq ，Pa。 可见，含湿量 d 大体与水蒸气分压力成正比，与空气总压力 B 成反比，它确切表达了空气中实际含有的水蒸气量，且基本上同温度无关。 对某一地区，B 基本上是定值，空气含湿量仅与水蒸气分压

9、力 pq 有关。二、压力与真空度 第二章 空气调节的热力学基础 压力 单位面积上所受的垂直作用力，表示固体、液体或气体垂直作用于物体表面的力，用符号 p 表示。 在法定计量单位中，压力的单位为 Pa，（1Pa 1N/ m2 )。 由于 Pa 的单位很小，工程中常使用 kPa 与 Pa。式中: 垂直均匀作用于物体表面的力； 力的作用面积。 工程上常采用工程大气压，以每平方厘米上作用的千克力( kgf / cm2 )表示。 1 kgf / cm2 9.81 104 Pa， 常用的压力单位有绝对压力、表压力和真空度三种。 1. 绝对压力和表压力2. 真空度第二章 空气调节的热力学基础二、压力与真空度

10、 绝对压力表示真实的压力，即实际压力值，以绝对真空为 值，用 绝表示。 通过压力表指示读出的压力值称为表压力值，简称表压力。表压力以标准大气压为 0 值，在此基础上进行压力计算的结果，又称相对压力，用 表表示。 低于大气压力时表压力为负值，此时表压力的绝对值称为真空度，用 真表示。 以上三种压力在制冷技术领域经常应用。 其中，绝对压力在设计及查阅制冷剂特性表时使用；表压力在观察系统运行状况时使用；真空度在维修系统抽真空度时使用。 汽车空调中用压力表测量制冷剂的压力。 用压力表测得的压力即为表压力，绝对压力为表压力与大气压力之和。 各种压力之间的关系如下: 表压力 绝对压力 大气压力 真空度 大

11、气压力 绝对压力 除采用帕斯卡外，其他几种压力单位之间的换算关系见表 2-1。三、热量与热容 1. 热量的定义第二章 空气调节的热力学基础 物质内部分子进行的无规则的运动称为热运动。当物质内部分子无规则运动的速度加快(平均动能增加)时，物质的温度就会升高，说明温度与热有密切的关系。热的出入会使温度产生变化，温度变化的大小与出入热的量成正比，这种出入热的量称为热 量。 热量是工质与外界之间在温差的推动下，通过微观粒子的无序(无规则)运动方式传递的能量，单位为焦耳()。 工程上常用的热量单位还有卡路里(简称卡，缩写为 cal)、千卡(kcal)与千焦(kJ)。 单位时间内通过某一面积传递的热量称为

12、热流，单位为 W，工程上也用kcal / h、kJ/h 及 kW。 在空调中，热流就是单位时间内将低温物体的热量传递到高温物体的能量，它代表了制冷机的制冷量。 2. 热量的传递方式 热是可以传递的，热的传递形式有热传导、热对流和热辐射三种。 1）热传导第二章 空气调节的热力学基础三、热量与热容 同一个物体或彼此接触的两个物体的两点间有温差时，热会通过物体内部从高温点向低温点转移，直到两点的温度达到一致为止，这种热量的移动方式称为热传导。 物体两点之间传导的热量多少与这两点的温度差成正比，并与物体的导热性有关。其关系如下:式中: A 包括两点在内的壁面积，m2 ； 热流量，W； 物体材料的导热系

13、数，W/ (mK) ; L 两点之间的间距，m； T 1、T2两点的温度，。 空调系统中的热交换器需要良好的导热性能。因此蒸发器、冷凝器、加热器等均用导热性好的铜、铝等金属材料制成。 一些非金属导热性较差，属不良导热材料或属绝缘材料，用于隔热和保温。2）热对流第二章 空气调节的热力学基础 2. 热量的传递方式三、热量与热容 由于气体和液体各部分的位移而引起的热量转移称为热对流，热对流只发生于流体中。 流体中的一部分被加热而温度升高时，流体内部出现了温差，高温处流体膨胀而密度减小然后上升，与顶部的低温流体交替而形成对流。 由密度差引起的对流称为自然对流，通过机械方式搅拌形成的流体热转移称为强制对

