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制冷原理與制冷劑的聯(lián)系與區(qū)別

閱讀:1753發(fā)布時(shí)間:2009-8-4

制冷原理與制冷劑
   “制冷"是指用人工的方法將被冷卻對(duì)象(如物體或空間)的溫度降低到環(huán)境溫度以下,并保持這個(gè)溫度。
   制冷過(guò)程與冷卻過(guò)程的區(qū)別是熱量的傳遞方向不同。冷卻過(guò)程是熱量自發(fā)地從高溫?zé)嵩磦飨虻蜏責(zé)嵩吹倪^(guò)程。制冷過(guò)程與冷卻過(guò)程相反,故又稱為逆向傳熱過(guò)程。人們把這個(gè)從低溫?zé)嵩慈〕鰺崃康倪^(guò)程又稱為向低溫?zé)嵩捶懦隼淞康倪^(guò)程,即制冷。
   根據(jù)熱力學(xué)第二定律,制冷過(guò)程是不可能自發(fā)進(jìn)行的。為使制冷過(guò)程得以實(shí)現(xiàn),必須消耗一定的外界能量給予補(bǔ)償。這種能量可以是電能、熱能、太陽(yáng)能或其他能量。實(shí)現(xiàn)人工制冷的機(jī)器和設(shè)備統(tǒng)稱為“制冷機(jī)"。制冷機(jī)是一種耗能機(jī)械,多利用物質(zhì)的狀態(tài)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷的目的。工作在制冷機(jī)中的這類介質(zhì)就稱為制冷劑(或稱為制冷工質(zhì))。人們對(duì)制冷機(jī)和制冷劑的不斷研究和發(fā)展,使制冷技術(shù)在各領(lǐng)域的作用日益加強(qiáng),在各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
   從制冷的定義可以知道,從環(huán)境溫度以下到接近OK這個(gè)范圍,都是制冷技術(shù)所研究的溫度范圍,人們利用各種制冷方法達(dá)到不同的低溫。根據(jù)研究對(duì)象、制冷方法和人們的習(xí)慣不同,制冷學(xué)界多數(shù)人的觀點(diǎn)是將制冷的溫區(qū)劃分為如下3個(gè)領(lǐng)域:
   1)普通制冷:120K以上。
   2)低溫制冷:120~4.2K。
   3)超低溫制冷:4.2K以下。
   普通制冷的方法常用的有液體氣化制冷、氣體膨脹制冷和熱電制冷。液體氣化制冷利用低溫制冷劑液體的氣化吸收被冷卻對(duì)象的熱量,來(lái)達(dá)到制冷的目的,例如蒸氣壓縮式制冷、吸收式制冷、吸附式制冷和蒸氣噴射式制冷等就是這樣。氣體膨脹制冷利用高壓制冷劑氣體在降壓降溫膨脹后,吸收被冷卻對(duì)象的熱量。熱電制冷利用半導(dǎo)體熱電偶通直流電后,兩結(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)一端吸熱、一端放熱的現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷。其他制冷方法如磁制冷等正在研制開發(fā)中。
   目前,空調(diào)工程中應(yīng)用的制冷方法,主要是蒸氣壓縮式制冷和吸收式制冷,本課程制冷部分針對(duì)這兩部分內(nèi)容編寫。制冷技術(shù)是以熱工理論基礎(chǔ)和流體力學(xué)等課程為基礎(chǔ)的,學(xué)習(xí)過(guò)程中一定要重視理論實(shí)際,才能為工程實(shí)踐打好基礎(chǔ)。
   1—1 制冷原理
   理想制冷循環(huán)——逆卡諾循環(huán)沒(méi)有不可逆損失。在兩恒溫?zé)嵩撮g工作的理想制冷循環(huán)可以用逆卡諾循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。逆卡諾循環(huán)由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)等熵過(guò)程
 
第1頁(yè)
 
 
 
組成。理論上,它可以在濕蒸氣區(qū)域內(nèi),由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹機(jī)和蒸發(fā)器組成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng),利用制冷劑在濕蒸氣區(qū)的等溫蒸發(fā)和等溫冷凝實(shí)現(xiàn)制冷。這里要注意的是,逆卡諾循環(huán)是在假定蒸發(fā)和冷凝兩過(guò)程與低溫?zé)嵩春透邷責(zé)嵩撮g沒(méi)有傳熱溫差,高、低溫?zé)嵩春愣ǎ评鋭┝鲃?dòng)時(shí)沒(méi)有流動(dòng)阻力,壓縮和膨脹過(guò)程為等熵過(guò)程的可逆條件下做出的,循環(huán)的全過(guò)程均是可逆過(guò)程,因此稱其為理想制冷循環(huán)。
   逆卡諾循環(huán)原理圖如圖1—1所示。制冷劑沿絕3''→4''膨脹,溫度從了T''k降至T''o;然后,沿定溫線4''→1''膨脹,在定溫膨脹過(guò)程中制冷劑在T''o溫度下從要被冷卻的物質(zhì)中吸收熱量q''o;制冷劑從狀態(tài)1''被絕熱壓縮至狀態(tài)2'',溫度從T''o升至T''k;zui后沿定溫線2,一3,壓縮,在定溫壓縮過(guò)程中,制冷劑在T''k溫度下向冷卻劑放出熱量q''k。將循環(huán)1''→2''→3''→4''→1''中的四個(gè)狀態(tài)點(diǎn)表示在T—S圖(溫—熵圖)上,如圖1—2所示。根據(jù)熱工學(xué)的知識(shí),可以得出其制冷系數(shù)的表達(dá)式為

   制冷系數(shù)是制冷量與消壓縮功的功耗之比,它是一個(gè)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo),制冷系數(shù)越大,經(jīng)濟(jì)性越好。理想制冷循環(huán)的制冷系數(shù)zui大,因此將其作為制冷循環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際制冷循環(huán)存在不可逆損失,制冷系數(shù)低于理想循環(huán)制冷系數(shù),用熱力*度?來(lái)表示實(shí)際制冷循環(huán)接近理想制冷循環(huán)程度的指標(biāo)。其表達(dá)式為


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