,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,制冷与低温技术原理,第,1,章,绪,论,制冷与低温技术原理第 1 章 绪 论,1,第,1,章 绪 论,内容要求：,制冷的基本概念,制冷和低温技术的研究内容,制冷和低温技术的应用,制冷和低温技术的发展历史,制冷和低温技术的热力学基础,第 1 章 绪 论内容要求：,2,1.1,制冷的基本概念,1.1.1,制冷,:,是指用,人工的方法,在一定,时间和一定空间内将,某物体冷却，使其温度降低到环境温度以下，并保,持这个温度。,（,1,）,制冷不同于自然冷却。,（,2,）制冷的实现必须包括消耗能量的补偿,过程。,说明,（,3,）制冷就是从物体中吸取热量，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。,1.1 制冷的基本概念 1.1.1 制冷:（1）制冷不同于,3,1.1.2,制冷机：,机械制冷中所必须的机器和设备的总和。,1.1.3,制冷设备：,压缩式制冷机：,压缩机,蒸发器,冷凝器,节流机构,辅助设备,发生器,蒸发器,冷凝器,节流机构等,吸收器,吸收式制冷机：,1.1.2 制冷机：1.1.3 制冷设备：压缩式制,4,1.1.4,制冷剂：,制冷机中所使用的工作介质。,（,1,）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,却介质中吸取热量，向环境放出热量，,从而实现制冷的目的。,（,2,）,制冷剂必须在工作温度范围内能够,汽,化和冷凝。,1.1.5,制冷循环,:,制冷剂一系列状态变化过程的综合。,说明,1.1.4 制冷剂：（1）制冷剂在制冷机中循环流动，同时,5,1.1.6,制冷技术划分领域,图,1-1,低温温度范围,按照所获得的温度：,普通制冷,120K,以上,深度制冷,1200.3K,超低温制冷,0.3K,以下,1.1.6 制冷技术划分领域图1-1 低温温度范围 按,6,学术用语的统一,120K-80K,液化天然气温度（,LNG,温度）,空气分离温度（氮，氧，氩）,100K,60K-63K,氮温度（氮液化温度）,22K-14K,氢温度（氢液化温度）,5.2K-1K,氦,-4,温度，氦,-3,温度,（液,4,He,液,3,He,温度,),2K,氦,-4,负压抽气,得超流氦相,He-II,1K,以下,超低温（,ULT,）,学术用语的统一120K-80K液化天然气温度（LNG温度）,7,1.2,制冷和低温技术的研究内容,研究内容概括为四个方面：,研究获得低于环境温度的方法，机理以及与此相,应的循环，并对循环进行热力学分析和计算。,研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供合适的工,作介质。,研究所需的各种机械和设备，包括它们的工作原,理，性能分析，结构设计，热绝缘问题，装置的,自动化问题等。,研究气体的液化和分离技术。,1.2 制冷和低温技术的研究内容研究内容概括为四个方面：研,8,1.3,制冷和低温技术的应用,商业及人民生活,工业生产及农牧业,建筑工程,科学研究,医疗卫生,空间技术,低温物理研究,1.3 制冷和低温技术的应用 商业及人民生活,9,商业及人民生活,商业制冷：各类食品的冷加工，冷藏储存，冷藏运输,食品冷加工车间,冷库物流,冷藏车,冷藏库,冷柜,冷柜,商业及人民生活 商业制冷：各类食品的冷加工，冷藏储存，冷,10,空气调节,:,为人们创造适宜的生活和工作环境,柜式家用空调,中央空调,组合中央空调,户式中央空调,家庭中央空调,风柜空调,空气调节:为人们创造适宜的生活和工作环境柜式家用空调中,11,工业生产及农牧业,工业空调,六轴五联动车铣加工精密零件,发动机低温测试,计算机房温度,20-30,球铁马氏体,农牧业,春 化,闷麦法,交通运输业,压缩天然气单燃料城市客车,工业生产及农牧业 工业空调六轴五联动车铣加工精密零件 发动,12,建筑工程,冻土挖掘,英吉利海峡隧道,英吉利海峡隧道,科学研究,NASA,模拟月球环境进行登陆勘测演练,云雾室,建筑工程 冻土挖掘 英吉利海峡隧道 英吉利海峡隧道 科学,13,医疗卫生,空间技术,液氮罐,火箭推进器,低温物理研究,低温声学，低温光学，低温电子学等。,超导现象。,医疗卫生 空间技术 液氮罐火箭推进器 低温物理研究 低,14,1.4,制冷和低温技术的发展历史,现代制冷技术是,18,世纪后期发展起来的,1755,年，爱丁堡化学教授,William Cullen,利用乙醚蒸发,使水结冰；他的学生,Black,提出潜热概念，发明了冰量热,器，标志着现代制冷技术的开始。,1834,年，美国发明家,Perkins,造出了第一台乙醚为工质,的蒸汽压缩式制冷机。,1875,年，氨为制冷剂的蒸汽压缩式制冷机产生。