14、流。 接近固体壁面的流体如果与壁面有温度差，就会有热量传。 物体表面放热也可以称作对流换热。对流换热过程包括了边界层内流体分子间的导热，因此“对流换热”是导热和对流的联合作用。 汽车行驶中外界空气与汽车的相对速度很高，气流对车身外表面的对流换热很强。车身外表面的热量通过车身和隔热层以导热方式传递到车身内壁面后，又以对流换热的方式传递给乘员。空调就是将车内空气 (或带有部分车外新鲜空气) 不断地通过制冷系统的蒸发器，使之与蒸发器芯体的传热表面进行对流换热，将其温度降低后送入车厢内。 3）热辐射 热源通过辐射波直接将热量传递给其他物体，这种热传递方式称之为热辐射。 热辐射传递热量时不需要依赖固体或

15、流体等传热介质，且传递过程伴随着能量形式的转变，即从热能转换为辐射能。辐射能到达另一物体后，一部分热量会被物体吸收，从辐射能转换为热能；一部分则会被物体反射。 特点： 热辐射传递给物体的热量与物体表面颜色有关，颜色越深，吸热的比例 越高。 辐射能与物体的热力学温度 T 的 4 次方成正比。因此，在低 温下辐射换 热的比例很小，而在高温下辐射换热的比例则大大增加。 第二章 空气调节的热力学基础三、热量与热容 2. 热量的传递方式 3. 热容 不同的物质尽管吸收或放出的热量相同，但其温度的变化却有所不同，这说明不同物质其容热的能力(热容量)是不同的。不同物质的比热容第二章 空气调节的热力学基础三、

16、热量与热容 各种物质的热容大小通常用比热容表示。 比热容 单位质量的物质其温度升高 1 所需的热量， 单位 J/ ( kg )。 比热容大的物质加热时不容易升温，冷却时不容易降温。 不同物质的比热容见表 2-4。四、显热与潜热熔 1. 显热 2. 潜热 物体在吸热和放热过程中，只是其分子热运动的动能增加或减少，即物体的吸热或放热只是温度升高或降低，其物态(固态、液态、气态)不发生改变。 物体吸收或放出的这部分热量就称之为显热。例如，水还未沸腾时对其所加的热可以使水温升高，并能用温度计显示出来。因此，水所吸收的热量为显热；热水慢慢变冷过程中，水所释放出的热量也称之为显热。 物体在吸热或放热过程中

17、，只是其分子的热位能增加或减少，即吸热或放热仅改变了物态而温度没有改变，该物质吸收或放出的这部分热量称之为潜热。 如水在常温常压下沸腾时转变为水蒸气，水的沸腾过程不断吸热但温度则保持在 100 。因此，水沸腾 (汽化过程) 所吸收的热称之为潜热。第二章 空气调节的热力学基础五、过冷与过热 1. 过冷 2. 过热 “过冷”是对制冷剂液体而言，将冷凝后的液体制冷剂在压力不变的情况下继续冷却，其温度就会比冷凝时的饱和温度更低。 当压力不变时，使液体制冷剂的温度低于该压力对应饱和温度的热力过程称为过冷。处于过冷状态的液体称为过冷液体，饱和温度(冷凝温度) 与过冷温度之差称为过冷度。 “过热”是对制冷剂

18、气体而言， 使蒸发器中的干饱和蒸气继续定压吸热的热力过程称为过热，处于过热状态的干饱和蒸气称为过热蒸气。 过热蒸气的温度称为过热温度，它比干饱和蒸气的饱和温度更高，两者之间的温度差值称为过热度。第二章 空气调节的热力学基础六、饱和状态 1. 饱和液体 2. 饱和蒸气 将饱和液体继续加热，此时液体将开始沸腾汽化，饱和液体逐渐转变为饱和蒸气。 1 kg 饱和液体定压汽化所需要的热量称为汽化潜热。汽化过程压力越高，对应的饱和温度就越高，汽化潜热的数值就越小。当压力增大到某一值时，液体汽化过程停止，此压力称为该液体汽化的临界压力，在临界压力下，汽化潜热为零。第二章 空气调节的热力学基础 将 t1 (

