电冰箱与空调器原理与维修-经典版 (2)

第二章制冷空调基础知识第一节热力学定律第二节制冷压缩原理及制冷剂本章小节第三节其他制冷方式第四节空气调节基础一、工质的物理性质及基本状态参数二、热力学定律及应用三、制冷技术中常用的热力学名词第一节热力学定律1．物质的三态固态、液态及气态，三态之间是通过吸热或放热来完成其状态转化的。一、工质的物理性质及基本状态参数（1）固态该种状态的物质分子间的引力比其它两种状态大，且分子间的距离最小。固体具一定形状。（2）液态液态的物质分子间的引力较小而间距较大。分子间相互可移动，因此液体具有流动性而且无一定的形状。（3）气态和上述两种状态相比较，气态物体的分子间距离最大而分子间引力很小，分子间无相互约束，不停地进行着无规则的运动。因此，气体无形状，元固定体积。物质的状态取决于分子之间引力的大小和其热运动的强弱。2．基本状态参数热力学中常见的状态参数有（基本状态参数）温度T、压力p、密度或比体积v、比内能u、比焓h等。一、工质的物理性质及基本状态参数（1）温度描述热力系统冷热程度的物理量。热力学温度的符号用T表示，单位为K（开）。热力学温度与摄氏温度之间的关系为t=T-273.15K或T=273.15K+tt——摄氏温度，℃。（2）压力F——整个边界面受到的力，N；一、工质的物理性质及基本状态参数S——受力边界面的总面积，m2。绝对压力、工作压力和环境大气压力之间的关系为SFp（负压）（正压）；eambeambpppppppamb——当地大气压力；pe——工作压力。（3）比体积和密度系统中工质所占有的空间称为工质的体积。而单位质量的工质所占有的体积称比体积，用v表示，单位为m3/kg。决定压缩机制冷量的重要参数。与工质密度互为倒数。一、工质的物理性质及基本状态参数例题例2-1锅炉中蒸汽压力表的读数pe=32.3105Pa；凝汽器的真空度值pe=9.5104Pa，根据真空表读为pamb=1.01325105Pa。若大气压力，试求锅炉及凝汽器中蒸汽的绝对力。解：p=pamb+pe=1.01325105Pa+32.3105Pa=33.313105Pa凝汽器（电压电容）中的绝对压力p=pamb-pe=1.01325105Pa–9.5104Pa=0.633104Pa3．理想气体状态方程式一、工质的物理性质及基本状态参数Rg——气体常数对于质量为m（kg）的理想气体，其状态方程为V——质量为m（kg）的气体所占有的体积，m3；其它各参数同前。pv=RTpV=mRT能量守恒及转换定律：能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转换成另一种形式，或从一个系统转移到一个系统。二、热力学定律及应用在实际的工质状态变化中，热力学第一定律的表达式为：q——加给1kg工质的热量，J/kg；u——1kg工质内能，J/kg；——机械功，J/kg。q=u+热力学第二定律：二、热力学定律及应用（1）在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移。即在自然条件下这个转变过程是不可逆的，必须消耗功才能使热传递方向倒转过来。（2）任何形式的能都会很容易地变成热，而反过来热却不能在不产生其它影响的条件下完全变成其它形式的能，这种转变在自然条件下是不可逆的。热变为机械功，一定伴随有热量损失。1．热量二、热力学定律及应用（1）热量的定义热量是系统与外界之间通过界面传递能量的一种方式，单位J（焦耳）。①热量是能量在传递过程中的一种表现形式。②热量与热力过程有关，当热量传递给系统即系统吸热时符号为正号，反之取负。（2）热量传递的方式①热传导②热对流③热辐射2．焓、比热容二、热力学定律及应用（1）焓的基本概念1kg的气体工质流入到装有一定状态工质的容器中后，带来的能量等于其全部内能与该气体流动功之和，其值称为焓。h=u+pvH=U+pV二、热力学定律及应用H表示质量为m的工质的焓，h表示1kg工质的焓，称为比焓，习惯上统称为“焓”，h的单位为J/kg，H的单位为J。