第一篇：工程熱力學(xué)第十一章制冷循環(huán)教案

第十一章 制冷循環(huán)

學(xué)習(xí)重點(diǎn): 1.掌握各種制冷裝置循環(huán)設(shè)備及其工作流程。

2.掌握將實(shí)際質(zhì)量循環(huán)抽象和抽象為理想循環(huán)的一般方法。3.掌握各種制冷循環(huán)的制冷量、放熱量、耗功量及制冷系數(shù)等的分析和計(jì)算方法。4.了解分析影響各種制冷循環(huán)的制冷系數(shù)的主要因素及提高制冷系數(shù)的途徑。

制冷（熱泵)循環(huán) 輸入功量（或其他代價(jià)），從低溫?zé)嵩慈?/p>

11-1 空氣壓縮制冷循環(huán)

實(shí)際制冷裝置并不是按逆向卡諾循環(huán)工作的，而是根據(jù)制冷裝置所采用的工質(zhì)性質(zhì)，按不同的制冷循環(huán)工作。

空氣可用作為制冷裝置的工質(zhì)。空氣壓縮制冷裝置主要由四個(gè)熱力設(shè)備組成：壓氣機(jī)、冷卻器、膨脹機(jī)和冷庫換熱器。

空氣壓縮制冷裝置的理想循環(huán)由四個(gè)可逆過程組成，即絕熱壓縮過程1-

2、定壓放熱過程2-

3、絕熱膨脹過程3-4和定壓吸熱過程4-1。

循環(huán)制冷量為4-1中工質(zhì)吸取的熱量：

循環(huán)消耗的凈功為

因此，可得空氣壓縮制冷循環(huán)制冷系數(shù)的表達(dá)式為

如取空氣的比熱容為定值，則有

按絕熱過程1-2及3-4，可以得到各狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系式為

代入上式，可得空氣壓縮制冷循環(huán)的制冷系數(shù)的計(jì)算式

即

提高增壓比可獲得較低溫度，如圖中循環(huán)1-3‘-5'-6-1所示，但使壓氣機(jī)和膨脹機(jī)的負(fù)荷加重。

為此可采用回?zé)崞鳎每諝庠诨責(zé)崞髦械念A(yù)熱過程代替一部分絕熱壓縮過程，從而降低增壓比。

回?zé)崾娇諝鈮嚎s制冷裝置的循環(huán)：1-2為空氣在回?zé)崞髦械亩▔侯A(yù)熱；2-3為壓氣機(jī)中空氣的絕熱 壓縮；3-4為冷卻器中空氣的定壓放熱；4-5為回?zé)崞髦锌諝獾亩▔夯責(zé)幔?-6為膨脹機(jī)中空氣的絕熱膨脹；6-1為冷藏庫的換熱器中空氣定壓吸熱。

由圖線對比可見，與提高增壓比的辦法相比，采用回?zé)岽胧┖?，制冷量、放熱量、制冷系?shù)均可不變。但是，采用回?zé)崞鞯目諝鈮嚎s制冷裝置中，壓氣機(jī)的增壓比小得多，因而大大減輕了壓氣機(jī)的負(fù)荷。正是由于這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，使得采用回?zé)崞鞯目諝鈮嚎s制冷裝置在深度冷凍及氣體液化中獲得實(shí)際應(yīng)用。

11-2 蒸氣壓縮制冷循環(huán)

如采用濕飽和蒸氣為工質(zhì)，就可容易地實(shí)現(xiàn)定溫吸熱和定溫放熱，從而可以按逆向卡諾循環(huán)工作，以便在一定的冷庫溫度及環(huán)境溫度下獲得最高的制冷系數(shù)。

用濕飽和蒸氣作為制冷工質(zhì)可以得到相當(dāng)大的單位質(zhì)量工質(zhì)的制冷量（依靠汽化潛熱吸熱）。如以濕飽和蒸氣為工質(zhì)按逆向卡諾循環(huán)工作時(shí)，需要進(jìn)行濕飽和蒸氣的絕熱壓縮過程。當(dāng)濕飽和蒸氣吸入壓氣機(jī)時(shí)，工質(zhì)中的飽和液體會立刻從壓氣機(jī)氣缸壁迅速吸熱而汽化，使氣缸內(nèi)工質(zhì)的壓力突然增加，影響壓氣機(jī)吸氣，致使壓氣機(jī)的吸氣量減少而引起制冷裝置的制冷量降低。同時(shí)，在壓縮過程中未汽化的液體還可能引起液擊現(xiàn)象，以致?lián)p壞壓氣機(jī)。此外，濕飽和蒸氣在逆向卡諾循環(huán)的絕熱膨脹過程中，因工質(zhì)中液體的含量很大，故膨脹機(jī)的工作條件很差。實(shí)用的蒸氣壓縮制冷循環(huán)是以逆向卡諾循環(huán)為基礎(chǔ)，而對壓縮過程及膨脹過程進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)而形成的。

11-3蒸汽噴射制冷循環(huán)及吸收式制冷裝置

蒸汽噴射制冷裝置及吸收式制冷裝置是以高溫物體向環(huán)境放熱為代價(jià)來實(shí)現(xiàn)制冷。蒸汽噴射制冷裝置。

其工作循環(huán)可分作兩個(gè)循環(huán)：一是制冷循環(huán)7-3-4-5-6-7。它包括了五個(gè)過程：①蒸汽在蒸發(fā)器內(nèi)的吸熱汽化過程7-3，② 混合室中混合放熱過程3-4，③擴(kuò)壓管中增壓過程4-5，④冷凝器中放熱過程5-6，⑤調(diào)節(jié)閥內(nèi)絕熱節(jié)流降溫過程6-7。由制冷循環(huán) 實(shí)現(xiàn)了從冷藏庫內(nèi)低溫物體吸熱而放給溫度較高的冷卻水。

另一個(gè)是工作蒸汽的正向循環(huán)1-2-4-5-6-8-1。由六個(gè)過程組成：①蒸汽在鍋爐中的定壓加熱汽化的過程8-1，②蒸汽在噴管中絕熱膨脹產(chǎn)生高速的過程1-2，③蒸汽在混合室中混合吸熱過程2-4，④擴(kuò)壓管中增壓過程4-5，⑤冷凝器中定壓放熱過程5-6，⑥泵中加壓過程6-8。

蒸汽噴射制冷裝置是以高溫?zé)嵩聪颦h(huán)境傳遞一定的熱量作為代價(jià)而實(shí)現(xiàn)制冷的，因此采用所得到的制冷量和高溫?zé)嵩此o出的熱量的比值來表示制冷循環(huán)工作的有效程度，稱為熱量利用系數(shù)，用ξ

表示，即.式中，Q 為工作蒸汽從鍋爐所得到的熱量，Q2 為制冷量。

蒸汽噴射制冷裝置采用噴射器代替壓縮制冷的壓氣機(jī)，設(shè)備簡單，不需要外界提供機(jī)械功。蒸汽在噴射器中流動速度很高，因此可以有很大的容積流量。這對于那些在低溫下飽和壓力很低而飽和蒸汽比體積很大的工質(zhì)是很有利的。例如，水蒸氣在10℃時(shí)飽和蒸汽的比體積為106.4m3/kg，因此不能用作壓縮式制冷的工質(zhì)，但作為噴射制冷的工質(zhì)卻沒有任何困難。因而，生產(chǎn)過程中有大量多余蒸汽的工業(yè)，常利用噴射制冷裝置來獲得2～20℃低溫。

吸收式制冷裝置—采用吸收器、蒸氣發(fā)生器和泵來取代蒸氣壓縮式制冷裝置的壓氣機(jī)。常用工質(zhì)：

氨（制冷劑）＋水（吸收劑）

水（制冷劑）＋溴化鋰（吸收劑）

工作過程（氨＋水）：吸收器中，氨水溶液吸收來自蒸發(fā)器的氨蒸氣。由于氨溶解時(shí)產(chǎn)生溶解熱，為了保持溶液的吸收能力，要用冷卻水冷卻吸收器。泵濃溶液加壓后送入蒸氣發(fā)生器。蒸氣發(fā)生器加熱濃溶液，使其中所溶解的氨蒸發(fā)產(chǎn)生氨氣。蒸氣發(fā)生器中氨氣蒸發(fā)后低濃度的氨水溶液，經(jīng)節(jié)流降壓后流回吸收器重新利用。

吸收式制冷裝置中，氨的加壓是靠泵完成的，其所消耗的功要比用壓氣機(jī)壓縮氨蒸氣所消耗的功要小得多。

制冷裝置需要消耗一定的熱量來加熱蒸氣發(fā)生器，使得氨氣在較高壓力下從氨溶液中蒸發(fā)出來。

它工作的有效程度也用熱量利用系數(shù)來表示，即

式中，Q 為加熱蒸氣發(fā)生器所需的熱量，Q2 為制冷量。

吸收式制冷裝置的不可逆損失較大，其熱量利用系數(shù)較小。但吸收式制冷裝置的構(gòu)造簡單，造價(jià)低廉，特別是它消耗的功率很小，還可利用溫度不太高的生產(chǎn)過程的余熱來加熱蒸氣發(fā)生器，故在工廠企業(yè)中應(yīng)用這種制冷裝置可節(jié)約電力的消耗，并充分利用余熱。

近年來，以溴化鋰作吸收劑，以水蒸氣作制冷劑的吸收式制冷裝置的發(fā)展較快，常用來作為大型空氣調(diào)節(jié)裝置的制冷設(shè)備。

例 一理想蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，制冷量為20冷噸，以氟利昂22為制冷劑，冷凝溫度為30℃，蒸發(fā)溫度為-30℃。求：（1）1公斤工質(zhì)的制冷量q0;(2)循環(huán)制冷量；（3）消耗的功率；（4）循環(huán)制冷系數(shù)；（5）冷凝器的熱負(fù)荷。

解（1）1公斤工質(zhì)的制冷量q0 從1gp-h圖查得：h1=147kcal/kg,h5=109kcal/kg，q0=h1-h5=147-109=38 kcal/kg 該裝置產(chǎn)生的制冷量為20冷噸（我國1冷噸等于3300kcal/h）

