在自 然界和生产过程中温度差是普遍存在的

  • 时间:2020-05-27 14:32
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  制冷原理及基础知识_能源/化工_工程科技_专业资料。制冷原理及基础知识的介绍

  制冷原理及基础知识 培训教室 2018.08.06 从低于环境温度的空间或物体中吸收热量并 将其转移给周围环境的过程,称为制冷。 制冷原理与设备是为了适应人们希望能人工改变局 部环境温度的需要而产生和发展的。人们生活中常说的 “热”或“冷”是人体对温度高低感觉的反应,制冷中 所说的冷与热,是指用人工的方法在一定的时间或一定 的空间内对某种物体或对象进行冷却或加热,使其温度 升或降到环境温度以下或以上。 这是相对于环境温度而言的,如在炎热的夏季,气 温高达35℃,要使人感到舒适,需要通过人工制冷进行 空气调节,使室温保持在25℃左右;为了冷冻储存食品, 电冰箱需保持在-18℃等。 自然界的客观规律是热量传递总是从高 温物体传向低温物体,直至两者温度相等。 如一杯开水放置冷却到凉白开,是一个 自发的传热过程,属于自然冷却,不是制冷。 室温 25℃ 37℃ 水 热量从杯中传向室温 水温与室温相同 室温 25℃ 一段时间之后 25℃ 水 制冷是为了适应人们希望能人工改变局部环境温 度的需要而产生和发展的。日常中的常说的冷热是人 体对温度的高低感觉的反应,因此冷热是一个相对的 概念,制冷中所说的热是相对于环境温度而言的。 所谓的制冷,就是把某一物体或空间(包括空间 内部的物体)的温度,降到低于环境介质温度,并保 持这一低温状态的过程。为了达到这一目的,就应采 用人工的方法不断地将该物体或空间的热量及由外界 传入的热量,转移到外界的环境中去。 虽然热量不可能自发的从低温物体传向高温物 体,但消耗功可以使热量从低温传递到高温,就像 借助水泵对水做功,就能使水从低处流向高处。人 工制冷就是使热量从低温传到高温的技术。 人工制冷是用人工的方法,通过一定的设备在一 定的时间内和一定的空间内将物质冷却至环境温度以 下,并保持这个低温。 1、蒸汽压缩式制冷 2、蒸汽吸收式制冷 3、蒸汽喷射式制冷 4、吸附式制冷 5、空气膨胀制冷 6、热电制冷(温差电制冷) 7、涡流管制冷 古代 地窖作冷贮室、水蒸发降温等 1755年德国库仑利用蒸发使水结冰。 布莱克导出潜热概念,发明了冰量热器,标志着现代制冷技术的开 始。 1834年美国波尔金斯造出第一台以为工质的压缩式制冷机, 成为后来蒸气压缩式制冷机的雏形。 1844年美国高里用封闭循环的空气制冷机建立了一座空调站, 标志着空气制冷机开始应用。 1875年美国林德采用氨作制冷剂,从此蒸气压缩式制冷机在制冷 领域中开始了它的统治地位。 1859年凯利发明氨水吸收式制冷系统。 1910年莱兰克在巴黎发明蒸气喷射式制冷系统。 1930年起 发现氟利昂制冷剂;全封闭压缩机研制成功;混合制 冷剂应用等。 在当今社会,随着制冷工业的发展,制冷的应用也日益广泛, 现以渗透到了人吗的生活,生产,科学研究等个个领域。从日常的 衣食住行到顶尖的科学技术都离不开制冷,制冷工业的水平是一个 国家现代化的标志。 (1).空调工程 (2).食品工业 (3).机械及冶金工业 (4).医疗卫生事业 (5).国防工业和现代科学 (6).石油化工、有机合成 (7).轻工业、精密仪表、电子工业 (8).农业、水产业 (9).建筑及水利 (10).日常生活 1.物质的三种状态 自然界中的一切都是有分子和原子组成的。分子中存在着热运动, 是分子具有动能,分子间存在着作用力使分子具有势能。