H=U+pV=m(u+pv)=mhH——质量为m的工质的焓，J；U——质量为m的工质的热力学能，J；p——工质的压力，Pa；V——工质的体积，m3；m——工质的质量，kg；u——1kg工质的热力学能，J/kg；v——工质的比体积，m/kg；h———1kg工质的焓，J/kg。焓的变化量即是工质的热量，定压过程热和焓的表达式为（q1-2）p=u2–u1+p(v2-v1)=h2-h1二、热力学定律及应用（2）比热容1kg物质温度升高1K所需要的热量叫比热容，用c表示，其单位为kJ/（kg·K）。比热容与热量和焓的关系式为：在定压过程中：在定容过程中：q1-2=u2–u1=cV(T2-T1)q1-2=h2–h1=cp(T2-T1)例题例2-2在一个空气加热器中，空气的温度从27℃升高到327℃，而空气的压力没有变化。试求加热1kg空气所需的热量（按定值比热容计算）。解根据热力学第一定律方程式，查表空气的比定压热容为cp=1.004kJ/(kgK)。T1=237K+t1=(273+27)K=300K，T2=237K+t2=(273+327)K=600K，所以q1-2=h2–h1=cp(T2-T1)=1.004（600-300）kJ/kg=301.2kJ/kg二、热力学定律及应用3．熵熵是状态参数。标志着工质的温度对热交换起着推动作用的状态变化的参数称为“熵”。工程上经常将温度T和熵S作为一个坐标系（称温—熵图），以反映系统在进行热交换过程中热量的变化。三、制冷技术中常用的热力学名词1．显热和潜热（l）显热物质分子的动能变化而物质形态不变，这一过程吸收或放出的热能称之为显热。（2）潜热物质分子的位能变化，即物质的状态发生改变，温度不发生变化，这一过程中物质吸收或放出的热能称之为潜热。2．汽化与液化（1）汽化物质由液体转变成蒸气的过程就是汽化过程。（2）液化液化与汽化是相反的过程。三、制冷技术中常用的热力学名词3．饱和温度和饱和压力某种液体沸腾时所维持不变的温度称为沸点，热工学中又将其称为在某一压力下的饱和温度。饱和温度与饱和压力一一对应。压力升高，饱和温度升高，不同液体，同压力下饱和温度不同。4．过热与过冷（1）过热过热度即过热蒸气的温度与饱和温度之差。（2）过冷过冷也有过冷度的概念，过冷液体温度比饱和液体温度所低的数值，称为制剂液体的过冷度。三、制冷技术中常用的热力学名词5．临界温度和临界压力压力增加，气体的液化温度随之升高，温度升高到某一数值时，气体的液化温度与压力之间就不是正比的关系了，即使再增大压力不能使气体液化，此时的温度就叫做临界温度；与临界温度对应的压力被称之为临界压力。一、制冷系统的组成二、制冷循环三、常用制冷剂第二节制冷压缩原理及制冷剂四、新型制冷剂介绍一、制冷系统的组成蒸气压缩式制冷机的工作原理如图所示。一、制冷系统的组成制冷系统组成：压缩机、冷凝器、膨胀阀（节流阀）、蒸发器及它们之间的连接管路等。完成一个循环只经过一次压缩，称为单级压缩制冷循环。制冷循环包括压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程。一、制冷系统的组成蒸气压缩式制冷循环系统主要设备的功用及工质的状态变化设备名称压缩机冷凝器节流阀蒸发器功用吸入工质气体，提高压力造成向高温放热而液化的条件将工质蒸气液化降低液态工质的压力由工质蒸发潜热（汽化热）而产生冷却作用制冷工质状态气体（加入压缩功）气体液体（放出凝结热）液体液体气体（吸收汽化热）压力增加高压降压低压温度低温高温（过热过热）高温常温（过热30~50C）常温低温低温过热温度二、制冷循环l．热功平衡分析电能热能制冷剂吸收低温物体热量q0，向高温介质释放热量qk，（q0qk）二者差值即压缩机制冷剂所作的功w，如图。二、制冷循环2．压—焓（p—h）图的构成如图，分析见图内标注。二、制冷循环3．压—焓图的应用（1）查阅制冷剂的各参数。（2）制冷理论循环，如图所示。二、制冷循环（3）制冷的实际循环①过冷循环在制冷工质在进入膨胀阀节流前具有一定过冷度的制冷循环，如图所示。