第一章 制冷与低温的热力学基础 第一节制冷与低潟原理的热工基础 兴 第二节制冷与低温工质 第三节制冷技术与学科交叉
第一章 制冷与低温的热力学基础 第一节 制冷与低温原理的热工基础 第二节 制冷与低温工质 第三节 制冷技术与学科交叉
第一节制冷与低温原理的热工基础 1.1.1制冷与低温原理的热力学基础 制 冷1热力学第一定律 原 理自然界中的一切物质都具有能量,能量不 与可能被创造,也不可能被消灭,但能量可以从 技、种形态转变为另一种形态,且在能量的转心 水过程中能量的总量保持不交 能量守恒与转换定律是自然界基本规律之
制 冷 原 理 与 技 术 第一节 制冷与低温原理的热工基础 ➢ 自然界中的一切物质都具有能量，能量不 可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从 一种形态转变为另一种形态，且在能量的转化 过程中能量的总量保持不变。 ➢ 能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一。 1.1.1 制冷与低温原理的热力学基础 1.热力学第一定律
6).. Ar 热力学能和总能引 热力学能 制 >用符号U表示,单位是焦耳(J) 冷)比热力学能 原 >1kg物质的热力学能称比热力学能 理 >用符号u表示,单位是焦耳/千克(J/kg) 与 技热力状态的单值函数。 术热力学能状态参数,与路径无关。 两个独立状态参数的函数
制 冷 原 理 与 技 术 ➢用符号U表示，单位是焦耳 （J） 热力学能 ➢1kg物质的热力学能称比热力学能 ➢用符号u表示，单位是焦耳/千克 （J／kg） 比热力学能 热力学能 热力学能和总能 热力状态的单值函数。 两个独立状态参数的函数 。 状态参数，与路径无关
内部储存能热力学能a Q总能 外部储存能← 动能 位能。 制工质的总储存能 冷>内部储存能和外部储存能的和,即热力学能与宏观 原 运动动能及位能的总和。一)P 理 B一总能,E一动能E一位能 E=U+E +E 与 技赆若工质量m,速度,重力场中高度z 术 宏观动能 c·重力位能En=mg 2 工质的总能E=U+mc2+mgz 2
制 冷 原 理 与 技 术 工质的总储存能 内部储存能 外部储存能 热力学能 总能 动 能 位 能 ➢ E－总能， Ek －动能 Ep －位能 E=U+Ek +Ep (1-2) ➢ 内部储存能和外部储存能的和，即热力学能与宏观 运动动能及位能的总和 。 若工质质量m，速度cf，重力场中高度z 宏观动能 2 2 1 Ek = mc f 重力位能 E mgz p = 工质的总能 E U mc mgz = + f + 2 2 1 (1-3)
1142 比总能。·=n+2k (1-4) +力学参数c和只取决于工质在参考系中的速度和高度 制M(2能量的传递和转化 冷能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式 原 作功 理 借作功来传递能量总和物体宏观位移有关。 与“传热 技借传热来传递能量无需物体的宏观移动 术,推动功 ≯因工质在开口系统中流动而传递的功。 对开口系统进行功的计算时需要考虑这种功。 推动功只有在工质移动位置时才起作用
制 冷 原 理 与 技 术 能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式 ➢作功 借作功来传递能量总和物体宏观位移有关。 ➢传热 借传热来传递能量无需物体的宏观移动。 推动功 ➢因工质在开口系统中流动而传递的功。 对开口系统进行功的计算时需要考虑这种功。 推动功只有在工质移动位置时才起作用。 力学参数cf和z只取决于工质在参考系中的速度和高度 2.能量的传递和转化 e u c gz = + f + 2 2 1 比总能 (1-4)
