人工制冷的基本方法.pptx

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1、人工制冷的基本方法人工制冷的基本方法第一章第一章 人工制冷的基本方法人工制冷的基本方法 人工制冷是指借助于制冷装置，以消耗机人工制冷是指借助于制冷装置，以消耗机械能或电磁能、热能、太阳能等形式的能量械能或电磁能、热能、太阳能等形式的能量为代价，把热量从低温系统向高温系统转移为代价，把热量从低温系统向高温系统转移而得到低温，并维持这个低温。而得到低温，并维持这个低温。第1页/共36页制冷的热力学原理制冷的热力学原理 1 理想制冷循环理想制冷循环逆向卡诺循环逆向卡诺循环 2 理想制冷循环的性能指标理想制冷循环的性能指标 第2页/共36页制冷的热力学原理制冷的热力学原理 理想制冷循环理想制冷循环逆向

2、卡诺循环逆向卡诺循环当高温热源和低温热源随着过程的进行温度不变时，当高温热源和低温热源随着过程的进行温度不变时，具有两个可逆的等温过程和两个等熵过程组成的逆向具有两个可逆的等温过程和两个等熵过程组成的逆向循环。循环。在相同温度范围内，它是消耗功最小的循环，即热力在相同温度范围内，它是消耗功最小的循环，即热力学效率最高的制冷循环，因为它没有任何不可逆损失。学效率最高的制冷循环，因为它没有任何不可逆损失。第3页/共36页理想制冷循环理想制冷循环逆向卡诺循环逆向卡诺循环 单位质量制冷剂向高温热源放出的热量单位质量制冷剂向高温热源放出的热量 单位质量制冷剂从被冷却的对象所吸取的热量单位质量制冷剂从被冷

3、却的对象所吸取的热量 第4页/共36页理想制冷循环的性能指理想制冷循环的性能指标标 制冷系数第5页/共36页不可逆循环的热力完善度，不可逆循环的热力完善度，值越接近于值越接近于1，说明实际循环越接近可逆循环，不可逆损失越小，经济性越好。，说明实际循环越接近可逆循环，不可逆损失越小，经济性越好。为不可逆循环的制冷系数为不可逆循环的制冷系数第6页/共36页人工制冷的几种方法人工制冷的几种方法1 液体汽化制冷方法液体汽化制冷方法 蒸气压缩式制冷 蒸气吸收式制冷 蒸汽喷射式制冷 吸附式制冷 2 气体的节流效应和绝热膨胀制冷气体的节流效应和绝热膨胀制冷 3 其它制冷方法其它制冷方法 热电制冷 磁制冷 涡

4、流管制冷 热声制冷 第7页/共36页1、液体汽化制冷、液体汽化制冷物质有三种集态：物质有三种集态：气态、液态、固态气态、液态、固态。物质集态的改变称为相变。相变过程中，由于物质分子重新排列和分子热运动速度的改变，会吸收或放出热量，这种热量称作潜热。物质集态的改变称为相变。相变过程中，由于物质分子重新排列和分子热运动速度的改变，会吸收或放出热量，这种热量称作潜热。物质发生从质密态到质稀态的相变时，将物质发生从质密态到质稀态的相变时，将吸收潜热吸收潜热；反之，当它发生由质稀态向质密态的相变时，放出；反之，当它发生由质稀态向质密态的相变时，放出潜热潜热。相变制冷就是利用前者的相变制冷就是利用前者的吸

5、热效应吸热效应而实现的。利用液体相变的，是液体汽化制冷；而实现的。利用液体相变的，是液体汽化制冷；第8页/共36页蒸气压缩式制冷蒸气压缩式制冷 压缩式制冷循环原理图A 压缩机 B 冷凝器 C 膨胀阀 D 蒸发器蒸气压缩式制冷技术被广泛应用于空调器、冰箱、冷藏室、冷库中，应用领域几乎涉及到各个行业 第9页/共36页蒸气吸收式制冷蒸气吸收式制冷 吸收式制冷的基本原理吸收式制冷的基本原理 第10页/共36页蒸气吸收式制冷蒸气吸收式制冷 吸收式制冷机基本循环吸收式制冷机基本循环A 动力部分动力部分B冷凝器冷凝器C 节流阀节流阀 D 蒸发器蒸发器 a 冷却水冷却水 b 热源热源1 发生器发生器 2吸收器