在不同的条件 下物质可以呈现出三种不同的状态,即固态、液态、和气态。 (1)固态 物质处于固态时,分子在自己的平衡位置做振幅很小的 振动,其分子间的距离最小,相互间的吸引力最大,它具有一定的体积 和形状。 (2)液态 物质处于液态时,分子在其平衡位置做振幅较大的振动, 其分子间的距离较大,相互间的吸引力较小,且能够相互移动。它具有 一定的体积,但形状随容器而改变。液体可以流动,基本上不可压缩。 (3)气态 物质处于气态时,分子间相互吸引力小而不能相互约 束,各分子不停地进行着毫无规则的运动。气体没有固定的体积和形状, 能自发地充满任何空间。它可无限膨胀,也可大幅度压缩。 汽化 液态 气态 液化 固态 两种不同温度的物质由于温差的存在,热量就会发生转移和交换,在自 然界和生产过程中温度差是普遍存在的,因此,传热就成了自然界的普遍现 象。在空调及冷冻系统中,同样存在着传热问题,如冷凝器、蒸发器、中间 冷却器、空气加热器等热交换设备。这些设备在运行中都在进行着复杂的热 交换,热量互相传递和转移着,此外系统的冷热管道,以及空调房间的外围 建筑都随季节不同而进行着传热。从热力学定律可知热量会从高温物体向低 温物体传递热量。 1.传热方式 热量的传递往往分三种形式进行,即传导、对流、辐射。这三种传热方 式往往是交错发生,以一种方式伴随着另一种方式进行。 (1).传导 传导也称导热,是由两种温度不同的物体之间直接接触所引起的热量交换。 (2).对流 对流是指流动的物体中,借助于部分质点流动而转移的热量,热的对流往往 与热传导相伴随。在空调及冷冻技术中所遇到的传热问题,通常是以导热和 对流为主进行的传热。 (3).辐射 辐射是物体热能转变为辐射线,同时向四周空间传播。凡具有高温的物体, 均具有这种性能。 2.热力学定律 (重要性)给出了温度的定义和温度的测量方法。 第一定律:在任何发生,能量转换的热力过程 中转换前后能量的总量维持恒定。 第二定律:在自然条件下,热量只能从高温物 体传向低温物体,而不能由低温传向高温,一切热 现象有关的宏观都是可逆的,要使热传递方式倒转 只能靠消耗能量或做功来实现。 第三定律:绝对零度(0K=-237.15℃)不可 达到,只能无限接近。 1.温度与温标 2.物质的热能、热量、焓、熵、显热、潜热 3.制冷量 4.蒸发与沸腾 温度是表示冷热物体冷热程度的量度。温度反映了物体内 部分子运动的平均动能,是物体状态的基本参数之一。 物体的温度是用温度计来测量的,为了表示温度的高低, 就规定了衡量温度高低的尺度,称为温标。 摄氏温标t,又叫国标百度温标,单位℃。它指在标准大 气压下,把纯水的冰点设为0℃,沸点设为100℃,在两定点间 分为100等份,每一等份即称为摄氏一度。 华氏温标F,单位°F。它指在标准大气压下,把纯水的冰 点设为32°F,沸点设为212°F,在两定点间分为180等份,每 一等份即称为华氏一度。 热力学温标T,单位K。是国际制温标,它规定以纯水的三 相点作为基点(固液气),为便于记忆将纯水在标准大气压下 的冰点设为273K,沸点设为373K,在两定点间分为100等份,每 一等份即称为开氏一度。 三种温标的换算: F=(1.8t+32) t=(F-32)/1.8 T=(273+t) °F ℃ k 三种温标示意图 1-水的沸点 2-水的冰点 (1).热能 热能是物质能量的一种表现形式,它表示物质分子运动的剧烈程度, 是物质分子的动能。 (2).热量 热量是物质热能转移的度量,它表示物质分子吸收或放出多少热的物 理量。 (3).焓:焓是热力学系统的一个特性,其计算公式为:系统内部能量加上 系统内气体压力与容积的乘积。 物理意义:单位质量所增加或移走的热量就是物质的焓的变化量。