1、第一章 制冷的熱力學基礎制冷機、熱泵、聯合機按逆向循環工作據熱力學第一定律：向高溫熱源的放熱量等于從低溫熱源的吸熱量與所消耗的功之和。公式表示如下：制冷機：熱泵：聯合機：8/9/20221在制冷技術范圍內，常用的人工制冷方法有：相變制冷；氣體絕熱膨脹制冷；氣體渦流制冷；熱電制冷等。8/9/20222第一節 相變制冷一、物質的相變特性（一）液體汽化 汽化吸收汽化潛熱 實際制冷循環中，高壓液體節流壓力降低，產生閃發氣體，干度為x。此時1Kg制冷劑汽化所吸收的熱量為： 8/9/20223(二)固體的融化與升華融化：固體變為液體的過程。一般用冰融化吸收潛熱制冷。升華：固體直接變為氣體的過程。一般用干冰

2、升華吸收潛熱制冷。在水的三相點溫度下，冰可以直接升華為水蒸氣。冰升華時的溫度與相應的壓力有關。見表1-1。圖片表11.tif8/9/202248/9/20225冰鹽混合物的融化過程可以達到0以下的溫度。冰鹽冷卻所能達到的溫度與鹽的種類及溶液的濃度有關。見表1-2。圖片表12.tif溶液冰：由共晶溶液凍結成的冰，也稱共晶冰。8/9/20226在共晶固體未完全融化成液體之前，它的溫度是不變的，稱為共晶溫度。表1-3為一些用于制冷目的的共晶溶液的物理性質。圖片表13.tif8/9/20227二.壓焓圖 在制冷行業中用處最大，用得最多的是壓焓圖。 通常使用的壓焓圖均用壓力取對數作縱坐標。 圖上共有六個

3、狀態參數，相應有六簇等狀態參數曲線。分別為： 壓力 pbar； 比焓 hkj/kg； 溫度 t； 比熵 skj/kg.K； 比體積 vm3/kg；干度 x 無因次 8/9/20228第二節 絕熱膨脹制冷 氣體制冷機是利用高壓氣體的絕熱膨脹以達到低溫，并利用膨脹后的氣體在低壓下的復熱過程來制冷。 氣體膨脹制冷有三種方式： 1.高壓氣體經膨脹機膨脹，有外功輸出，溫度降大。膨脹機結構復雜，一般氣體制冷機均采用。 2.氣體經節流閥膨脹，無外功輸出，溫度降小，設備結構簡單，便于進行氣體流量的調整。 3.絕熱放氣制冷在低溫制冷機中大量使用，普冷中極少采用。8/9/20229一.有外功輸出的膨脹過程等熵膨脹

4、溫度隨微小壓力變化而變化的關系即微分等熵效應：8/9/202210對于理想氣體：8/9/202211實際膨脹過程中，按多變過程膨脹。理想氣體的積分等熵效應由下式確定：m多變過程的多變指數。8/9/202212二.節流膨脹過程如節流過程中氣體與環境之間無熱量交換，則節流前后焓值保持不變。節流會產生冷效應、熱效應及零效應三種情況，利用節流的冷效應可以制冷。節流降溫但不制冷，節流有摩擦損失。理想氣體：u和pv僅是溫度的函數，所以h也是溫度的函數。理想氣體節流時，u=0； h=0； 所以 T=0；對于實際氣體u、h不僅與T有關，還與p有關。8/9/202213節流后p降低，T可能升高、降低或不變。微分

5、節流效應（或焦耳湯姆遜效應）為：8/9/202214純物質在飽和區域內，在相同的壓降下具有相同的溫差T。 因此：8/9/202215第三節 制冷熱力學特性分析循環可分正向循環熱機，按順時針方向進行逆向循環制冷機或熱泵，按逆時針方向進行。循環又可分為可逆循環不可逆循環8/9/202216 內部不可逆摩擦、擾動等不可逆過程包括 外部不可逆溫差傳熱等8/9/202217一.熱源溫度不變時的逆向可逆循環逆卡諾循環逆向卡諾循環：當高溫熱源和低溫熱源的溫度不變時，具有兩個可逆的等溫過程和兩個可逆的絕熱過程組成的逆向循環，稱為逆向卡諾循環。在相同的溫度范圍內，逆向卡諾循環是效率最高的制冷循環，無任何不可逆損

6、失。8/9/202218逆卡諾循環的溫熵圖如下：23過程放熱量： 面積2356241過程吸熱量： 面積145618/9/202219據熱力學第一定律：面積123418/9/202220消耗單位功所獲得的制冷量的值，稱為制冷系數。制冷系數與低溫熱源的溫度成正比，與高低溫熱源的溫差成反比。當高低溫熱源的溫度一定時，制冷系數為定值。制冷系數與制冷劑的性質無關。8/9/202221高低溫熱源溫度變化對制冷系數的影響： 結論：8/9/2022228/9/202223具有傳熱溫差（外部不可逆）的逆向卡諾循環：循環的T-S圖如下：8/9/202224如 和 為可逆過程，則循環的制冷系數為：由卡諾定理得知，

