第二章 制冷原理与制冷剂

第一节 基本知识

一、基本热力学参数

1．温度 温度是描述制冷系统冷热状况的物理量。国际单位制（SI）规定热力学温标，符号用T表示，单位代号为K（Kelvin），中文代号为开；摄氏温标的1℃与热力学温标的1K相同。它们之间的换算关系为：

t = T-273.15

2．压强 压强1的宏观定义式为：

式中：F——容器壁受到的力，N；

f——容器壁的总面积，m²。

国际单位制规定压强的单位为帕斯卡（Pa），即1Pa=1N/m²。

工程上还曾采用其他压强单位，如巴（bar）、标准大气压（atm）、工程大气压（at）、毫米水柱（mmH₂O）和毫米汞柱（mmHg）等单位。

（1）相对压强与绝对压强。压强计指示的压强是气体的绝对压强与外界大气压强的差值，称为相对压强。

图2-1 各压强间的关系

由于大气压强随地理位置及气候条件等因素而变化，因此，绝对压强相同的工质，在不同的大气压强条件下，压强表指示的相对压强并不相同。绝对压强才是状态参数。

绝对压强小于外界大气压强，相对压强为负压，又称为真空度；绝对压强大于外界大气压强，相对压强为正压，又称为表压。如果气体的绝对压强与大气压强相等，相对压强便为零。

（2）绝对压强与相对压强和大气压强之间的关系，如图2-1所示。

当p>；B时：

p=B＋p_g

当p<；B时：

p=B-H

式中：B——当地大气压强，Pa；

p_g——高于当地大气压强时的相对压强，又称为表压，Pa；

H——低于当地大气压强时的相对压强，又称为真空度，Pa。

3．比体积和密度 制冷剂所占有的空间称为制冷剂的容积，单位质量制冷剂所占有的容积称为制冷剂的比体积，如制冷剂的容积为V，质量为m，那么比体积则为：

式中：v——制冷剂比体积，m³/kg。

单位容积制冷剂所具有的质量，称为制冷剂的密度。即：

式中：ρ——制冷剂密度，kg/m³。

显然，制冷剂的比体积与密度互为倒数。即：

ρ×v=1

从上式可知，比体积与密度不是两个独立的状态参数，如两者知其一，则另一个也就确定了。

二、基本概念

1．平衡状态 系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力学性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热和力的平衡，这时系统的状态称为平衡状态。要使系统达到平衡，系统内部及相联系的外界参数，如温度、压强等都必须相等。

2.饱和状态、饱和温度和饱和压强 制冷剂在封闭容器内的蒸发过程中，随着蒸发的进行，气相空间蒸气分子的浓度不断增大，返回液体的分子也不断增多，当汽化分子数和凝结分子数处于动态平衡时，宏观上蒸发现象将停止。这种汽化和凝结的动态平衡状况称为饱和状态。饱和状态的压强称为饱和压强，温度称为饱和温度。饱和温度和饱和压强之间存在单值的对应关系。

3．湿蒸气和干饱和蒸气 某一饱和温度下的饱和液体继续加热，开始沸腾，在定温下产生蒸气而形成饱和液体和饱和蒸气的混合物，该混合物称为湿蒸气。将湿蒸气继续加热，直至饱和液体全部变为蒸气，这时的蒸气称为干饱和蒸气。

4．比潜热 指1kg饱和液体制冷剂转变为同温度的干饱和蒸气所吸收的汽化热量，其单位为kJ/kg。

5．过冷液体和过冷度 将某一饱和压强下的饱和液体继续冷却，使其温度低于该饱和压强下的饱和温度，这一现象称为过冷，此时该液体为过冷液体。其饱和温度与液体温度之差称为过冷度。

6．过热气体和过热度 干饱和蒸气再继续加热时，蒸气温度自饱和温度起继续升高，比体积增大而压强不变，这一现象称为过热。这时，蒸气的温度已经超过相应压强下的饱和温度，称为过热气体。其蒸气温度与饱和温度之差称为过热度。

三、各种热物理参数间的单位换算

在描述制冷过程和评价制冷系统性能时，除了使用一些热物理参数外，还要进行热物理参数间的简单计算。但是，国际上使用的热物理参数单位有国际制单位、英制单位和工程制单位，因此有必要介绍制冷循环过程主要热物理参数单位间的换算关系（表2-1）。

表2-1 主要热物理参数单位换算表