它的符 号为“?h”。 即 h = E + pV (h = 焓 E = 内部能量 p = 压力 V = 容积) 焓的单位 千焦/千克 - kJ/kg 英国热量单位/磅 -BTU/lb (4).熵:在不做功的情况下向物质转移能量,就能增强物质的混乱程 度。这叫做物质的熵。混乱程度越高,熵就越大。 在不施加功的情况下,这种混乱状态是不可逆的(即无法回到原来的 次序)。 ?S = Q/T ( Q = 吸收的热量 T = 温度) 熵的单位 千焦/千克· 开氏度 - kJ/kg.K 英国热量单位/磅。兰氏温标。 - BTU/lb.R (5)显热:物质吸收或放出热量,使物体的温度升高或降低,而不引 起状态的变化,这个过程中的物质所吸收或放出的热量称为显热。 (6).潜热:物质吸收或放出热量后,状态改变而温度不发生变化,这 一过程中所发生的热量转移称为潜热。 2300W以下 2400W~2500W 2600W~2800W 3200W 3500W~3600W 4500W~4600W 4800W~5000W 5100W~5200W 6000W~6100W 7000W~7100W 12000W 小1P 正1P 大1P 小1.5P 正1.5P 小2P 正2P 大2P 2.5P 正3P 正5P 蒸发:液体表面产生的汽化现象称为蒸发。 沸腾:液体在某一下压力下达到该压力所对应 的饱和温度时吸热而在其表面和内部都产生剧烈的 汽化现象。 1、无机化合物 如:水、氨、二氧化碳、二氧化硫 2、氟利昂:饱和碳氢化合物的氟、氯、溴的衍生物的总称。 如:R12、R22、R134a、R152a 3、碳氢化合物 如: R600、R600a、R170 4、混合制冷剂 混合制冷剂是由两种或两种以上的氟利昂组成的混合物。 (1)共沸制冷剂 如:R500(R12/R152a)、R502(R22/R115) (2)非共沸制冷剂 如:R404A(R125/R143a/134a)、R407C(R32/R125/R134 a) 1、R22 (1)R22的沸点为-40.8℃,微溶于水。 (2)水在R22中的溶解度很小,而且随着温度的降低,水的溶解度越小。 (3)R22能部分与矿物油互相溶解,其溶解度与润滑油的种类和温度有关。 (4)R22不燃烧、不爆炸、毒性很小。 (5)R22对臭氧层仍有破替代物。 2、R134a (1)R134a沸点为-26.5℃。主要热力性质与R12相似,是比较理想的一种R12替代 制冷剂。 (2)R134a对金属的腐蚀作用比较小、稳定性好、不溶于水。 (3)R134a 对臭氧层无破坏作用,温室效应比R22小,属HFC类制冷剂,按当前的国 际协议可长期使用。 3、R718 R718是水,同样的水也是最理想的制冷剂,水作为制冷剂应用于蒸汽喷射式 制冷机和溴化锂吸收式制冷机中。 4、R410A (1).R410A制冷剂是一种双组份的非共沸制冷剂,它由R32与R125(各50%混合而成)。 (2).制冷量大,有较好的传递性。 提到制冷不得不说的就是制冷系统 中的四大部件了:压缩机、冷凝器、节 流机构、蒸发器。 每个部件都非常的神奇也非常的有 意思,它们有着各自的功能,有着各自 的神奇之处,下面我将为大家详细介绍 它们。 空调压缩机是在空调制冷剂回路 中起压缩驱动制冷剂的作用。 空调压缩机的工作回路中分蒸发 区(低压区)和冷凝区(高压区)。空调 的室内机和室外机分别属于高压或低 压区(要看工作状态而定)。空调压缩 机一般装在室外机中。 压缩机是制冷系统的心脏,无论 是空调、冷库、化工制冷工艺等等工 况都要有压缩机这个重要的环节来做 保障。 作用:压缩和输送制冷蒸汽,并造 成蒸发器中低压、冷凝器中高压,是 整个系统的心脏。 