熱力學(xué)與制冷基礎(chǔ)知識(shí)

熱 力 學(xué) 與 制 冷 基 礎(chǔ) 知 識(shí)Lastrevisiondate:13December2020.熱 力 學(xué) 與 制 冷 基 礎(chǔ) 知 識(shí)一、常用物理量及其概念要理解制冷原理需要一些基礎(chǔ)的物理知識(shí)。在本節(jié)中，我們將講解一些常用物理量并舉一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用例子。所涉及到的內(nèi)容不能代替物理課程，但足夠我們用了。對(duì)于有較好的物理學(xué)基礎(chǔ)的人來(lái)說(shuō)，這一節(jié)可以作為復(fù)習(xí)，甚至可以省略。（一）質(zhì)量、力和重量物體的質(zhì)量是它所包含的物質(zhì)的量。國(guó)際單位用千克。力是一個(gè)物體施加于另一個(gè)物體的推力或拉力。力的國(guó)際單位為牛頓。物體的重量是地球引力施加在物體上的力。也就是說(shuō)，重量是一種力而不是質(zhì)量。此在計(jì)算中應(yīng)不發(fā)生。在，的本質(zhì)常示我們的是質(zhì)量是重量。（）、重（（（中V為體。物質(zhì)的和容和力的而，其是體和體。4℃水水為1000kg/m3中物質(zhì)的，kg/m；dw是4℃的水的，kg/m3。都特性過(guò)力、、焓和熱。（三）絕真空柱水汽分壓/2N/m2Pa1Pa=1/2N/m2barabsPat1atm1.01×105N/m2根據(jù)天條件變略有變隨著拔高增下降減小例西藏區(qū)的比北京區(qū)低。具通與差不是高關(guān)系下：使起很便因儀器以讀進(jìn)行校當(dāng)種低當(dāng)時(shí)與差值或Pva關(guān)系如下：有可以同時(shí)讀復(fù)合復(fù)合特別有因縮機(jī)吸收管路低實(shí)應(yīng)與遇液高示比如mmH液液體由于它本身的重量可以產(chǎn)生壓力，而重量又取決于液柱的高度。產(chǎn)生的壓力與液柱高度之間的關(guān)系如下：式中：液體施加的壓力；：液體的密度；：液柱的高度。液體柱高度和壓力之間的這種關(guān)系被用來(lái)制造一種用液柱來(lái)測(cè)量壓力的儀器，稱(chēng)為流體（氣體）壓力計(jì)或U型壓力計(jì)。如果施加在壓力計(jì)U型管兩端的壓力相同，都是大氣壓，則液面保持在同一水平；如果一端與容器相連，容器中的壓力高于大氣壓，則與容器相連接的一端液面較低；如果容器中的壓力低于大氣壓（真空壓力），則與容器相連接的一端液面較高。氣壓計(jì)是一種特殊的壓力計(jì)，用來(lái)測(cè)量大氣壓力，所使用的液體*。管中抽成真空以使得汞柱一端沒(méi)有任何空氣壓力，由于有大氣壓施加于汞柱的底端，所以汞柱上升的高度就表示了大氣壓。液壓柱或氣壓柱用液壓柱或氣壓柱為單位來(lái)表示壓力是很方便的，液壓柱或氣壓柱就相當(dāng)于公式1-7中所示的液柱高度在某些場(chǎng)合中，我們可以用760毫米汞柱來(lái)表示大氣壓，取代1.03kg/cm.2。也就是說(shuō)我們可以用公式將其它的壓力單位轉(zhuǎn)化為液柱來(lái)表示，這種轉(zhuǎn)換關(guān)系也可以從附錄中得。任何氣體在有一的壓力?？諝庥煽諝夂退?，它們都的壓力，壓力，之和成空氣的壓力。水壓力的大了空氣中量的，水大壓力稱(chēng)為度下水汽和壓力?？諝飧?，則空氣中水和壓力大，空氣中水和壓力，則空氣水，稱(chēng)為和空氣。（）、率和能（量）功是當(dāng)移動(dòng)一個(gè)物體時(shí)，施加在它上面的力所產(chǎn)生的效果。可以用下面的公式來(lái)表示：在國(guó)際單位制中，功的單位是焦?fàn)枺↗），1牛頓的力使物體移動(dòng) 1米所做的功為1焦?fàn)?，也就是說(shuō)：1J=1N.m。功率是做功和所用的時(shí)間的比，可以用下式表示：在工業(yè)應(yīng)用中，功率常常比功具有更直接的意義，設(shè)備的工作能力是以它們的輸出功率或能量消耗為基礎(chǔ)的。