(2)循環(huán)制冷的劑量 ∴m?Q0?mq0?m(h1?h5)

20?3300?mq0?m?3820?3300?1736.8kg/h 38(3)壓縮機(jī)所消耗的功及功率

w?h2?h1?158.5?147?11.5kcal/kg W?mw?1736.8?11.5?19973.2kcal/h 19973.2Nth??23.22 kW 860(4)循環(huán)制冷系數(shù) ???Q0q038???3.3 Ww11.5（5）冷凝器熱負(fù)荷Qk =m(h2-h4)=1736.8×(158.5-109)=85971.6 kcal/h

第二篇：工程熱力學(xué)報(bào)告

工程熱力學(xué)（2015 秋）課程論文

姓名： 班級： 學(xué)號： 日期：

納米晶材料的熱力學(xué)函數(shù)研究

一、摘要.........................................................................................1

二、納米晶材料的幾何假設(shè)...........................................................1

三、界面熱力學(xué)函數(shù)分析...............................................................2

四、內(nèi)部熱力學(xué)函數(shù)分析...............................................................6

五、整體熱力學(xué)函數(shù)分析...............................................................6

六、總結(jié).........................................................................................6

七、納米晶材料熱力學(xué)應(yīng)用展望....................................................6

一、摘要

納米晶材料（nanophase material)是具有納米級超細(xì)晶組織的材料。由于超細(xì)晶粒(小于100nm)、高的界面體積分?jǐn)?shù)(高達(dá)50%)和界面區(qū)的原子間距分布較寬，其性能特別是和近鄰原子相關(guān)聯(lián)的性能，如力學(xué)性能、熱學(xué)性能、磁學(xué)性能，與一般多晶材料或同成分的非晶態(tài)材料有很大的差別[1]。本文應(yīng)用界面膨脹模型[2]并以普適狀態(tài)[3]為基礎(chǔ)對納米材料的整體的熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算模型進(jìn)行了闡述分析，進(jìn)而對其應(yīng)用進(jìn)行了展望。

二、納米晶材料的幾何假設(shè)

納米晶材料中的原子可分為兩部分，一部分是位于晶粒內(nèi)部點(diǎn)陣位置上有序排列的原子，另一部分是位于晶界面上無序或部分有序的原子。假設(shè)納米晶粒子為球形，直徑為d，界面厚度為，如圖1所示。原子在晶界面區(qū)域和晶粒內(nèi)部的排布密度（原子的空間占據(jù)百分?jǐn)?shù)）分別為和。位于晶界面上和晶粒內(nèi)部的原子個(gè)數(shù)和可由下式計(jì)算：

(1)

(2)

其中：Vb為納米晶體界面上一個(gè)原子所占的體積，V0為平衡狀態(tài)的原子體積。

所以，晶體面處的原子分?jǐn)?shù)xb為

(3)

其中，rb和r0分別為納米晶界面處原子的半徑和平衡狀態(tài)時(shí)原子的半徑。

圖1 球形納米晶粒及表征幾何尺寸示意圖[4]

為方便表達(dá)，設(shè)定純物質(zhì)納米晶體的熱力學(xué)函數(shù)為以納米晶界面處和晶粒內(nèi)部兩部分熱力學(xué)函數(shù)的求和。

三、界面熱力學(xué)函數(shù)分析

Fecht和Wagner提出，納米晶界面的性質(zhì)可以通過膨脹晶體的性質(zhì)來近似考慮，建立了“界面膨脹模型”[2]。由理論分析和計(jì)算模擬表明[5],晶界的過剩體積（相對完整晶格）是描述晶體能態(tài)最合理的一個(gè)參量，它也是晶界的一個(gè)主要的結(jié)構(gòu)參量，反映了界面原子體積相對于晶內(nèi)原子體積的增加量，的定義為：。（其中和分別為完整單晶體和晶界的體積）。在晶界處原子配位結(jié)構(gòu)與完整的晶格不同，通常表現(xiàn)為原子配位距離增大，最近鄰原子配位數(shù)減少，造成晶界上存在一定的過剩體積，為了便于計(jì)算，將晶界上原子配位數(shù)的減少視為晶界密度降低，將晶界近似為減少了最近鄰原子配位數(shù)（即減少了密度）的完整晶體，換言之，將晶界的熱力學(xué)性能近似為具有相同過剩體積的膨脹晶體的性能，這種膨脹晶體的性能可以根據(jù)現(xiàn)有理論進(jìn)行計(jì)算，從而得到晶界的熱力學(xué)性能近似。[6]由Simth及其合作者發(fā)展的普適狀態(tài)方程[3]定量描述了結(jié)合能與晶格常數(shù)之間的關(guān)系，并以證實(shí)，該理論對由納米晶界面過剩體積所產(chǎn)生的晶內(nèi)負(fù)壓給予了很好的解釋。

結(jié)合“界面膨脹模型”和普適狀態(tài)方程，以界面上原子的體積V和絕對溫度T為變量，納米晶界面處單位原子的基本熱力學(xué)函數(shù)焓、熵和吉布斯自由能的表達(dá)式分別為[1]：

(4)

(5)

(6)式中下標(biāo)b表示晶界。其中，參量E由下式確定[7]：

(7)為平衡態(tài)結(jié)合能，可根據(jù)線膨脹系數(shù)和體彈性模量的關(guān)系式[8]計(jì)算：

(8)此外，(9)

(10)

其中（9）式中的長度尺度[9]用以表征束縛能曲度的寬度，可由下式得到：

(11)

其中（5）式中的Grflneisen參數(shù)是反映晶格振動頻率和原子體積之間關(guān)系的一個(gè)函數(shù)，由下式計(jì)算[10]：

(12)

根據(jù)普式狀態(tài)方程，晶體中的壓力P是原子體積V和溫度T的函數(shù)[9]：

(13)

(14)

(15)

(16)

以上式子中，CV是恒定體積下的比熱，對于單位原子其值約為3kB，kB是Boltzmann常數(shù)，TR為參照溫度，r0為p=0時(shí)平衡態(tài)的原子半徑，rb是納米晶界面處原子的半徑，B0(TR)和a0(TR)分別為參照溫度下，P=0時(shí)的體彈性模量和體膨脹系數(shù)。

至此，由以上公式可以計(jì)算出納米晶界面的焓、熵和吉布斯自由能，詳細(xì)的表達(dá)式如下：

(17)

(18)

(19)

上式中：

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

四、內(nèi)部熱力學(xué)函數(shù)分析

將納米晶粒內(nèi)部晶體的性質(zhì)等同于粗晶，可以根據(jù)塊體材料的熱力學(xué)函數(shù)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。由經(jīng)典熱力學(xué)理論，完整晶體中原子的自由焓、熵和吉布斯自由能表達(dá)式分別為：

(27)(28)(29)

式中下標(biāo)i表示晶體內(nèi)部，計(jì)算中完整晶體的等壓熱容（Cp）的數(shù)據(jù)取決于SGTE熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫。

五、整體熱力學(xué)函數(shù)分析

引入納米晶界面上的原子分?jǐn)?shù)xb作為權(quán)重，整體納米材料的熱力學(xué)函數(shù)可以表達(dá)為：(30)

(31)

(32)

這樣就得到了整體納米材料的熱力學(xué)函數(shù)的表達(dá)式。焓、熵和吉布斯自由能是材料熱力學(xué)研究中重要的參數(shù)，材料的制備，反應(yīng)方向和材料相變的預(yù)測以及對復(fù)雜化合物及新材料的熱力學(xué)性質(zhì)的測定等都可以通過這3個(gè)參量的計(jì)算而得出，因此上述的計(jì)算結(jié)果對于納米材料的研究具有十分重要的指導(dǎo)意義。

六、總結(jié)

本文在應(yīng)用“界面膨脹模型”和普適狀態(tài)方程研究納米晶界面熱力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，發(fā)展了納米晶整體材料熱力學(xué)函數(shù)的計(jì)算模型[4]，給出了納米晶體單相材料的焓、熵、自由能隨界面過剩體積、溫度以及晶粒尺寸發(fā)生變化的明確表達(dá)式，由此可以定量預(yù)測納米晶材料發(fā)生相變的特征溫度和臨界尺寸。

七、納米晶材料熱力學(xué)應(yīng)用展望

納米晶材料的特殊性能是由其化學(xué)組成、界面結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)生微細(xì)組織的制備過程等共同決定的，是與納米結(jié)構(gòu)和組織形成及轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)和動力學(xué)緊密聯(lián)系的。然而，相對于粗晶的大塊多晶體材料，納米材料的比熱值升高、熱膨脹系數(shù)成倍增大、以及與同成分塊體材料具有明顯差異的相變特征和相穩(wěn)定性等特性，因此，應(yīng)用于塊體材料的傳統(tǒng)熱力學(xué)理論不能很好的合理解釋納米晶材料的相變行為[11]。因此發(fā)展納米晶材料的熱力學(xué)研究具有很重要的意義。

[1] 柯成 主編.金屬功能材料詞典.北京：冶金工業(yè)出版社.1999.第172-173頁.[2] Fecht J H.Intrinsic instability and entropy stabilization of Grain boundaries.[J].Phys Rev Lett,1990,65:610-613.[3] Wagner M.Structure and thermodynamic properties of nanocrysralline metals.[J] Phys Rev B,1992,45:635-639.[4] 高金萍,張久興,宋曉艷,劉雪梅.納米晶材料熱力學(xué)函數(shù)及其在相變熱力學(xué)中的應(yīng)用[A].第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集Ⅱ[C].2004 [5]D.Wolf.Phit.Mog.B59(1989),667.[6] 盧柯.金屬納米晶的界面熱力學(xué)特性.[J].物理學(xué)報(bào)1995,44;1454.[7] Rose J H,Smith J R,Guinea F, et al.Universal features ofthe equation of state of metals..Phys Rev B.1984

