《制冷技術(shù)及設(shè)備》第三周教案

《制冷技術(shù)及設(shè)備》理論課教案(代號(hào)A-4)科目制冷技術(shù)及設(shè)備章節(jié)課題：§2-3制冷劑的相態(tài)變化及其狀態(tài)圖授課日期第３周課時(shí)８學(xué)時(shí)班級(jí)1007班授課方式講授作業(yè)題數(shù)2擬用時(shí)間教學(xué)目的使學(xué)生弄清物質(zhì)的三種狀態(tài)，就是固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)及轉(zhuǎn)化過(guò)程。使學(xué)生掌握制冷劑的壓—焓圖及熱力性質(zhì)表選用教學(xué)媒體ＰＰＴ多媒體重點(diǎn)制冷劑的壓—焓圖及熱力性質(zhì)表難點(diǎn)制冷劑的壓—焓圖及熱力性質(zhì)表使用教具ＰＰＴ多媒體教學(xué)回顧制冷技術(shù)中常見(jiàn)的狀態(tài)參數(shù)有：溫度、壓力、比容、內(nèi)能、焓與熵等。２、熱力學(xué)第二定律與理想制冷循環(huán)教學(xué)過(guò)程(代號(hào)A-4)第頁(yè)§2-3制冷劑的相態(tài)變化及其狀態(tài)圖一、制冷劑的相態(tài)變化眾所周知，物質(zhì)有三種狀態(tài)，就是固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。通常我們把固態(tài)的物體叫固體，液態(tài)的物體叫液體，氣態(tài)的物體叫氣體。物質(zhì)的三種狀態(tài)，在一定的壓力和溫度條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。其轉(zhuǎn)化過(guò)程分別稱為：1.汽化物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程稱為汽化。汽化有蒸發(fā)和沸騰兩種形式。其中，在液體表面進(jìn)行的汽化過(guò)程叫蒸發(fā)，在液體內(nèi)部產(chǎn)生氣泡的劇烈汽化過(guò)程叫沸騰。在一定壓力下，蒸發(fā)在任何溫度下都可進(jìn)行，而沸騰只有液體被加熱到一定溫度才開始進(jìn)行。當(dāng)汽液兩相共存并且保持平衡狀態(tài)時(shí)稱為飽和狀態(tài)。此時(shí)的蒸汽和液體分別叫做飽和蒸汽和飽和液體，處于飽和狀態(tài)的壓力與溫度稱為飽和壓力與飽和溫度。飽和壓力與飽和溫度總是相互對(duì)應(yīng)的，即一定的飽和壓力對(duì)應(yīng)著一定的飽和溫度，反之亦然。二者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系是：飽和溫度愈高，飽和壓力也愈高。反之，飽和壓力愈高，飽和溫度也愈高。這是飽和狀態(tài)的一個(gè)重要特點(diǎn)。2.冷凝物質(zhì)從汽態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過(guò)程稱為冷凝或叫做液化。汽體的液化溫度與壓力有關(guān)，增大壓力，可使汽體在較高的溫度下液化。液化的基本方法是降低溫度和增加壓力。3.升華物質(zhì)由固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程稱為升華。4.凝華物質(zhì)由氣態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程稱為凝華。例如空氣中的水蒸汽在膨脹閥上結(jié)霜時(shí)發(fā)生的過(guò)程。二、制冷劑的壓—焓圖及熱力性質(zhì)表制冷劑的熱力狀態(tài)可以用其熱力性質(zhì)表來(lái)說(shuō)明(常用制冷劑的飽和熱力性質(zhì)表見(jiàn)附表)，也可以用壓—焓圖來(lái)表示。壓—焓圖(lgP—h圖)是一種以絕對(duì)壓力的對(duì)數(shù)值lgP為縱坐標(biāo)，焓值為橫坐標(biāo)的熱工圖表。采用對(duì)數(shù)值lgP（而不采用P）為縱坐標(biāo)的目的是為了縮小圖的尺寸，提高低壓區(qū)域的精確度，但在使用時(shí)仍然直接從圖上讀出P的數(shù)值即可。壓—焓圖(lgP—h圖)的結(jié)構(gòu)壓—焓圖中有兩條比較粗的曲線，左邊一條為飽和液體線(干度χ=0)，右邊一條為干飽和蒸汽線(干度χ=1)，兩線交于一點(diǎn)K，且將圖分成了三個(gè)區(qū)域。其中K稱為臨界點(diǎn)，飽和液體線左側(cè)為過(guò)冷液體區(qū)，干飽和蒸汽線右側(cè)為過(guò)熱蒸汽區(qū)，兩線之間為濕蒸汽區(qū)。壓壓—焓圖中有六種等狀態(tài)參數(shù)線，如圖2—3所示：①等壓線P：水平細(xì)直線。②等焓線h：豎直細(xì)直線。③等溫線t：點(diǎn)劃線，其在過(guò)冷液體區(qū)為豎直線，在濕蒸汽區(qū)為水平線，在過(guò)熱蒸汽區(qū)為稍微向右下方彎曲的曲線。④等熵線S：為從左到右稍向上彎曲的實(shí)線。⑤等比容線υ：在濕蒸汽區(qū)和過(guò)熱蒸汽圖2—3壓—焓圖區(qū)中，為從左到右稍向上彎曲的虛線，但比等熵線平坦，液體區(qū)無(wú)等比容線，因?yàn)椴煌瑝毫ο碌囊后w容積變化不大。⑥等干度線χ：只存在于濕蒸汽區(qū)和過(guò)熱蒸汽區(qū)域內(nèi)，走向與飽含液體線或干飽和蒸汽線基本一致。壓—焓圖上每一點(diǎn)都代表制冷劑的某一狀態(tài)，在溫度、壓力、比容、焓、熵、干度六個(gè)狀態(tài)參數(shù)中，只要知道其中任意兩個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)，就可以在圖中確定其狀態(tài)點(diǎn)，從而查出其它幾個(gè)狀態(tài)參數(shù)。制冷工程中，高壓區(qū)和濕蒸汽區(qū)的中間部分很少用到，所以有些壓一焓圖中往往將這兩部分刪去不畫。不同的制冷劑，其壓—焓圖(lgP—h圖)的形狀也有所不同，常用制冷劑R717、R12及R22的飽和熱力性質(zhì)表見(jiàn)附表。在工程計(jì)算中，根據(jù)需要可以查取制冷劑的飽和熱力性質(zhì)表，根據(jù)一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，再查取制冷劑的飽和液體或干飽和蒸汽的其它狀態(tài)參數(shù)。2.壓—焓圖(lgP—h圖)的應(yīng)用點(diǎn)1：為制冷劑蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)的狀態(tài)。如不考慮管路的冷量損失，則壓縮機(jī)的吸汽溫度t1點(diǎn)1：為制冷劑蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)的狀態(tài)。如不考慮管路的冷量損失，則壓縮機(jī)的吸汽溫度t1即為制冷劑出蒸發(fā)器時(shí)的溫度t0，即t1＝t0，在理想情況下，進(jìn)壓縮機(jī)的制冷劑蒸汽為飽和狀態(tài)。如已知蒸發(fā)溫度t0，便能知道制冷劑蒸發(fā)壓力P0，這樣便能根據(jù)P0＝C的等壓線和干飽和蒸汽線的交點(diǎn)得出點(diǎn)1。點(diǎn)2：為制冷劑出壓縮機(jī)的狀態(tài)，也是進(jìn)冷凝器的狀態(tài)。過(guò)程l—2為制冷劑在壓縮機(jī)中絕熱壓縮過(guò)程。絕熱過(guò)程中熵不變，即S1＝S2，該過(guò)程沿點(diǎn)1的等墑線進(jìn)行，它與Pk=C的等壓線的交點(diǎn)即為點(diǎn)2。

