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1、第一章 制冷原理,第一节 制冷方法与种类,1.1制冷与低温原理的热力学基础,1.热力学第一定律,工质的总储存能,内部储存能,外部储存能,热力学能,总能,宏观动能,重力位能,若工质质量m，速度cf，重力场中高度z,推动功,能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式,2.能量的传递和转化,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U,(1-11),热力学第一定律的解析式,工质流经换热器时和外界有
2、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,1kg工质动能的增加,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,1.制冷循环的热力学分析,热力学循环,2.热力学第二定律,p、T状态下的比熵定义为,(1-33),2.热源温度不变时的逆向可逆循环 逆卡诺循环,“冷源”指需冷却的空间 “热源”则指制冷机放热的对象,1.2 制冷与低温温区的划分,1.制冷与低温温区的划分,通过123来分界温区,制冷,通过一定的方式将物体冷却到环境温度以下。,制冷的温度范 围是从环境温 度开始，一直 可达接近绝 对零度即0,2.制冷与低温技术的发展历史,(一)制冷技术的发展历史,制冷
3、在空调中的作用,1）. 空气调节,制冷和空调 的关系相互 联系又独立,3、制冷的基本应用,根据对食品处理方式不同，食品低温处理工艺可分三类：,2） 食品冷冻与冷藏,3）. 低温生物医学技术,4）. 低温电子技术,运用与超导电性有关的Meissner效应,用磁场代替油或空气作润滑剂,可以制成无磨擦轴承。 在船用推进系统中,无电力损失的超导电机已获得应用。 偏差极小的超导陀螺也已经被研制出来。 时速500km/h的低温超导磁悬浮列车已经在日本投入试验运行。,5）. 机械设计,采用红外光学镜头可以拍摄热源外形，并可以对热源进行跟踪。一些红外材料往往工作在120K以下的低温下，使得热源遥感信号更为清晰
4、，为了拍摄高灵敏度的信号往往需要更低的温度。,一般红外卫星需要70-120K的低温，往往通过斯特林制冷机、脉冲管制冷机、辐射制冷器来实现。 空间远红外观测则需要2K以下的温度，往往通过超流氦的冷却技术来实现。,6）. 红外遥感技术,炼钢时氧起到某些重要的作用。 制取氨时也用到低温系统。 压力容器加工时,将预成形的圆柱体放在冷却到液氮温度的模具中,在容器中充入高压氮气,让其扩胀15%,然后容器被从模具中移开并恢复到室温。使用这个方法,材料的屈服强度能增加4至5倍。,7）. 加工过程,目前低温技术是回收钢结构轮胎中橡胶的唯一有效的方法，这种方法采用了低温粉碎技术。,利用材料在低温状态下的冷脆性能，对物料进行粉粹。,低温粉碎技术,材料温度降低到一定程度，材料内部原子间距显著减小，结合紧密的原子无退让余地，吸收外力使其变形的能力很差，失去弹性而显示脆性。,8）. 材料回收,所有大型的发射的飞行器均使用液氧作氧化剂。 宇宙飞船的推进也使用液氧和液氢。 观察研究大型粒子加速器产生的粒子的氢泡室要用到液氢。,9）. 火箭推力系统与高能物理,LHC-CERN 27km超导磁体 过冷态超流氦冷却,