第1章制冷方法.ppt

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1、第第2 2章章 制冷方法制冷方法2.1 2.1 物质相变制冷物质相变制冷2.2 2.2 电、磁、声制冷电、磁、声制冷2.3 2.3 气体涡流管制冷气体涡流管制冷 2.4 2.4 气体膨胀制冷气体膨胀制冷 2.1.1 2.1.1 蒸气压缩制冷蒸气压缩制冷2.1.2 2.1.2 吸收式制冷吸收式制冷 2.1.3 2.1.3 吸附式制冷吸附式制冷2.1.4 2.1.4 蒸汽喷射式制冷蒸汽喷射式制冷2.5 2.5 绝热放气制冷绝热放气制冷 l制冷原理全套课件下载地址：lhttp:/ 物质相变制冷物质相变制冷NEXT液体蒸发制冷液体蒸发制冷2.1.1 蒸气压缩式制冷蒸气压缩式制冷包含：包含：压缩机压缩机

2、 冷凝器冷凝器 节流阀节流阀 蒸发器蒸发器2.1.2 蒸气吸收式制冷蒸气吸收式制冷包含：包含：吸收器吸收器 发生器发生器 溶液泵溶液泵 热交换器热交换器 冷凝器冷凝器 节流阀节流阀 蒸发器蒸发器 吸收工质对吸收工质对水水-氨；溴化锂水溶液氨；溴化锂水溶液-水水 工作原理：一定的液体对某种制冷剂气工作原理：一定的液体对某种制冷剂气体的吸收能力随温度不同而变化体的吸收能力随温度不同而变化 消耗热能消耗热能2.1.3 吸附式制冷吸附式制冷 吸附工质对吸附工质对沸石沸石-水；硅胶水；硅胶-水；活性炭水；活性炭-甲醇；氯化锶甲醇；氯化锶-氨；氯化钙氨；氯化钙-氨氨 间歇制冷，可采用两个以上吸附器实现间歇

3、制冷，可采用两个以上吸附器实现连续制冷连续制冷 工作原理：一定的固体吸附剂对某种制工作原理：一定的固体吸附剂对某种制冷剂气体的吸附能力随温度不同而变化冷剂气体的吸附能力随温度不同而变化 有物理吸附和化学吸附两种方式有物理吸附和化学吸附两种方式包含：包含：喷射器喷射器 冷凝器泵冷凝器泵 锅炉锅炉 冷凝器冷凝器 节流阀节流阀 蒸发器蒸发器2.1.4 蒸气喷射式制冷蒸气喷射式制冷 蒸气喷射式制冷机只用单一物质为工质蒸气喷射式制冷机只用单一物质为工质 虽然从理论上谈可应用一般的制冷剂作为虽然从理论上谈可应用一般的制冷剂作为工质工质,但到目前为止，只有以水为工质的蒸气但到目前为止，只有以水为工质的蒸气喷

4、射式制冷机得到实际应用。喷射式制冷机得到实际应用。当用水为工质所制取的低温必须在当用水为工质所制取的低温必须在00以以上，故蒸气喷射式制冷机目前只用于空调装置上，故蒸气喷射式制冷机目前只用于空调装置或用来制备某些工艺过程需要的冷媒水。或用来制备某些工艺过程需要的冷媒水。2.2 电、磁、声制冷电、磁、声制冷 热电制冷热电制冷(亦名温差电制冷、半导体制冷或亦名温差电制冷、半导体制冷或电子制冷电子制冷)是以珀尔帖效应的原理制冷。是以珀尔帖效应的原理制冷。塞贝克效应：塞贝克效应：在两种不同金属组成的闭合在两种不同金属组成的闭合线路中，如果保持两接触点的温度不同，就会线路中，如果保持两接触点的温度不同，

5、就会在两接触点间产生一个电势差在两接触点间产生一个电势差接触电动势接触电动势。珀尔贴效应：珀尔贴效应：在两种不同金属组成的闭合在两种不同金属组成的闭合线路中通以直流电，就会使一个接点变冷，一线路中通以直流电，就会使一个接点变冷，一个变热，亦称个变热，亦称温差电现象。温差电现象。2.2.1 2.2.1 热电制冷热电制冷 半导体材料内部结构的特点，决定了它产半导体材料内部结构的特点，决定了它产生的温差电现象比其他金属要显著得多，所以生的温差电现象比其他金属要显著得多，所以热电制冷都采用半导体材料，亦称热电制冷都采用半导体材料，亦称半导体制冷半导体制冷 图图2-1652-165所示，当电偶通以直流电