點(diǎn)5：為制冷劑在冷凝器中凝結(jié)成飽和液體的狀態(tài)。它可由Pk=C的等壓線與飽和液體線相交得到。點(diǎn)3：為制冷劑液體過(guò)冷后的狀態(tài)。因?yàn)橹评鋭┮后w在過(guò)冷過(guò)程中的等于冷凝壓力Pk，它的溫度低于冷凝溫度，所以Pk=C的等壓線和tg=C的等溫線交點(diǎn)即為點(diǎn)3。點(diǎn)4：為制冷劑出節(jié)流閥(膨脹閥)的狀態(tài)，也是進(jìn)蒸發(fā)器的初態(tài)。因?yàn)楣?jié)流前后的焓值不變，而壓力降低至蒸發(fā)壓力P0，溫度為蒸發(fā)溫度t0，所以由點(diǎn)3作垂線（即等焓線）與t0=C的等溫線相交即得點(diǎn)4。4—1：為制冷劑在蒸發(fā)器中的汽化吸熱過(guò)程。這樣根據(jù)圖上所得的狀態(tài)點(diǎn)，即可查得各狀態(tài)點(diǎn)的熱力參數(shù)值。例2—1絕對(duì)壓力為2bar，比容為0.7m3／kg的氨呈何種狀態(tài)?解:所求的狀態(tài)是1gP一h圖上P＝2bar的水平線和υ＝0.7m3／kg的等比容線的交點(diǎn)A(見(jiàn)圖2—4)。因?yàn)锳點(diǎn)在過(guò)熱區(qū)內(nèi)，所以這時(shí)氨的狀態(tài)是過(guò)熱蒸汽，該狀態(tài)點(diǎn)的溫度為20℃，焓值約為1470kJ／kg。例2—2絕對(duì)壓力為10bar，溫度為20℃的氟利昂—22呈何種狀態(tài)?解:所求狀態(tài)可由10bar的等壓線和20℃等溫線的交點(diǎn)B來(lái)表示(見(jiàn)圖2—5)。因?yàn)锽點(diǎn)在過(guò)冷區(qū)內(nèi)，所以這時(shí)氟利昂—22的狀態(tài)為過(guò)冷液體，其焓值為224.08kJ／kg。例2—3氟利昂—22壓縮機(jī)吸入的汽體為-5℃的干飽和蒸汽，如將其絕熱壓縮到PK為12bar時(shí)，其壓縮終態(tài)的溫度是多少?解:壓縮機(jī)吸入狀態(tài)可由-5℃等溫線與干飽和蒸汽線的交點(diǎn)C來(lái)確定(見(jiàn)圖2—6)。點(diǎn)C的熵值S=1.76kJ／kg·K，因其為絕熱壓縮過(guò)程，故壓縮過(guò)程熵值不變。因此壓縮終點(diǎn)D是壓力PK=12bar的等壓線與S=1.76kJ／kg·K的等熵線的交點(diǎn)。由圖上查得此點(diǎn)的溫度Td=47℃即為所求壓縮終態(tài)溫度。

綜上所述，壓一焓圖不僅可以簡(jiǎn)便地確定制冷劑的狀態(tài)參數(shù)，并且能表示出制冷循環(huán)及過(guò)