【正文】 第二講 制冷原理與設(shè)備主講：楊東紅學(xué)時(shí)安排章 數(shù) 學(xué)時(shí)緒論 2第一章 制冷方法 3第二章 蒸氣壓縮式制冷 8第三章 制冷劑及載冷劑 4第四章 蒸發(fā)器和冷凝器 6第五章 節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備 4第七章 多級(jí)蒸氣壓縮制冷及復(fù)疊式制冷 3實(shí)驗(yàn) 2總 計(jì) 32第一章 緒論1. 制冷的定義 作為一門(mén)科學(xué)，制冷是指采油人工的方法在一定時(shí)間和一定空間內(nèi)將某舞廳或流體冷卻，使其溫度降到環(huán)境溫度以下，并保持這個(gè)低溫。 因此，制冷不同于自然冷卻。2. 明確以下概念(1)制冷劑：在制冷機(jī)中使用的工質(zhì)稱為制冷劑。(2)制冷機(jī)：機(jī)械制冷中所需機(jī)器和設(shè)備的總合稱為制冷機(jī)。(3)制冷裝置：將生產(chǎn)冷量的制冷機(jī)械和消耗冷量的設(shè)備結(jié)合在一起的裝置。 按照制冷所得到的低溫范圍，制冷技術(shù)劃分為以下 4個(gè)領(lǐng)域： 普通制冷 120K以上 深度制冷 120K~20K 低溫制冷 20K~ 低溫制冷 超低溫制冷 本課程主要講普通制冷。 制冷技術(shù)主要研究以下三個(gè)方面：(1)研究獲得低溫的方法和有關(guān)的機(jī)理以及與此相應(yīng)的制冷循環(huán)，并對(duì)制冷循環(huán)進(jìn)行熱力學(xué)的分析和計(jì)算。（比如壓縮式制冷）(2)研究制冷劑的性質(zhì)，從而為制冷機(jī)提供性能滿意的工作介質(zhì)。(3)研究實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)所必需的各種機(jī)械和技術(shù)設(shè)備，包括他們的工作原理、性能分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及制冷裝置的流程組織、系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)。此外，還有熱絕緣問(wèn)題、制冷裝置的自動(dòng)化問(wèn)題等等。 制冷技術(shù)的理論基礎(chǔ)主要為熱工的三大基礎(chǔ)課程，即 《 工程熱力學(xué) 》 、 《 工程流體力學(xué) 》 、 《 傳熱學(xué) 》 。尤其是 《 工程熱力學(xué) 》 ，學(xué)習(xí)和從事質(zhì)量工作的人員應(yīng)主要在這三門(mén)課程方面打好堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 制冷技術(shù)的發(fā)展概括起來(lái)可分為兩個(gè)階段：（ 1）天然冷源的應(yīng)用階段 是從古代 ~18世紀(jì)中期。 采用的天然冷源主要是指冬季儲(chǔ)存的天然冰和夏季使用的深井水。（ 2） 機(jī)械制冷階段 18世紀(jì)中期 ~今。 1755年是人工制冷史的起點(diǎn)?，F(xiàn)代制冷技術(shù)作為一門(mén)科學(xué)是由 19世紀(jì)中后期發(fā)展起來(lái)的，到 20世紀(jì)具有更大的發(fā)展。 制冷是為適應(yīng)人們對(duì)低溫條件的需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，是人們社會(huì)實(shí)踐的結(jié)晶，并隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展以及人們生活水平的提高，制冷在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、航天等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)的作用和地位日益重要。 