压缩机的分类 容积型 速度型(离心式) 活塞式 回转式 滚动转子式 涡旋式 滑片式 螺杆式 单螺杆 双螺杆 空调冷凝器用于制冷空调系统,管内 制冷液直接与管外空气强制进行热交换, 以达到制冷空气的效果。 冷凝器即室外热交换器在制冷时为系 统的高压设备(冷暖热泵型在制热状态时 为低压设备)装在压缩机排气口和节流装 置(毛细管或电子膨胀阀)之间,由空调 压缩机中排出的高温高压气体,进入冷凝 器,通过铜管和铝箔片散热冷却,空调器 中都装有轴流式冷却风扇,采用的是风冷 式,使制冷剂在冷却凝结过程中,压力不 变,温度降低。由气体转化为液体。 作用:输出热量的设备,将制冷剂在蒸发器 中吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量排放 给冷却介质。 冷凝器 水冷式 风冷式 卧式壳管式 立式壳管式 自然对流(冰箱) 强迫对流(空调) 节流的工作原理是制冷工质流过阀门时流动截 面突然收缩,流体流速加快,压力下降,压力下降的大 小取决于流动截面收缩的比例.节流机构的作用: 1)、节流降压.当常温高压的制冷剂饱和液体 流过节流阀,变成低温低压的制冷剂液体并产生少 许闪发气体.进而实现向外界吸热的目的. 2)、调节流量:节流阀通过感温包感受蒸发器 出口处制冷剂过热度的变化来控制阀的开度,调节 进入蒸发器的制冷剂流量,使其流量与蒸发器的热 负荷相匹配.当蒸发器热负荷增加时阀开度也增大, 制冷剂流量随之增加,反之,制冷剂流量减少. 3)、控制过热度:节流机构具有控制蒸发器出 口制冷剂过热度的功能,既保持蒸发器传热面积的 充分利用,又防止吸气带液损坏压缩机的事故发生. 4)、控制蒸发液位:带液位控制的节流机构具 有控制蒸发器液位的功能,既保持蒸发器传热面积 的充分利用,又防止吸气带液降低吸气过热度. 蒸发器是制冷四大件中很 重要的一个部件,低温的冷凝 “液”体通过蒸发器,与外界 的空气进行热交换,“气”化 吸热,达到制冷的效果。 空调蒸发器的作用是利用 液态低温制冷剂在低压下易蒸 发,转变为蒸气并吸收被冷却 介质的热量,达到制冷目的。 蒸发器 满液式 (筒制管水) 非满液式/干式 (筒水管制) 3 常温高压液管道 冷凝器 高温高压气管道 2 节 流 装 置 压 缩 机 蒸发器 4 低温低压液管道 低温低压气管道 1 空调压缩机把制冷剂从低压区抽取来经压缩后送到高压区冷却凝结, 通过散热片散发出热量到空气中,制冷剂也从气态变成液态,压力升高。 制冷剂再从高压区流向低压区,通过毛细管喷射到蒸发器中,压力骤降, 液态制冷剂立即变成气态,通过散热片吸收空气中大量的热量。这样, 空调压缩机不断工作,就不断地把低压区一端的热量吸收到制冷剂中再 送到高压区散发到空气中,起到调节气温的作用。 lgp 过冷液体 T p K s v 过热蒸汽 液相区 x 两相区 湿蒸汽 x 气相区 a 饱和液体 h b 饱和蒸汽 压焓图 h 一点:物质的临界点K 两线:饱和液体状态连线(a)和饱和蒸 汽状态连线(b) 三区:液相区,两相区,气相区 五态:过冷液体、饱和液体、湿蒸汽、 过热蒸汽和饱和蒸汽 等压线p(水平线)、等焓线h(垂直线)、等 干度线x(无数条)、等比体积线V、等温线 T、等熵线S 在温度、压力、比体积、比焓、比熵、干度等参数中,只要 知道其中任意两个状态参数就可压焓图中确定过热蒸汽及过冷液 体状态点,其他状态点便可从图中直接读出;对于饱和蒸汽和饱 和液态,只要知道其中任意一个参数就能确定其状态。 致谢 感谢各位师傅的观看

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