[8] Dugdale J S,Macdonald D K C.The thermal expansion ofsolids..Phys Rev.1959

[9] Vinet P,Smith J R,Ferrante J, et al.Temperature effects onthe universal equation of state of solids..Phys Rev B.1987

[10] Dugdale J S,Macdonald D K C.The thermal expansion ofsolids..Phys Rev.1959

[11] 宋曉艷,張久興,李乃苗,高金萍,楊克勇,劉雪梅.金屬納米晶和納米粒子材料熱力學(xué)特性的模擬計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究[A].2005年全國計(jì)算材料、模擬與圖像分析學(xué)術(shù)會議論文集[C].2005

第三篇：工程熱力學(xué)講稿

工程熱力學(xué)講稿

一、基本知識點(diǎn)

基本要求

理解和掌握工程熱力學(xué)的研究對象、主要研究內(nèi)容和研究方法 〃理解熱能利用的兩種主要方式及其特點(diǎn) 〃了解常用的熱能動力轉(zhuǎn)換裝置的工作過程

1．什么是工程熱力學(xué)

從工程技術(shù)觀點(diǎn)出發(fā)，研究物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)，熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的規(guī)律和方法，以及有效、合理地利用熱能的途徑。電能一一機(jī)械能

鍋爐一一 煙氣 一一 水 一一水蒸氣一一(直接利用)供熱 鍋爐一一 煙氣 一一 水 一一水蒸氣一一汽輪機(jī)一一(間接利用)發(fā)電

冰箱一一-(耗能)制冷

2．能源的地位與作用及我國能源面臨的主要問題

3.熱能及其利用

（1）.熱能：能量的一種形式

（2）.來源：一次能源：以自然形式存在，可利用的能源。如風(fēng)能,水力能,太陽能、地?zé)崮?、化學(xué)能和核能等。

二次能源：由一次能源轉(zhuǎn)換而來的能源，如機(jī)械能、機(jī)械

能等。

（3）.利用形式：

直接利用：將熱能利用來直接加熱物體。如烘干、采暖、熔煉(能源消耗比例大)

間接利用：各種熱能動力裝置，將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或者再轉(zhuǎn)換成電能，4．.熱能動力轉(zhuǎn)換裝置的工作過程

5．熱能利用的方向性及能量的兩種屬性

過程的方向性：如：由高溫傳向低溫

能量屬性：數(shù)量屬性、,質(zhì)量屬性(即做功能力)

注意：

數(shù)量守衡、質(zhì)量不守衡

提高熱能利用率：能源消耗量與國民生產(chǎn)總值成正比。

6．本課程的研究對象及主要內(nèi)容

研究對象：與熱現(xiàn)象有關(guān)的能量利用與轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué)。研究內(nèi)容：

（1）．研究能量轉(zhuǎn)換的客觀規(guī)律，即熱力學(xué)第一與第二定律。

（2）．研究工質(zhì)的基本熱力性質(zhì)。

（3）．研究各種熱工設(shè)備中的工作過程。

（4）．研究與熱工設(shè)備工作過程直接有關(guān)的一些化學(xué)和物理化學(xué)問題。

7．.熱力學(xué)的研究方法與主要特點(diǎn)

（1）宏觀方法：唯現(xiàn)象、總結(jié)規(guī)律，稱經(jīng)典熱力學(xué)。

優(yōu)點(diǎn)：簡單、明確、可靠、普遍。

缺點(diǎn)：不能解決熱現(xiàn)象的本質(zhì)。

（2）微觀方法：從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與微觀運(yùn)動出發(fā)，統(tǒng)計(jì)的方法總結(jié)規(guī)律,稱統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)。

優(yōu)點(diǎn)：可解決熱現(xiàn)象的本質(zhì)。缺點(diǎn)：復(fù)雜，不直觀。

主要特點(diǎn)：三多一廣，內(nèi)容多、概念多、公式多。

聯(lián)系工程實(shí)際面廣。條理清楚，推理嚴(yán)格。

二、重點(diǎn)、難點(diǎn)

重點(diǎn)：熱能利用的方向性及能量的兩種屬性

難點(diǎn)：使學(xué)生認(rèn)識到學(xué)習(xí)本課程的重要性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，教會學(xué)生掌握專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)方法。

四、德育點(diǎn)

〃通過對我國能源及其利用現(xiàn)狀的介紹,增強(qiáng)學(xué)生對我國能源問題的憂患意識和責(zé)任意識,激發(fā)學(xué)生為解決我國能源問題而努力學(xué)習(xí)的愛國熱情

〃通過熱能利用在整個(gè)能源利用中地位的闡述,使學(xué)生認(rèn)識研究熱能利用和學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)的重要性,向?qū)W生滲透愛課程、愛專業(yè)教育

五、練習(xí)與討論

討論題:能源與環(huán)境、節(jié)能的重要性、建筑節(jié)能、辯證思維

學(xué)習(xí)方法：物理概念必須清楚，記住一般公式，注意問題結(jié)果的應(yīng)用。

第四篇：中科大工程熱力學(xué)

工程熱力學(xué) 1 絕熱熱力系:若熱力系與外界之間無熱量交換,則該熱力系稱為絕熱熱力系.平衡狀態(tài)：若熱力系在不受外界的作用下，宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化而變化。準(zhǔn)靜態(tài)過程：在熱力過程中，熱力系的宏觀狀態(tài)始終維持或接近平衡狀態(tài)。

可逆過程：一個(gè)熱力過程進(jìn)行完了以后，如能使熱力系沿相同的路徑逆行而回復(fù)至原態(tài)，且相互作用中所涉及到的外界也回復(fù)到原態(tài)，而不留下任何痕跡。

穩(wěn)定流動過程：在流動過程中，熱力系內(nèi)部及熱力系界面上每一點(diǎn)的所有特性參數(shù)都不隨時(shí)間而變化。

狀態(tài)參數(shù)：用以描述熱利系狀態(tài)的某些宏觀物理量稱為熱力系狀態(tài)參數(shù)。強(qiáng)度參數(shù)：與熱利系的質(zhì)量無關(guān)，且不可相加的狀態(tài)參數(shù)。熱量：通過熱力系以外的一切物質(zhì)，統(tǒng)稱外界。壓力：單位面積上所受到的指向受力面的垂直作用力。

內(nèi)能：內(nèi)能是熱力系處于宏觀靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)所有微觀粒子所具有的能量總和。單位質(zhì)量工質(zhì)所具有的內(nèi)能稱為比內(nèi)能。

熵：是表征系統(tǒng)微觀粒子無序程度的一個(gè)宏觀狀態(tài)參數(shù)。

熱力學(xué)第一定律：熱可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γσ部梢宰優(yōu)闊?。一定量的熱消失時(shí)，必產(chǎn)生與之?dāng)?shù)量相當(dāng)?shù)墓?；消耗一定量的功時(shí)，也必出現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量的熱。

容積功：在熱力過程，由于系統(tǒng)容積改變，使系統(tǒng)與外界交換的功。

推動功：為使某部分工質(zhì)進(jìn)出熱利系，外界或系統(tǒng)對這部分工質(zhì)做功，這部分功稱為推動功或流動功。即推動功是維持工質(zhì)流動所必需的最小的功。

技術(shù)功：工程上將技術(shù)上可以利用的功稱為技術(shù)功，對開口系統(tǒng)來講其包括軸功、進(jìn)出口的宏觀動能差和宏觀位能差。

熱力學(xué)第二定律：開爾文說法，只冷卻一個(gè)熱源而連續(xù)不斷做工的循環(huán)發(fā)動機(jī)是造不成的?？藙谛匏拐f法，熱不可能自發(fā)的、不負(fù)代價(jià)的從低溫物體傳到高溫物體。

孤立系統(tǒng)熵增原理：若孤立系所有部分的內(nèi)部以及彼此間的作用都經(jīng)歷可逆變化，則孤立西的總熵保持不變；若在任一部分內(nèi)發(fā)生不可逆過程或各部分間的相互作用中伴有不可逆性，則其熵必增加。

理想熱機(jī)：熱機(jī)內(nèi)發(fā)生的一切熱力過程都是可逆過程。卡諾循環(huán)：在兩個(gè)恒溫?zé)嵩撮g，有兩個(gè)可逆過程組成的循環(huán)?？ㄖZ定理：在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩撮g的所有熱機(jī)，以可逆機(jī)的效率最高。

第二類永動機(jī)：從單一熱源取得熱量并使之完全變?yōu)闄C(jī)械能而又不引起其他變化的循環(huán)發(fā)動機(jī)。

理想氣體：其分子式一些彈性的、不占有體積的質(zhì)點(diǎn)，且分子間沒有相互作用力。比熱：單位質(zhì)量的物體，當(dāng)其溫度變化一度時(shí)，物體和外界交換的熱量。

定壓質(zhì)量比熱：在定壓過程中，單位質(zhì)量的物體，當(dāng)溫度變化一度時(shí)，物體和外界交換的熱量。

同定容質(zhì)量比熱 定壓容積比熱 定容質(zhì)量比熱 定壓摩爾比熱 定容摩爾比熱 飽和溫度：在一定壓力下，當(dāng)氣體兩相達(dá)到平衡時(shí)，液體所具有的溫度。飽和壓力:當(dāng)氣液兩相達(dá)到平衡時(shí),蒸汽所具有的壓力.飽和液體:兩相平衡時(shí)的液體.干飽和蒸汽:在一定的壓力下,飽和液體完全汽化為蒸汽,蒸汽溫度仍為該壓力下的飽和溫度.濕飽和蒸汽:兩相平衡時(shí)飽和液體和飽和蒸汽的混合物.過熱蒸汽:在一定壓力下,蒸汽所具有的溫度高于該壓力對應(yīng)的飽和溫度.汽化潛熱:一定溫度下,1千克飽和液體汽化為同溫度下的干飽和蒸汽所吸收的熱量.臨界點(diǎn):在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上,飽和液體線與干飽和蒸汽線相交的點(diǎn).過熱蒸汽的過熱度:在某一壓力下,過熱蒸汽的溫度與該壓力下飽和溫度的差值.三相點(diǎn):物質(zhì)氣,液,固三相共存的狀態(tài)點(diǎn).混合氣體的質(zhì)量成分:混合氣體中某組元?dú)怏w的質(zhì)量與混合氣體總質(zhì)量的比值.混合氣體的容積成分 混合氣體的摩爾成分

