冰水机培训教材

郭富强制作制冷原理部分制冷方法概述要求掌握：“制冷”的定义；蒸气压缩式制冷的制冷方法和热力学原理，系统组成，制冷循环及制冷机特性的理论分析和计算。制冷技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。制冷作为一门科学是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体或流体冷却,使其温度降到环境温度以下，并保持这个低温。这里所说的“冷”是相对于环境而言的。热的铁块放在空气中，通过辐射和对流向环境传热，逐渐冷却到环境温度。它是自发的传热降温，属于自然冷却，不是制冷。制冷就是从物体或流体中取出热量，并将热量排放到环境介质中去，以产生低于环境温度的过程。机械制冷中所需机器和设备的总合称为制冷机。郭富强制作制冷原理部分制冷方法概述制冷机中使用的工作介质称为制冷剂。制冷剂在制冷机中循环流动，同时与外界发生能量交换，即不断地从被冷却对象中吸取热量，向环境排放热量。制冷剂一系列状态变化过程的综合为制冷循环。为了实现制冷循环，必须消耗能量。所消耗能量的形式可以是机械能、电能、热能、太阳能或其它可能的形式.制冷技术的研究内容可以概括为以下三方面：①研究获得低温的方法和有关的机理以及与此相应的制冷循环，并对制冷循环进行热力学的分析和计算。②研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供性能满意的工作介质。机械制冷要通过制冷剂热力状态的变化才能实现。所以，制冷剂的热物理性质是进行循环分析和计算的基础数据。此外，为了使制冷剂能实际应用，还必须掌握它们的一般物理化学性质。③研究实现制冷循环所必须的各种机械和技术设备，包括它们的工作原理、性能分析、结构设计，以及制冷装置的流程组织、系统配套设计。此外，还有热绝缘问题，制冷装置的自动化问题，等等。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述本章提示：重点掌握：蒸气压缩式制冷和蒸气吸收式制冷的热力学原理，系统组成，制冷循环及制冷机特性的理论分析和计算。一般掌握：蒸气喷射式、吸附式制冷的制冷方法。物质有三种集态气态、液态、固态。物质集态的改变称之为相变。相变过程中，由于物质分子的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是将吸收潜热；反之，当它发生有质稀态向质密态的相变时，则放出潜热。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述物质相变制冷是利用液体在低温下的蒸发过程及固体在低温下的熔化或升华过程向被冷却物体吸收热量---即制冷量。因此，相变制冷分为液体气化制冷与固体熔化与升华制冷，由于液体自身具有流动性，液体气化制冷是广泛应用的。液体汽化成蒸气的过程吸收热量，从而达到制冷的目的，为了使其连续不断地工作，成为一个循环，便必须使制冷剂在低压下蒸发汽化、蒸气升压、高压气体液化和高压液体降压。蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸气喷射式和吸附式制冷都具备上述四个基本过程，属于液体汽化制冷。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述冰相变冷却冰相变冷却是最早使用的降温方法，现在仍在广泛应用于日常生活、农业、科学研究等各种领域。冰融化和冰升华均可用于冷却。实际主要是利用冰融化的潜热。常压下冰在0摄氏度融化,冰的汽化潜热为335kj/kg。能够满足0摄氏度以上的制冷要求。冰冷却时，常借助空气或水作中间介质以吸收被冷却对象的潜热。此时，换热过程发生在水或空气与冰表面之间。被冷却物体所能达到的温度一般比冰的溶解温度高5-10摄氏度。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述冰盐相变冷却冰盐是指冰和盐类的混合物。用冰盐制作制冷剂可以获得更低的温度。冰盐冷却是利用冰盐融化过程的吸热。冰盐融化过程的吸热包括冰融化吸热和盐溶解吸热这两种作用。起初，冰吸热在0摄氏度下融化，融化水在冰表面形成一层水膜；接着，盐溶解于水，变成盐水膜，由于溶解要吸收溶解热，造成盐水膜的温度降低；继而，在较低的温度下冰进一步溶化，并通过其表层的盐水膜与被冷却对象发生热交换。