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制冷技术的热力学基础

制冷技术的热力学基础

在制冷循环中,工质不断地进行着热力状态变化。描述工质所处热力状态的物理量称为工质的热力状态参

数,简称状态参数。一定的状态，其状态参数有确定的数值.工质状态变化时，初、终状态参数之间的差

值，仅与初、终状态有关，而与状态变化的过程无关。

制冷技术中常见的状态参数有：温度、压力、比容、内能、焓与熵等。这些参数对于进行制冷循环的分析

和热力计算，都是非常重要的。

一、温度温度是描述热力系统冷热状态的物理量,是标志物体冷热程度的参数。

物体的温度可采用测温仪表来测定。为了使温度的测量准确一致，就要有一个衡量温度的标尺，简称温

标，工程上常用的温标有：

二、摄氏温标又叫国际百度温标,常用符号t表示，单位为℃。

2。绝对温标常用符号T表示，单位为开尔文（代号为K）。绝对温标与摄氏温标仅是起点不同而已

（t=0℃时，T=273.16K），它们每度的温度间隔确是一致的。在工程上其关系可表示为:

T=273+t（K）

二、压力压力是单位面积上所承受的垂直作用力，常用符号P表示。

压力可用压力表来测定。在国际单位制中，压力单位为帕斯卡（Pa），实际应用时也可用兆帕斯卡（MPa)

或巴（bar）表示，1MPa=106Pa而1bar=105Pa。压力的标记有绝对压力、表压力和真空度三种情况.绝对

压力是指容器中气体的实际压力，用符号P表示;表压力（PB)是指压力表(或真空表）所指示的压力；而

当气体的绝对压力比大气压力（B）还低时，容器内的绝对压力比大气压力低的数值,称为真空度(PK).三

者之间的关系是:

P=PB表压力+B大气压力或P=B大气压力-PK真空度，作为工质的状态参数应该是绝对压力,而不是表压

力或真空度。

三、比容比容是指单位质量工质所占有的容积，用符号υ表示。

比容是说明工质分子之间密集程度的一个物理量。比容的倒数为工质的密度,即单位容积工质所具有的质

量，用符号ρ表示。比容和密度之间互为倒数关系。

四、内能内能是工质内部所具有的分子动能和分子位能的总和,用符号ｕ表示。

分子动能包括分子的直线运动动能、旋转运动动能和分子内部振动能三项,其大小

与气体的温度有关。而分子位能的大小与分子间的距离有关，亦即与工质的比容有关。

既然气体的内动能决定于气体的温度、内位能决定于气体的比容,所以气体的内能是其温度和比容的函数.

也就是说内能是一个状态参数。

五、焓焓是一个复合的热力状态参数,表征系统中所有的总能量，它是内能与压力之和。对１kg工质而

言，可表示为：

ｈ＝ｕ＋Pυ（kJ/kg）或(kcal/kg)

式中ｈ—焓或称比焓（kJ/kg或kcal/kg）υ-比容(m3/kg）

ｕ-内能（kJ/kg或kcal/kg）ｐ—绝对压力（N/m2或[wqp1］［wqp2］Pa）

在工程单位制中，压力单位常用工程气压、物理大气压和毫米水柱等单位.由于内能和压力位能都是温度

的参数,所以焓也是状态参数.确切地说,焓是一定质量的流体，从某一初始状态变为任一热力状态所加入

的总热量。

六、熵熵是一个导出的热力状态参数，熵的中文意义是热量被温度除所得的商，熵的外文原名意义是

“转“转变变，指热量可以转变为功的程度，它表征工质状态变化时，与外界热交换的程度。熵是通过其他可

以直接测量的数量间接计算出来的.

一、热力学第二定律

在热量传递和热、功转换时，热力学第一定律只能说明它们之间的数量关系，确不

能揭示热功转换的条件和方向性。对于能量传递和转换过程进行的方向、条件和限度则是由热力学第二定

律来揭示的,它指出:“热量能自发的从高温物体传向低温物体,而不能自发的从低温物体传向高温物体”.

这正象石头或水不可能自发的从低处向高处运动一样。但这并不是说石头和水在任何条件下都不可能由低

处移向高处，只要外界给它们足够大的作用力，在这个力的作用下石头或水就能由低处移向高处，这个外

界作用力称为补偿。同样，不能把热力学第二定律的说法理解为：“不可能把热量从低温物体传到高温物

体”。而是只要有一个补偿过程，热量就能自低温物体传到高温物体。制冷装置就是以消耗一定的外间功

作为补偿过程而实现人工制冷的。

二、循环与理想制冷循环

1、正循环及热效率

膨胀——压缩循环按瞬时针方向进行的，称为正循环。在P—υ图上，正循环的膨胀线1—2—3位于压缩

线3—4-1之上。正循环的单位质量净功w0为正值，若设高温热源加给工质的