,1844,年，美国医生,Gorrie,发明了空气循环式制冷机，为,患者建立了一座空调站。,1859,年,，,Curre,发明了氨水吸收式制冷系统，并申请了原,理专利。,普冷方面,1.4 制冷和低温技术的发展历史 现代制冷技术是18世纪后期,15,1910年，,Maurice,发明了蒸汽喷射式制冷系统。,1910,年，第一台家用冰箱问世。,1930,年，氟利昂制冷工质出现。,20,世纪后，制冷技术有了更大的发展，热泵列入制冷技术,范畴。,低温方面,1877,年，,Louis Cailletet,液化了氧气。,18,95,年，,Linde,液化了空气。,18,98,年，,Dewar,液化了氢气。,1908,年,，,K.Onnes,液化了氦气。,1934,年，,Kapitsa,发明了氦液化器。,1947,年，柯林斯采用双膨胀机于氦的预冷。,1910年，Maurice发明了蒸汽喷射式制冷系统。,16,1,926,年，,P.Debye,和,W.F.Giauque,分别提出了用顺磁盐,绝热退磁的方法获取低温，,1933,年可获得,0.25K,。,1950,年，,Pomeranchuk,提出利用压缩液态,3,He,的绝热固化,方法获取低温，,1965,年获得,0.018K,，,1978,年获得,0.001K,。,1,951,年，,H.London,发明了,3,He-,4,He,混合液稀释制冷法，,可获得低温,410,-3,K,。,1956,年，,N.Kurti,和,F.Simon,提出了核子绝热去磁的方法,获得更低温，在,1956,年用该方法可获得,210,-5,K,，,1963,年可获得,1.2K,。,超低温方面,1926年，P.Debye 和 W.F.Giauque 分,17,微电子和计算机技术的应用：,基础研究：计算机仿真技术用于循环研究,;,制冷产品的设计制造：应用计算机广泛用于产品的辅助；,综合技术：高级自动控制系统。,新材料在制冷产品中的应用：,陶瓷及陶瓷复合物，聚合材料的使用。,机器，设备的发展：,压缩机的发展；,低温机器和设备的开发；,气体分离设备，热交换器以及低温恒温器的进展。,新制冷剂的研究：,氟利昂工质，共沸混合工质，非共沸混合工质；,氟利昂的替代工质。,突破性的进展和挑战,微电子和计算机技术的应用：突破性的进展和挑战,18,1.5.1,基本概念,1.,工质；,2.,热力系统；,3.,状态参数；,4.,温度；,5.,压力；,6.,比体积和密度；,7.,热力学能；,8.,焓；,9.,熵；,10.,热量，热流量；,11.,功量，功率；,12.,比热容；,13.,过程和循环；,14.,显热，潜热；,15.,节流。,课堂问题,1,；,节流过程的特点？,1.5,制冷的热力学原理,1.5.1 基本概念1.工质；10.热量，热流量；课堂问,19,1.5.2,坐标图,常见的坐标图有：,P-v,图，T-,s,图，P-,h,图。,课堂问题,2,：思考水蒸气在不同,压力下产生过程的坐标图表示。,1.5.2 坐标图常见的坐标图有：P-v图，T-s图，P-h,20,1.5.3,热力循环和制冷循环,课堂问题,3,：,分析卡诺循环和卡诺定理。,1.5.3 热力循环和制冷循环课堂问题3：,21,1.5.4,性能系数,COP（Coefficient of Performance,）,经济指标=得到的收益/所花费的代价,机械能或电能驱动的制冷机,（蒸汽压缩式，热电式）,热能驱动的制冷机,（吸收式，蒸汽喷射式，吸附式）,1.,制冷系数：,2.,热力系数：,1.5.4 性能系数 COP（Coefficient of,22,3.,可逆制冷机的性能指标,机械能或电能驱动,（蒸汽压缩式，热电式）,热能驱动,（吸收式，蒸汽喷射式，吸附式）,4.,制冷循环效率,3.可逆制冷机的性能指标 机械能或电能驱动热能驱动4.,23,（,1,）,COP,和,都是反映制冷循环经济性能的指标，,但含义不同,:,COP,反映了制冷循环中收益能与补偿能在数量上的比值，,不涉及二者的能量品位。,COP1,=1,2,3,，,压缩式制冷机循环经济性能最好，吸收式次之，,热电式最差。,结论,（4）反映了实际制冷循环的热力学完善程度。用作为（3）用,25,1.5.5,热泵,1.,制冷机与热泵:,热力学上无区别,工作循环都是逆向循环。,使用目的不同，热泵的目的是向高温热源释放热量。,工作温度区域不同。,泵热系数,2.,热泵的性能系数,：,泵热系数恒大于,1,。,说明,性能指标,COP,=,供热量/补偿能,1.5.5 热泵1.制冷机与热泵:泵热系数2.热泵,26,思考题,试分析：在炎热的夏天，把室内的冰箱门打开，,可以起到空调的作用，降低室内温度。此观点,是否正确。,回答什么是热效率，制冷系数，泵热系数，,它们的数值：大于1，等于,1,，还是小于1。,思考题试分析：在炎热的夏天，把室内的冰箱门打开，,27,