这样的过程一直进行到冰的全部融化，与盐形成均匀的盐水溶液。冰盐冷却能到达的低温程度与盐的种类和混合物中盐与水的比例有关。工业上应用最广的冰盐是冰块与工业食盐的混合物。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述干冰相变冷却固态二氧化碳俗称干冰。二氧化碳的三相点参数为：温度-56摄氏度，压力0.52MPa。干冰在三相点以上吸热时融化为液态二氧化碳；在三相点和三相点一下吸热时，则直接升华为二氧化碳蒸气。干冰是良好的制冷剂，它化学性质稳定，对人体无害。早在19世纪，干冰冷却就用于食品工业、冷藏运输、医疗、人工降雨、机械零件冷处理和冷配合等方面。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述其他固体升华冷却近代科学研究中心为了冷却红外探测器、射线探测器、机载红外设备等的需要。采用了固态制冷剂升华的制冷系统。其制冷温度取决于固体的种类、系统中的压力和被冷却对象的热负荷。通过改变升华气体的流量来调节系统中的压力和温度，就可以保持一个特定的温度。这种制冷系统的工作寿命由固体制冷剂的用量和被冷却对象的热负荷决定，有达1年之久的。固体升华制冷的主要优点是升华潜热大，制冷温度低，固体制冷剂的贮存密度大。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述液体蒸发制冷液体气化形成蒸汽，利用该过程的吸热效应制冷的方法称液体蒸发制冷。当液体处在密闭的容器内时，若容器内除了液体和液体本身的蒸汽外不含任何其它气体，那么液体和蒸气在某一压力下将达到平衡。这种状态称饱和状态。如果将一部分饱和蒸汽从容器中抽出，液体就必然要再气化出一部分蒸汽来维持平衡。我们以该液体为制冷剂，制冷剂液体气化时要吸收气化潜热，该热量来自被冷却对象，只要液体的蒸发温度比环境温度低，便可使被冷却对象变冷或者使它维持在环境温度下的某一低温。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述液体蒸发制冷为了使上述过程得以连续进行，必须不断地从容器中抽走制冷剂蒸汽，再不断地将其液体补充进去。通过一定的方法将蒸汽抽出，再令其凝结为液体后返回到容器中，就能满足这一要求。为使制冷剂蒸气的冷凝过程可以在常温下实现，需要将制冷剂蒸气的压力提高到常温下的饱和压力，这样，制冷剂将在低温低压下蒸发，产生制冷效应；又在常温和高压下凝结向环境温度的介质排放热量。凝结后的制冷剂液体由于压力较高，返回容器之前需要先降低压力。由此可见，液体蒸发制冷循环必须具备以下四个基本过程：制冷剂液体在低压下气化产生低压蒸汽，将低压蒸汽抽出并提高压力变成高压气。将高压气冷凝为高压液体，高压液体再降低压力回到初始的低压状态。其中将低压蒸汽提高压力需要能量补偿。制冷循环郭富强制作制冷原理部分蒸气压缩式制冷机中的制冷剂制冷剂是制冷机中的工作流体，它在制冷机系统中循环流动，通过自身热力状态的循环变化不断与外界发生能量交换，达到制冷的目的。习惯上又称制冷剂为制冷工作介质或简称工质。液体蒸发式制冷机中，制冷剂在要求的低温下蒸发，从被冷却对象中吸取热量；再在较高的温度下凝结，向外界排放热量。所以，只有在工作温度范围能够汽化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。多数制冷剂在常温和常压下呈气态。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质蒸汽压缩式制冷中的制冷剂有多种。按制冷剂的组成分，有单一制冷剂和混合制冷剂；按制冷剂物质的化学类别分，主要有三种：无机物、氟利昂和碳氢化合物。一制冷机剂的选用准则：1，制冷性能我们期望制冷剂的冷凝压力不太高，蒸发压力在大气压以上或不要比大气压低的太多，压力比较适中，排气温度不太高，单位容积制冷量大，循环的性能系数高。传热性好。2，实用性制冷剂的化学稳定性和热稳定性好，在制冷循环过程中不分解，不变质。无毒，无害。来源广，价格便宜。3，环境可接受性应满足保护大气臭氧层和减少温室效益的环境保护要求，制冷剂的臭氧破坏指数必须为0，温室效益指数应尽可能小。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质二临界温度：临界温度是物质在临界点状态时的温度，用Tc表示。它是制冷剂不可能加压液化的最低温度，即在此温度以上，即使再怎么提高制冷剂气体的压力，也无法使它由气态变为液态。