混合氣體的分壓力:混合氣體中各組元?dú)怏w在混合氣體溫度下單獨(dú)占有整個(gè)容積時(shí),作用于容器壁上的壓力.混合氣體的分容積:混合氣體各組元?dú)怏w處于混合氣體的壓力和溫度時(shí)所單獨(dú)占的容 工程熱力學(xué) 2 積.道爾頓分壓定律:混合氣體的總壓力等于各組元?dú)怏w分壓力之和.分容積定律:混合氣體的總?cè)莘e等于各組元?dú)怏w分容積之和.濕空氣;含有水蒸氣的空氣.未飽和濕空氣:由空氣和過熱水蒸汽組成的濕空氣.飽和濕空氣:由空氣和飽和水蒸氣組成的濕空氣.絕對濕度(濕空氣):單位容積的濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量.相對濕度(濕空氣):濕空氣的絕對濕度與同溫度下飽和濕空氣的絕對濕度之比(濕空氣中實(shí)際所含的水蒸氣量和同溫度下飽和濕空氣中所能包含的最大水蒸氣量之比).濕空氣含濕量(比濕度):一定容積的濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量與干空氣質(zhì)量之比.過熱蒸汽:在一定壓力下,溫度高于該壓力對應(yīng)的飽和溫度之蒸汽.過冷蒸汽:在一定壓力下,溫度低于該壓力對應(yīng)的飽和溫度之蒸汽.對比參數(shù):工質(zhì)的狀態(tài)與其相應(yīng)的臨界參數(shù)之比,如工質(zhì)壓力與其臨界壓力之比,工質(zhì)溫度與其臨界溫度之比為對比溫度.液體熱:將一公斤未飽和水定壓加熱為飽和水,所需的熱量.濕蒸汽干度:一定質(zhì)量的濕蒸汽中所含干飽和蒸汽的質(zhì)量與濕蒸汽總質(zhì)量之比.定溫過程:在狀態(tài)變化時(shí),定量工質(zhì)溫度保持不變的過程.絕熱過程:工質(zhì)和外界沒有熱交換的過程.定熵過程:在狀態(tài)變化時(shí),工質(zhì)熵保持不變的過程(可逆絕熱過程).定熵流動:若工質(zhì)在流動時(shí)既與外界無熱量交換又無摩擦和擾動,則流動為可逆絕熱流動.音速:微弱擾動在連續(xù)介質(zhì)中所產(chǎn)生的縱波的傳播速度.當(dāng)?shù)匾羲?指當(dāng)?shù)亓鲃铀帬顟B(tài)下的音速.馬赫數(shù):工質(zhì)在流動過程中,某一點(diǎn)的流動與當(dāng)?shù)匾羲僦?噴管:使氣流壓力降低,流速增大的管道.擴(kuò)壓管:使氣流流速降低,壓力增大的管道.絕熱節(jié)流:工質(zhì)在管內(nèi)絕熱流動時(shí),由于通道截面突然縮小,使工質(zhì)壓力降低.絕熱滯止:工質(zhì)在絕熱流動中,因遇到障礙物或某種原因而受阻,使速度降低直至為零.活塞式縮機(jī)的余隙:為了安置進(jìn),排氣閥以及避免活塞與汽缸端蓋的碰撞,在汽缸端頂與活塞行程終點(diǎn)間留有一定的空隙,稱為余隙容積.活塞式壓縮機(jī)的容積效率：活塞式壓氣機(jī)的有效容積和活塞排量之比。最佳增壓比：使多級壓縮中間冷卻壓氣機(jī)耗功最小時(shí)，各級的增壓比。

壓氣機(jī)的效率：在相同的初態(tài)及增壓比條件下，可逆壓縮機(jī)過程中壓氣機(jī)所消耗功與實(shí)際不可逆壓縮過程中壓氣機(jī)所耗功的功之比。亞音速流動：工質(zhì)的流動速度小于當(dāng)?shù)匾羲佟?/p>

超音速流動：工質(zhì)再噴管中流動時(shí)，在噴管的最小截面處，若工質(zhì)的流動速度等于當(dāng)?shù)匾羲伲瑒t此時(shí)工質(zhì)所處的狀態(tài)。臨界壓力比：臨界狀態(tài)時(shí)工質(zhì)壓力與滯止壓力之比。壓氣機(jī)的增壓比：壓氣機(jī)的出口壓力與進(jìn)口壓力之比。

平均加熱溫度：用加熱工程中系統(tǒng)與外界交換的熱量除以交換該熱量時(shí)系統(tǒng)熵的改變量所得到的溫度。

平均放熱溫度：用放熱過程中系統(tǒng)與外界交換的熱量除以交換該熱量時(shí)系統(tǒng)熵的改變量所得到的溫度。

循環(huán)熱效率：工質(zhì)完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，對外所作的凈功與吸熱量之比。汽耗率：蒸汽動力循環(huán)裝置每輸出1千瓦小時(shí)功量時(shí)所消耗的蒸汽量。

相對熱效率：某循環(huán)的熱效率與相同溫度范圍內(nèi)卡諾循環(huán)熱效率之比，稱為該循環(huán)的相對熱效率或充滿系數(shù)。

制冷系數(shù)：制冷循環(huán)中，制冷量與循環(huán)凈功之比。供熱系數(shù)：供熱循環(huán)中，供熱量與循環(huán)凈功之比。

制冷量：在每一次制冷循環(huán)中，一公斤工質(zhì)從冷藏室吸收的熱量。供熱量：在每一次供熱循環(huán)中，一公斤工質(zhì)放給暖室的熱量。循環(huán)凈熱量：一次循環(huán)中系統(tǒng)和外界交換的總熱量。循環(huán)凈功：一次循環(huán)中系統(tǒng)和外界交換的總 工程熱力學(xué) 3 功量。

循環(huán)加熱量：一次循環(huán)中系統(tǒng)從外界吸收的總熱量。循環(huán)放熱量：一次循環(huán)中系統(tǒng)放給外界的總熱量。

熱力循環(huán)：工質(zhì)從某一狀態(tài)經(jīng)過一連串的狀態(tài)變化過程，又回復(fù)到原來的狀態(tài)，這些熱力過程的組合就稱為熱力循環(huán)。

熱機(jī)循環(huán)：若循環(huán)的結(jié)果是工質(zhì)將外界的熱能在一定的條件下連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。制冷：對物體進(jìn)行冷卻，使其溫度低于周圍環(huán)境溫度，并維持這個(gè)低溫。制冷機(jī)：從低溫冷藏室吸取熱量排向大氣所用的機(jī)械。熱泵：將熱量由大氣傳送至高溫暖室所用的機(jī)械裝置。

1、通用氣體常數(shù)是一個(gè)與氣體性質(zhì)和狀態(tài)均無關(guān)的常數(shù),而氣體常數(shù)是一個(gè)和氣體性質(zhì)有關(guān),但與氣體所處的狀態(tài)無關(guān)常數(shù),且某種氣體的氣體常數(shù)就等于通用氣體常數(shù)除以該氣體的分子量.2、第一類永動機(jī)是指從單一熱源取熱量并使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的循環(huán)發(fā)動機(jī);而第二類永動機(jī)是指不消耗任何能量而連續(xù)不斷做工的循環(huán)發(fā)動機(jī).3、冬季供暖時(shí),隨著室內(nèi)空氣溫度的不斷提高,室內(nèi)空氣的相對濕度逐漸降低,空氣變得干燥,使人感到不舒服.4、當(dāng)熱力系與外界無能量交換時(shí),熱力系內(nèi)狀態(tài)是否發(fā)生變化將取決于熱力系本身的狀態(tài).若熱力系是平衡熱力系,則熱力系的狀態(tài)不發(fā)生變化;若熱力系是非平衡熱力系,則熱力系的狀態(tài)將隨時(shí)間發(fā)生變化.5、焓是狀態(tài)參數(shù),其大小取決于系統(tǒng)的狀態(tài),與系統(tǒng)是否封閉無關(guān).無論何種系統(tǒng),只要起狀態(tài)一定,則用來描述狀態(tài)的宏觀物理量就一定存在.6、Q=W+△U不僅適用于封閉熱力系,也適用于其他熱力系.因?yàn)樵撌浇沂玖嗽谀芰哭D(zhuǎn)換過程中內(nèi)能,容積工和加熱量之間的普遍關(guān)系.7、容積變化工表達(dá)式只適用于可逆過程.技術(shù)工使用于任何工質(zhì)的可逆過程.8、理想氣體絕熱自由膨脹過程是典型的不可逆過程,過程中比內(nèi)能會發(fā)生變化,但膨脹前后總內(nèi)能相等.9、熵是狀態(tài)參數(shù),某一過程中的變化量僅取決于過程的處態(tài)和終態(tài),與過程本身無關(guān).10、僅僅已知溫度和壓力只可確定非飽和區(qū)域內(nèi)水蒸汽的狀態(tài),而不確定飽和區(qū)域內(nèi)水蒸汽的狀態(tài),因?yàn)樵陲柡蛥^(qū)域內(nèi)溫度和壓力是互為函數(shù).11、飽和濕空氣是干空氣于飽和水蒸氣的混合物,故干球溫度與濕球溫度相等,露點(diǎn)是濕空氣中水蒸氣分壓力所對應(yīng)的飽和溫度,由于飽和濕空氣中水蒸氣是飽和的故水蒸氣的分壓力為飽和壓力.12、比濕度相同的兩種濕空氣,溫度高者,其相對濕度小,吸濕能力強(qiáng).沸騰狀態(tài)的水即飽和水,飽和水的溫度取決于水的壓力,較低的壓力對應(yīng)于較低的飽和溫度.13、干飽和蒸汽的比容隨飽和溫度的升高而降低.濕空氣在不增加和減少水蒸氣含量的情況下定壓冷卻，其水蒸氣的分壓力也不變。濕空氣中水蒸氣分壓力的大小取決于濕空氣中水蒸氣含量的多少。若水蒸氣含量不變，則水蒸氣分壓力也將不變。