19、)的液体在一定压力 下加热，当液体受热时温度升高，体积增加，保持液体压力不变，将液体加热到沸点，此时的液体就是饱和液体。 将液体从 t1 ( )加热到沸点所需的热量叫作液体热。 压力越高，对应的饱和温度就越高，所需的液体热就越大。 3. 饱和温度与饱和压力 加热制冷剂，其中的一部分液体转换为蒸气。反之，制冷剂放出热量时，其中的一部分蒸气又会转换为液体。 在这种制冷剂液体与蒸气处于共存的状态时，液体和蒸气互相转换。此时的制冷剂蒸气为饱和蒸气，制冷剂液体为饱和液体。 当容器内的蒸气和液体处于动态平衡，即液体与气体均处于饱和状态时的温度称为饱和温度，压力称为饱和压力。第二章 空气调节的热力学基础七、

20、节流膨胀 流体经过通道截面突然缩小的阀门或者孔口后，发生的降压降温现象称为节流 。 在流体通路中，通道突然缩小，液体压力下降，速度增大；在孔口处压力降到最小而速度增加到最大，若此时产生气体，则总体积还要增大。这种变化只是状态的变化，与外界没有热和功的交换。因此，流体的热能不变，这种变化称为节流膨胀 。图2-2 节流膨胀示意图1-节流前的流体截面；2-节流后的流体截面；p1-节流前的流体压力;p2 -节流后的流体压力;v1 -节流前的流体流速; v2 -节流后的流体流速 制冷剂通过节流阀是一种绝热的定焓过程，制冷剂的压力和温度下降，焓值不变，但熵值增大。第二章 空气调节的热力学基础八、焓和熵 1

21、. 焓 焓是一个状态参数，物质分子无论在何种状态下都在不停地运动着，所以物质总是含有一定内能(分子的动能和分子位能之总和)的。状态不同时所含有的内能也不同，1kg 物质在某一状态时所含的内能及推动功所转换的热量总和，称为此物质在该状态下的热焓，简称为焓，用 h 表示，单位为 kJ/kg。 在制冷循环计算中，用制冷剂由某一状态变化到另一状态时焓值的变化可直接计算出制冷量、冷凝放热量和压缩机消耗功率的大小。通常把制冷剂 0 时饱和液体的焓值定为 418.68 kJ/ kg，再以此为基础，确定出不同状态下的焓值大小。第二章 空气调节的热力学基础八、焓和熵 2. 熵 熵也是物质状态的参数，用 s 表示

22、。其意义为：物质在状态变化过程中所吸收的极微小热量与加入热量前的绝对温度之比，单位为 kJ/ (kg), 数学表达式为：式中: 表示熵增过程中加入物质的热量，kJ/ kg； 物质的热力学温度，。 熵可以表征系统工质状态发生变化时，其热量的传递程度。 当 s1 s2 时，系统的变化处于可逆过程，表征系统与外界不发生热量交换关系，前后的熵变为零，即所谓的绝热过程。如制冷循环中的压缩过程，这样的过程称为等熵过程。 当 s1 s2 时，系统工质的变化处于不可逆过程，其变化将一直进行下去，而系统的熵值不断增大，一直变化到系统和外界的熵值相 等为止。这就是著名的熵增原理。九、空气的质量体积和密度第二章 空

23、气调节的热力学基础 1. 空气的质量体积 单位质量的空气所占有的体积， 用“v”表示（亦称“比体积”或“比容”)，单位 为 m3 / kg。 2. 密度 单位体积中所含有的空气质量，用“ ”表示，即质量密度，单位为 kg / m。 密度和质量体积互为倒数，与温度 T、压力 p 的关系为：式中: 温度，； 气体压力，Pa; 气体常数，J/ (kg)，取决于气体的性质。 湿空气的密度由干空气和水蒸气的密度组成，两种气体是均匀混合的，且共同占有相同的体积和相同的温度，因此有：式中: pg 干空气分压力，Pa； g 干空气密度， kg / m3 ； pq 水蒸气分压力，Pa； 水蒸气密度， kg /

