制冷基本知识.docx

1、制冷基本知识基础的制冷常用术语潜热 对液态的水加热，水的温度升高，当达到沸点时，虽然热量不断的加入，但水的温度不升高，一直停留在沸点，加进的热量仅使水变成水蒸气，即由液态变为气态。这种不改变物质的温度而引起物态变化(又称相变)的热量称为潜热。如计算机房中、工作人员人体发热以及换气带进来的空气含湿量，这些热量称为潜热。(全热等于显热与潜热之和。) 显热 对固态、液态或气态的物质加热，只要它的形态不变，则热量加进去后，物质的温度就升高，加进热量的多少在温度上能显示出来，即不改变物质的形态而引起其温度变化的热量称为显热。如对液态的水加热，只要它还保持液态，它的温度就升高；因此，显热只影响温度的变化面

2、不引起物质的形态的变化。例如机房中、其计算机或程控交换机的发热量很大，比热 任何物质当加进热量，它的温度会升高。但相同质量的不同物质，升高同样温度时，其所加进的热量是不一样的。为相互比较，把l kg水温度升高1 所需的热量定为4.19kJ。以此作为标准，其它物质所需的热量与它的比值，称为比热。如 l kg水温度升高l 需4.19kJ，则比热值为4.19kJ(kg)，而 l kg铜温度升高l 只需0.39kJ，则铜的比热为0.39kJ(kg)。不同材料有各自的比热值，下表为几种材料的比热值。 几种材料比热值 比热kJ(kgK)： 水4.19氨（液体）4.609冰2.095氨（气体）2.179玻璃

3、0.754空气（干）1.006铜0.390钢0.461 知道材料比热值，就能计算出对它降温所需要除去的热量。例如要将5kg 70的水冷却到15，则需除去的热量为： QmcD t = 54.19(70-15)l152.25kJ 式中： m: 水的质量，kg； c：水的比热kJ(kgK)；热量 物体温度的高低表示了物体的物质分子热运动剧烈的程度，温度的高低也表示物体所具有能量的高低，这种能量称为热能。当温度不同的两个物体相接触时，两者温度逐步趋于一致，发生了热能从温度较高的物体向温度较低的物体转移，此时物体所放出或吸收的能量称为热量。常用的热量单位有：a. 卡 在标准大气压力下，将 l克的水加热或

4、冷却，其温度升高或降低l 时，所加进或除去的热量称为l卡，以符号 cal表示。因卡的单位太小，工程上往往采用其1000倍的千卡或大卡来表示。具符号为kcal。b. 英热单位 在标准大气压下，将11b(磅)(11b0.454kg)水加热或冷却，其温度升高或降低华氏温度l oF，所加进或除去的热量称为一个英热单位，其符号为Btu。c. 焦耳 在国际单位制中，取热量单位与功的单位一致，以焦耳表示。焦耳相当于用1N(牛顿)的力，共作用点在力的方向上移动l m(米)所做的功。因此，在国际单位制中，焦耳是功和能的单位，采用这种单位使计算简化，焦耳的符号为J。我国法定热量单位为焦耳。焦耳与卡之间的换算为：1

5、 kJ(千焦耳)0.239kcaI(千卡)l kcal(千卡)4.19kJ(千焦耳)其它常用换算公式为：1 kcal(千卡)3.969 Btu(英热单位)l Btu(英热单位)252 cal(卡) 1 kcal(千卡)427 kgm(千克米)1 kW(千瓦)860 kca1h(千卡时)1 美国冷吨3024 kca1h(千卡时)1 日本冷吨3320 kca1h(千卡时)温度 温度被用来表示物质冷与热的程度，温度的高低的程度可用温度计来度量，如玻璃温度计，管内的液体受热后膨胀，液面升高，冷却收缩后，液面降低，液面的高低表示温度的高低程度。下面简要介绍表示温度值的几种标准。a摄氏温标 在标准大气压下

