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热工基础知识
课题一制冷技术专业基础知识
一、制冷工为什么一定要有一定的热工基础知识
制冷机和空调器都是热工机械,其工作原理都是以热工理论为基础,系统的运行管理和故障分析又离不开必要的热工知识。
因此,学习制冷技术必须掌握与制冷、空调密切相关的热工基础知识。
它包括热力学、传热学及流体力学中的一些常见的名词、定律、原理、图表及计算方法等。
二、热工参数
1、温度及温标
温度是物体内部分子运动平均动能的标志,或者说是表示物体冷热程度的量度。
表示温度的标度称为温标,常用的有摄氏温标和华氏温标,前者的单位用摄氏度「C)表示,后者用华氏度()表示。
摄氏温标规定在1个标准大气压下,洁净冰的融点和洁净水的沸点各为0°和100,在这两个点之间100等分,每个等分就是1C。
华氏温标规定在1个标准大气压下,洁净冰的融点和洁净水的沸点分别为32°和212°,在这两个点之间180等分,每个等分就是1°F。
摄氏和华氏温标之间的关系为tc=59(tf-32)
在热力学计算中通常使用绝对温标,也称热力学温标或开氏温标,其单位用K表示。
它规定以水的三相点(273.15K即0.001C)作为基点,每一个等分与摄氏温标大小一样,因此两者的关系为T=t+273.15
在工程计算中,为了方便常近似的取T=t+273
温度换算表P2
2、什么叫压力?
什么叫真空度?
常用的单位是什么?
在工程上把单位面积上所受的垂直作用力称为压力,而在物理学上称为压强。
用公式表示为
压力的单位为帕(P),在工程计算中由于P单位太小,经常用千帕或兆帕来代替。
1ME=1X1。
R
在物理学上常用物理大气压(又称标准大气压)这个单位,它是指纬度45〃海平面上大气的常年平均压力,1atm=0.101M 真空度: 当被测容器内压力低于大气压时,其表压为负值,工程测试中称为真空度。 绝对压力与表压之间的关系: 3、比容单位质量的物质所占有的容积称比容。 4、热量与制冷量热量: 物质热能转移时的度量,表示某物体吸热或放热多少的物理量。 热量的单位为焦耳或千焦耳。 过去热量的常用单位为卡或千卡。 制冷量: 用人工方法在单位时间里从某物体(空间)移去的热量。 4、冷吨 英制制冷量单位: 1冷吨就是在24小时内冻结1吨0C的水变成0C的冰所需的冷量。 5、比热 单位质量的某物质温度升高1C所需的热量叫比热。 6、显热和潜热显热: 物体在加热(或冷却)过程中,温度升高(或降低)所需吸收(或放出)的热量,称为显热。 潜热: 单位质量的物体在吸收或放出热量的过程中,其形态发生变化,但温度不发生变化。 7、汽化、沸腾和蒸发沸腾和蒸发是汽化的两种形式。 物质从液态变气态的过程叫汽化。 沸腾: 在一定温度(沸点)下,液体内部和表面同时发生剧烈的汽化过程,称为沸腾。 蒸发: 在任何温度下,液体外露表面的汽化过程称为蒸发。 8、冷凝和液化冷凝: 冷凝又称液化,指物质从气态变为液态的过程。 9升华和固化 升华: 物质从固态直接变成气态的过程。 例干耗固化: 物质从气态直接变成固态的过程。 例结霜 10、饱和 在密闭容器内液体蒸发或沸腾而汽化为气体分子,同时由于气体分子之间以及气体分子与容器壁之间发生碰撞,其中一部分又返回到液体中,当在同一时间内两者数量相等,即汽化的分子数与返回液体中的分子数相平衡时,这一状态称为饱和状态。 饱和状态的温度称为饱和温度,饱和温度时的压力称为饱和压力。 11、过热和过热气体在饱和压力的条件下,继续使饱和蒸汽加热,使其温度高于饱和温度,这种状态称为过热。 此时的蒸汽称为过热蒸汽;过热蒸汽的温度称为过热温度;过热温度与饱和温度的差称为过热度。 12、过冷和过冷液体饱和液体在饱和压力不变的条件下,继续冷却到饱和温度以下称为过冷。 这种液体称为过冷液体;过冷液体的温度称为过冷温度;过冷温度与饱和温度的差值称为过冷度。 13、临界温度和临界压力各种气体当压力升高时,其比容减小。 随压力继续升高,蒸汽的比容逐渐接近于气体的比容,当两者相等时,称为临界状态。 对应临界状态点的温度称临界温度,压力称临界压力 14、制冷剂的压焓图 “一点”“两线”“三区”“五态”“八条线” h(KJ/Kg)> 等压线: 等焓线: 饱和液线: 表示即将要沸腾的液体。 