24、m3 ； R 干空气的气体常数,287 J/ (kg); Rq 水蒸气的气体常数，461/ (kg)。十、制冷能力与制冷负荷 1. 制冷能力 2. 制冷负荷 热量从高温到低温的转移是一种自然的热量传递过程，要将低温处的热量转移到高温处，需要通过“制冷”来实现。 制冷机就是通过消耗其他形式的能量，把热量不断地从低温物体转移给高温物体的装 置，制冷能力的大小以单位时间内所能转移的热量来表示的，单位为 。 制冷负荷就是将温度和湿度保持在一定范围内所要转移的热量，汽车空调制冷负荷包括来自车外太阳的辐射热和车室内人体所散发的热量。第二章 空气调节的热力学基础2022-5-30客客 车车 空空 调调 技技

25、 术术第二章空气调节的热力学基础热力学基础知识第一节热力学基本定律第二节常用的热力性质图第三节空气处理过程第四节 揭示热能和机械能相互之间转换条件和规律的定律是热力学基本定律。 热力学基本定律不仅定义了温度，揭示了热能和机械能相互转换过程中能量“数量”的守恒关系。阐明了能量不但有“数量”的多少问题，而且有品质的高低问题，以及热能参与的过程，即热过程有方向性问题。 第二章 空气调节的热力学基础一、热力学第一定律 1. 含义 热力学第一定律实质上就是普遍的能量守恒定律和热量转移定律应用于热领域的一种 表达形式，它表明了无论何种热力过程，在机械能和热能的转换或热能的转移中，系统和外界的总能量守恒，即

26、能量只能转移，不能凭空产生或消失。 自然界一切物质都有能量，它能够从一种形式转换为另一种形式，从一个物体传递 给另一个物体，在转换和传递过程中能力的数量不变。一、热力学第一定律 2. 应用第二章 空气调节的热力学基础 汽车空调中的制冷系统是一种能量转换装置，制冷剂以稳定状态和速度流进压缩机或蒸发器、冷凝器，在其中发生状态变化后又以另一稳定状态和速度流出，这样的过程称为稳定流动过程。 通过制冷系统可以实现由温度较低的环境向温度较高的环境放热的过程，从而使物体的温度降低到环境温度以下并保持较低温度。其中，向高温环境释放的一部分热量是由外界对制冷系统输入机械功而转换得来的。 根据热力学第一定律，制冷

27、过程热量转换的总能量不变，即:式中: 向高温环境所释放的能量，； 从低温物体吸收的能量，； 外界向制冷系统输入的机械功，。 由该式可见，汽车空调制冷系统是在消耗一定外界功的条件下，利用制冷剂状态变化将热量由低温物体向高温物体转换的。二、热力学第二定律 1. 含义第二章 空气调节的热力学基础 热量可自发地从高温物体向低温物体转移，却不能自动地、不付代价地由低温物体(或物体的低温部分) 传向高温物体 (或物体的高温部分)。但是，热量可以有条件地由低温物体 (或物体的低温部分) 传向高温物体 (或物体的高温部分)，这个条件就是要消耗外功。 关系表达式为:式中: QH 向高温热源放出的热量，J； 从低

28、温热源吸收的热量，J； 制冷压缩机所消耗的功，J 。 热力学第二定律揭示了热力过程的方向、条件和限定，只有同时满足热力学第一定律和热力学第二定律的过程才能实现。机械能可以全部变为热能，但热能却不能无条件的全部转换成机械能。制冷系数： = 制冷剂消耗的功W / 从低温物体取出的热量QC 供热系数： 单位功耗所能放出的热量。 2. 卡诺循环与逆卡诺循环 卡诺循环中假设工作物质只与两个恒温热源交换热量，没有散热、漏气、摩擦等损耗。同时，卡诺循环中工作物质从高温热源吸热应是无温差的等温膨胀过程，向低温热源放热则是等温压缩过程。因此，采用卡诺循环模型的热机热效率最大。第二章 空气调节的热力学基础二、热力

29、学第二定律 由两个可逆的等温过程和两个可逆的绝热过程所组成的理想循环，是研究热机的一种假设模型。 卡诺循环 与卡诺循环相反的循环，也由两个等温过程和两个绝热过程组成。逆卡诺循环2022-5-30 图2-3为逆卡诺循环的温熵图( T-S 图)。 工质在 T0下从冷源吸收能量 q0 并进行等温膨胀 4-1，然后通过绝热压缩 1-2，使其温度由 T0 升高至环境介质的温度Tk ，再在 Tk 下进行等温压缩 2-3，并向 环境介质(即高温热源)放出热量qk ，最后再进行绝热膨胀3-4，使其温度由 Tk 降至 T0 ，即使工质回到初始状态 ，从而完成一个逆卡诺循环。 逆卡诺循环是研究制冷机的一种假设模型

