第一章 基础知识第一节 基本定义1、物质的三态（相） ：固态 液态 气态，其中，物质处于气态时密度很小，分子之间有一定空隙，可以压缩，可以 均匀地充满任何形状的空间；物质处于固态、液态时，分子彼此密集，相对不可压缩，液态 时具有流动性。物质的三种状态可以在一定的条件下（温度、压力）相互转化，如水放热变为冰、冰吸热变 为水，即存在加入热量或释放热量，即存在热量的转移。制冷的基本出发点就是利用物质（制冷剂）的相变（液、气）来吸收或释放热量来达到 热量的转移，即实现制冷的目的。2、温度 温度是表示物质冷热程度的量度。它的高低反映物体内部分子无规则运动的剧烈程度,因此， 温度是物质的状态参数。常用符号t、F、T表示。常用的温度单位（温标）有摄氏温标、华氏温标和绝对温标。摄氏温标（t,C）：是在一个大气压下，将纯水的冰点定义为0C,沸点100C,将0C与 100C之间分为100等份，每一等份称为1C。华氏温标（F,F）：是在一个大气压下，将纯水的冰点定义为32F，沸点212F，将32F 与212F之间分为180等份，每一等份称为1F。绝对温标（T，ºK）：将纯水的冰点定义为 273ºK,沸点373ºK,将 273ºK与373ºK之间分为100等份，每一等份称为1ºK。绝对温标每 ºK与摄氏温标每C在数值上是相等的。摄氏温标、华氏温标和绝对温标相互之间有如下关系：F （F ） = 9/5 * t（C ） +32t（C） = F（F） -32 * 5/9T（ºK） = t（C） +2733、压力（ P）在制冷中，压力是单位面积A上所受的垂直力F,即压强，P=F/A,压力表的读数指的就是压强。压力的常用单位有：Mpa,Kpa,bai;kgf/cm2,大气压（B0）,mmHg。1 Mpa = 10 bar = 1000 KPalbaral kgf/cm2al B0=760mmHg对于气体来讲，压力的大小取决于分子热运动的情况，在一定的容积内，分子运动越剧烈， 压力越高，可以看出压力和温度有着密切的内在关系，因此压力也是物质的状态参数。 几种压力表示法：绝对压力（Pj）：在容器中，由于分子热运动而对容器内壁产生的压力。表压力（Pb）：制冷系统中用压力表测得的压力是容器内气体压力与大气压（B0）的差值，称 为表压（力）。 Pb= Pj- B0真空度（H）：当表压是负值时，取它的绝对值，用真空度表示。H= B0- Pj或H=丨Pj- B0I4、蒸发和冷凝蒸发：指液体表面分子汽化变成蒸汽分子的过程。在自然状态下，任何液体都有蒸发的能力。 （热运动）影响液体蒸发速度（或能力）的因素有： 物质不同，表面分子克服引力不同；（氨、水、油）蒸发面积不同；液体温度越高，蒸发越快； 液体表面气体的流速越快，蒸发越快； 液体蒸发压力与周围空间压差越大，蒸发越快。 沸腾：一定压力下，液体被加热到某一温度时，其内部产生气泡上升到液体表面破裂放出蒸 气，这种剧烈的汽化现象叫做沸腾，沸腾时的温度叫沸点。蒸发在任何温度、压力下都能够发生，而沸腾是在一定压力下，只有达到一定的温度才能发 生，温度和压力是密切相关的两个因素。同一种物质，压力不同时，沸点不同，例如高原烧 水；同一压力下，物质不同沸点也不同，如一个标准大气压下，水的沸点是100C,氨（R717） 为-33.4C，氟利昂 22 （R22）为-40.8C。在制冷中，主要应用的是沸腾过程，为方便起见，把蒸发与沸腾统称为蒸发。液体蒸发时需 要吸收热量，如果热量来自本身，将使自身温度下降（节流过程）；如果热量来自外界，将 使外界温度降低（蒸发器）。冷凝：蒸发的逆过程（略）。5、饱和温度和饱和压力如图 11 所示，在密闭容器中给一 定的热量，因为蒸发与冷凝是一个可逆的过程，最终汽化量与液化量相等，这时的状态称为 饱和状态。