三环境影响指标大气温室效应、平流层臭氧耗损和酸雨是三大环境公害。臭氧吸收太阳辐射中的紫外线，对地球生物起保护作用。氟里昂中含氯（以及溴）的物质若其大气寿命长，则它在大气中的逸散将上升至臭氧层，受紫外线激发分解出氯离子与臭氧结成氯的氧化物，致使臭氧衰减。由此造成皮肤癌患者人数增加，并加剧温室效应。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质三环境影响指标考察物质对臭氧层的危害程度用臭氧衰减指数ODP表示；物质造成温室效应危害的程度用温室指数GWP表示。R11的ODP和GWP值规定为1，即以R11为基准，其它物质的和是相对于R11的比较值。下表给出一些氟里昂制冷剂的和值。制冷剂DOP值GWP值CFC1111CFC120.9--1.02.8--3.4HCFC220.04--0.060.32--0.37HCFC1230.013--0.0220.017--0.020HCF134a00.24--0.29郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质四热力性质及其对循环的影响制冷剂的热力性质是指其热力参数之间的相互关系，诸如饱和蒸气压力与温度的关系，热力状态参数p,T,v,h,s之间的关系，还有与比热c，绝热指数k等的关系。这些热力性质是物质固有的，一般由试验和热力学微分方程求得，然后绘制成热力性质图表。工程计算使用时，可利用相应的图和表查取所需的热力参数值，也可以根据制冷剂热力性质的数学模型，利用计算机计算行出。在相同的工作温度下，不同制冷剂的制冷循环特性由它们的热力性质所决定。(1)制冷剂的饱和蒸汽压力曲线纯质的饱和蒸汽压力是温度的单值函数，用饱和蒸汽压力曲线可以描述这种关系。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质四热力性质及其对循环的影响制冷剂在标准大气压(101.32kPa)下的沸腾温度称为标准蒸发温度或标准沸点，用ts表示。制冷剂的标准蒸发温度大体上可以反映用它制冷能够达到的低温范围。ts越低的制冷剂,能够达到的制冷温度越低。所以，习惯上往往依据Ts的高低，将制冷剂分为高温、中温、低温制冷剂。由于各种物质的饱和蒸汽压力曲线的形状大体相似,在某一相同的温度下,标准蒸发温度高的制冷剂的压力低；标准蒸发温度低的制冷剂的压力高，即高温工质又属于低压工质；低温工质又属于高压工质。制冷剂的饱和蒸汽压力－温度特性决定了给定工作温度下制冷循环的压力和压力比。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质(2)临界温度临界温度是物质在临界点状态时的温度，用Tc表示。它是制冷剂不可能加压液化的最低温度，即在该温度以上，即使再怎样提高压力，制冷剂也不可能由气体变成液体。对于绝大多数物质，其临界温度与标准蒸发温度存在以下关系：Ts/T约等于0.66(1)这说明：标准沸点低的低温制冷剂的临界温度也低；高温制冷剂的临界温度也高。不可能找到一种制冷剂，它既有较高的临界温度又有很低的标准沸点。故对于每一种制冷剂，其工作温度范围是有限的。另外，蒸发制冷循环应远离临界点。若冷凝温度tk超过制冷剂的临界温度Tc，则无法凝结；若Tk略低于Tc，则虽然蒸汽可以凝结，但节流损失大，循环的制冷系数大为降低。爱森曼(Eiseman)发现，当对比冷凝温度Tk/Tc和对比蒸发温度To/Tc相同时,各种制冷剂理论循环的制冷系数大体相等。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质特鲁顿定律推导出了制冷剂基本性质对制冷循环特性影响的一些粗略规律：（一）标准沸点相近的物质，分子量大的，汽化潜热小；分子量小的，汽化潜热大.（二）同一蒸发温度下，压力高的制冷剂单位容积制冷量大；压力低的制冷剂单位容积制冷量小。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质吸气温度吸气温度T2是实际制冷机中必须考虑的一个安全性指标。若制冷剂的T2过高，有可能引起润滑油在高温下分解、变质；并造成机器润滑条件恶化、润滑油结焦，甚至出现拉缸故障.T2与制冷剂气体的比热容有关。重分子的T2低；轻分子的T2高。在氟里昂制冷剂中，乙烷的衍生物T2比甲烷的衍生物低。事实,许多乙烷衍生物饱和蒸汽等熵压缩过程线进