制冷的應(yīng)用幾乎滲透到各個(gè)生產(chǎn)技術(shù)、科學(xué)領(lǐng)域以及人們生活的各個(gè)方面中，概括起來(lái)主要有以下幾個(gè)領(lǐng)域：(1)商業(yè)及人民生活 比如人工冰廠、空調(diào)、冰箱、冷柜以及食品的冷凍冷藏、保鮮、冷藏運(yùn)輸?shù)取?2)工業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)牧業(yè) 比如制藥、啤酒、精密儀器車間等； 農(nóng)作物的種子進(jìn)行低溫處理，人工氣候育秧室、蔬菜水果的保鮮等。(3)建筑工程 比如挖掘隧道、建筑河堤時(shí)采用的 “ 凍土法 ” 。(4)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究 如各種環(huán)境模擬裝置中創(chuàng)造的人工環(huán)境。(5)醫(yī)療衛(wèi)生 如藥品、疫苗及人體器官的冷藏保存，手術(shù)中采用低溫麻醉等。(6)尖端科學(xué)領(lǐng)域等 如微電子技術(shù)、能源、新型材料、宇宙開(kāi)發(fā)等。制冷與低溫技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域舉例 制冷在空調(diào)中的作用 (1)干式冷卻 (2)減濕冷卻 (3)減濕與干式冷卻混合方式 1. 空氣調(diào)節(jié)圖 126 制冷與空調(diào)的關(guān)系 制冷和空調(diào)的關(guān)系相互聯(lián)系又獨(dú)立216。用人工方法構(gòu)成各種人們所希望達(dá)到的環(huán)境條件，包括地面的各種氣候變化和高空宇宙及其它特殊的要求。 與制冷有關(guān)的人工環(huán)境試驗(yàn)有以下幾種 (1) 低溫環(huán)境試驗(yàn) (2) 濕熱試驗(yàn) (3) 鹽霧試驗(yàn) (4) 多種氣候試驗(yàn) (5) 空間模擬試驗(yàn) 根據(jù)對(duì)食品處理方式不同，食品低溫處理工藝可分 三類 ： (1) 食品的冷藏與冷卻 (2) 食品的凍結(jié)與凍藏 (3) 冷凍干燥 3. 食品冷凍與冷凍干燥216。研究低溫對(duì)生物體產(chǎn)生的影響及應(yīng)用的學(xué)科。 低溫生物學(xué)216。研究溫度降低對(duì)人類生命過(guò)程的影響，以及低溫技術(shù)在人類同疾病作斗爭(zhēng)中的應(yīng)用的學(xué)科。 低溫醫(yī)學(xué)低溫生物醫(yī)學(xué) 216。低溫生物學(xué)和低溫醫(yī)學(xué)的統(tǒng)稱。 典型應(yīng)用例子 (1)細(xì)胞組織程序冷卻的低溫保存 (2)超快速的玻璃化低溫保存方法(3)利用低溫器械使病灶細(xì)胞和組織低溫?fù)p傷 而壞死的低溫外科。 4. 低溫生物醫(yī)學(xué)技術(shù)微波激射器 必須冷到液氮或液氦溫度 ,以使放大器元素原子的熱振蕩不至于嚴(yán)重干擾微波的吸收與發(fā)射。 超導(dǎo)量子干涉器 即 SQUIDs,被用在相當(dāng)靈敏的數(shù)字式磁力計(jì)和伏安表上。在 MHD系統(tǒng)、線性加速器和托克馬克裝置中，超導(dǎo)磁體被用來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)。5. 低溫電子技術(shù) 運(yùn)用與超導(dǎo)電性有關(guān)的 Meissner效應(yīng) ,用磁場(chǎng)代替油或空氣作潤(rùn)滑劑 ,可以制成無(wú)磨擦軸承。 在船用推進(jìn)系統(tǒng)中 ,無(wú)電力損失的超導(dǎo)電機(jī)已獲得應(yīng)用。 偏差極小的超導(dǎo)陀螺也已經(jīng)被研制出來(lái)。 時(shí)速 500km/h的低溫超導(dǎo)磁懸浮列車已經(jīng)在日本投入試驗(yàn)運(yùn)行。 6. 機(jī)械設(shè)計(jì) 采用紅外光學(xué)鏡頭可以拍攝熱源外形，并可以對(duì)熱源進(jìn)行跟蹤。一些紅外材料往往工作在 120K以下的低溫下，使得熱源遙感信號(hào)更為清晰，為了拍攝高靈敏度的信號(hào)往往需要更低的溫度。 