14、對密閉容器內(nèi)的汽、水混合物不斷的加熱時(shí)，所有的水必將全部轉(zhuǎn)化為水蒸氣。該加熱過程為濕蒸汽的定容加熱過程。隨著加熱過程的進(jìn)行，蒸汽的溫度和壓力將同時(shí)增加。若蒸汽溫度超過水的臨界溫度，則所有的水講全部轉(zhuǎn)化為蒸汽。

15、理想氣體進(jìn)行N=1.3的可逆膨脹過程時(shí)，一定會從外界吸收熱量。若理想氣體是三原子氣體，則絕熱指數(shù)為1.3這是N=1.3的逆膨脹過程的可逆絕熱過程，此時(shí)氣體與外界無熱量交換?？諝獾慕^熱指數(shù)K=1.4，所以當(dāng)空氣進(jìn)行N=1.3的可逆膨脹時(shí)，一定會從外界吸收熱量。

16、水從飽和液體定壓汽化為干飽和蒸汽，因?yàn)槠^程中溫度未變，則該過程中內(nèi)能的改變量△U=CV△T=0 溫度不變只說明水蒸氣的內(nèi)動能不變，而水蒸氣的內(nèi)能包括內(nèi)動能和內(nèi)位能。內(nèi)位能是壓力和比容的函數(shù)。汽化過程中比容將發(fā)生變化，內(nèi)位能也發(fā)生變化，所以內(nèi)能也發(fā)生變化。

17、對濕空氣進(jìn)行冷卻一定可以去濕。對濕空氣進(jìn)行冷卻，會提高濕空氣的相對濕

18、度。能否去濕，關(guān)鍵在于冷卻后的空氣溫度是否低于濕空氣中水蒸氣的露點(diǎn)溫度。若低于露點(diǎn)溫度，則可以去濕。19、18、理想氣體可逆定溫膨脹過程中氣體對外所作的膨脹功等于技術(shù)功。

20、由于濺縮噴管中氣流出口截面上壓力最低，此處壓力不會低于臨界壓力，故出口氣流速度不能超過當(dāng)?shù)匾羲?，而縮放噴管中氣流出口速度能否大于當(dāng)?shù)匾羲?，將取決于噴管出口的壓力。若出口壓力大于臨界壓力，則出口速度小于當(dāng)?shù)匾羲佟?1、19、流經(jīng)縮放噴管的氣體流量隨著背壓的降低而不斷增加。

22、當(dāng)背壓大于臨界壓力時(shí)，隨著背壓的降低，氣體流量將增加；當(dāng)背壓等于或小于臨界壓力時(shí)，氣體流量將達(dá)到并保持最大流量。20、濺縮噴管的出口氣流速度隨著背壓的降低而不斷增大。

23、對于濺縮噴管，其出口截面處氣流壓力將大于或等于臨界壓力，所以出口氣流速度將小于或等于當(dāng)?shù)匾羲?。因此，?dāng)背壓大于臨界壓力時(shí)，隨著背壓的降低，氣流速度將不斷增加，而當(dāng)背壓等于或小于臨界壓力時(shí)，背壓降低，出口氣流速度降保持當(dāng)?shù)匾羲俨蛔儭?4、21、蒸汽再熱循環(huán)的首要目的是為了提高氣輪機(jī)的排氣干度。

25、提高蒸汽動力循環(huán)熱效率的有效發(fā)法之一就是提高新蒸汽的初壓力。但初壓力提高后，會降低氣輪機(jī)排氣干度，導(dǎo)致氣輪機(jī)相對效率的降低并可能危機(jī)氣輪機(jī)的工作安全。采用再熱后，可降低氣輪機(jī)的排氣干度。26、1.有沒有4000C的水？

27、答： 00C或-100

28、C的水蒸氣？沒有因?yàn)樗呐R界溫度為374.120C。當(dāng)物質(zhì)所具有的溫度高于其臨界溫度是汽化有00C或-100C的水蒸氣，當(dāng)壓力低于00C時(shí)水的飽和壓力或-100C時(shí)水的飽和壓力，就會出現(xiàn)。2.冬季，室內(nèi)玻璃窗內(nèi)側(cè)為何會結(jié)霜？ 答：冬季，室內(nèi)外空氣溫差較大，靠近玻璃窗內(nèi)側(cè)的室內(nèi)空氣被定壓冷卻，當(dāng)空氣溫度降到大氣壓力對應(yīng)的水的飽和溫度時(shí)，此時(shí)空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，并開始有水滴從空氣中析出，若溫度再降低，達(dá)到并低于零度，這時(shí)從空氣中析出的水滴便開始結(jié)霜。3.某一理想氣體的CP-CV及CP/CV是否在任何溫度下均為常數(shù),為什么?

29、答:不是.根據(jù)理想氣體的邁耶公式CP-CV=R,這里R是氣體常數(shù),其值的大小只和氣體性質(zhì)有關(guān),而與氣體所處的狀態(tài)無關(guān),所以CP-CV對某一理想氣體而言,在任何溫度下均為常數(shù).而由于CP-CV=R,在該式的兩邊均除以CV,等式為CP/CV=1+R/CV,對于理想氣體由于CV是溫度的單值函數(shù),所以R/CV也是溫度的單值函數(shù),故CP/CV亦是溫度的函數(shù).4.在絕熱不作外功的穩(wěn)定流動過程中,流體個(gè)截面處的制止參數(shù)是否相同? 30、答:對于絕熱不作外功的穩(wěn)定流動過程,其能量方程式為h+1/2C2=常數(shù).所謂制止參數(shù)是速度為零時(shí)的參數(shù),由能量方程式可見,速度為零時(shí),h=常數(shù),既流體個(gè)截面上的制止溫度和制止壓力也相同;若流體是實(shí)際氣體,根據(jù)流體的性質(zhì)而定.31、5.多級壓縮為什么要用中間冷卻器?不用可以嗎?為什么?

32、答:多級壓縮用中間冷卻器目的是,對從低壓汽缸出來的壓縮氣體及時(shí)進(jìn)行冷卻,讓溫度降低到被壓縮前的溫度,然后再進(jìn)入高壓缸,以減少消耗壓縮功.如果不用中間冷卻器,讓從低壓汽缸出來的壓縮氣體直接進(jìn)入高壓汽缸,就達(dá)不到少消耗壓縮功的目的.6.什么是回?zé)嵫h(huán)?為什么回?zé)嵫h(huán)能提高蒸汽動力循環(huán)的熱效率?

33、答:回?zé)崾侵冈跓崃ρh(huán)中不同溫度水平的工致之間產(chǎn)生的內(nèi)部傳熱過程.蒸汽動力的回?zé)嵫h(huán)是指分次從氣輪機(jī)中抽出一些做過功的蒸汽,用其逐級對鍋爐給水加熱的熱力循環(huán).這樣的回?zé)嵫h(huán)也稱為分級抽氣回?zé)嵫h(huán).蒸汽動力循環(huán)采用回?zé)岷?由于鍋爐擊水可從回?zé)崞髦形找徊糠譄崃?使給水溫度提高,這樣可提高循環(huán)平均加熱溫度,從而提高循環(huán)的熱效率.34、7、空氣壓縮制冷為何不像蒸汽壓縮制冷那樣采用節(jié)流閥降壓降溫，而要采用膨脹機(jī)降壓膨脹降溫？

35、答：蒸汽壓縮制冷采用節(jié)流閥降壓降溫，是因?yàn)楸唤亓鞯墓べ|(zhì)處在飽和區(qū)域內(nèi)，由于飽和溫度飽和壓力互為函數(shù)，因此在節(jié)流降壓的同時(shí)可以降溫；而空氣壓縮制冷的制冷工質(zhì)空氣，在一般使用溫度范圍內(nèi)可視為理想氣體，而理想氣體進(jìn)節(jié)流后，盡管其壓力降低，但溫度保持不變，所以不能通過節(jié)流達(dá)

36、到降壓降溫的目的，因而，對空氣壓縮制冷必須用膨脹機(jī)而不能用節(jié)流閥。37、8、熱泵供熱循環(huán)與制冷循環(huán)有何異同？ 答：熱泵循環(huán)是通過消耗機(jī)械功，從大氣中吸收熱量，然后將其送入溫度高于大氣溫度的暖室；而制冷循環(huán)是通過消耗機(jī)械功，從冷藏室吸收熱量，然后將其送入大氣環(huán)境。兩者的相同之處在于都是消耗機(jī)械功的循環(huán)，不同之處在于熱泵循環(huán)是從大環(huán)境吸收熱量，而制冷循環(huán)是把熱量排入大氣環(huán)境。

9、工質(zhì)經(jīng)過一個(gè)不可逆循環(huán)，能否恢復(fù)到原狀體？

38、答：能。循環(huán)是指工質(zhì)從某一狀態(tài)點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過一連串的熱力過程又恢復(fù)到原狀態(tài)點(diǎn)的所有熱力過程的組合。既然是一個(gè)循環(huán)就一定能恢復(fù)到原狀態(tài)，與組成循環(huán)的過程是否可你沒有關(guān)系。39、10、容積功、推動功、軸功和技術(shù)工的差異何在？相互有無聯(lián)系？

40、答：在熱力過程中，由于系統(tǒng)容積改變，系統(tǒng)與外界交換的工，成為容積功W，如膨脹功和壓縮功。為使某部分工質(zhì)你出熱力系，外界或系統(tǒng)必對這部分工質(zhì)作功，這部分功稱為推動功Wf=△Pv。從旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸上得到的功，叫做軸功Ws。工程上將技術(shù)上可以利用的工稱為技術(shù)工。對開口系統(tǒng)來講其包括軸功、進(jìn)出口的宏觀動能差和位能差。