功率的單位常用馬力（hp）和千瓦(kW)，功率的標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際單位是千瓦(kW)，等于1千焦?fàn)?秒。能，被定義為做功的能力，盡管它是一個(gè)抽象的概念。比如，我們使用貯存在燃料中的化學(xué)能，通過(guò)在高壓下產(chǎn)生燃燒的氣體來(lái)驅(qū)動(dòng)引擎的活塞做功，所以功是能的一種形式。能有許多種存在形式，可以分為幾類(lèi)，它們被貯存在物體內(nèi)部，或在各種形式之間化或一個(gè)物一個(gè)物體。能可以以許多的形式貯存在物中，下面我們所有的意力中能量化或移的中一種形式，就是它的一能量貯存的形式將在以。（）和焓我們意，量能高的物體的物體移，“往走”沒(méi)沒(méi)冷特殊傳遞程走達(dá)我想保持這除這還這什么創(chuàng)造機(jī)械冷方法就是本書(shū)的主題。冷卻某東西但冷實(shí)走技術(shù)角度言冷卻這詞毫無(wú)身對(duì)處狀態(tài)正在失去量的物體的一種感覺(jué)。*——能兩種不形式所以可以用來(lái)表示。實(shí)上可以看許多例子在其中能種形式——通過(guò)摩擦轉(zhuǎn)化成另種形式——。有常見(jiàn)例子就汽車(chē)輪胎與路面摩擦使輪胎變。在中使用作為各種形式能唯使用千瓦作為率唯可以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。但在些使用米制家在制冷工作中人仍然會(huì)使用卡或千卡作為能。1115℃水1℃所需要。溫度特參數(shù)取決體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)速度。分子是組成體結(jié)構(gòu)粒子。分子運(yùn)動(dòng)速度越快體溫度就越高。但不可能通過(guò)測(cè)分子運(yùn)動(dòng)速度來(lái)確定體溫度。觸覺(jué)可以給種對(duì)溫度相對(duì)比較會(huì)根據(jù)自己反應(yīng)說(shuō)某東西或冷但這不足以得出精確數(shù)值。通過(guò)觀(guān)察溫度變化所產(chǎn)生些體變化精確測(cè)溫度方法。最常見(jiàn)溫度測(cè)儀器（溫度計(jì)）利用了液體縮現(xiàn)象。水銀溫度計(jì)細(xì)長(zhǎng)玻璃管盛裝水銀球狀組成當(dāng)溫度升高時(shí)水銀膨脹并沿著管子上升看下水銀柱頂端相應(yīng)溫度刻度就可以讀出溫度數(shù)值。在制中溫度攝氏度（℃）在大氣壓下水沸點(diǎn)100℃冰點(diǎn)溫度0℃。此外還有常用絕對(duì)溫度零度值取可能存在最低溫度稱(chēng)為開(kāi)文溫度標(biāo)度。與攝氏度關(guān)系如下：焓：能可以分為流動(dòng)能貯存能體中貯存總能包括幾種形式比如都了體中貯存有化學(xué)能因?yàn)橐呀?jīng)認(rèn)識(shí)到通過(guò)燃燒可以釋放出所貯存化學(xué)能。還有兩種常見(jiàn)能貯存形式動(dòng)能勢(shì)能。動(dòng)能體運(yùn)動(dòng)或速度而貯存能而勢(shì)能置或海拔高度。溫度壓力會(huì)使體具有額外能。都高壓氣體具有能（如沸騰時(shí)產(chǎn)生蒸汽）高溫下水可以向外釋放熱能。稱(chēng)這種以溫度壓力所貯存能稱(chēng)為焓。/1,400℃下熔化鋼其90℃多這大池子水卻這熔化鋼也就這些多這事實(shí)因許多實(shí)際應(yīng)情況從這池到多盡管較低。六濕濕球和露點(diǎn)空氣潮濕程空氣濕其大小由空氣汽按途不分三表示方：絕濕：每立方米濕空氣汽(kg/m3)由濕空氣的狀態(tài)變化過(guò)程其積和變化即濕空氣汽不變由于變化其積也隨著變化絕濕積參數(shù)絕濕也隨著變化這樣就不反映空氣汽多濕：1kg干空氣帶汽(g/kg)干空氣和汽下看理想氣根據(jù)濕空氣干空氣和汽三者積壓力和質(zhì)關(guān)系到：濕空氣汽和干空氣；汽分壓力和大氣壓力。般大氣壓力看數(shù)因此汽分壓越大濕d濕空調(diào)途大計(jì)算經(jīng)到由濕和成濕圖空調(diào)計(jì)算基本線(xiàn)圖。