6、，把水的冰点作为0度，沸点作为100度，在0度与100度之间均衡的刻成100格，每格为l度，以符号表示。b华氏温标 在标准大气压下，把水的冰点定为32度，而沸点定为212度、二者之间均衡的刻成180格，每格为l度，以符号oF表示。 c开氏温标(又称绝对温标) 它以摄氏温标为基础、把水的冰点定为273.16度，水的沸点定为37316度，理论上把物质中分子全部停止运动之点作为0度，以符号K表示。常用温标是摄氏、华氏、开氏。它们之间的换算公式如下：华氏换算摄氏：摄氏换算成华氏： 开氏与摄氏的关系：T= t + 273.16 式中： T：开氏温标，K； t：摄氏温标，oC。传热系数 热量从高温侧流体透

7、过平壁转移到低温侧流体。这种热量传递的能力除与两侧温差、传热面积的大小有关外，还与平壁的导热系数，平壁的厚度及壁面两侧的放热系数有关。把所有因素列成一个方程式，即：QKFD t (kJh) 式中：Q：传递的热量(kJh)； F：平壁的表面积(m2)； D t ：温差 D tt1-t2()； K：传热系数 kJ(m2h) K为传热系数，它数值上等于当两侧温差 l时、l h通过 l m2传热面积，从一侧热流体传到另一侧冷流体所传递的热量。单位是kJ(m2h)或 W(m2k)。放热系数 当冻结一种物质时，如在表面吹风则它的冻结速度比不吹风时快。表示这种不同物质之间在不同状态下换热能力的物理量称为放热

8、系数，其数值等于每小时、每平方米面积上，当流体和固体壁之间的温度差为 l 时所传递的热量。以符号a表示，其单位为 kcal(m2h)，国际单位制是 W(m2 k)或 J(m2h)、两者之间换算关系为：1W(m2K)0.860kcal(m2h) 导热系数(亦称热导率) 导热系数是表示一种材料传导热量能力的一个物理量。如两块同样厚的材料，一块是铜块，一块是软木块，把它们放在比本身温度高的环境中，可立即感觉到铜块温度升高，而对软木块则在短时间内感受不到。这说明两种材料对热量传导的能力不同，把这种材料对热量的不同传导能力以数字表示就称为导热系数，其数值等于：当材料层的厚度为 l m，两边温度差为1 ，

9、在 1 h内通过 l m2表面积所传导的热量，以符号l 表示，单位是 kcalmh，国家法定单位是 WmK或用 JmhK表示，它们之间的换算关系是：1WmK = 0.860 kcalmh。 不同材料有不同导热系数，它与材料的成份、密度、分子结构等因素有关。 同一种材料，影响其导热系数的主要因素是密度和湿度。密度大则导热系数大，湿度大则导热系数亦大。蒸发与沸腾 蒸发是指在液体自由表面进行气化的过程 。例如，水的蒸发。衣服的凉干过程。蒸发是由于液体表面上具有较高能量的分子克服液体分子的引力、穿出液面到达空间而形成的。在相同环境下、液体温度越高，则蒸发越快。制冷工程中，许多问题都涉及到蒸发过程，例如

10、冷却塔及空调中的加湿与干燥过程等。红外加湿器的加湿属表面蒸发过程。 沸腾是指液体内部产生气泡形式的剧烈气化过程。例如，水的烧开过程。在一定压力下，液体加热到一定的温度才开始沸腾。在整个沸腾过程中，液体吸收的热量全部用于自身的容积膨胀与相变，故气液温度保持不变。如电极加湿器属于沸腾过程。压力 气体由分子组成，亿万分子在无规则的运动中，频繁撞击容器内壁，在内壁单位表面积上垂直产生的力称为压力。在工程中测量气体压力的常用单位是：千克厘米2、或为mmHg(毫米汞柱)，我国的法定单位是 Pa(帕斯卡)。 a. 大气压力 包围地球的空气层对单位地球表面积形成的压力称为大气压力。通常用 B表示。单位用帕 P

11、a或千帕 kPa表示。 大气压力随各地海拔高度不同而存差异。还因季节、气候的变化稍有高低。由于大气压力不同，空气的物理性质和反映空气物理性质的状态参数均要发生变化。所以，在空气调节的设计和运行中，要考虑当地气压的大小，否则会造成一定的误差。压力分三种：用仪表测定的压力(称工作压力，即表压力)、当地大气压和绝对压力。其相互关系：绝对压力当地大气压十工作压力只有绝对压力才是湿空气的状态参数。 b水蒸汽分压力与饱和水蒸汽分压力 在湿空气中，水蒸汽单独占有湿空气的容积，并且有与湿空气相同温度时所产生的压力，称为水蒸汽分压力，用Pq表示。 湿空气是干空气和水蒸汽组成的混合气体，因此湿空气的总压力应由干空

