（二）热交换设备
制冷系统的热交换设备主要是冷凝 器和蒸发器，它们是制冷剂与外部热源 介质之间发生热交换的设备。
⒈ 冷凝器
用冷凝器将制冷剂从低温热源吸收的热量及 压缩后增加的热焓排放到高温热源。 空气冷却式 冷凝器按冷却方式
水冷式
蒸发冷却式 自然对流空气冷 却式冷凝器 强制对流空气冷 却式冷凝器
空气冷却式冷凝器中 根据管外空气流动方式
图2-31 蒸发式冷凝器结构原理
⒉ 蒸发器
蒸发器是制冷机中的冷量输出 设备。制冷剂在蒸发器中蒸发， 吸收低温热源介质（水或空气） 的热量，达到制冷的目的。
空气自然对流时 多采用光盘管结构
冷却空气的蒸发器
空气强制对流时 采用翅片管结构 冷却液体（水或其它液 体载冷剂）的蒸发器 壳管式 沉没式
图2-32 卧式满液式蒸发器结构
图2-27 自然对流空气冷却式冷凝器
1-肋片 2-传热管 3-上封板 4-左端板 5-进气集管 6-弯头 7-出液集管 8-下封板 9-前封板 10-通风机 11-装配螺钉
图2-28 空气强制对流冷凝器
图2-29 氨卧式壳管式冷凝器
图2-30 氟利昂套管式冷凝器
1-通风机 2-挡水栅 3-传热管组 4-水泵 5-滤网 6-补水阀 7-喷水嘴
热力学第二定律涉及的温度为热力学温度(K) T=273.16+t (1-29) 熵是热力学状态参数，是判别实际过程的方 向，提供过程能否实现、是否可逆的-30)
qrev是可逆过程的换热量，T为热源温度
可逆过程1-2的熵增
s s 2 s1 ds
（一）简单单级蒸气压缩式制冷 的理论循环计算
单级理论循环是建立在以下一些假设的基 础上的： （1）压缩过程为等熵过程，即在压缩 过程中不存在任何不可逆损失
（2）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂 的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发 温度等于被冷却介质的温度，且冷凝温 度和蒸发温度都是定值
（3）离开蒸发器和进入压缩机的制冷 剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷 凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的 饱和液体 （4）制冷剂在管道内流动时，没有 流动阻力损失，忽略动能变化，除了蒸 发器和冷凝器内的管子外，制冷剂与管 外介质之间没有热交换 （5）制冷剂在流过节流装置时，流速 变化很小，可以忽略不计，且与外界环境 没有热交换
3．焓 焓 用符号H表示，单位是焦耳 （J） H= U+pV （内能+推动功） (1-5)
比焓 用符号h表示，单位是焦耳/千克 （J／kg） h u pv (1-6) 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 (1-9) h h dh h h
(1-3)
比总能
eu
1 2 c f gz 2
(1-4)
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 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。
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 。 E－总能， Ek －动能 Ep －位能 E=U+Ek+Ep (1-2)
若工质质量m，速度cf，重力场中高度z
宏观动能
Ek 1 mc 2 f 2 E U
重力位能
1 mc 2 f mgz 2
E p mgz
工质的总能
Q W U U 2 U1
Q U W
(1-11)
图1-5 换热器能量平衡
图1-6 喷管能量转换
工质流经换热器时和外 界有热量交换而无功的 交换，动能差和位能差 也可忽略不计 1kg的工质吸热量
工质流经喷管和扩压 管时不对设备作功 ， 热量交换可忽略不计 1kg工质动能的增加 1 2 (c f 2 c 2 f 1 ) h1 h2 2
1 2 2
q rev
T
1
克劳修斯积分

q rev
T
=0 ＜0 ＞0
可逆循环 不可逆循环 不可能实行的循环
p、T状态下的比熵定义为
s p、T s p0、T0
p、T
q
T
p0、T0
(1-33)
2.热源温度不变时的逆向可逆循环 ——逆卡诺循环 当高温热源和低温热源随着过程的进行温度 不变时，具有两个可逆的等温过程和两个等 熵过程组成的逆向循环。 在相同温度范围内，它是消耗功最小的循 环，即热力学效率最高的制冷循环，因为它 没有任何不可逆损失。
1a 2 1b2

1
2
1
4．热力学第一定律的基本能量方程式
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
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Δ U
热力学第一定律的解析式
热力学能和总能
热力学能 用符号U表示，单位是焦耳 （J） 比热力学能 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） 热力状态的单值函数。
热力学能
状态参数，与路径无关。 两个独立状态参数的函数 。
内部储存能 总能 外部储存能
热力学能 动 能 位 能
工质的总储存能
q h2 h1
2.热力学第二定律
热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高 温物体 研究与热现象相关的各种过程进行的方向、条 件及限度的定律
1.制冷循环的热力学分析
热力学循环 正向循环 逆向循环 热能转化为机械功 消耗功
理想循环 循环除了一二个不可避免的不可逆过程外其 余均为可逆过程。可逆循环是理想循环。
图2-33 干式壳管蒸发器
图2-34 空气强制对流的蒸发器及其肋片管型式 a) 蒸发器 b) 绕片管 c) 套片管 1-传热管 2-肋片 3-挡板 4-通风机 5-集气管 6-分液器
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
1.热力学第一定律 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。