第2章-制冷方法课件.pptx

1、1第2章 制冷方法 T 2.1 物质相变制冷l物质集态：气态、液态、固态气态、液态、固态l相变(phase transition)：物质集态的改变物质集态的改变l 潜热(latent heat)：相变过程中吸收或放出热量相变过程中吸收或放出热量l 相变吸热效应液体相变液体蒸发制冷制冷；固体相变固体融化或升华冷却冷却液体蒸发制冷(refrigeration by liquid evaporation)u 液体蒸发制冷以流体作制冷剂，通过一定的机器设备构成制冷循环，可以对被冷却对象 实现连续制冷。它是制冷技术中使用的主要方法。饱和状态(saturated state)饱和压力与饱和温度的对应关系：

2、)(sstfp 2饱和压力与饱和温度的对应关系饱和水及饱和水蒸气的热力性质R22饱和液体及蒸气的热力性质3液体蒸发制冷原理原理示意图：实现连续制冷循环的过程 液体蒸发制冷实际循环方式l低压低温下蒸发过程 蒸气压缩式l增压过程 蒸气吸收式l高压高温下凝结过程 蒸气喷射式l降压过程 吸附式 4蒸气压缩式制冷(vapor-compression refrigeration )蒸气压缩式制冷实际装置 房间空调器5蒸气压缩式制冷的基本系统系统示意图：系统工作过程：双开门冰箱 6蒸气压缩式制冷的工作过程7蒸气吸收式制冷(vapor absorption refrigeration )实际的制冷机8蒸气吸收

3、式制冷蒸气吸收式制冷的基本系统1发生器 (generator)2冷凝器 (condenser)3制冷剂节流阀(refrigeration throttle valve)4蒸发器(evaporator)5吸收器 (absorber)6溶液节流阀(solution throttle valve)7溶液热交换器(solution heat exchanger)8溶液泵 (solution pump)9蒸气吸收式制冷Absorption refrigeration cycle 10蒸气吸收式制冷系统工作过程：1）稀溶液的加压 和预热过程2）发生器中的蒸 气发生过程 3）浓溶液的冷却 与节流过程 4）吸

4、收器中的 吸收过程5）冷凝过程 6）节流过程7）蒸发过程11热电制冷 热电制冷(thermoelectric refrigeration)利用热电效应(即帕尔帖效应)的一种制冷方法 小型手提式电冰箱 热电制冷元件 12热电制冷热电效应(thermoelectric effects)：l两种不同材料组成的电回路在有直流电通过时，两个接点处分别发生了吸、放热效应 帕尔帖热电效应 13热电制冷由于半导体材料（如蹄化铋）构成的热电偶具有显著的帕尔帖热电效应，因此产生了实际的应用价值。u半导体制冷热端Tc热端ThNP铜连接片放热吸热Q0l基本热电偶 热电堆14热电制冷A refrigeration ef

5、fect can also be achieved without using any moving parts by simply passing a small current through a closed circuit made up of two dissimilar materials.This effect is called the Peltier effect,and a refrigerator that works on this principle is called a thermoelectric refrigerator.Thermoelectric Refr

6、igeration Systems15热电制冷 基本计算公式 描述半导体制冷的重要性能参数是：制冷量、放热量、耗功率和制冷系数。制冷量：放热量：RITKITQ2cc21RITKITQ2hh2116热电制冷l消耗功率：l制冷系数：TIRIQQNch2RITIRITKIT22c2117热电制冷最大制冷温差 l 在不改变热电对材料及几何尺寸的前提下，增加冷、热端之间的温差时，制冷量降低，因而在确定冷、热端之间的最大温差时，取 那么：l将上式对电流求导并令其等于零，得到最大温差下的电流为：l其对应的最大温差为：lZ为热电材料的优值系数:0cQKRIITTc)21(2RTIcopt2max21cZTTK

7、RZ218热电制冷 最大制冷系数l制冷量和输入功率均随电流变化，并在某一电流下两者之比值 达到最大值，最大制冷系数为 制冷系数最大时的电流为：其中NQc/11/moZTRTI)(21chmTTTm1ZTM1/cmaxMTTMTTch1920蒸气喷射式制冷(Ejector refrigeration)蒸气喷射式制冷的基本系统喷射器:喷嘴，吸入室 混合室，扩压器 系统工作过程：21吸附式制冷(Adsorption refrigeration)制冷原理：l固体吸附剂吸附作用l吸附能力吸附剂温度l实现交替吸附和解吸制冷作用吸附分类：物理吸附与化学吸附 吸附工质对（吸附剂制冷剂）：沸石水；硅胶水；活性碳

8、甲醇；金属氢化物氢22吸附式制冷(adsorption refrigeration)系统组成与工作过程（以物理吸附为例）吸附床、冷凝器、蒸发器和工质对（沸石与水蒸气）23气体涡流制冷(vortex refrigeration)气体涡流制冷:涡流冷却效应:是利用人工方法使常温高压产生漩涡，使气流分为 冷热两部分;利用分离出来的冷气流即可制冷 涡流管:24气体涡流制冷经过压缩并冷却到室温的气体（通常是用空气，也可以用其他气体如二氧化碳、氨等）进入喷嘴内膨胀以后以很高的速度切线方向进入涡流室，形成自由涡流，经过动能的交换并分离成温度不相同的两部分，中心部分的气流经孔板流出，即冷气流；边缘部分的气体从

9、另一端经控制阀流出，即热气流。所以涡流管可以同时得到冷热两种效应。根据试验，当高压气体的温度为室温时，冷气流的温度可达（-50 -10），热气流的温度可达（100130），控制阀用来改变热端管子中气体的压力，因而可调节两部分气流的流量比，以改变它们的温度。25气体涡流制冷涡流管工作过程26气体涡流制冷图中点4表示气体在压缩以前的状态，4-5为压缩机中的等熵压缩过程，5-1为在冷却器中的等压冷却过程。点1表示高压气体进喷嘴以前的状态，在理想情况下经绝热膨胀到压力P2时温度降到s，膨胀后的状态用点2a表示。点2表示涡流管出来的冷气流状态，其温度是Tc；点3表示涡流管出来的热气流的状态，其温度为Th

10、。1-2及分别表示冷热两部分气流的分离过程，这一过程是不可逆的过程；为热气流经控制阀的节流过程，节流前后比焓值不变。27气体涡流制冷制冷性能计算l冷却效应l等熵膨胀温度效应l加热效应l冷气流分量l制冷量l冷却效率ccTTT1ssTTT11TTThh)(1chhmmccTTTqqcpmcoTcq1sccTT 28气体涡流制冷特点：涡流管的优点是结构简单，维护方便，启动快，且能达到比较低的温度；其主要缺点是效率低。故涡流管只宜用于那些不经常使用的小型低温试验设备。应用回热原理及喷射器来降低涡流管冷气流的压力，不仅可以进一步降低涡流管所能获得的低温，而且还可以提高涡流管的经济性。为了获得更低的温度还可以采用多级涡流管。29气体涡流制冷 应用 冷却制造过程：塑料或金属加工、木材加工、焊接、粘接、冷却制造过程：塑料或金属加工、木材加工、焊接、粘接、热密封、缝纫针、模具加工等。热密封、缝纫针、模具加工等。在实验室里用于冷却和干燥气体采样，冷却环境舱。在实验室里用于冷却和干燥气体采样，冷却环境舱。电子元器件、仪表、开关和温度调节装置等的冷却及温度控电子元器件、仪表、开关和温度调节装置等的冷却及温度控制。制。密闭的电子控制系统的温度调节。密闭的电子控制系统的温度调节。30