12、气分压力 Pg；与水蒸汽的分压力Pq迭加而成。即 PPg十Pq或 BPg十Pq 在空调工程中所考虑的湿空气就是大气，所以湿空气的总压力P就是当地大气压力B。在一定温度下，空气越潮湿，其水蒸汽含量就越多，水蒸汽分压力就越大。当水蒸汽含量超过某一限量时，多余的水蒸汽就会凝成水析出。这说明，此时，湿空气中的水蒸汽含量达到最大限度、该湿空气处于饱和状态，称饱和空气；此时相应的水蒸汽分压力称为饱和水蒸汽分压力。该压力仅取决于温度，温度越高，其压力值越大。 于此同时，压力和沸点的关系也很大，降低压力能使液体的沸点降低，增加压力则使沸点升高。因此每一个作用于液体的压力就有一个对应的沸点。例如1.0133l0

13、5Pa下。水在 100时沸腾；若压力升高到2.41105Pa，水的沸点为138；若压力降低到0.43105Pa，水的沸点为845。在制冷系统中，用控制蒸发压力来达到控制蒸发温度的目的。 1.12 湿度 湿度是表示湿空气中含有水蒸汽量多少的物理量，有三种表示方法。 a绝对湿度 l m3湿空气中含水蒸汽的质量。符号为Z，单位为 kgm3，即： 式中：mq：水蒸汽质量，单位为kg； V：水蒸汽占有的容积，即湿空气的容积，单位为 m3。绝对湿度使用起来不方便。它不能直接反映出湿空气的干湿程度。 b. 含湿量 每公斤干空气所含有水蒸汽量称为含湿量，符号为d，单位为 kgkg(干)，即： 式中：mq：湿空

14、气中水蒸汽质量，单位为kg； mg：湿空气中干空气质量，单位为kg。b相对湿度 湿空气中水蒸汽分压力和同温度下饱和水蒸汽分压力之比，称为相对湿度。用符号j 表示，即：式中：Pq：水蒸汽分压力 Pqb；同温度下饱和水蒸汽分压力 从式中可知，j 值小，表示空气较干燥，反之，空气较潮湿。当j 0时，为干空气；j 100时，为饱和空气。从j 值大小可直接看出空气的干湿程度。 j 和d都是表示空气的湿度参数，含意却不同，d表示水蒸汽的含量多少，却不能表示空气接近饱和的程度；而j 能表示空气接近饱和程度，却不能表示水蒸汽的含量多少。1.13 露点温度 在一定大气压力下，含湿量不变时空气中的水蒸汽凝结为水(

15、凝露)的温度。在d不变时，空气温度下降，由未饱和状态变为饱和状态，此时空气的相对湿度j = 1O0。在空调技术中，把空气降温至露点温度，达到除湿干燥空气的目的。 1.14 焓 焓是湿空气的一个重要参数。是一个内能与压力位能之和的复合状态参数。在空调过程中，湿空气的状态经常发生变化，焓可以很方便确定该状态变化过程中的热交换量。湿空气的变化过程是定压过程，焓差等于热交换量，即： t D h=D Q=cmD t 式中：D h：焓差 kJkg(干) D Q：热交换量 kJkg m：湿空气的质量 kg c：湿空气的定压比热 kJ(kg)1.15 静压、动压、全压 在选择空调或风机时，常常会遇到静压、动压

16、、全压这三个概念。根据流体力学知识，流体作用在单位面积上所垂直力称为压力。当空气沿风管内壁流动时，其压力可分为静压、动压和全压，单位是 mmHg或 kgm2或 Pa，我国的法定单位是 Pa。水的物理性质 水的物理性质是指水的热学、力学、电学、光学、声学等特性，让我们从以下几项指标，来了解水异常惊人的物理特性。 密度 大家知道，一切物质受热时都增大自己的体积，即热胀冷缩，同时减小密度。水也具有这种性质，但是在 0和 4之间例外，此时随着温度的升高，水的体积并不是增加，而是缩小。4时水的密度最大。因此，水的体积和温度之间的关系不是直线关系，而是曲线关系，这和大多数物质不一样。 将冰逐渐加热融化成0