二、制冷循环②过热循环指压缩机吸入的是过热蒸气的制冷循环，如图所示。二、制冷循环③回热循环为消除或减少有害过热的影响，在制冷循环内造成制冷工质液体过冷或蒸汽过热的制冷循环，如图所示。三、常用制冷剂1．制冷机的种类。（l）氟利昂类制冷剂饱和碳氢化合物氟、氯、溴衍生物的总称。R：制冷剂代号。中文名称分子式符号命名原则二氟二氯甲烷CCl2F2R12m-1=0，n+1=1，p=2二氟一氯甲烷CHClF2R22m-1=0，n+1=2，p=2三氟一溴甲烷CF3BrR13B1m-1=0，n+1=1，p=3，Br=1二氟一氯乙烷CH3-CF2CLR142m-1=0，n+1=4，p=2三、常用制冷剂（2）无机化合物制冷剂氨、水、空气和二氧化碳等。R表示制冷剂代号，后面加数字。如R717，7——无机物；17——表示氨相对分子质量的整数。（3）共沸溶液制冷剂不同工质按一定比例混合物。R加5，然后按实验成功顺序依次排列。如R500、R501、R502等。制冷剂按标准蒸发温度和常温冷凝压力的高低及温度应用范围，又可分高、中、低温制冷剂。三、常用制冷剂2．对制冷工质各种性质的要求（1）热力学性质要求在标准大气压下汽化温度要低；工作温度范围内冷凝压力不宜过高；单位体积的制冷量要足够大；制冷机的临界温度高，凝固温度低。（2）物理和化学性能的要求较高热导率、粘度、密度要小、无毒无腐蚀性、有一定的溶由性和水溶性。（3）使用注意事项制冷钢瓶需安检；放置环境通风，防高温和太阳直射；分装和充加制冷剂时保证室内空气流通，佩戴防护设施；使用后关闭控制阀；禁止明火对制冷剂加热，可用100度以下的水热敷。三、常用制冷剂3．制冷剂选用原则考虑制冷机的工作压力、容积制冷量、对人体健康的影响及制冷剂的生产、价格、贮运等问题。四、新型制冷剂介绍无氟（HFC）制冷剂，如R134a，但也有一些固有缺点，如渗透性强、饱和压力高、水溶性高、润滑性能不够等；R600a，中温制冷剂，热导率高。一、吸收式制冷二、半导体制冷第三节其他制冷方式一、吸收式制冷l．吸收式制冷机的基本原理机内有两种循环工质——制冷剂和吸收剂。系统图如图所示。一、吸收式制冷蒸气式压缩制冷剂的工作循环组成：压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程。机内有两种循环工质——制冷剂和吸收剂。吸收式制冷也是上述四种工作循环。低压制冷蒸气进入吸收器被吸收剂吸收，维持低压，吸收过程中放热，热量被冷却介质带走，然后吸收剂与制冷剂的混合液送入发生器，升温，制冷剂又蒸发析出，高压的蒸气进入冷凝器冷凝，冷凝液体经节流减压，进入蒸发器进行蒸发制冷。吸收制冷机由发生器、吸收器、溶液泵代替了压缩机。一、吸收式制冷2．吸收式制冷机的工质和工质发生过程两种工质：制冷剂和吸收剂——工质对。3．单效吸收式制冷机的热力循环溴化锂吸收式制冷机的热力循环图。一、吸收式制冷4．双效吸收式制冷机的热力循环一、吸收式制冷5．太阳能吸收式制冷机的制冷原理氨—水吸收式太阳能制冷系统。一、吸收式制冷水—溴化锂吸收式太阳能制冷系统原理。二、半导体制冷1．半导体制冷原理当一个P型半导体元件和一个N型半导体元件连接成电偶时，若此电路上接上一个直流电源，电流通过接头时，就会发生能量转移，电偶的一个接头放出热量（即热端），另一个接头吸收热量（即冷端）。若极性相反（把电源倒过来）则冷热端就互相交换，原来的冷端变成热端，原来的热端变成冷端（吸放热端换）。二、半导体制冷2．半导体制冷器的应用用于微型冰箱和空调器，如图所示。1.冷风出口2.冷端散热片3.半导体电堆4.热端散热片5.风机6.空气进口7.风机电动机8.冷却水进入端9.冷端散热片10.电绝缘导热层11.半导体电堆12.固定螺栓二、半导体制冷两种半导体空调。1.风机2.半导体元件3.热（冷）端散热片4.冷（热）端散热片5.室内回风6.室外进风口7.向室外排风口8.送风口9.调风门一、空气调节内容二、焓-湿图及其应用第四节空气调节基础一、空气调节内容1．空气调节中室