30、，是制冷循环的理想模型。 逆卡诺循环奠定了制冷理论的基础，揭示了空调制冷系数的极限，采用逆卡诺循环的制冷机与热泵的制冷系数与供热 系数值最大。第二章 空气调节的热力学基础二、热力学第二定律 2. 卡诺循环与逆卡诺循环图 2-3 逆卡诺循环温熵图 (T- 图)第二章空气调节的热力学基础客客 车车 空空 调调 技技 术术热力学基础知识第一节热力学基本定律第二节常用的热力性质图第三节空气处理过程第四节2022-5-30第二章 空气调节的热力学基础 蒸气的热力性质表是不连续的，在求间隔中的状态参数时需插值，查表十分烦琐。而在分析过程中，表不如图一目了然，因此常用热力性质图进行分析和求解。目前，在制冷循

31、环的分析和计算中，用得较多的是压焓、焓湿及温熵图，其中前两种图最为 广泛。一、压焓图 压焓图是指压力与焓值的曲线图，常用于制冷剂分析，焓湿图是将湿空气各种参数之间的关系，用图线表示。 1. 构成 制冷剂在制冷系统中一边进行循环，一边进行状态变化。由热力学基本定律可知，只要确定制冷剂任意两个独立状态参数，就可以确定制冷剂的热力状态。 因此，在表示制冷剂独立状态的压力 、体积 、温度 、比容 、焓 和熵 等热力参数中，以任何两个参数为 纵横坐标均可组成热力图。 其中，最常用的是以绝对压力 为纵坐标，焓值 为横坐标所组成的压焓图。制冷循环中制冷剂全部状态的各点参数可连续地表示在压焓图中的曲线上，反之

32、，通过某制冷剂的压焓图，就可查出该制冷剂在制冷循环中各状态点的各种热力参数值。 1. 构成 压焓图中的 称为临界点，临界点是饱和液体线与干饱和蒸气线向上延伸的交点，是制冷剂以液态形式存在的最高状态点。在临界点以上。制冷剂只能以气态存在。第二章 空气调节的热力学基础一、压焓图 图 2-4 压焓图(lgp-h) 饱和液体线和干饱和蒸气线将 lgp-h 图分成三个区域: ()饱和液体线的左边 过冷液体区。 ()饱和液体线与干饱和蒸气线之间 湿饱和蒸气区(气液混合区)。 ()干饱和蒸气线的右边 过热蒸气区。 制冷剂的压焓图上共有八种线条，即: 饱和液体线(x0)； 干饱和蒸气线(x1)； 等干度线 x

33、； 等压线 ； 等温线 t； 等焓线 ； 等熵线 ； 等容线 。 对于制冷剂任一状态的有关参数，一般只要知道上述参数中任何两个，即可在压焓图中找出代表这个状态的一个点，在这个点上可读出其他有关参数的数值。 2. 压焓图上的制冷循环 1）制冷循环 在蒸气压缩式制冷系统中，制冷剂从某一状态开始，经过各种状态变化，再回到初始状态。在这个周而复始的热力过程中，每一次都消耗一定的机械能 (电能) 从低温物体中吸出热量，并将该热量转移到高温物体。这种一边改变制冷剂状态，一边完成制冷工作的全过程被称为制冷循环，由一状态变成另一状态称为一个热力过程 (图 2-5 )。第二章 空气调节的热力学基础一、压焓图 图

34、 2-5 制冷循环 制冷循环共有四个热力过程，为完成制冷循环各个热力过程所需要的机械、设备、装置及连接它们的管路、管路附件等组成的系统，称之为制冷系统。 2. 压焓图上的制冷循环 2）压焓图上的制冷循环第二章 空气调节的热力学基础一、压焓图 图 2-6 所示是将某一制冷循环描述在压焓图上的例子。图中: 点: 由蒸发器出来进入压缩机吸气口时的稍过热的气体状态。 点: 从压缩机排出来进入冷凝器的过热气体状态。 点: 在冷凝器内经冷却后过热蒸气变成干饱和蒸气、 气体开始液化时的制冷剂状态。制冷剂从点 到点放出显热，温度降低。 点: 在冷凝器中进一步冷却，全部液化后的饱和液 体状态。由点到点是冷凝过程