17、的水，这时结晶中的空隙由于水的侵入而被填充，使 0水的密度比冰的密度急速增大。但比较起来，此时水的分子空隙并不是完全填满的，其密度应为0.99987g/cm3。可在 4时，水的空隙被依次填满了，此时的密度最大，为1000g/cm3。而大于4的水则发生热膨胀，分子运动逐渐变得活跃起来，其密度又逐渐变小了。尽管水有上述异常，但它仍然是密度的标准，4时，1cm3的水的质量为1g。 冰点和沸点 标准大气压下，水的冰点为0，沸点为100。不难看出，这又是以水的物理特征为标准，进行温度的测定。 如果以氢和化学元素周期表中VIa族的一些化合物，如H2Te、 H2Se、 H2S、 H20相比较，计算一下它们的

18、相对分子量，结果发现水的冰点和沸点不在其他3个化合物的普遍规律性之中，其他3个化合物的相对分子量越大，沸点和冰点就越高。假如水也符合此规律，那么水的冰点似乎应为一90-120，沸点大约为一75-100，而实际上则分别为全0和100，相差甚远。 水的沸点随压力的增加而升高，很久以前，水的这一性质被用在山地高程的确定上。沸腾时的温度也随水中溶解物质含量的增加而升高。 压力和水的冰点之间存在着另一种奇异的关系：在 2200 个大气压以下，随着压力的增加冰点降低；越过 2200 个大气压以后，水的冰点随压力增加而升高。3530 个大气压力下，水于 -17结冰；6380 个大气压下为 0；16500 个

19、大气压力下为 60，而20670 个大气压力下，水在76时才结冰。如果后两种情况存在，那么我们便可以得到热冰。但事实是在地球岩石圈和上地幔并不存在着这样温度和压力的组合。 汽化热 为了保证液体能在恒温下蒸发，必须向它提供足够的热量以补偿由于高能分子的逃逸所造成的损失，这份热量称为汽化热。汽化热不是水所特有的，任何液体蒸发时都需要吸收这份热量，只是水的汽化热特别高，才是它的突出之处。 水具有超乎寻常的汽化热，在日常生活和生产上得到了应用。比如，大的食堂利用锅炉蒸汽来蒸饭；手扶拖拉机则利用它来散热。汽化热在恒温下是一个常数。温度变了，汽化热将随之发生变化。 液态水变成气态的水蒸气，水分子本身的大小

20、依然如故，保持不变，但是，分子间的距离却大大增加了，体积发生了惊人的变化。如1摩尔水，在1个大气压下，100时，体积约为18.8mL；当变成水汽后，在同样条件下，体积增大到301000mL。也就是说，体积增大了16000倍。我们可以想象，利用蒸汽做功时，发挥的力量该是多大啊！ 熔化热（融解热） 水的熔化潜热很高，在0和一个标准大气压下，大约为333.69J/g。这是指水凝结成冰时放出的热量，或冰熔化成水时需要吸收的热量。 水的熔化潜热与一般物质相比，除了其值较高（例如，纯铁的熔化潜热为 25J/g，硫的是39.8SJ/g，铅的是 23J/g）外，还有一个异常的特点：冰在一个大气压力下的温度，可

21、以为 -1-7之间，看来好像是冰的温度越低，需要熔化它的热就越多，这个结论似乎是理所当然的，我们普通读者-作为热物理学的门外汉-对这个问题大概不会有太多的异议。然而，事实却并非如此，70时，熔化潜热并不是333.69J/g，而是301.45J/g！这真是一个不容争辩，而且相当难以置信、出乎意料的异常特性。冰的温度每降低1度，其熔化热大约减少2J，因为冰的单位热容量比水小。 热容量 把1克物质的温度升高l时所需要的热量称作比热容，在数量上等于此物质的热容量。在 15时，水的热容量为41868J/（g0）也就是说，1g水，若要使其温度上升I，需要41868J的热量。这又是以水的物理特征作为标准的一

