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热工基础知识概要

课题一制冷技术专业基础知识

一、制冷工为什么一定要有一定的热工基础知识

制冷机和空调器都是热工机械,其工作原理都是以热工理论为基础,系统的运行管理和故障分析又离不开必要的热工知识。

因此,学习制冷技术必须掌握与制冷、空调密切相关的热工基础知识。

它包括热力学、传热学及流体力学中的一些常见的名词、定律、原理、图表及计算方法等。

二、热工参数

1、温度及温标

温度是物体内部分子运动平均动能的标志,或者说是表示物体冷热程度的量度。

表示温度的标度称为温标,常用的有摄氏温标和华氏温标,前者的单位用摄氏度(℃)表示,后者用华氏度()表示。

摄氏温标规定在1个标准大气压下,洁净冰的融点和洁净水的沸点各为0°和100°,在这两个点之间100等分,每个等分就是1℃。

华氏温标规定在1个标准大气压下,洁净冰的融点和洁净水的沸点分别为32°和212°,在这两个点之间180等分,每个等分就是1°F。

摄氏和华氏温标之间的关系为tc=(tf-32)

在热力学计算中通常使用绝对温标,也称热力学温标或开氏温标,其单位用K表示。

它规定以水的三相点(273.15K即0.001℃)作为基点,每一个等分与摄氏温标大小一样,因此两者的关系为T=tc+273.15

在工程计算中,为了方便常近似的取T=tc+273

温度换算表P2

2、什么叫压力?

什么叫真空度?

常用的单位是什么?

在工程上把单位面积上所受的垂直作用力称为压力,而在物理学上称为压强。

用公式表示为

P=

压力的单位为帕(Pa),在工程计算中由于Pa单位太小,经常用千帕或兆帕来代替。

1MPa=1×106Pa

在物理学上常用物理大气压(又称标准大气压)这个单位,它是指纬度45·海平面上大气的常年平均压力,1atm=0.101Mpa。

真空度:

当被测容器内压力低于大气压时,其表压为负值,工程测试中称为真空度。

绝对压力与表压之间的关系:

3、比容

单位质量的物质所占有的容积称比容。

4、热量与制冷量

热量:

物质热能转移时的度量,表示某物体吸热或放热多少的物理量。

热量的单位为焦耳或千焦耳。

过去热量的常用单位为卡或千卡。

制冷量:

用人工方法在单位时间里从某物体(空间)移去的热量。

4、冷吨

英制制冷量单位:

1冷吨就是在24小时内冻结1吨0℃的水变成0℃的冰所需的冷量。

5、比热

单位质量的某物质温度升高1℃所需的热量叫比热。

6、显热和潜热

显热:

物体在加热(或冷却)过程中,温度升高(或降低)所需吸收(或放出)的热量,称为显热。

潜热:

单位质量的物体在吸收或放出热量的过程中,其形态发生变化,但温度不发生变化。

7、汽化、沸腾和蒸发

沸腾和蒸发是汽化的两种形式。

物质从液态变气态的过程叫汽化。

沸腾:

在一定温度(沸点)下,液体内部和表面同时发生剧烈的汽化过程,称为沸腾。

蒸发:

在任何温度下,液体外露表面的汽化过程称为蒸发。

8、冷凝和液化

冷凝:

冷凝又称液化,指物质从气态变为液态的过程。

9升华和固化

升华:

物质从固态直接变成气态的过程。

例干耗

固化:

物质从气态直接变成固态的过程。

例结霜

10、饱和

在密闭容器内液体蒸发或沸腾而汽化为气体分子,同时由于气体分子之间以及气体分子与容器壁之间发生碰撞,其中一部分又返回到液体中,当在同一时间内两者数量相等,即汽化的分子数与返回液体中的分子数相平衡时,这一状态称为饱和状态。

饱和状态的温度称为饱和温度,饱和温度时的压力称为饱和压力。

11、过热和过热气体

在饱和压力的条件下,继续使饱和蒸汽加热,使其温度高于饱和温度,这种状态称为过热。

此时的蒸汽称为过热蒸汽;过热蒸汽的温度称为过热温度;过热温度与饱和温度的差称为过热度。

12、过冷和过冷液体

饱和液体在饱和压力不变的条件下,继续冷却到饱和温度以下称为过冷。

这种液体称为过冷液体;过冷液体的温度称为过冷温度;过冷温度与饱和温度的差值称为过冷度。

13、临界温度和临界压力

各种气体当压力升高时,其比容减小。

随压力继续升高,蒸汽的比容逐渐接近于气体的比容,当两者相等时,称为临界状态。

对应临界状态点的温度称临界温度,压力称临界压力

14、制冷剂的压焓图

“一点”“两线”“三区”“五态”“八条线”

 

等压线:

等焓线:

饱和液线:

表示即将要沸腾的液体。

饱和蒸汽线:

等温线:

等熵线:

简要理解为jue

15、单级蒸汽压缩式制冷循环

A:

制冷系统组成

B:

单级压缩制冷循环的热力计算

(1)单位质量制冷量:

每Kg制冷剂在蒸发器中的制冷量

(2)单位耗功

压缩机每压缩1Kg制冷剂所消耗的功

(3)单位冷凝器热负荷:

每Kg制冷剂在冷凝器中放出的热量

(4)制冷系数:

单位制冷量与单位耗功之比

C:

工况变化对运行特性的影响(请用制冷剂的压焓图进行分析)

(1)冷凝温度升高,其他参数不变

(2)蒸发温度降低,其他参数不变

(3)液体过冷

(4)蒸汽过热氨:

5-10℃

有害过热:

有利过热:

结论:

单位制冷量无变化;单位耗功增加;排气温度增高;单位冷凝热负荷增大;进气比容增大,单位容积制冷量下降;制冷系数下降。

16、湿空气的焓湿图

(1)湿空气主要状态参数之湿度

绝对湿度:

每立方米空气中含有水蒸气的质量

相对湿度:

相对湿度表明了空气中水蒸气的含量接近于饱和状态的程度,

含湿量:

(2)空气调节的相关概念

空气调节:

简称空调,空气调节技术是研究造成室内空气环境符合一定的空气温度、相对湿度、空气流动速度和洁净度,并在允许范围内有一定波动的技术。

干湿球温度:

当流经湿球表面的风速为2.5-4m|s以上时,湿球温度几乎不变,数据最准确。

露点温度:

在一定大气压下,湿空气在含湿量不变的情况下,冷却到相对湿度为100%时所对应的温度称为露点温度。

(3)含湿图应用

等焓线

等含湿量线

等温线

等相对湿度线

热湿比线

水蒸气分压力线

两种不同状态空气混合过程的计算:

在空气调节系统的计算过程中,经常遇到不同状态的空气相混合的情况,为此,必须研究空气的混合规律。

假设质量流量为GA(kg/s),状态为A(hA、dA)的空气和质量流量为GB(kg/s),状态为B(hA、dA)的两种空气相混合,混合后空气质量为GC=GA+GB(kg/s),状态为(hC、dC)。

根据热平衡:

GA·hA+GB·hB=GC·hC<1>

==>hC=(kg/s)

根据湿平衡:

GA·dA+GB·dA=GC·dC<2>

==>dC=(kg/s)

由上式<1>及<2>可导出===

结论:

混合点C将线段分成两段,两段长度之比和参与混合的两种空气的质量成反比,混合点靠近质量大的空气状态一端。

两种状态的空气混合过程

普通集中式空调系统——一次回风空调系统

一次回风空调系统是将一部分回风与室外新风在喷水室(或表面冷却器)前混合,经处理再送到室内的空调系统。

由于这种系统兼顾了卫生与经济两个方面,故应用最广泛。

显然,在一次回风系统中回风量越大、新风量越小,就愈经济,但被调房间的空气新鲜度也越差。

所以,新风的数量应合理选择。

一般规定,空调系统中的新风量占送风量的百分数(即新风百分比)不应低于10%。

夏季工况:

下图a是一次回风空调系统示意图,其中GW为新风量,GN为回风量,GP为排至室外的风量,GΔP是保持房间正压所需风量,其中GW=GP+GΔP,送风量G=GW+GN。

 

图b是一次回风空调系统的夏季空气处理过程的h—d图,图中C表示新风与回风的混合状态点,整个空气处理过程如下:

L点

L+点:

露点送风

L点:

机器露点,即采用最大温差送风。

它一般位于Φ=90%~95%线上。

例题:

一次回风系统的夏季工况计算示例。

试为车间设计一次回风空调系统,试确定空调方案并计算设备容量。

已知条件如下:

1、设计参数:

室外:

tW=33℃、tSW=25℃、hW=76kJ/kg

室内:

tN=22±0.5℃、ΦN=60±10%

2、热湿情况:

余热:

Q=10kW

余湿:

W=0..002kg/s

3、大气压力B=101325Pa,最小新风百分比m%=30%

4、采用带喷水室的一次回风空调系统

解题步骤如下:

1、计算热湿比:

ξ=

2、确定送风状态点

(1)在h-d图上根据tN=22℃及ΦN=60%确定N点。

hN=46.5KJ/Kg

dN=

(2)过N点做ε=5000线,根据空调精度取Δt=6℃,可得送风状态点O:

to=

ho=34KJ/Kg

do=

3、计算风量

送风量:

G==10/(46.5-34)=0.8kg/s

新风量:

GW=G×m%=G×30%=0.24kg/s

回风量:

GN=G–GW=0.8–0.24=0.56kg/s

根据h—d图上的比例关系可知:

==

由此可得混合点C的焓hC:

hC=hN+(hW—hN)·m%=46.5+(76-46.5)×30%=55.4KJ/Kg

在h—d图上hC线与线交点即为C点。

4、确定机器露点:

在h—d图上,过O点做等d线与Φ=95%曲线相交,交点即为露点L,查出:

tL=

hL=27.5KJ/Kg

5、求系统夏季需要的冷量:

要求采用喷水室处理空气,则喷水室的冷量为:

Q0=G·(hC—hL)=0.8×(55.4-27.5)=22.3KW

 

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