[工學]第一章-制冷的熱力學基礎(編輯修改稿)
2025-04-17 22:25 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 比節(jié)流膨脹大得多 ， asah=v/cp；等熵膨脹的制冷量比節(jié)流膨脹大 ， qsqh=we ?等熵膨脹可以回收膨脹功 ， 進一步提高循環(huán)的經(jīng)濟性 ?節(jié)流膨脹和等熵膨脹各有優(yōu)勢 ， 在實際中都有應用：節(jié)流閥結構比較簡單 ， 還可在氣液兩相區(qū)工作；而等熵膨脹的膨脹機結構復雜 ， 且?guī)б旱膬上嗯蛎洐C的設計技術尚不成熟 第一章 制冷的熱力學基礎 制冷原理與裝置 第二節(jié) 氣體膨脹制冷 ?氣體等熵膨脹制冷 ?布雷頓制冷循環(huán) ： 以氣體為工質(zhì) ， 由兩個等壓和等熵過程組成 ，工質(zhì)不發(fā)生相變 ， 又稱為氣體制冷循環(huán) 。 由于是利用氣體吸收顯熱實現(xiàn)制冷 ， 而氣體比熱容很小 ， 因此單位容積制冷很小 、 制冷效率低 。 目前主要用于飛機座艙的空調(diào)和獲取 70度以下的溫度 圖 無回熱氣體制冷機系統(tǒng)圖 圖 無回熱氣體制冷機 理論循環(huán) Ts圖 第一章 制冷的熱力學基礎 制冷原理與裝置 第二節(jié) 氣體膨脹制冷 ?氣體等溫膨脹制冷 ?斯特林制冷循環(huán) ： ?制冷原理：低溫氣體在等溫膨脹過程中要從外界吸熱 ， 產(chǎn)生冷效應 ， 是一種由兩個等溫過程和兩個等容回熱過程組成的閉式熱力學循環(huán) ， 也稱為定容回熱循環(huán) 圖 理想斯特林循環(huán)的工作過程 第一章 制冷的熱力學基礎 制冷原理與裝置 第二節(jié) 氣體膨脹制冷 ?氣體等溫膨脹制冷 ?維勒米爾 （ ＶＭ ） 制冷循環(huán) ： ?制冷原理： VM制冷機是用熱能驅(qū)動的斯特林制冷機 。 圖中１ 2341為逆向斯特林循環(huán) ， 它是在 T0下等溫吸熱 ， 在 Ta下等溫放熱 。 123’4’1為正向斯特林循環(huán) ，它在 Th下從高溫熱源等溫吸熱 ， 在 Ta下等溫放熱 。 常用 VM制冷機的中間溫度 Ta為環(huán)境溫度 。 可見 ， VM制冷機不需要動力驅(qū)動 ，直接消耗高溫熱源的熱能制冷 ， 又稱為熱氣體制冷機 圖 VM制冷理論循環(huán)的 pV圖 第一章 制冷的熱力學基礎 制冷原理與裝置 第二節(jié) 氣體膨脹制冷 ?絕熱放氣制冷 ?定義： 又稱為西蒙膨脹 ， 它是容器中的高壓氣體向低壓空間放氣的膨脹過程 。 在此過程中 ， 留在容器中的氣體向放出的氣體作推動功 ， 消耗自身的一部分內(nèi)能而降溫 ， 產(chǎn)生制冷效應 ，介于節(jié)流膨脹與等熵膨脹之間 ， 是目前獲得低溫的重要方法之一 。 吉福特－麥克馬洪 （ GM)制冷和脈管制冷最為典型 。 ?絕熱放氣制冷的熱力學特性： 如果放氣過程進行得很慢 ， 活塞左側和右側的氣體始終處于平衡狀態(tài) ， 將按等熵過程膨脹 ，做外功最大 ， 溫降也最大；如果放氣過程很迅速 ， 則做功最小 ，溫降也最小 。 第一章 制冷的熱力學基礎 制冷原理與裝置 第二節(jié) 氣體膨脹制冷 ?絕熱放氣制冷 ?吉福特－麥克馬洪 (GM)制冷循環(huán) ：由升壓 、 等壓進氣 、絕熱放氣 、 等壓排氣４個熱力過程組成 圖 單級 GM 制冷機系統(tǒng)圖 第一章 制冷的熱力學基礎 制冷原理與裝置 第二節(jié) 氣體膨脹制冷 ?絕熱放氣制冷 ?脈管制冷機 ：利用高低壓氣體對脈沖管腔的充放氣而獲得低溫 圖 基本型脈管制冷機結構原理圖 第一章 制冷的熱力學基礎 制冷原理與裝置 第三節(jié) 其它制冷方式 ?渦流管制冷 ?制冷原理 ：利用人工方法使壓縮氣體產(chǎn)生渦流運動 ， 渦流室中心部分的氣體失去能量 ，經(jīng)孔板流出時具有較低的溫度；邊緣部分的氣體吸收能量 ， 動能增加 ， 并通過與管壁的摩擦將部分動能變成熱能 ， 因此流出時具有較高的溫度 。 這樣同一股氣流分成冷 、 熱兩部分氣流 ， 其中分離出來的冷氣流便可用來制冷 圖 渦流管的結構及工作 原理示意圖 1— 進氣管； 2— 噴嘴； 3— 孔板； 4—冷端管子； 5— 渦流室； 6— 熱端管子；7— 控制閥 第一章 制冷的熱力學基礎 制冷原理與裝置 第三節(jié) 其它制冷方式 ?熱電制冷 （ 半導體制冷 ） ?制冷原理 ：如圖 ， 當電偶通以直流電流時 ， P型半導體內(nèi)載流子 (空穴 )和 N型半導體內(nèi)載流子(電子 )在外電場作用下產(chǎn)生運動 ，載流子從冷端金屬片吸收熱量提高勢能進入半導體 ， 然后在熱端金屬片處排出熱量降低勢能并進入熱端金屬片 。 如果將電源極性互換 ， 則電偶對的制冷端與發(fā)熱端也隨之互換 。 第一章 制冷的熱力學基礎 制冷原理與裝置 第三節(jié) 其它制冷方式 ?磁制冷 ?制冷原理 ：利用順磁性物質(zhì)在絕熱去磁過程中吸收熱量的原理獲得低溫 。 在磁化過程中 ， 分子磁矩按照外磁場方向平行規(guī)則的排列 ， 增加了磁介質(zhì)的有序度 ， 對外放熱；在去磁過程中 ，分子磁矩重新按任意方向排列 ， 磁有
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