制冷原理 与 技 ,图1所示为工质经管道进入气缸的过程 术 ”工质状态参数p、v、T,用pv图中点C表示 工质作用于面积A的活塞上的力为pA,工质流入气 缸时推动活塞移动距离△作功pAA=pV=mp。m表示 进入气缸的工质质量,这一份功叫做推动功。 1kg工质的推动功等于p如图中矩形面积所示
制 冷 原 理 与 技 术 图1-1a所示为工质经管道进入气缸的过程。 工质状态参数p、v、T，用p-v图中点C表示。 工质作用于面积A的活塞上的力为pA，工质流入气 缸时推动活塞移动距离 ，作功pA =pV=mpv。m表示 进入气缸的工质质量，这一份功叫做推动功。 1kg工质的推动功等于pv如图中矩形面积所示。 l l
54 制 冷 原 p2, U 理 与 图1-1b所示考察开口系统和外界之间功的交换。 技 取一开口系统,1kg工质从截面1-1流入该热力系, 术工质带入系统的推动功,作膨胀功由状态1到2,再 从截面2-2流出,带出系统的推动功为p2y A(m)=p22=pv是系统为维持工质流动所需的功, 称为流动功
制 冷 原 理 与 技 术 图1-1b所示考察开口系统和外界之间功的交换。 取一开口系统，1kg工质从截面1-1流入该热力系， 工质带入系统的推动功p1 v1，作膨胀功由状态1到2，再 从截面2-2流出，带出系统的推动功为p2 v2。 2 2 1 1 (pv) = p v − p v 是系统为维持工质流动所需的功， 称为流动功
3焓 rc焓 用符号表示,单位是焦耳(J)x >H= U+pV (1-5) 制 冷 比焓 原 >用符号h表示,单位是焦耳/千克(J/kg) (>h=u+ pv 理 3(1-6) 与 技焓是一个状态参数。 术也可以表示成另外两个独立状态参数的函数 V)或h p,T): h=f(p, Mbn2=M2=面=19)
制 冷 原 理 与 技 术 焓 ➢用符号H表示，单位是焦耳 （J） ➢H= U+pV (1-5) 比焓 ➢ h = u + pv (1-6) ➢用符号h表示，单位是焦耳/千克 （J／kg） 焓是一个状态参数。 焓也可以表示成另外两个独立状态参数的函数。 如：h=f(T,v) 或 h=f(p,T); h=f(p,v) 2 1 2 1 1 2 1 2 h h dh h h a b = = = − − − − − (1-9) 3．焓
⊙4.热力学第一定律的基本能量方程式 國C进入系统的能量离开系统的能量系统中储存能量的增加 (1-10 制 冷4.1闭口系统的能量平衡 原工质从外界吸热Q后从状态1变化到2,对外作功 理引W。若工质宏观动能和位能的变化忽略不计 与 工质储存能的增加即为热力学能的增加△U 技 5热力学第一定律的解析式 术 0-=MU=2-=Q=MU+W
制 冷 原 理 与 技 术 进入系统的能量-离开系统的能量=系统中储存能量的增加 (1-10) 4.1 闭口系统的能量平衡 4．热力学第一定律的基本能量方程式 工质从外界吸热Q后从状态1变化到2，对外作功 W。若工质宏观动能和位能的变化忽略不计，则 工质储存能的增加即为热力学能的增加ΔU Q W U U2 U1 − = = − Q = U +W (1-11) 热力学第一定律的解析式
>加给工质的热量一部分用于增加工质的热 力学能储存于工质内部,余下一部分以作功 的方式传递至外界。 对微元过程,第一定律解析式的微分形式 制冷原理与技术 ∞O=dU+oW·(12a) 对于1kg工质 q=△+w=(12b) O=u+ow(12) 式(1+12)对闭口系普遍适用,适用于可逆 过程也适用于不可逆过程,对工质性质也无 限制
制 冷 原 理 与 技 术 ➢加给工质的热量一部分用于增加工质的热 力学能储存于工质内部，余下一部分以作功 的方式传递至外界。 对微元过程，第一定律解析式的微分形式 Q = dU + W (1-12a) 对于1 kg工质， q = u + w (1-12b) q = du + w (1-12c) ➢式(1-12) 对闭口系普遍适用，适用于可逆 过程也适用于不可逆过程，对工质性质也无 限制