22、个例子。 水的热容量比大多数物质的热容量都大（只有氧、铝等的热容量比水大）。例如，土和砂之类的物质，热容量为084J/（g），铁和铜等金属仅为 042J/（g），酒精和甘油为 126J/（g），铂为 012J/（g），木料为06J/（g）。这种水与土之间热容量的巨大的差异，反映在气候学上，就是海洋性气候比大陆性气候升温慢，降温亦慢，变幅较小的现象。 除汞和液态水外，一切物质的单位热容量都随温度的升高而增加。在035，水的单位热容量随温度升高而降低，在35以后，水的热容量则随温度的升高而增加。水的热容量和水的密度一样，与温度的关系不是直线，而是曲线关系。例如，25和 50时水的单位热容量一样，都

23、是417843J/（g）。 表面张力和附着力 表面张力是水以及固体的边界分子联结、集合、缩小体积（内聚力）的一种能力。水的表面分子凝聚形成张力膜，若要破坏张力膜需要相当大的力，也就是说，水的表面张力比较大。比水重8倍多的东西，比如保险刀片和针等能够平放在水面上而不会沉入水下。 18时水的表面张力是 72X105J/cm2，应该说这个数值是很高的，因为，酒精的表面张力为22 X 10-5J/cm2，丙酮为24 X 10-5J/cm2，汽油为29 X105J/cm2。事实上，水的表面张力在所有液体中仅次于水银（其表面张力约为 500X105J/cm2）而名列第二。水所具有的较强的表面张力控制着土壤

24、和植物中的水分存在状况，影响着地球表层的自然地理现象。 水还有一个奇怪的性质，就是在细玻璃管（毛细管）中可以观察到粘着性（附着性）。毛细管中的水向上升，与引力（重力）相反。在与空气接触的边界层里，水分子的凝聚力，同水使管壁湿润对管壁粘着力相配合，结果，毛细管中便形成高于自然水面的凹形面。具有更大表面张力的汞没有粘着力，所以汞在毛细管中不是凹形面，而是凸形面。必须注意，水对油质管壁不粘着，比如水在内壁涂以石蜡的毛细管中的液面，如同汞一样是凸形，而不是凹形。 毛细常数的概念是指液体的上升高度与毛细管半径的乘积。纯水的毛细常数随温度的升高而呈线性减小，而在达到极限时等于零。15时水的极限毛细上升高度

25、，粗砂为0.2m，细砂为1.2m，而纯粘土则为12m。上升持续的时间是：粗毛管为510天，细毛管16个月，这在土壤物理学上有着重大的实际意义。 动力粘滞性（内摩擦力） 水的这个性质在通过孔隙介质（比如沙）的渗透过程中有很大意义。矿化水，尤其是盐水，在相同温度下透过孔隙介质时，其粘滞性大大提高。0条件下，纯水的动力粘滞系数为1789 X 102Pas，而100时只是0282X102Pas，少了约5/6。为比较起见，我们以汞的粘滞系数为例，0时等于 169X102Pa s，100时为 l22X102Pa s，仅仅减少了 7。水蒸气的粘滞系数，15时只有 0 98Pa s，即比同温度下水的粘滞系数小

26、得多，差了180倍。 水的粘滞性高和表面张力大，合起来的作用使农田水分流失较慢，无需经常灌溉；反之，如果水分流失较快，就需要经常灌溉。 水的介电常数 电容器的电容C，由于电极板之间存在的物质种类不同而有很大的变化。这种变化的程度，可用下式定义的介电常数。来表示，其数值为该物质及其状态所固有：C=C0 式中，和C0分别为在电极板间有物质存在时和真空时电容器的电容。的值，在空气中是10006，在云母中为604，在CS2中为2.6左右，水的值特别大，一定条件下为80左右。水的介电常数高是由于分子极性强造成的，这个性质使水成为一种优良溶剂。 水的颜色 谁都知道：水是无色、无味、无臭的液体。 可是，著名