相對(duì)濕度：在一定溫度下，一定的空氣中只能容納一定的水汽量，若空氣中水汽量超過(guò)這個(gè)限度就會(huì)凝結(jié)成霧。這個(gè)限度的水汽量稱(chēng)為飽和濕度。在飽和濕度下相應(yīng)有飽和水汽分壓 、飽和絕對(duì)濕度 ZB與飽和含濕量 。未飽和空氣的絕對(duì)濕度Z與飽和濕度 ZB之比就叫相對(duì)濕度。濕球溫度：溫度計(jì)的感溫球與空氣直接接觸所測(cè)出的空氣溫度稱(chēng)為空氣的干球溫度，如果用帶有水分的濕紗布包在溫度計(jì)的感溫球上，這樣的溫度計(jì)就叫濕球溫度計(jì)，所測(cè)出的溫度就叫濕球溫度，是紗布中的水與周?chē)諝膺M(jìn)行熱、濕交換達(dá)到最終穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的溫度。露點(diǎn)溫度：某物體被降溫時(shí)其表面會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)水，這是因?yàn)檫@些表面的空氣含濕量超過(guò)了飽和含濕量，空氣中的水就凝結(jié)出來(lái)，所對(duì)應(yīng)的水汽凝結(jié)時(shí)的飽和含濕量的溫度就叫露點(diǎn)溫度。儀器、設(shè)備的表面溫度低于空氣的露點(diǎn)溫度就會(huì)結(jié)露而損壞儀器。二、與制冷有關(guān)的熱力學(xué)狀態(tài)與關(guān)系（一）液體、蒸汽和狀態(tài)變化(（）一(1.013×105N/m2)始把加入發(fā)隨著加入斷升高但后間停止100℃使繼續(xù)加再升但此觀(guān)察到或者說(shuō)要還繼續(xù)加升高當(dāng)都發(fā)完繼續(xù)加看開(kāi)始升100℃剛才描述列程反將移走（卻）它繼續(xù)卻再始當(dāng)全部再繼續(xù)移走導(dǎo)致水的溫度下降。1atm(1.013×105N/m2)100℃時(shí)水狀態(tài)在氣態(tài)和液態(tài)之間進(jìn)行變化。讓在環(huán)境較高情況下做同樣比如1.75atm水100℃時(shí)繼續(xù)加熱它并沒(méi)有而繼續(xù)升高。然而當(dāng)116℃時(shí)開(kāi)始了保持不變直到液體完全蒸發(fā)。這表明水隨著不同發(fā)生了變化。對(duì)于水而言在1.75atm下其點(diǎn)116℃也說(shuō)116℃時(shí)水不會(huì)。如果在0.40atm條件下做同樣會(huì)發(fā)現(xiàn)加熱到75℃時(shí)發(fā)生。這些事表明液體和冷凝它有。換言之液體隨著變化而變化。所有液體-冷凝它所承受有只p-t同而已。比如1下氨點(diǎn)-33.3℃酒精點(diǎn)76.7℃，銅點(diǎn)2,340℃。般地液體所承受大它點(diǎn)高；點(diǎn)低。表其了的冷點(diǎn)p-t受環(huán)境液體和氣體進(jìn)行。所有而不地在它之間間大。于液體狀態(tài)氣體狀態(tài)比之間它之間也大。氣體狀態(tài)下液體狀態(tài)得多也有。這也液體加熱原熱了液體之間保持較所它加大狀態(tài)改變成氣體。物質(zhì)際它平均速。平均速度高其也高。事并所有在而是有快有慢。比如盛水容器水21℃環(huán)境1壓。因此，水處于液體狀態(tài)，分子運(yùn)動(dòng)的速度不足以使其逃逸。但其中有一小部分分子的速度高于平均速度，如果它們處于接近表面的位置，就可以從液體中逃逸。也就是說(shuō)，液體的表面會(huì)有緩慢的蒸發(fā)。這會(huì)導(dǎo)致剩余的分子運(yùn)動(dòng)的更慢，因此溫度更低。液體蒸發(fā)會(huì)產(chǎn)生輕微的冷卻效果。當(dāng)我們的皮膚被擦上酒精時(shí)，我們都會(huì)注意到這種效果，蒸發(fā)使酒精和我們的皮膚變涼。從液體表面逃逸的分子產(chǎn)生了蒸汽。施加在液體表面的壓力稱(chēng)為蒸汽壓。如果環(huán)境壓力高于蒸汽壓，那么液體就無(wú)法迅速蒸發(fā)，但是，如果液體的溫度增加，分子的運(yùn)動(dòng)速度增大到足以打破那種束縛它們保持液體狀態(tài)的力時(shí)，液體就沸騰了。