6、流时，所示，当电偶通以直流电流时，P P型半导体内载流子型半导体内载流子(空穴空穴)和和N N型半导体内载流型半导体内载流子子(电子电子)在外电场作用下产生运动，并在金属在外电场作用下产生运动，并在金属片与半导体接头处发生能量的传递及转换。片与半导体接头处发生能量的传递及转换。如果将电源极性互换，则电偶对的制冷端如果将电源极性互换，则电偶对的制冷端与发热端也随之互换。与发热端也随之互换。NEXT多级热电堆多级热电堆 一对电偶的制冷量是很小的，如一对电偶的制冷量是很小的，如6xL76xL7的电偶对的电偶对,其制冷量仅为其制冷量仅为3.33.34.2kJ/h4.2kJ/h 为了获得较大的冷量可将很

7、多对电偶对为了获得较大的冷量可将很多对电偶对串联成热电堆，称串联成热电堆，称单级热电堆单级热电堆 单级热电堆在通常情况下只能得到大约单级热电堆在通常情况下只能得到大约5050的温差。为了得到更低的冷端温度，可的温差。为了得到更低的冷端温度，可用串联、并联及串并联的方法组出多级热电用串联、并联及串并联的方法组出多级热电堆，堆，图图2-1662-166示出示出多级热电堆多级热电堆的结构型式。的结构型式。电 绝 缘 导 热 层 电 绝 缘导 热 层 I2 I I I1 图图2-166 2-166 多级热电堆的结构型式多级热电堆的结构型式 a)a)串联二级热电堆串联二级热电堆 b)b)并联二级热电堆并

8、联二级热电堆 c)c)串并联三级热电堆串并联三级热电堆半导体制冷设备的特点及应用半导体制冷设备的特点及应用 1)1)半导体制冷设备的特点及应用半导体制冷设备的特点及应用 不用制冷剂不用制冷剂 无机械传动部分无机械传动部分 冷却速度和制冷温度可任意调节冷却速度和制冷温度可任意调节 可将冷热端互换可将冷热端互换 体积和功率都可做得很小体积和功率都可做得很小2)2)半导体制冷的用途半导体制冷的用途 方便的可逆操作方便的可逆操作 可做成家用冰箱，或小型低温冰箱可做成家用冰箱，或小型低温冰箱可制成低温医疗器具可制成低温医疗器具可对仪器进行冷却可对仪器进行冷却 可做成零点仪可做成零点仪2.2.2 2.2.

9、2 电化学制冷电化学制冷原理：化学反应伴随有吸热和放热原理：化学反应伴随有吸热和放热 例：例：FeCL2+0.5CL2吸热吸热放热放热FeCL3电化学制冷装置：电解液在正极板上发生还原反映（吸热）在负极板上发生氧化反应（放热）电解液通过泵在正极槽和负极槽中循环2.2.3 2.2.3 磁制冷磁制冷1907年郎杰斐郎杰斐（P.Langevin）就注意到：顺磁体绝热去磁过程中，其温度会降低顺磁体绝热去磁过程中，其温度会降低。机理：机理：固体磁性物质（磁性离子构成的系统）在受磁场作用磁化时，系统的磁有序度加强（磁熵减小），对外放出热量；再将其去磁，则磁有序度下降（磁熵增大），又要从外界吸收热量。这种磁

10、性离子系统在磁场施加与除去过程中所出现的热现象称为磁热效应磁热效应。不同的磁介质产生的附加磁场情况不同，附加磁场与原磁场方向相同的磁介质为顺磁体（如铁、锰）顺磁体顺磁体：抗磁体抗磁体：附加磁场与原磁场方向相反的磁介质为抗磁体（如铋、氢等）。磁制冷卡诺循环组成：12 等温磁化（放热）23 绝热退磁（降温）34 等温退磁（吸热制冷）41 绝热磁化（升温）01234sT磁制冷装置冰冰箱箱磁磁场场2.2.4 2.2.4 热声制冷热声制冷热声效应热声效应：可压缩流体的声振荡与固体介质之间由于热相互作用而产生的时均能量效应。声波在空气中传播时会产生压力、位移及温度的波动，当这种波动作用到固体边界时，就会发

11、生明显的声波能量与热能的相互转换。即可制成声发动机和声制冷机1 1、涡流管结构、涡流管结构 组成：喷嘴、涡流室、分离孔板、组成：喷嘴、涡流室、分离孔板、控制阀及冷热两端的管子控制阀及冷热两端的管子2.3 气体涡流管制冷气体涡流管制冷2 2 气体涡流制冷机理气体涡流制冷机理涡流冷却效应实质：涡流冷却效应实质：用人工的方法使压缩气体产生漩用人工的方法使压缩气体产生漩涡运动并分离为冷、热两部分，利用涡运动并分离为冷、热两部分，利用分离出来的冷气流即可制冷。分离出来的冷气流即可制冷。历史上第一次实现的气体制冷机是以空气历史上第一次实现的气体制冷机是以空气作为工质的，并且称为空气制冷机作为工质的，并且称