7、總是小于8/9/202225熱力完善度：實際循環的制冷系數與工作于相同溫度范圍內的逆向卡諾循環的制冷系數之比。其值恒小于1。制冷系數與熱力完善度的異同：1.兩者同為衡量制冷循環經濟性的指標；2.兩者定義不同。制冷系數為制冷循環總的制冷量與所消耗的總功之比。 熱力完善度為實際循環的制冷系數與工作于相同溫度范圍內的逆向卡諾循環的制冷系數之比。8/9/2022263.兩者的作用不同。制冷系數只能用于衡量兩個工作于相同溫度范圍內的制冷循環的經濟性，熱力完善度可用于衡量兩個工作于不同溫度范圍內的制冷循環的經濟性。4.兩者的數值不同。制冷系數一般大于1，熱力完善度恒小于1。8/9/202227二.變溫熱源

8、時的逆向可逆循環洛倫茲循環制冷機在實際工作中，被冷卻對象和環境介質的溫度往往是隨著熱交換過程的進行而變化的。圖1-4表示的循環即為高溫熱源和低溫熱源溫度變化時的情況。循環為a-b-c-d-a；制冷量為面積：a-d-d-a-a。8/9/202228如要用一個由兩個定溫過程和兩個絕熱過程組成的循環代替，則：制冷劑向高溫熱源的放過程為：b-g，溫度Tb；制冷劑從低溫熱源的吸熱過程為：d-1，溫度Td；8/9/202229 要獲取與循環a-b-c-d-a相同的制冷量，則需進行循環e-f-g-d-e。循環a-b-c-d-a與循環e-f-g-d-e比較：制冷量面積 a-d-d-a-a； a-d-d-a-a

9、功耗面積 a-b-c-d-a； e-f-g-d-e8/9/202230在熱源溫度變化的條件下，由兩個和熱源之間無溫差的熱交換過程及兩個等熵過程組成的逆向可逆循環是消耗功最小的循環，即制冷系數最高的循環。熱源溫度變化時循環的熱力完善度可表示成：洛倫茲循環制冷系數的計算：可分解成無數個微元循環計算。8/9/202231見圖1-5整個循環的制冷系數可表示為：8/9/202232Tm 及TOm是熱力學意義上的平均溫度。所以洛倫茲循環的制冷系數等于一個以放熱平均溫度Tm 和以吸熱平均溫度TOm為高低溫熱源的逆向卡諾循環的制冷系數。8/9/202233三.熱能驅動制冷循環吸收式制冷循環即為熱能驅動的制冷循

10、環。實際上為三熱源循環。據熱力學第一定律：qk=qH+q0對于可逆制冷機，根據熱力學第二定律，在一個循環中熵增為零。8/9/2022348/9/202235經濟性能是以熱力系數作為評價指標的。熱力系數：獲得的制冷量與消耗的熱量之比。用0表示。8/9/202236結論：通過輸入熱量制冷的可逆制冷機，其熱力系數等于工作于Ta、T0之間的逆向卡諾循環制冷機的制冷系數與工作在 TH、Ta之間的正卡諾循環的熱效率的乘積，由于后者小于1，因此： 0總是小于0。8/9/202237四.壓縮蒸汽制冷循環流程圖見圖1-7。組成的基本設備：壓縮機、冷凝器、節流設備、蒸發器。進行四個熱力過程。壓縮機：對工質進行壓縮

11、過程，消耗外功W，將工質壓力升高；8/9/202238冷凝器：為換熱器，將來自壓縮機的高溫、高壓氣體冷卻并冷凝成液體。工質對外放出熱量qk；節流設備：將工質壓力由冷凝壓力降低為蒸發壓力，同時溫度降低；蒸發器：也為換熱器，經過節流的制冷劑在其中汽化，吸收汽化潛熱完成制冷。吸熱量為q0；8/9/202239循環的制冷系數：q0單位質量制冷量。定義：單位質量制冷劑在一次循環中從低溫熱源所吸收的熱量。 單位壓縮功（比功）。定義：壓縮機壓縮單位質量的制冷劑所消耗的功。8/9/202240 -流經壓縮機的制冷劑質量流量,Kg/s； -壓縮機吸入口處的制冷劑體積流量,m3/s。qv=q0/v1 kj/m3qv-單位容積制冷量；qv定義：壓縮機每吸入單位體積制冷劑蒸汽（按吸氣狀態計的體積）所制取的冷量。它僅與制冷劑及吸氣狀態有關。8/9/202241五.熱泵循環熱泵循環與制冷循環的區別：1.兩者的目的不同。熱泵的工作目的是為了獲得高溫（制熱），也就是著眼于放熱至高溫熱源；制冷機的工作目的是為了獲得低溫（制冷），也就是著眼于從低溫熱源吸熱。8/9/2022422.兩者的工作溫區往往有所不同。由