一般紅外衛(wèi)星需要 70120K的低溫，往往通過(guò)斯特林制冷機(jī)、脈沖管制冷機(jī)、輻射制冷器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 空間遠(yuǎn)紅外觀測(cè)則需要 2K以下的溫度，往往通過(guò)超流氦的冷卻技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 7. 紅外遙感技術(shù)煉鋼時(shí)氧起到某些重要的作用。制取氨時(shí)也用到低溫系統(tǒng)。壓力容器加工時(shí) ,將預(yù)成形的圓柱體放在冷卻到液氮溫度的模具中 ,在容器中充入高壓氮?dú)?,讓其擴(kuò)脹15%,然后容器被從模具中移開(kāi)并恢復(fù)到室溫。使用這個(gè)方法 ,材料的屈服強(qiáng)度能增加 4至 5倍。 8. 加工過(guò)程目前低溫技術(shù)是回收鋼結(jié)構(gòu)輪胎中橡膠的唯一有效的方法，這種方法采用了低溫粉碎技術(shù)。 216。利用材料在低溫狀態(tài)下的冷脆性能，對(duì)物料進(jìn)行粉粹。 低溫粉碎技術(shù)材料溫度降低到一定程度，材料內(nèi)部原子間距顯著減小，結(jié)合緊密的原子無(wú)退讓余地，吸收外力使其變形的能力很差，失去彈性而顯示脆性。 9. 材料回收所有大型的發(fā)射的飛行器均使用液氧作氧化劑。宇宙飛船的推進(jìn)也使用液氧和液氫。觀察研究大型粒子加速器產(chǎn)生的粒子的氫泡室要用到液氫。 10. 火箭推力系統(tǒng)與高能物理 LHCCERN27km超導(dǎo)磁體過(guò)冷態(tài)超流氦冷卻第二章 制冷方法 制冷的方法很多，常見(jiàn)的主要是以下四種： 液體汽化制冷、氣體膨脹制冷、渦流管制冷及其熱電制冷。 其中應(yīng)用最廣泛的就是液體汽化制冷（原理），它常見(jiàn)的應(yīng)用形式又有以下四種： 蒸汽壓縮式制冷、吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷和吸附式制冷。 蒸汽壓縮式制冷和吸收式制冷是目前應(yīng)用最為廣泛的兩種制冷方式，也是本課程所講述的主要內(nèi)容，我們會(huì)在以后的章節(jié)中著重講述，本節(jié)只簡(jiǎn)單介紹其它的制冷方式。液體氣化制冷原理167。 蒸汽噴射式制冷原理：和蒸汽壓縮式及吸收式制冷相似，均是利用液體汽 化時(shí)吸收熱量來(lái)制冷的。系統(tǒng)組成：噴射器、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥及泵五部分。系統(tǒng)流程圖： 工作 過(guò) 程： 用 鍋 爐 產(chǎn) 生高溫高 壓 的工作蒸汽，將其送入 噴 嘴，膨脹 并以高速流 動(dòng) （流速可達(dá) 1000m/s以上），于是在 噴 嘴出口 處 ，造成很低的 壓 力，由于吸入室和蒸 發(fā) 器相 連 ，所以蒸 發(fā) 器中的 壓 力也會(huì)很低，低溫低 壓 的部分水吸 熱 而汽化，將未汽化的水的溫度降低。 這 部分低溫水就可用于制冷。蒸 發(fā) 器中 產(chǎn) 生的冷 劑 水蒸氣和工作蒸汽在 噴 嘴出口處混合，一起 進(jìn) 入冷凝器，被外部的冷卻水冷卻而 變 成液態(tài)水， 這 些冷凝水再由冷凝器引出，分兩路，一路 經(jīng)過(guò)節(jié)流降 壓 后送往蒸 發(fā) 器， 繼續(xù) 蒸 發(fā) 制冷，另一部分用 泵 提高壓力送往 鍋 爐，重新加 熱產(chǎn) 生工作蒸汽。蒸氣噴射器的原理圖特點(diǎn)： (1) 以 熱 能 為 能量的 補(bǔ)償 形式； (2) 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn)單 ，加工方便，無(wú)運(yùn) 動(dòng) 部件，使用壽 】 命 長(zhǎng) ； (3) 效率低。 (工作蒸汽的 壓 力高， 噴 射器的流 動(dòng)損 失大。 ) 如果要獲得更低的溫度，工作介質(zhì)可以采用低沸點(diǎn)的工質(zhì)，如氟利昂。167。 吸附式制冷 吸附式制冷也是以 “ 熱能 ” 為動(dòng)力的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。工作原理： 一定的固體吸附劑對(duì)某種