12、为空气制冷机压缩式空气制冷机的工作过程也是包括压缩式空气制冷机的工作过程也是包括等等熵压缩熵压缩，等压冷却等压冷却，等熵膨胀等熵膨胀及及等压吸热等压吸热四个过程四个过程 这与蒸汽压缩式制冷机的四个工作过程相这与蒸汽压缩式制冷机的四个工作过程相近，其区别在于工质在循环过程中不发生近，其区别在于工质在循环过程中不发生集态改变集态改变 2.4 气体膨胀制冷气体膨胀制冷2.4.1 2.4.1 布雷顿制冷循环布雷顿制冷循环一、等熵膨胀制冷 高压气体绝热可逆膨胀过程，称为等等熵膨胀熵膨胀。气体等熵膨胀时，有功输出，同时气体的温度降低，产生冷效应。常用微分等熵效应 来表示气体等熵膨胀过程中温度随压力的变化

13、因 总为正值，故气体等熵膨胀时温度总是降低，产生冷效应。sspTss（1）无回热气体制冷机循环 图图2-162 2-162 无回热空气制冷机系统图无回热空气制冷机系统图 -压缩机压缩机 -冷却器冷却器 -膨胀机膨胀机 -冷箱冷箱 图图2-1632-163 无回热空气制冷机理无回热空气制冷机理论循环的论循环的p-Vp-V图与图与T-sT-s图图 图图2-1622-162示出无回热空气制冷机系统图示出无回热空气制冷机系统图 图图2-1632-163所示是冷箱中制冷温度是环境所示是冷箱中制冷温度是环境介质的温度介质的温度1-21-2是等熵压缩过程是等熵压缩过程2-32-3是等压冷却过程是等压冷却过程

14、3-43-4是等熵膨胀过程是等熵膨胀过程4-14-1是在冷箱中的等压吸热过程是在冷箱中的等压吸热过程单位制冷量及单位热负荷分别是 单位压缩功和膨胀功分别是)(q41410TTchhp)(q3232cTTchhp)(w1212cTTchhp)(w4343eTTchhp循环消耗的的单位功及性能系数气体按理想气体处理时)()(w4312cTTcTTcwwppe)()()(cop4312410TTcTTcTTcwqpppkkcppTTT104312T则 可逆卡诺循环的性能系数为：因此上述理论循环的热力完善度为 434121k1k0cTTTTTT1pp1cop131TTTcopc020113121TTT

15、TTTTTTTcopcopcc图图2-164 2-164 无回热空气制冷机实际循环无回热空气制冷机实际循环（2）定压回热气体制冷机循环 2.4.2 2.4.2 气体绝热节流制冷循环气体绝热节流制冷循环 1、节流过程的热力学特征 节流节流：当气体在管道中流动时，由于局部阻力，如遇到缩口和调节阀门时，其压力显著下降，这种现象叫做节流。一、实际气体的节流 实验发现，实际气体节流前后的温度一般将发生变化。气体在节流过程中的温度变化叫做焦耳汤姆逊效应。：多数实际气体在室温下的节流过程中都有冷却效应，即通过节流元件后温度降低，这种温度变化叫做正焦耳汤姆逊效应。少数气体在室温下节流后温度升高，这种温度变化叫

16、做负焦耳汤姆逊效应。二、绝热节流制冷循环 绝热节流制冷循环又称林德循环 系统由压缩机、冷却器、逆流换热压缩机、冷却器、逆流换热器器、节流阀、节流阀和蒸发器蒸发器组成。绝热节流制冷循环系统图绝热节流制冷循环T-s图 2.5 绝热放气制冷绝热放气制冷2.5.1 2.5.1 气体的绝热放气气体的绝热放气 设一刚性容器的容积为V放气前：状态1（P1、T1），质量m1；放气后：状态2（P2、T2），质量m2。过程中Q0，w0。在放气过程中，放出的气体状态即是容器内气体的瞬间状态，故h为变值。因此过程的特性可由下述微分方程组来描述 求解这一方程即可得到放气量及放气后的温度。若容器内的气体可当作理想气体处理Cp，Cv为定值，并代入比内能u及比焓h的表达式 udmmdudUhdmdmTTcdTmcdmTTRcRTvvv000对整个过程进行积分得dTmcTdmccvvpTdTkmdm11111212kTTmm 再将理想气体的状态方程代入上式，经化简后即得 kppmm11212kkppTT11212 设想在阀门打开后活塞右侧的气体立即从P1降到P2，因而当活塞左侧的气体膨胀时只针对一个恒定不变的压力P2作