41、Wt=W-△Wf Ws=W-△Wf-1/2mc2-gm△z=Wt-1/2mc2

42、-gm△z

11、漸縮噴管中氣流速度能否超過音速？縮放噴管氣流出口速度能夠低于音速？ 答：漸縮噴管中不能。因?yàn)閷τ跐u縮噴管無論其出口界面外壓力如何低，氣流在噴管出口截面出的壓力最多只能降低到臨界壓力，絕不可能降到比臨界壓力更低的壓力。出口外壓力進(jìn)一步降低時(shí)，出口截面上壓力不可能再繼續(xù)降低而維持為臨界壓力，出口截面速度維持在音速而不可能達(dá)到超過音速。縮放噴管中氣流速度可以低于音速。要使氣流出口速度達(dá)到或超過音速，氣流在噴管中必須要有足夠的壓力降。若外界提供的壓力降減小，無論用何種形式的噴管，出口氣流速度也不能達(dá)到音速。43、12、為何蒸汽循環(huán)不用卡諾循環(huán)而用朗肯循環(huán)？

44、答：以蒸汽為工質(zhì)在飽和區(qū)域內(nèi)熱機(jī)可按卡諾循環(huán)工作，但由于下述原因熱機(jī)不采用：

1、蒸汽臨界溫度較低，這樣就限制了循環(huán)加熱溫度不能很高，使循環(huán)熱效率較低；

2、汽輪機(jī)排氣干度較低，使汽輪機(jī)相對效率較低，且汽輪機(jī)不能安全工作；

3、壓縮機(jī)耗功大，且壓縮兩相工質(zhì)，技術(shù)上有很大難度。

13、霉季時(shí)，一些冷水官的表面常有水底出現(xiàn)，為什么？

45、答：霉季時(shí)，空氣中相對濕度較大，即空氣中水蒸氣含量較多，水蒸汽分壓力較高。冷水官表面溫度較低，當(dāng)其溫度低于水蒸汽分壓力所對應(yīng)的飽和溫度時(shí)（露點(diǎn)溫度），空氣中的水蒸氣就變?yōu)轱柡退魵?，并有蒸汽凝結(jié)為水從空氣中析出。46、14、比濕度（含濕量）相同的兩種濕空氣，溫度高者其吸濕能力也強(qiáng)。比濕度相同的兩種濕空氣，溫度高者，其相對濕度小，故吸濕能力強(qiáng)?？蓮臐窨諝獾暮瘽裢辽吓袛?。

15、隨著壓力的升高，飽和溫度也升高了，所以飽和蒸汽的比容將增大。

47、答：錯(cuò)誤，干飽和蒸汽的比容歲飽和溫度的升高而降低。48、16、對密封容器內(nèi)的汽、水混合物不斷的加熱時(shí)，所有的水必將全部轉(zhuǎn)化為水蒸氣。答：正確 該加熱過程為濕蒸汽的定容加熱過程。隨著加熱過程的進(jìn)行，蒸汽的溫度和壓力將同時(shí)增加。若蒸汽溫度超過水的臨界溫度，則所有的水必將全部轉(zhuǎn)化為蒸汽。

17、空氣壓縮制冷為何不像蒸汽壓縮制冷那樣采用節(jié)流閥降壓降溫，而要采用膨脹機(jī)降壓膨脹降溫？

49、答：蒸汽壓縮制冷采用節(jié)流閥降壓降溫，是因?yàn)楸唤亓鞯墓べ|(zhì)處在飽和區(qū)域內(nèi)，由于飽和溫度飽和壓力互為函數(shù)，因此在節(jié)流降壓的同時(shí)可以降溫；而空氣壓縮制冷的制冷工質(zhì)空氣，在一般使用溫度范圍內(nèi)可視為理想氣體，而理想氣體進(jìn)節(jié)流后，盡管其壓力降低，但溫度保持不變，所以不能通過節(jié)流達(dá)到降壓降溫的目的，因而，對空氣壓縮制冷必須用膨脹機(jī)而不能用節(jié)流閥。50、18、熱泵供熱循環(huán)與制冷循環(huán)有何異同？ 答：熱泵循環(huán)是通過消耗機(jī)械功，從大氣中吸收熱量，然后將其送入溫度高于大氣溫度的暖室；而制冷循環(huán)是通過消耗機(jī)械功，從冷藏室吸收熱量，然后將其送入大氣環(huán)境。兩者的相同之處在于都是消耗機(jī)械功的循環(huán)，不同之處在于熱泵循環(huán)是從大環(huán)境吸收熱量，而制冷循環(huán)是把熱量排入大氣環(huán)境。

第五篇：二氧化碳制冷循環(huán)的應(yīng)用

二氧化碳制冷循環(huán)的應(yīng)用

【摘要】 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們環(huán)境保護(hù)和節(jié)能意識的增強(qiáng)，以CO2為代表的自然工質(zhì)越來越廣泛的在制冷空調(diào)行業(yè)應(yīng)用，文章對CO2制冷循環(huán)有關(guān)問題進(jìn)行探討，以便實(shí)際應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 二氧化碳 跨臨界循環(huán) 制冷系統(tǒng)原理 應(yīng)用

The Application of Carbon Dioxide Refrigeration cycle

By Gao Xinhua* Gao yun

【Abstract】With the development of economy and the people’s increasing care about environment protection and energy-saving, carbon dioxide as a natural refrigerant has been widely used in refrigeration and air-conditioning industries.This essay tries to study and discuss carbon dioxide refrigeration cycle and system principle to help its practical application.【New words】carbon dioxide transcritical cycle refrigeration system principle application

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，人們的環(huán)保節(jié)能意識不斷增強(qiáng)，制冷空調(diào)行業(yè)制冷工質(zhì)的選擇也越來越重視工質(zhì)的環(huán)保節(jié)能特性。以CO2和NH3為代表的自然工質(zhì)制冷系統(tǒng)已經(jīng)大量應(yīng)用，本文試對CO2為工質(zhì)的制冷循環(huán)進(jìn)行探討，以利實(shí)際應(yīng)用。

1.CO2 制冷工質(zhì)的特性

1.1環(huán)保特性。CO2 制冷工質(zhì)屬于環(huán)保型制冷工質(zhì)，它的破壞臭氧層潛能值ODP=0，地球溫室效應(yīng)潛能值WMP=1。它不破壞臭氧層，不需回收和再生，對地球變暖的影響甚微，是較理想的天然制冷劑。

1.2安全性。CO2制冷劑，蒸發(fā)壓力大于大氣壓，不易使空氣進(jìn)入制冷系統(tǒng)。CO2制冷工質(zhì)的沸點(diǎn)為-78.4℃，4℃時(shí)的飽和壓力為3.8686Mpa，屬于低溫制冷劑。在一般環(huán)境條件下，無毒，不燃燒，不會給人員及環(huán)境帶來安全威脅。因此，可用于食品生產(chǎn)車間及包裝間空調(diào)、汽車空調(diào)、家用及商用空調(diào)，也可用于商用和家用熱泵熱水器。

1.3 經(jīng)濟(jì)性。CO2制冷工質(zhì)，來源廣泛，價(jià)格低廉，運(yùn)行費(fèi)用低。

1.4 CO2制冷工質(zhì)的臨界溫度低，31.1℃，使用一般的自然工質(zhì)(水或空氣)冷卻，不易變?yōu)橐后w，故一般CO2單級或雙級制冷循環(huán)均為跨臨界循環(huán)。

1.5 CO2制冷工質(zhì)單位容積制冷量(22600KJ/m3)較大，是F22的5.2倍，有利于減少制冷系統(tǒng)工質(zhì)的容積循環(huán)量，從而減小壓縮機(jī)的尺寸，降低制造成本。

1.6 CO2制冷工質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)大，粘度低，流動阻力小，傳熱效率較高。壓力降對系統(tǒng)的影響較小，在較低的流速下，可形成紊流，傳熱性能好，液體密度和蒸氣密度的比值小，節(jié)流后各制冷回路制冷劑分配均勻，有利于提高制冷(制熱)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

1.7 CO2制冷工質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性好，不含水時(shí)對金屬無腐蝕作用，有利于制冷壓縮機(jī)及設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)行和維護(hù)。CO2與水混合時(shí)，呈酸性，可腐蝕碳鋼等普通金屬(不銹鋼和銅除外)，當(dāng)CO2含水低于8ppm時(shí)，可采用普通碳素鋼。

1.8 CO2絕熱指數(shù)相對較小，k=1.3，壓力比小，約2.5~ 3.2，壓縮機(jī)容積效率相對較高。

1.9 CO2制冷工質(zhì)的臨界壓力高，為7.372Mpa，其跨臨界循環(huán)和亞臨界循環(huán)的工作壓力都較高，一般在3.5Mpa~7.5Mpa。因此，CO2制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)、換熱設(shè)備、附屬設(shè)備、閥門、管路及管件的耐壓強(qiáng)度均需滿足要求，故相對投資較大。

2.CO2 制冷循環(huán)的應(yīng)用范圍

CO2制冷循環(huán)適用于汽車空調(diào)，家用及商用空調(diào);黨政機(jī)關(guān)及企事業(yè)單位的熱泵熱水器;超市食品的保鮮儲存和冷藏;食品的低溫冷凍冷藏(CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng))以及冷藏運(yùn)輸;也可用于地源熱泵、水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。

3.CO2跨臨界循環(huán)制冷(制熱)系統(tǒng)原理及系統(tǒng)組成3.1CO2跨臨界制冷循環(huán)。在冷卻介質(zhì)為常溫的空氣和水的條件下，CO2制冷循環(huán)必須采用跨臨界制冷循環(huán)。所謂跨臨界制冷循環(huán)，是指CO2制冷工質(zhì)由于臨界溫度(31.1℃)低，為使其從氣體變?yōu)橐后w循環(huán)利用，需加壓和冷卻，壓縮機(jī)排氣壓力高于臨界壓力，工質(zhì)在超臨界區(qū)定壓放熱，氣體冷卻過程是在臨界壓力以上依靠顯熱進(jìn)行熱交換;壓縮機(jī)吸入壓力低于臨界壓力，蒸發(fā)溫度低于臨界溫度，蒸發(fā)吸熱過程是在臨界壓力以下主要依靠汽化潛熱進(jìn)行熱交換。