35、中的主要放 热阶段，制冷剂放出液化潜热，制冷剂的温度 及压力均保持不变。 点: 在冷凝器出口处过冷后进入节流阀前的过冷液体状态。点: 经节流阀节流降压后进入蒸发器时的湿饱和蒸气状态。 : 蒸发压力。 2 : 冷凝压力。 1 2 ：沿等熵线进行的绝热压缩过程。 2 5 ：冷凝器中进行的等压冷凝过程。 5 6 ：节流阀中进行的等焓节流降压过程。 6 1 ：蒸发器中进行的等压蒸发过程。图2-6 在压焓图上的某一 制冷循环示意图图2-7 空气焓湿图 空气的焓湿图通常是针对某一特定的大气压力 B 绘制而成，以焓 h 为纵坐标，以含湿量 d 为横坐标。 为使图线清晰和图面开阔，两坐标轴之间的夹角取 135

36、， 图上的参变量为温度 t 和相对湿度 。 图上有四组线，分别是等含湿量线簇 d、等焓线簇 h、等温线簇 和等相对湿度线簇 。 等含湿量线( d 常数)为垂直线，等比焓线为与横坐标成 135的斜线，等温线 (t 常数) 近乎水平线，其实只有 t0 的等温线才是水平的，而在它上面或下面 的等温线都偏离了水平方向，越远则偏离越大；等相对湿度线 ( = 常数) 为一组曲线。第二章 空气调节的热力学基础二、焓湿图 为缩小图幅，常用一水平线做等含湿量 d 的等效横坐标，如图 所示，图中 100 的线是饱和空气状态线，该线以上部分为未饱和空气区，下面部分为过饱和空气区又叫“有雾区”。过饱和状态是不稳定的，

37、通常都有凝结现象，虽然多余的水蒸气因凝结而从空气中分离出来，但空气仍然恢复到饱和状态。由于空气的相对湿度不可能大于100% 。因此，这个区域内的空气状态是不存在的。 1. 求空气的露点温度 露点温度是指空气开始凝结成露水时的温度，此时空气中的水蒸气含量已经达到最大限度值。冬季汽车玻璃内表面的结露现象与夏季自来水管外表面上的滴水现象都是由于物体表面温度低于空气的露点温度所致。 在h-d 图上求解露点温度时，可将某点的未饱和空气作等湿冷却，即自该点沿垂直线向下，经冷却的空气相对湿度增加，直到与饱和线 100% 相交，表明达到极限值。该极限点称为露点，与交点相对应的温度称为露点温度。 露点温度与含湿

38、量有关，含湿量大则露点温度高，含湿量相同的湿空气有相同的露点温度。第二章 空气调节的热力学基础二、焓湿图 2. 求空气的湿球温度 空气的干湿球温度反映了空气的干燥程度。 在空调工程中，广泛应用干湿球温度计来测量空气的相对湿度，进而计算出其他参数。 根据湿球温度利用 h-d 图可以很快查出湿空气的相对湿度。 例如： 已知干球温度为 28 ，湿球温度为 24 。 则： 从24 等温线与 100% 饱和线得一个交点 ( 比焓值 h = 72 kJ/kg）。 沿该交点作等焓线与 t =28 等温线相交。 后面这个交点相对应的 就是所求的 相对湿度 72%。 由此查得其他参数。第二章 空气调节的热力学基

39、础二、焓湿图 3. 空气状态变化过程的热湿比图2-8 空气的加湿过程第二章 空气调节的热力学基础二、焓湿图 空气被加热、冷却、加湿或减湿时，即从原来状态变成另一种状态。在 h-d 图上可以用点表示空气状态，还可以用无数状态点连成的直线来表示空气状态的变化过程。 图2-8 中 A 点为空气原始状态，干空气质量为G (kg)，当加入热量 ( kJ)、加入水蒸气量 ()后空气 状态就变成 点, 连接 A、B，则线段 就表示空气从 到 的状态变化过程。 在这一过程中： 空气的比焓值变化量 h kJ/ kg (干空气) 为:空气的含湿量变化为: 空气 状态过程变化的热湿比 单位为 ：( ( kJ/K )