饱和蒸汽线: 等温线: 等熵线: 简要理解为jue 15单级蒸汽压缩式制冷循环 A制冷系统组成 B单级压缩制冷循环的热力计算 (1)单位质量制冷量: 每Kg制冷剂在蒸发器中的制冷量 ⑵单位耗功 压缩机每压缩1Kg制冷剂所消耗的功 ⑶单位冷凝器热负荷: 每Kg制冷剂在冷凝器中放出的热量 4)制冷系数: 单位制冷量与单位耗功之比 C工况变化对运行特性的影响(请用制冷剂的压焓图进行分析) (1)冷凝温度升高,其他参数不变 (2)蒸发温度降低,其他参数不变 (3)液体过冷 (4)蒸汽过热氨: 5-10C 有害过热: 有利过热: 结论: 单位制冷量无变化;单位耗功增加;排气温度增高;单位冷凝热负荷增大;进气比容增大,单位容积制冷量下降;制冷系数下降。 16、湿空气的焓湿图 (1)湿空气主要状态参数之湿度绝对湿度: 每立方米空气中含有水蒸气的质量相对湿度: 相对湿度表明了空气中水蒸气的含量接近于饱和状态的程度,含湿量: (2)空气调节的相关概念 空气调节: 简称空调,空气调节技术是研究造成室内空气环境符合一定的空气温度、相对湿度、空气流动速度和洁净度,并在允许范围内有一定波动的技术。 干湿球温度: 当流经湿球表面的风速为2.5-4m|s以上时,湿球温度几乎不变,数据最准确。 露点温度: 在一定大气压下,湿空气在含湿量不变的情况下,冷却到相对湿度为100%时所对应的温度称为露点温度。 (3)含湿图应用 等焓线等含湿量线等温线等相对湿度线 热湿比线 水蒸气分压力线两种不同状态空气混合过程的计算: 在空气调节系统的计算过程中,经常遇到不同状态的空气相混合的情况,为此,必须研究空气的混合规律。 假设质量流量为Ga(kg/s),状态为A(hA、dA)的空气和质量流量为GB(kg/s),状态为B5a、dA)的两种空气相混合,混合后空气质量为Gc=Ga+Gb(kg/s),状态为(he、de)。 根据热平衡: Ga〃hA+Gb〃hB=Ge〃he<1> 结论: 混合点e将线段ab分成两段,两段长度之比和参与混合的两种空气的质量成反比,混合点靠近质量大的空气状态一端。 >Tc ""IAl 两种状态的空气混合过程 普通集中式空调系统——一次回风空调系统 一次回风空调系统是将一部分回风与室外新风在喷水室(或表 面冷却器)前混合,经处理再送到室内的空调系统。 由于这种系统兼顾了卫生与经济两个方面,故应用最广泛。 显然,在一次回风系统中回风量越大、新风量越小,就愈经济,但被调房间的空气新鲜度也越差。 所以,新风的数量应合理选择。 一般规定,空调系统中的新风量占送风量的百分数(即新风百分比)不应低于10%。 夏季工况: 下图a是一次回风空调系统示意图,其中Gw为新风量,Gn为回风量,Gp为排至室外的风量,Gap是保持房间正压所需风量,其中GW=GP+Gap,送风量G=GW+GN。 图b是一次回风空调系统的夏季空气处理过程的h—d图,图 中C表示新风与回风的混合状态点,整个空气处理过程如下: 回风 L点 L+点: 露点送风 L点: 机器露点,即采用最大温差送风。 它一般位于①=90% 95%线上。 例题: 一次回风系统的夏季工况计算示例。 试为车间设计一次回风空调系统,试确定空调方案并计算设备 容量。 已知条件如下: 1、设计参数: 室外: tw=33C、tsw=25C、hW=76kJ/kg室内: tN=22士0.5C、①N=60±10% 2、热湿情况: 余热: Q=10kW 余湿: W=0..002kg/s 3、大气压力B=101325Pa,最小新风百分比m%=30% 4、采用带喷水室的一次回风空调系统 解题步骤如下: 1、计算热湿比: E=Q W 2、确定送风状态点 (1)在h-d图上根据tN=22C及①n=60%确定N点。 hN=46.5KJ/Kg dN= (2)过N点做£=5000线,根据空调精度取△t=6C,可得送风状态点0: to= ho=34KJ/Kg do= 3、计算风量 新风量: Gw=Gxm%=Gx30%=0・24kg/s 回风量: Gn=G—Gw=0・8—0.24=0.56kg/s 根据h—d图上的比例关系可知: NC=Gw=he—h|N NWGhw-hN 由此可得混合点C的焓he: he=h”+(hw—h”)〃m%=46.5+(76-46.5)x30%=55.4 KJ/Kg 在h—d图上he线与NW线交点即为C点。 4、确定机器露点: 在h—d图上,过0点做等d线与①=95%曲线相交,交点即为露点L,查出: ti_= hL=27.5KJ/Kg 5、求系统夏季需要的冷量: 要求采用喷水室处理空气,则喷水室的冷量为: Qo=G〃(he—hL)=0.8X(55.4-27.5)=22.3KW
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