3.1.1 CO2跨臨界制冷循環(huán)系統(tǒng)原理：低溫低壓的CO2制冷工質(zhì)在蒸發(fā)器中吸收周圍環(huán)境介質(zhì)或被冷卻物體的熱量由液體變?yōu)榈蛪哼^熱蒸汽，低壓的CO2蒸汽進(jìn)入CO2制冷壓縮機(jī)被絕熱壓縮為高壓高溫的氣體，高壓高溫的CO2氣體然后進(jìn)入空氣冷卻器，與冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換，放出熱量，被定壓冷卻，然后進(jìn)入節(jié)流裝置(或膨脹機(jī))絕熱節(jié)流(或絕熱膨脹)為低壓低溫的濕蒸汽，低壓低溫的CO2液體重新進(jìn)入蒸發(fā)器定壓吸熱蒸發(fā)，使被冷卻介質(zhì)溫度降低，制取冷量。如此往復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷。

3.1.2 CO2跨臨界制冷循環(huán)的制冷系數(shù)ε=Q0/W0(kw/kw)，其中，Q0---為制冷量，kw;W0---能耗，kw.，ε---制冷系數(shù) kw/kw。

3.1.3 CO2跨臨界循環(huán)制冷系統(tǒng)主要有以下設(shè)備組成：CO2制冷壓縮機(jī)、油分離器、CO2氣體冷卻器、節(jié)流裝置(或膨脹機(jī))、蒸發(fā)器、氣液分離器(儲液器)、系統(tǒng)管路及閥門、過濾器、高低壓保護(hù)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)(電控箱、壓力溫度傳感器及控制器、電線電纜、儀表等)、油冷卻系統(tǒng)和油平衡系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)。

3.2 CO2跨臨界熱泵循環(huán)系統(tǒng)原理及組成3.2.1系統(tǒng)原理：低溫低壓的CO2液體制冷工質(zhì)在室外蒸發(fā)器中吸收周圍環(huán)境介質(zhì)(空氣或水)的熱量，在定壓條件下，由液體變?yōu)榈蛪哼^熱蒸汽，低壓氣體經(jīng)過四通閥，進(jìn)入CO2制冷壓縮機(jī)，被絕熱壓縮為高壓高溫的氣體，高壓高溫的氣體經(jīng)過四通閥，進(jìn)入室內(nèi)熱交換器(風(fēng)機(jī)盤管或熱水器盤管)，與被加熱介質(zhì)(空氣或水)進(jìn)行熱交換，定壓放熱，使被加熱的介質(zhì)溫度升高，制取熱量。然后，放熱后被冷卻的CO2高壓氣體進(jìn)入節(jié)流裝置(或膨脹機(jī))絕熱節(jié)流(或絕熱膨脹)為低壓低溫的濕蒸汽，低壓低溫的CO2液體重新進(jìn)入室外蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，變?yōu)榈蛪哼^熱氣體，經(jīng)過四通閥，再被壓縮機(jī)吸入------，如此往復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)制熱。

3.2.2 CO2跨臨界熱泵循環(huán)的制熱系數(shù)μ=(Q0 + W0)/ W0(kw/kw)，Q0---為制冷量，kw;W0---能耗，Kw.，μ---制熱系數(shù) kw/kw。

3.2.3 CO2跨臨界熱泵循環(huán)系統(tǒng)主要有以下設(shè)備組成：CO2制冷壓縮機(jī)、四通閥、油分離器、CO2室外換熱器(空氣冷卻器)、節(jié)流裝置(或膨脹機(jī))、氣液分離器(儲液器)、室內(nèi)蒸發(fā)器(風(fēng)機(jī)盤管或熱水器盤管)、系統(tǒng)管路及閥門、過濾器、高低壓保護(hù)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)(電控箱、壓力溫度傳感器及控制器、電線電纜、儀表等)、油冷卻系統(tǒng)和油平衡系統(tǒng)。

4.NH3/ CO2復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)原理及系統(tǒng)組成4.1 NH3/ CO2復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)原理：

低溫級系統(tǒng)原理及流程：低壓低溫的CO2液體在低溫級的蒸發(fā)器中吸收周圍環(huán)境介質(zhì)(或被冷卻介質(zhì))的熱量，變?yōu)榈蛪哼^熱蒸汽被CO2制冷壓縮機(jī)吸入，絕熱壓縮為高壓高溫的CO2氣體，高壓高溫的CO2氣體進(jìn)入蒸發(fā)冷凝器，被高溫級低壓低溫的制冷工質(zhì)氨定壓冷卻、冷凝為高壓液體，高壓液體再進(jìn)入節(jié)流裝置(或膨脹機(jī))絕熱節(jié)流(或絕熱膨脹)為低壓低溫的濕蒸汽，低壓低溫的CO2液體重新進(jìn)入低溫級蒸發(fā)器定壓吸熱蒸發(fā)，使周圍環(huán)境介質(zhì)(或被冷卻介質(zhì))的溫度降低，制取冷量。如此往復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷。

高溫級系統(tǒng)原理及流程：低壓低溫的氨液在蒸發(fā)冷凝器中吸收低溫級CO2氣體的熱量，變?yōu)榈蛪哼^熱的氨蒸汽，被高溫級氨制冷壓縮機(jī)吸入，絕熱壓縮為高壓高溫的氣體，高壓高溫的NH3氣體再進(jìn)入冷凝器，與冷卻介質(zhì)(空氣或水)進(jìn)行熱交換，定壓冷卻、冷凝為高壓氨液，高壓氨液再進(jìn)入節(jié)流裝置絕熱節(jié)流為低壓低溫的濕蒸汽，低壓低溫的氨液重新進(jìn)入蒸發(fā)冷凝器定壓吸熱蒸發(fā)，使低溫級CO2高壓氣體定壓冷卻、冷凝為液體。如此往復(fù)循環(huán)，保證低溫級制冷系統(tǒng)連續(xù)制冷。

4.2 NH3/ CO2復(fù)疊式制冷循環(huán)的制冷系數(shù)為：ε= Q0/(W1+W2)(kw/kw)

其中，Q---制冷量 kw;W1---低溫級壓縮機(jī)能耗 kw;W2---高溫級壓縮機(jī)能耗 kwε---復(fù)疊式制冷循環(huán)的制冷系數(shù)，kw/kw。

4.3 NH3/ CO2復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)組成：

低溫級CO2系統(tǒng)主要有以下設(shè)備組成：CO2制冷壓縮機(jī)、油分離器、蒸發(fā)冷凝器、儲液器、節(jié)流裝置(或膨脹機(jī))、氣液分離器(循環(huán)儲液器)、蒸發(fā)器、系統(tǒng)管路及閥門、過濾器、高低壓保護(hù)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)(電控箱、壓力溫度傳感器及控制器、電線電纜、儀表等)、油冷卻系統(tǒng)和油平衡系統(tǒng)、膨脹穩(wěn)壓裝置。

高溫級NH3系統(tǒng)主要有以下設(shè)備組成：氨制冷壓縮機(jī)、油分離器、冷凝器、儲液器、節(jié)流裝置、氣液分離器(循環(huán)儲液器)、蒸發(fā)冷凝器、系統(tǒng)管路及閥門、過濾器、高低壓保護(hù)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)(電控箱、壓力溫度傳感器及控制器、電線電纜、儀表等)、油冷卻系統(tǒng)和油平衡系統(tǒng)、放空氣器、冷卻水系統(tǒng)。

5.CO2制冷循環(huán)的節(jié)能措施

5.1 采用回?zé)嵫h(huán)。CO2跨臨界循環(huán)，在系統(tǒng)中增加一個(gè)氣氣熱交換器，使節(jié)流裝置(或膨脹機(jī))前的高壓氣體降低溫度，提高吸入氣體的溫度，減少有害過熱，減少節(jié)流后濕蒸汽中的無效氣體含量，降低節(jié)流過程的不可逆損失，增加單位制冷量，提高制冷系數(shù)，同時(shí)可改善制冷壓縮機(jī)的潤滑條件。

5.2 在回?zé)嵫h(huán)的基礎(chǔ)上，采用雙級壓縮。雖然CO2回?zé)嵫h(huán)能提高單位制冷能力，但壓縮機(jī)的排氣溫度上升，而采用雙級壓縮，可減少吸排氣壓力比，降低壓縮機(jī)的排氣溫度，降低壓縮過程的不可逆損失，提高制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，還能改善壓縮機(jī)的運(yùn)行條件，保證壓縮機(jī)安全運(yùn)行。

5.3 采用膨脹機(jī)代替節(jié)流閥的CO2雙級壓縮制冷循環(huán)。在CO2雙級壓縮制冷循環(huán)的低壓級中，用膨脹機(jī)代替節(jié)流裝置(熱力膨脹閥等)，可以回收膨脹功，減少節(jié)流不可逆損失，提高制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。天津商業(yè)大學(xué)等單位已經(jīng)研究出CO2膨脹機(jī)，用于實(shí)驗(yàn)裝置。

5.4 在CO2跨臨界制冷循環(huán)中，用電子膨脹閥代替手動節(jié)流閥或熱力膨脹閥，可以精確的控制蒸發(fā)器出口的過熱度，既可保證壓縮機(jī)安全運(yùn)行，又可減少手動節(jié)流閥或熱力膨脹閥對過熱度控制精確度差帶來的損失，提高制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行穩(wěn)定性。有資料報(bào)道，電子膨脹閥代替熱力膨脹閥，可以提高制冷系統(tǒng)的制冷系數(shù)10%~30%。電子膨脹閥由膨脹閥、驅(qū)動器、過熱度控制器組成。比較好的品牌有丹佛斯和意大利的CAREL。