27、诗人白居易在描绘江南水乡美好春色时却说：“日出江花红胜火，春来江水绿如蓝。”是诗人的艺术夸张和丰富想象吗？碧波荡漾的海洋为什么又是蔚蓝色的呢？ 原来这是由太阳光所引起的，当太阳光照射在浅薄的水层时，光线几乎毫无阻挡地全部透过，因此，水看上去是无色透明的。而当太阳光照射在深水层时，情况发生了变化。不同波长的光的特征就表露出来，产生不同效果。波长长的光线穿透力强，容易被水吸收；波长短的光穿透力弱，易发生散射和反射。红、橙和黄色一类波长较长的光，进入水体，在不同的深度被相继吸收，并利用它们自己储蓄的能量将海水加热；蓝光、紫光波长较短，经散射和反射后映入我们的眼帘，因此，浩渺海水便显得蔚蓝一片。 如果

28、水体中含有大量粗而带色的悬浮物，或有为数众多的浮游生物繁殖，水也会出现某种特殊的颜色。例如，红海中生长了大量的蓝绿藻，其体内藻红素将红海变成名副其实的红色海洋；黄海则由于黄河带来大量黄色泥沙而呈黄色；黑海的命名应该归功于其深水中含有的硫化氢；而白海则完全是由于周围环境的皑皑冰雪所致，也难怪古人云“近朱者赤，近墨者黑”。 水的其他物理性质 水除了具有上述较为奇异的物理性质外，还有一些其他异常的物理特性，例如，水的导热性较其他液体小，在20时水的热导率为 0.00599 J/（s cm），冰的热导率为 0.0226 J/（scm），雪的热导率与雪的密度有关，当密度为 01kg/L时，其热导率为 0

29、.00029 J/（scm）。水的压缩率很小，体积压缩系数为 4.74X10-10m2/N，一般认为不可压缩。光在水中的传播速度为空气中的75。水的折射率为133，所以在以空气为界面的情况下，光在水中可以产生全反射。纯水几乎是不导电的，天然水有微弱的导电性，含有离子杂质(盐类)的水则是良好的导体。（一）什么叫做冷？在自然界中，一 特定空间或物体的温度低与它周围环境的温度；我们就称这一特定的空间或物体冷；冷是相对的不是绝对的。（二）什么叫做人工制冷？ 人工制冷就是用人为的方法，借助一种专门的装置（热泵），消耗一定的外界能量，使一特定空间或物体的温度低与它周围环境的温度，并在必要长的时间内保持人们

30、所需要的这种低温；又称人工致冷 基于上面的理论决定了制冷系统必须具有以下四个基本部分，1.蒸发器；2.压缩机；3.冷凝器；4.节流机构（节流阀、膨胀阀或毛细管）；它们之间用管线连接组成制冷的基本循环系统。蒸发器作为液态制冷剂蒸发用，制冷剂借被冷却物的热量，在低温和相应的压力下蒸发汽化，变为蒸汽从而吸收被冷却物的热量，该过程为定压蒸发吸热过程；压缩机吸入来自蒸发器的制冷剂蒸汽，并消耗一定的功把它们压缩成高温高压的蒸汽，这一过程为绝热压缩过程；当高温高压的制冷剂蒸汽经过冷凝器时，被冷凝为液态并向外界环境散热，该过程为定压冷凝放热过程；节流机构用来调节进入蒸发器的液态制冷剂流量和压力，当液态制冷剂通

31、过小孔时产生节流现象，该过程为绝热膨胀过程；由于这一过程，并同时由于压缩机的开动，吸入在蒸发器内生成的蒸汽，则节流机构中液态制冷剂的压力由冷凝压力降为蒸发压力，制冷剂在蒸发器继续蒸发并吸收周围的热量。这样由于压缩机的运转不断吸入在蒸发器内生成的蒸汽，并输出高温高压的蒸汽，使这一过程不断循环下去，冷库内的温度就会逐渐降低，达到制冷目的。上述四个部分仅为制冷系统的基本部分实际上一个完整的制冷系统还包括：储液罐、过滤器、温控器、自动保护装置以及电控装置等部分，而且随着自动化程度不断发展制冷系统的电路系统也越来越复杂，一个好的维修人员还必须懂得电的一些知识。每一台工作着的压缩机都反映出吸入端压力简称低压，和排出端压力简称高压。而制冷剂在不同的压力下蒸发，其蒸发温度也不同；同样它