处于饱和状态下的蒸汽（液体）称为饱和蒸汽（液体），所对应的温度、压力称 为饱和温度和饱和压力。在制冷系统中，对于一种制冷剂来说，其饱和温度与饱和压力是一一对应的，饱和温度越高， 饱和压力也越高。制冷剂在蒸发器中蒸发以及在冷凝器中冷凝都是在饱和状态下进行的，所 以蒸发温度与蒸发压力、冷凝温度与冷凝压力都是一一对应的。对应关系可查制冷剂热力性 质表。6、过热蒸汽 过冷液体 在一定压力下，蒸汽的温度高于对应压力下的饱和温度，称为过热蒸汽。 在一定压力下，液体的温度低于对应压力下的饱和温度，称为过冷液体。 蒸汽温度超过饱和温度的数值称为过热度。液体温度低于饱和温度的数值称为过冷度。吸气过热度一般要求控制在510C。 蒸发压力（温度）：制冷剂在蒸发器内的压力（温度）。 冷凝压力（温度）：制冷剂在冷凝器内的压力（温度）。 吸气压力（温度）：压缩机吸气口处的压力（温度）。吸气压力比蒸发压力略低。 排气压力（温度）：压缩机排气口处的压力（温度）。排气压力比冷凝压力略高。第二节 热力学基本概念1、热力学第一定律焓（h） 热力学：研究热、能及其相互转化的一门学科。内能（ u）如图所示，1Kg水在一个带有活塞的容器中加热，使水在100C下汽化成同温、同压的水蒸 气。此过程加入40.2KJ热量，膨胀对活塞作功2.9KJ，吸收的热量还有37.3KJ变成内能， 使分子间距离加大，运动速度加快。热力学第一定律：热源加入到系统中的能量等于系统内能（动能、位能等）增加和对外作功 的机械能之和，即q = Au + A .式中， q 外界加入的热量Au 工质对外界作的功A 内能的增加量或者说，在一个封闭系统中，能量不可能增加或消失，只能从一种形式转化成另一种形式， 即能量守衡定律。焓（h）在稳定流动中（制冷剂的循环过程都是气、液的流动），外界加入的热量（q）都消耗在： 增加内能：Au = u2 - u1增加压力位能： （pv） = p2v2 - plvl对外作功： A增加动能、重力位能等，一般可以忽略。所以， q = Au + A（ pv） + A= （u2+ p2v2）-（ u1+ p1v1）+ A 。用h2表示（u2+ p2v2）, hl表示（u1+ plvl）,因为u、p、v都是状态参数，所以h也是状 态参数，称为焓。q = （ h2 - h1 ） + A以制冷循环的几个过程来说明热、能的变化和关系。 绝热压缩时，q = 0,则A = hl- h2 或-A= h2 - hl ；蒸发和冷凝时，A = 0,则q = （ h2 - hl ）节流时，q = 0, A = 0,贝U h2 = h1 。2、热力学第二定律熵（s） 热力学第二定律：热量不可能自发地从低温物体向高温物体转移；要使热量全部而且连续地 转变为机械能是不可能的。热量的自发传递是有方向性,且有一定限度,温差是热量自发传 递的动力。为了表示热传递的方向性，引入熵的概念公=/工因为T总大于0,当As为 正值时，熵增加，表示系统加热；当As为负值时，熵减小，表示系统放热；当As=0时， 表示没有热交换,称之为绝热过程。在制冷过程中，就是将能量从低温热源转移到高温热源，综合热力学第一、二定律，热量不 能自发转移，必须对系统作功，这就是压缩机的作用，并且存在关系式: Qa = Q0 + W, 衡 量压缩机运行经济性的指标： Ke = Q0 / W 。第三节 传热学的基本概念 制冷过程实际上是一个热量传递的过程，因此了解传热学的知识极为重要。制冷系统中的传 热可分为两种类型：一种是力求增加传热的过程，如蒸发器、冷凝器等热交换器，在这些设 备中增强传热过程可以缩小设备尺寸或提高它们的效率；另一种是力求减弱传热过程，如冷 库和管道的隔热层，减弱传热过程可减少冷量损耗，节约能源。