40、 ) 热湿比 相当于 AB 过程线的斜率，显示了空气状态变化方向，所以也称为方向线。 由热湿比的特性可以看出，两种不同状态的空气，如果它们变化过程的热湿比相同，那么在 h-d 图上这两种过程线必然平行。 热湿比有几个特殊值： 当比焓值增加，含湿量 不变时(即 )， = ，该过程线垂直向上； 当比焓值减少，含湿量不变时(即 = )， ， 该过程线垂直向下； 当比焓值不变 (即 )，仅含 湿量发生变化时()，该过程即为等比焓线。第二章 空气调节的热力学基础二、焓湿图 图 2-9 空气湿热比特殊值 这三个特殊值的 过程线将 h-d 图分成四个方向区。如图所示， 值有正有负，当比焓值增减与含湿量增减同

41、向(同时增加或同时减少) 时， 为正值；反之，当比焓值增减与含湿量增减异向 (一个增加，一个减少) 时， 为负值。 3. 空气状态变化过程的热湿比 4、两种不同状态空气的混合第二章 空气调节的热力学基础二、焓湿图 为了节约能量，在汽车空调中常把车内的一部分空气作为回风与新风混合， 新风与回风混合以后的状态参数可用计算方法确定，也可用 h-d 图来确定。 设：新风的质量为 m1，状态参数为 h1、d1 ，回风质量为 m2，状态参数为 h2、d2 。 则根据质量和能量守恒原理，混合以后的质量 mm ，焓值 、含湿量 同混合前空气参数之间的关系如下:整理后得： 可见：()混合状态点 1 与点 m 的

42、连线 和点 与点 2 的连线 具有相同的热湿比值，且都等于点 1、2 连线上所具有的热湿比值。因此，混合点 必定在点 1 和点 2 的连线上。 ()混合点 将线段分为两段，两段的长度和同参与混合的两种空气的质量m1 、 成反比。 5. 空气的等湿冷却过程图2-11 空气的干冷干热及减湿冷却过程 汽车空调中常将空气在含湿量不变的情况下冷却，其焓值相应减少，过程变化为等湿减焓降温。如图2-11中 AC 所示，方向线垂直向下，其特点是 h ， ， ，而相对湿度则是逐渐减小的。7. 空气的减湿冷却过程 用表面式空气冷却盘管冷却空气时，若盘管外表面平均温度低于进口处空气的露点温度，则为减湿冷却过程，也称

43、冷却干燥过程。 空气在进行减湿冷却时，不仅温度和焓值都下降，而且冷却盘管表面有水蒸气凝结现象发生，空气中的含湿量也随之下降。状态变化过程在 h - d 图上是向左下方倾斜的直线，如图 2-11中 AD 所示，且 。第二章 空气调节的热力学基础二、焓湿图 图2-12 T-s 图结构示意图第二章 空气调节的热力学基础二、温熵图 温熵图是以 (温度)为纵坐标，(熵)为横坐标的热力图。由图中可以看出工质在循环过程中的放热或者吸热的情况。 温熵图(T-s )的结构如图 2-12 所示。 饱和液体与饱和蒸气线汇合于临界点 K 。 T-s 图上也有六种等参数线簇， 即： 等温线( ) 等熵线()、 等压线(

44、 )、 等容线( )、 等焓线( ) 等干度线() 等压线在饱和区内是与等温线重合的水平线，在未饱和区和过热区是稍弯曲的上升曲线。 由于液体几乎不可压缩，即使压力提高很多，温度也几乎没有升高。因此，不同压力的定压线群密集于 的饱和液体线附近，可近似用 的线来代替。 但两相区的等焓线斜率更大，过冷区液体的焓值可近似用同温度下饱和液体的焓值代替。客客 车车 空空 调调 技技 术术第二章空气调节的热力学基础热力学基础知识第一节热力学基本定律第二节常用的热力性质图第三节空气处理过程第四节2022-5-30 空气调节是通过对空气的状态参数进行调整，使之满足人们舒适性要求及生产工艺要求的人工环境处理技术。