6、吸收器 3溶液溶液热交换器热交换器 4 溶液泵溶液泵 5 节流节流阀阀 第11页/共36页蒸气吸收式制冷蒸气吸收式制冷 吸收式制冷最突出的优点，是可以直接利吸收式制冷最突出的优点，是可以直接利用各种热能来驱动，除可以利用燃料燃烧的用各种热能来驱动，除可以利用燃料燃烧的高势能外，还可利用生产过程和自然界中大高势能外，还可利用生产过程和自然界中大量存在的低势能，如低压蒸气、热水、烟道量存在的低势能，如低压蒸气、热水、烟道气等工业余热以及太阳能、地热能等自然界气等工业余热以及太阳能、地热能等自然界热量。热量。第12页/共36页蒸汽喷射式制冷蒸汽喷射式制冷 蒸汽喷射式制冷系统的原理A 喷射器 B 冷凝

7、器 C 蒸发器 D 节流阀 E 锅炉 F 水泵 热交换器在蒸汽喷射式制冷机中，按正向循环工作的在蒸汽喷射式制冷机中，按正向循环工作的喷射器起着压缩机的作用，故称为喷射式压喷射器起着压缩机的作用，故称为喷射式压缩机。缩机。第13页/共36页蒸汽喷射式制冷蒸汽喷射式制冷蒸汽喷射式制冷蒸汽喷射式制冷理论循环热力计算理论循环热力计算理论循环热力计算理论循环热力计算制冷量为被引射制冷蒸汽的流量锅炉的供热量冷凝器放热量工作蒸汽流量泵所消耗的功泵功较小，如果可以忽略，则整个制冷机的热平衡式第14页/共36页热力系数其中为喷射系数第15页/共36页带有喷射器的氨水吸收式制冷机带有喷射器的氨水吸收式制冷机吸收器

8、 发生器太阳能燃气炉冷凝器蒸发器第16页/共36页吸附式制冷吸附式制冷 A吸附剂密封箱B冷凝器C蒸发器D单向阀 原理：一定的固体吸附剂原理：一定的固体吸附剂对某种制冷剂气体具有对某种制冷剂气体具有吸附作用，而且吸附能吸附作用，而且吸附能力随吸附剂温度的改变力随吸附剂温度的改变而不同。工作介质是吸而不同。工作介质是吸附剂制冷剂工质对。附剂制冷剂工质对。按吸附机理说，有物理按吸附机理说，有物理吸附与化学吸附之别。吸附与化学吸附之别。第17页/共36页 各工质对的吸附动力学特性是吸附制冷的基础各工质对的吸附动力学特性是吸附制冷的基础研究内容。研究内容。2.2.固气热化学制冷：固气热化学制冷：利用固体

9、与气体的化学吸附现象制冷，称之利用固体与气体的化学吸附现象制冷，称之为固为固-气热化学制冷，或固气热化学制冷，或固-气反应法制冷。气反应法制冷。1.1.物理吸附制冷物理吸附制冷:以常见的沸石水吸附对为例。已研究的吸附工质对（吸附剂制冷剂）主要有：沸石水；硅胶水；活性碳甲醇；金属氢化物氢；氯化物盐类氨等。第18页/共36页基本型吸附式制冷循环基本型吸附式制冷循环 间歇式吸附式制冷系统（太阳能制冷机）间歇式吸附式制冷系统（太阳能制冷机）第19页/共36页气体的节流效应气体的节流效应 实际气体的焓是温度和压力的函数，节流后温度一般会发生变化，这一现象称为节流温度效应，也叫做焦耳一汤姆逊（实际气体的焓

10、是温度和压力的函数，节流后温度一般会发生变化，这一现象称为节流温度效应，也叫做焦耳一汤姆逊（Joule-Thomson）效应）效应 焦耳一汤姆逊效应系数焦耳一汤姆逊效应系数 第20页/共36页利用气体的节流效应可以生产出低温制冷机利用气体的节流效应可以生产出低温制冷机 林德林德-汉普森制冷机的热力循环系统汉普森制冷机的热力循环系统 第21页/共36页绝热膨胀制冷绝热膨胀制冷基本原理：高压气体通过膨胀机绝热膨胀时，对外输出功率，同时气体的温度降低基本原理：高压气体通过膨胀机绝热膨胀时，对外输出功率，同时气体的温度降低 微分等熵效应系数A压缩机B空气冷却器C膨胀机D制冷室定压循环空气制冷机系统第2