热量传递的基本方式 不同物体或物体不同部位之间产生热量传递，其原因是它们之间存在温差，所以温差是产生 热量流动的动力。所有的热传递可以归纳为下面三种方式：热传导（入一导热系数）：通过物体中分子或原子的微观运动将热量从高温部分传向低温部分。固体、液体和气体都会 发生导热现象，但单纯的导热只有在固体中才能发生。影响热传导传递热量的因素有：导热面积F、导热壁的厚度0导热壁两侧的温差At。Q=2FAt/& （平壁换热） 或Q=ndAt/（&申）（圆管壁换热）式中： d（d1+d2） /2,圆管壁的平均直径；申一形状系数，查有关资料。对流换热（a放热系数）： 由于流体不同部位之间的相对位移，而把热量从一处传到另一处的现象称为热对流。只有液 体和气体才能产生热对流。热对流的流体与固体壁面之间的热量交换称为对流换热。对流换热分为两种情况：自然对流和强制对流换热。 自然对流是在温度不同、密度不同时，自然地产生流体的相对运动。如：排管、暖气等。 强制对流换热是用机械方法使流体强迫流动，并与壁面之间产生换热。如：冷风机、风机盘 管等。对流换热是一个很复杂的过程，与很多因素有关。如流体的种类及状态、运动情况、与流体 接触的表面的形状及表面光洁度等。用放热系数a来表示流体和物体表面的热交换强度， 对流换热可表示为：Q = aF（tw2 -t2）。如图1-4所示。辐射换热： 由于物质分子热运动的原因而发出的辐射能称为热辐射。物体不断向外发出辐射能时，也吸 收其它物体发出的辐射能。这种以辐射方式进行的能量转移称为辐射换热。与传导和对流不同的是，热辐射不需要介质，也不需要温差。影响热辐射主要因素是温度。 传热温差指传热壁两侧的两种流体的温度差，温差是热传递的推动力。在制冷设备的传热过程中，间 壁两侧的温度不是固定不变的，而是随流体的位置及换热的时间而变；冷热流体的相对流动 方向不同，传热温差也不同。冷热流体的相对流动方向有以下几种：（1）顺流。（ 2）逆流。（ 3）交叉流。（ 4）折流。由于传热温差的存在，使得蒸发温度比被冷却物温度低，冷凝温度比冷凝器冷却介质温度高。 湿度湿度是影响换热的一个重要因素。湿度的三种表示方法：绝对湿度（Z）:每立方米含有水汽的质量。含湿量（d）:千克干空气含有的水汽量（g）。相对湿度（申）：在一定温度下，一定量的空气只能容纳一定的水汽，超过这一限度，多余的水汽就会凝结成 雾，这种一定限量的水汽量称为饱和湿度。在饱和湿度下，有对应的饱和绝对湿度ZB，它 随空气温度变化而变化。在一定温度下，空气湿度达到饱和湿度时称为饱和空气，它不能再接受更多的水汽；能够继 续接受一定量水汽的空气称为未饱和空气。未饱和空气的绝对湿度Z与饱和绝对湿度ZB的比值即相对湿度，cp=Z/ZB X100%。用它来 反映实际绝对湿度接近饱和绝对湿度的程度。应用：晒衣服、闷热、蒸发式冷凝器、干湿球温度计。第四节 压焓图（ Ph 图） 以绝对压力为纵坐标，焓值为横坐标组成直角坐标系。以一个点（临界点）、两条线、三个 区构成压焓图，如图。图中包含：等温线： t=C等压线： P=C等焓线： h=C等熵线： s=C等容线： v=C等干度线： x=CA 区：汽、液两相区（饱和区）B 区：过热区，汽体存在过热C 区：过冷区，液体存在过冷 饱和液体线：x=0饱和汽体线： x=1临界点K：对应临界压力、临界温度第二章 制冷剂 载冷剂第一节 制冷剂1、制冷剂概述 制冷剂就是在制冷系统中能够循环变化的物质，也叫工质。制冷过程就是制冷剂在循环过程 中发生相变时（蒸发或冷凝）吸收或释放热量来达到热量从低温部分转移到高温部分。 选用制冷剂的基本条件：使用条件下（蒸发温度）压力不要太低 常温下能够冷凝，