當(dāng)然，如果環(huán)境壓力增大，液體的沸點(diǎn)也隨之增加。但并不會(huì)使分子的運(yùn)動(dòng)速度加快。這也就是為什么在沸騰的過(guò)程中溫度不如果體施加在液體上的壓力低到低于液體的蒸汽壓，我們會(huì)發(fā)生的。在這種，于環(huán)境壓力低于液體的蒸汽壓，液體會(huì)沸騰。分子有的量過(guò)了到的力，它們就迅速逃逸了。于能量的，使剩余的液體冷卻了。過(guò)低壓力可以到使液體沸騰的目的。這一過(guò)程于冷說(shuō)是分的。和、過(guò)冷和過(guò)熱狀態(tài)發(fā)生沸騰的溫度和壓力條件稱(chēng)為和狀態(tài)，沸點(diǎn)從技術(shù)角度而言指的就是和溫度和和壓力。從實(shí)驗(yàn)中可以看出，在和狀態(tài)，物質(zhì)存在的狀態(tài)可以是液體、蒸汽或汽液混合物的狀態(tài)。在和狀態(tài)的蒸汽稱(chēng)為和蒸汽，飽和狀態(tài)的液體稱(chēng)為和液體。和蒸汽是處于沸騰溫度時(shí)的蒸汽，和液體是處于沸騰溫度時(shí)的液體。當(dāng)蒸汽的溫度高于和溫度沸點(diǎn)時(shí)，就稱(chēng)為過(guò)熱蒸汽，而當(dāng)液體低于和溫度時(shí)就稱(chēng)為過(guò)冷液體。于給定的壓力，過(guò)熱蒸汽和過(guò)冷液體可以處于許多不同的溫度，但是，和蒸汽或液體于給定的壓力只存在一個(gè)的溫度值。人們已經(jīng)制作出了許多物質(zhì)的飽和參數(shù)表，表中列出了這些物質(zhì)的飽和溫度、相應(yīng)的飽和壓力以及其它一些飽和狀態(tài)的參數(shù)。水的飽和參數(shù)表常被稱(chēng)作飽和蒸汽表。書(shū)后附錄中可以查到的水的飽和參數(shù)表。（四）顯熱、潛熱和蒸發(fā)制冷當(dāng)我們對(duì)一種物質(zhì)加熱，或?qū)崃繌闹幸瞥觯瑢?dǎo)致其溫度發(fā)生變化，但如果物質(zhì)的狀態(tài)保持不變，那么在這種情況下該物質(zhì)的焓的變化就稱(chēng)為顯熱變化。如果對(duì)一種物質(zhì)加熱或?qū)崃恳瞥?，所?dǎo)致的結(jié)果是物質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生了變化而溫度不變，那么該物質(zhì)中的焓的變化就稱(chēng)為潛熱變化。物質(zhì)的狀態(tài)從液體變?yōu)闅怏w時(shí)的焓值的變化稱(chēng)為汽化潛熱；從氣體變?yōu)橐后w時(shí)焓值的減少量稱(chēng)為凝結(jié)潛熱，與汽化潛熱的值相等。物質(zhì)的狀態(tài)從液態(tài)到氣態(tài)的變化需要獲取汽化潛熱，而汽化過(guò)程的溫度和壓力保持不變。如果對(duì)一個(gè)固體狀態(tài)的物質(zhì)進(jìn)行加熱，它的溫度會(huì)升高，達(dá)到某一溫度后就不再繼續(xù)上升，這時(shí)它的狀態(tài)開(kāi)始發(fā)生變化，由固體變成液體——它將會(huì)熔解。相反，當(dāng)我們將氣體的熱量移除時(shí)，它的溫度會(huì)下降，最終冷凝成液體，冷凝過(guò)程溫度和壓力保持不變；當(dāng)我們將液體的熱量移除時(shí)，它的溫度會(huì)下降，最終凝固成固體，凝固過(guò)程溫度和壓力保持不變。伴隨著熔解熔解伴隨著冰熔解335.2kJ/kg2257kJ/kg6倍多。當(dāng)固體有顯熱變化（即溫度變化）時(shí)，可以應(yīng)用顯熱方程（1-11）。在極低的溫度和壓力條件下，某些物質(zhì)可以直接從固體狀態(tài)變?yōu)闅怏w狀華用于產(chǎn)凍干食品食品良好風(fēng)味外形首先食品凍然極低食品冰直接汽。環(huán)境突然降低沸騰產(chǎn)用現(xiàn)象可以從分子運(yùn)動(dòng)的角度進(jìn)行了解釋。對(duì)于一種處于液體狀態(tài)的物質(zhì)，如果環(huán)境壓力突然降低到低于它的