11、2页/共36页热电制冷热电制冷 珀尔帖效应基本原理基本原理基本原理：利用珀尔帖效应原理达到制冷目的，即在两种不同金属组成的闭合线路中，通以利用珀尔帖效应原理达到制冷目的，即在两种不同金属组成的闭合线路中，通以直流电流直流电流，会产生一个接点热，另一个接点冷的现象，称为温差电现象。半导体材料所产生的温差电现象较其他金属要显著得多，一般热电制冷都采用半导体材料，所以也称之为半导体制冷。，会产生一个接点热，另一个接点冷的现象，称为温差电现象。半导体材料所产生的温差电现象较其他金属要显著得多，一般热电制冷都采用半导体材料，所以也称之为半导体制冷。第23页/共36页热电偶对热电偶对 三级复叠式热电堆三级

12、复叠式热电堆第24页/共36页磁制冷磁制冷卡诺型磁性制冷循环基本原理基本原理绝热变化时，系统的熵变为0，即S=ST+SB=0 当绝热去磁时，即在绝热条件下，使介质的磁场迅速下降为当绝热去磁时，即在绝热条件下，使介质的磁场迅速下降为0时，介质中的分子磁矩平行于外磁场的方向的排列状态便不能维持，而又将逐步恢复到磁化前的混乱状态，即无序性增加，时，介质中的分子磁矩平行于外磁场的方向的排列状态便不能维持，而又将逐步恢复到磁化前的混乱状态，即无序性增加，SB变大（变大（SB0）。由于）。由于S=0，故，故ST0，即受热运动影响的无序性减少，介质的温度降低。可见，绝热去磁可以使磁介质的温度降低，即受热运动

13、影响的无序性减少，介质的温度降低。可见，绝热去磁可以使磁介质的温度降低 也叫绝热去磁制冷。也叫绝热去磁制冷。第25页/共36页涡流管制冷涡流管制冷 1931年，法国工程师兰克（年，法国工程师兰克（Ranque）发现旋风分离器中旋转的空气流具有低温，于是他在）发现旋风分离器中旋转的空气流具有低温，于是他在1933 年发明了一种装置，可以使压缩气体产生涡流并能将气流冷、热两部分，其中冷气流用来制冷，该装置称为涡流管，又叫兰克管。这种制冷方法称为涡流管制冷年发明了一种装置，可以使压缩气体产生涡流并能将气流冷、热两部分，其中冷气流用来制冷，该装置称为涡流管，又叫兰克管。这种制冷方法称为涡流管制冷 涡流

14、管装置结构简图第26页/共36页涡流管实物涡流管实物 第27页/共36页2023/4/272023/4/272929第28页/共36页2023/4/272023/4/273030第29页/共36页2023/4/272023/4/273131第30页/共36页2023/4/272023/4/273232第31页/共36页威致涡流管的特点11、威致涡流管可产生比压缩空气温度低、威致涡流管可产生比压缩空气温度低-40-40的洁净气流。的洁净气流。2 2、无冷却剂，可代替传统的冷却液，环、无冷却剂，可代替传统的冷却液，环保保卫生，可降低采购成卫生，可降低采购成本；更可应用于无法使用液态冷却液的场本；更

15、可应用于无法使用液态冷却液的场合。合。3 3、免维护，无活动部件，无电气件，无、免维护，无活动部件，无电气件，无化学物质，安全可靠。化学物质，安全可靠。4 4、结构简单，非常易于安装。、结构简单，非常易于安装。2023/4/272023/4/273333第32页/共36页威致涡流管的应用11、威致涡流管可替代机械加工中的冷却液对加、威致涡流管可替代机械加工中的冷却液对加 工工 工件、刀具进行冷却，延长刀具使用寿命工件、刀具进行冷却，延长刀具使用寿命2-32-3倍，并提高加工工件表面精度及光洁度。倍，并提高加工工件表面精度及光洁度。2 2、可用于焊接冷却。、可用于焊接冷却。3 3、可用于铸造中的

16、部分冷却。、可用于铸造中的部分冷却。4 4、可用于模具中的冷却。、可用于模具中的冷却。5 5、可给高温环境中的电子元件、电控箱、马达、可给高温环境中的电子元件、电控箱、马达冷却。冷却。6 6、可给在高温环境中作业的工作人员降温。、可给在高温环境中作业的工作人员降温。2023/4/272023/4/273434第33页/共36页热声制冷热声制冷 热声制冷机基本原理1高温热源2热端换热器3热声板叠4冷端换热器5谐振管6低温热源热声制冷的概念是美国热声制冷的概念是美国Los Alamodynamics国家实验室的国家实验室的J.C.Wheatley等人在等人在80年代提出的。简单地说热声制冷就是利用热声效应的制冷技术年代提出的。简单地说热声制冷就是利用热声效应的制冷技术 第34页/共36页祝学习愉快！祝学习愉快！第35页/共36页2023/4/272023/4/273737感谢您的观看。感谢您的观看。第36页/共36页