5.5 采用并聯(lián)螺桿機(jī)組的準(zhǔn)雙級壓縮制冷循環(huán)。在CO2跨臨界制冷循環(huán)中，在壓縮機(jī)的吸氣管路上增設(shè)回?zé)崞?，采用并?lián)半封閉螺桿制冷壓縮機(jī)組，可利用螺桿壓縮機(jī)壓縮過程中的補(bǔ)氣功能，在儲液器的出液管路上增設(shè)節(jié)能器，降低節(jié)流裝置前高壓工質(zhì)的溫度，提高制冷系數(shù)。同時(shí)，并聯(lián)機(jī)組可根據(jù)制冷系統(tǒng)負(fù)荷大小，通過控制器自動控制壓縮機(jī)的啟停臺數(shù)，也有利于制冷系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行。

5.6 CO2跨臨界循環(huán)高低壓壓差大，節(jié)流損失大，在回?zé)嵫h(huán)的基礎(chǔ)上，帶噴射器的CO2跨臨界循環(huán)，有利于減少節(jié)流損失。據(jù)悉，浙江大學(xué)已經(jīng)研制出用于CO2熱泵熱水器的噴射器，可提高熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

5.7 在回?zé)嵫h(huán)的基礎(chǔ)上，采用并聯(lián)機(jī)組，設(shè)置一個(gè)或數(shù)個(gè)中溫蒸發(fā)器和低溫蒸發(fā)器，即可滿足用戶用一套機(jī)組為不同蒸發(fā)溫度的設(shè)備提供冷源的要求，也有利于制冷系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷變化自動調(diào)整機(jī)器的運(yùn)行臺數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。

5.8 CO2跨臨界制冷系統(tǒng)運(yùn)行管理中，適度提高蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度，避免蒸發(fā)溫度過低，努力降低氣體冷卻器出口的溫度，減小換熱器的換熱溫差，均有利于提高系統(tǒng)的制冷系數(shù)。CO2制冷循環(huán)與地源熱泵、水源熱泵和太陽能熱泵系統(tǒng)相結(jié)合，更有利于節(jié)能。

5.9 CO2制冷系統(tǒng)的制冷壓縮機(jī)、冷卻水泵和風(fēng)機(jī)采用直流變頻技術(shù)和PLC可編程控制技術(shù)，有利于系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行。采用液泵供液系統(tǒng)、滿液式蒸發(fā)器、蒸發(fā)式冷卻(凝)器和微通道換熱器，有利于強(qiáng)化換熱，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

6.CO2制冷循環(huán)應(yīng)用注意事項(xiàng)

6.1 CO2制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝應(yīng)由有資質(zhì)的設(shè)計(jì)、安裝單位及人員承擔(dān)。制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝應(yīng)符合制冷工藝要求并有利于系統(tǒng)回油。

6.2 CO2跨臨界循環(huán)，工質(zhì)的工作壓力高，故要求制冷壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、氣體冷卻器、節(jié)流裝置、附屬設(shè)備及管路閥門需承受較高的壓力，在選用機(jī)器設(shè)備、管路閥門等材料時(shí)，必須滿足設(shè)計(jì)要求。

6.3 對人體的危害。一般情況下，CO2氣體少量泄漏，不會造成人身傷害，但是，當(dāng)CO2氣體在空氣中的含量大于2%時(shí)，會傷害人的呼吸器官，甚至引起窒息死亡。因此，CO2制冷系統(tǒng)應(yīng)防止泄漏，制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、試壓試漏、排污、抽真空、灌注制冷劑、試運(yùn)行均應(yīng)由有資質(zhì)的人員嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。運(yùn)行管理和操作人員應(yīng)經(jīng)過技術(shù)和安全培訓(xùn)合格，并按操作規(guī)程操作。

6.4 CO2制冷壓縮機(jī)的冷凍油應(yīng)按制造廠規(guī)定，選用跨臨界循環(huán)專用油。制冷系統(tǒng)應(yīng)設(shè)油冷卻裝置，一般情況下，油溫應(yīng)高于30℃，低于65℃。并聯(lián)機(jī)組應(yīng)設(shè)計(jì)、安裝好油平衡系統(tǒng)。

6.5 CO2跨臨界循環(huán)系統(tǒng)，安全閥的設(shè)定壓力為：高壓16.3Mpa, 低壓10Mpa。

6.6 復(fù)疊式CO2制冷系統(tǒng)的低溫級應(yīng)設(shè)置膨脹穩(wěn)壓裝置，以防停機(jī)后壓力過高引發(fā)事故。

6.7 當(dāng)蒸發(fā)溫度低于-35℃時(shí)，CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)較雙級壓縮制冷系統(tǒng)節(jié)能效果好，且蒸發(fā)溫度越低，節(jié)能效果越好;當(dāng)蒸發(fā)溫度高于-35℃時(shí)，雙級壓縮制冷系統(tǒng)較CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)節(jié)能效果好。

6.8 CO2復(fù)疊式循環(huán)的低溫級吸氣過熱度10℃~15℃為宜，蒸發(fā)冷凝器中高溫級的蒸發(fā)溫度應(yīng)低于低溫級的冷凝溫度3℃~5℃，高溫級在蒸發(fā)冷凝器中的制冷量應(yīng)與低溫級的排熱量相匹配。

6.9 CO2制冷劑壓縮量小，可采用兩極電機(jī)(轉(zhuǎn)速2900rmp)，與R22相比，相同規(guī)格的壓縮機(jī)可得到雙倍的排氣量，壓縮機(jī)的性價(jià)比高。

6.10 CO2制冷系統(tǒng)應(yīng)定期清洗、更換干燥過濾器，應(yīng)按計(jì)劃進(jìn)行大、中、小修，并保持運(yùn)行和維修記錄，以便改進(jìn)運(yùn)行管理及維修工作。

6.11 CO2制冷系統(tǒng)的壓力容器、壓力管道及安全閥應(yīng)按法規(guī)規(guī)定管理，建檔、定期檢定并保持記錄。

6.12 CO2 雙級壓縮低壓機(jī)吸氣過熱度一般取15℃，中間壓力取冷凝壓力與蒸發(fā)壓力的比例中項(xiàng)，即：Pzj=(Pk×P0)1/2 其中，Pzj---中間壓力，Pk---冷凝壓力，P0---蒸發(fā)壓力。

6.13 NH3/ CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)開停機(jī)程序：開機(jī)時(shí)，必須先開高溫級壓縮機(jī)、設(shè)備及有關(guān)閥門，運(yùn)行正常后，再啟動低溫級壓縮機(jī)、設(shè)備及有關(guān)閥門;停機(jī)時(shí)，應(yīng)先停止低溫級壓縮機(jī)、設(shè)備及有關(guān)閥門，然后，適度降低低溫級系統(tǒng)壓力后，再停止高溫級壓縮機(jī)、設(shè)備及有關(guān)閥門。

6.14 NH3/ CO2復(fù)疊式制冷機(jī)緊急停機(jī)程序：如果遇到緊急情況需立即停機(jī)時(shí)，應(yīng)首先切斷低溫級壓縮機(jī)電源，再迅速切斷高溫級壓縮機(jī)電源，然后，調(diào)整系統(tǒng)其他設(shè)備及有關(guān)閥門。

6.15 CO2雙級壓縮制冷系統(tǒng)開停機(jī)程序：開機(jī)時(shí)，必須先開高壓機(jī)、設(shè)備及有關(guān)閥門;運(yùn)行正常后，再啟動低壓機(jī)、設(shè)備及有關(guān)閥門;停機(jī)時(shí)，應(yīng)先停止低壓機(jī)、設(shè)備及有關(guān)閥門，然后，適度降低系統(tǒng)壓力后，再停止高壓機(jī)、設(shè)備及有關(guān)閥門。

6.16 CO2雙級壓縮制冷系統(tǒng)緊急停機(jī)程序：如果遇到緊急情況需立即停機(jī)時(shí)，應(yīng)首先切斷低壓機(jī)電源，再迅速切斷高壓機(jī)電源，然后，調(diào)整系統(tǒng)其他設(shè)備及有關(guān)閥門。

6.17 CO2制冷系統(tǒng)冬季停機(jī)，應(yīng)放凈機(jī)器、設(shè)備及管路中的冷卻水，以防凍結(jié)、損壞設(shè)備。制冷壓縮機(jī)開機(jī)前，應(yīng)先預(yù)熱機(jī)器中的冷凍油。

6.18 CO2制冷系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置不凝性氣體排出裝置，并定期檢查、排除不凝性氣體。

6.19 CO2為工質(zhì)的地源熱泵和水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，開機(jī)時(shí)，應(yīng)先啟動冷卻水系統(tǒng)和冷凍水(熱水)系統(tǒng)運(yùn)行，然后，再啟動CO2制冷(制熱)系統(tǒng)運(yùn)行;停機(jī)時(shí)，應(yīng)先停止CO2制冷(制熱)系統(tǒng)運(yùn)行，然后，再停止冷凍水(熱水)系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行。冬季停機(jī)，應(yīng)放出制冷(制熱)系統(tǒng)的水，或采取其他有效措施，以防設(shè)備及管路凍結(jié)。

6.20在超臨界壓力下，CO2溫度和壓力是獨(dú)立的參數(shù)，它們均影響氣體冷卻器出口CO2的焓值。改變排氣壓力，會影響制冷量、耗功及制冷系數(shù)。對應(yīng)于制冷系數(shù)最大時(shí)的排氣壓力為最優(yōu)壓力Pout，當(dāng)不考慮吸氣過熱時(shí)，其半經(jīng)驗(yàn)公式為：

Pout=(2.778-0.015t0)t3+0.381 t0-9.34

其中，Pout---最優(yōu)排氣壓力 100kpa，t0---蒸發(fā)溫度 ℃，t3---氣體冷卻器出口溫度 ℃。

主要參考資料:

【1】 《制冷技術(shù)及其應(yīng)用》彥啟森主編，中國建筑工業(yè)出版社 2006.6第一版。

【2】 《中國制冷簡報(bào)》中國制冷學(xué)會主編，2009.5總第37期。