45、空气状态参数变化的准确性，决定了空调系统的运行状况，其变化量也决定了系统中各种设计的容量大小。因此，对空气处理过程进行详细、准确的分析，是汽车空调系统设计的重要环节。 空气状态参数及状态变化过程的确定，必然用到空气的焓湿图。 汽车空调的空气处理系统一般分为三种，即： 内循环(封闭式) 外循环(直流式) 内外循环综合式 ( 亦称“混合式”和“一次回风”) 循环空气的混合方式不同，处理过程亦不同，本节以空调客车使用最多的内外循环综合式车内空气处理为例，介绍其处理过程。第二章 空气调节的热力学基础一、内外循环综合式回风系统的设计原则第二章 空气调节的热力学基础 采用内外循环综合式（混合式）回风系统送

46、来的风，由车外新风和车内回风两部分组成，处理过程中不仅可以减少制冷量，降低能耗，而且使用回风的百分比越大，经济性越好，但是空气质量会下降。因此，不能无限制地加大回风量。 设计混合式回风系统时，应综合考虑经济性和空调效果， 并遵循如下三原则： ) 满足乘员健康要求 乘员长时间乘坐的车内，呼出的 CO2气体量不断增加，会逐渐改变车内空气的成分，影响身体健康，这对乘员较多的大中型客车来说尤其重要。因此，在空调的送风系统中必须通过室外新风稀释车内空气中的 CO2含量。 ) 补充局部排风 如果设计有局部排风装置，为了不产生负压，应补充与局部排风量相等的室外新风。即：补充的新风 GW =GP 车内局部排风

47、装置的排放量（m3 /h）。 ) 保证车内适当正压 为防止未经处理的空气或者车外的水分、粉尘等进入车室，干扰车内空调参数，需要使车内保持一定的正压。通常采用增加一部分新风量的方法使车内气压高于车外气压，让这部分多余的空气从门窗缝隙等不严密处渗透出去。一般车内正压值应不 大于 500 Pa。 计算新风量时，必须知道车身门窗等的缝隙大小及空气通过缝隙时的局部阻力系数。二、内外循环综合式回风系统空气处理过程在焓湿图上的表示第二章 空气调节的热力学基础 内外循环综合式回风系统空气处理过程在焓湿图上的表示如图 2-13 所示。 在焓湿图 上先确定车内空气状态点 、室外空气状态点 、热湿比 、机器露点 、

48、送风温度差 t0 和送风状态点 O 。空气调节过程是送往车室的空气吸收车内的余热、余湿变成 状态后一部分排出车外，另一部分在车内与车外空气 混合后变成状态 ，将 点空气冷却减湿处理到 点，再加热到 点，送入车内。图 2-13 内外循环综合式回风 系统空气处理过程在 焓湿图上的表示 根据焓湿图分析计算冷量的方法与空调系统热平衡分析方法具有一致性。 该调节过程可以表示为:第二章 空气调节的热力学基础二、内外循环综合式回风系统空气处理过程在焓湿图上的表示 对回风式空调系统，夏季设计工况的新风量与总送风量之比定义为最小新风比 ， 即: 按照图 2-13 中的比例关系，可知： 由此可得: 在 线上，按照

49、新风百分比或由 hc 线与 线交点都可以确定混合状态 的位置。 根据以上的空气调节过程，可知需要的冷量为：第二章 空气调节的热力学基础二、内外循环综合式回风系统空气处理过程在焓湿图上的表示 从空调系统热平衡的角度分析，该冷量主要包括以下三部分: () 送入车内的空气吸收余热、余湿，按热湿比 变化到车内状态 需要的冷量Q01，这部分冷量就是车内冷负荷： Q01G (hN ) () 状态为 的新风量 进入系统，最后也要冷却到车内状态 ，冷却这部分新风需要的冷量 02为： 02 ( hN ) 。 () 为保证空调精度，加到系统内的再热量也将用冷量抵消，这部分冷量 03为:03 ( hL )。 将这三部分冷量相加，即可得到空调系统需要的总冷量: 0 =010203 G (hN ) ( hN ) ( hL ) 按照焓湿图上的比例关系： 可以得到 : 将以上关系式代入式（2-38 )，可得 : 证明了根据焓湿图分析计算冷量的方法与空调系统热平衡分析方法具有一致性。GW( hWhN)=G(hch)