§4.7焦耳-湯姆遜效應(yīng)與制冷機(jī)

§4.7.1制冷循環(huán)與制冷系數(shù)(一)制冷循環(huán)前面討論過(guò)p–V圖上順時(shí)針循環(huán)(熱機(jī))的熱力學(xué)過(guò)程?，F(xiàn)在討論逆時(shí)針循環(huán)(致冷機(jī))的熱力學(xué)過(guò)程。如下圖。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)后，從較低溫?zé)嵩慈∽吡艘痪植繜崃總鞯捷^高溫?zé)嵩慈?。這正是制冷機(jī)的原理。1整理課件制冷系數(shù)

為了能對(duì)制冷機(jī)的性能作出比較，需對(duì)制冷機(jī)效率作出定義:在制冷機(jī)中人們關(guān)心的是從低溫?zé)嵩次叩目偀崃浚黁2｜，其代價(jià)是外界必須對(duì)制冷機(jī)作功W，故定義(二)制冷系數(shù)另外,因?yàn)?/p>

冷的數(shù)值可以大于1，故不稱為制冷機(jī)效率而稱為制冷系數(shù)。為什么W=｜Q1｜-｜Q2｜?2整理課件(三)可逆卡諾制冷機(jī)的制冷系數(shù)圖示2-1-4-3-1的逆時(shí)針循環(huán)是可逆卡諾制冷機(jī)循環(huán)。它在溫度T1

等溫壓縮放熱Q1

,在溫度T2(T2<T1)

等溫膨脹吸熱Q2,,

還各有一個(gè)絕熱壓縮、絕熱膨脹過(guò)程。3整理課件可以看到，制冷溫度越低，制冷系數(shù)也越小。假設(shè)為絕對(duì)零度，那么制冷系數(shù)為零。其制冷系數(shù)為可逆卡諾制冷機(jī)的制冷系數(shù)。4整理課件§4.7.2焦耳-湯姆遜效應(yīng)

使物體溫度降低的常用方法有以下五種：①

通過(guò)溫度更低的物體來(lái)冷卻；②

通過(guò)吸收潛熱(如汽化熱、吸附熱、溶解熱、稀釋熱等)來(lái)降溫；③

通過(guò)絕熱膨脹降溫；④

溫差電致冷；⑤

節(jié)流膨脹致冷。

5整理課件

大多數(shù)制冷機(jī)都是通過(guò)〔工作媒質(zhì)〕氣體液化來(lái)獲得低溫?zé)嵩?，通過(guò)液化工質(zhì)的蒸發(fā)吸熱來(lái)提供制冷量的。

氣態(tài)工質(zhì)降溫后能以液態(tài)出現(xiàn)的有效手段是節(jié)流效應(yīng)。本節(jié)中專門介紹焦耳-湯姆遜效應(yīng),也稱節(jié)流效應(yīng)。以下圖為焦耳-湯姆遜實(shí)驗(yàn)示意圖。6整理課件

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這時(shí)在多孔塞兩邊的氣體的溫度一般并不相等，溫度差的大小和氣體種類及多孔塞兩邊的壓強(qiáng)的數(shù)值有關(guān)。高壓低壓多孔塞7整理課件

目前在工業(yè)上是使氣體通過(guò)節(jié)流閥或毛細(xì)管來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)流膨脹的。

絕熱條件下，高壓氣體經(jīng)過(guò)多孔塞、小孔、通徑很小的閥門、毛細(xì)管等流到低壓一邊的穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程稱為節(jié)流過(guò)程。高壓低壓多孔塞8整理課件下面討論多孔塞實(shí)驗(yàn),如下圖。兩端開(kāi)口的絕熱氣缸中心有多孔塞，多孔塞兩側(cè)維持不同壓強(qiáng)p1p2。圖〔a〕是節(jié)流前多孔塞左邊的活塞尚未運(yùn)動(dòng)時(shí)氣體的熱力學(xué)狀態(tài)〔初態(tài)〕。圖〔b〕是活塞將氣體全部壓到多孔塞右邊時(shí)氣體的狀態(tài)〔末態(tài)〕。顯然,氣體在中間經(jīng)歷的都是非平衡態(tài)?！矠槭裁?〕9整理課件.以活塞左邊氣體為研究對(duì)象，當(dāng)氣體全部穿過(guò)多孔塞以后，它的狀態(tài)參量從V1變?yōu)閂2，p1變?yōu)閜2

,T1變?yōu)門2

。設(shè)氣體都在左邊時(shí)的內(nèi)能為U1

，氣體都在右邊時(shí)的內(nèi)能為U2

。氣體穿過(guò)多孔塞過(guò)程中，左邊活塞對(duì)氣體作功

氣體推動(dòng)右邊活塞作功10整理課件理想氣體在節(jié)流過(guò)程前后的溫度都不變。為什么?但是一般氣體在常溫下節(jié)流會(huì)致冷。低溫工程利用節(jié)流致冷效應(yīng)來(lái)降低溫度。但對(duì)于氫氣、氦氣，在常溫下節(jié)流后溫度反而升高，稱為負(fù)節(jié)流效應(yīng)。它們只有在足夠低溫度下才呈現(xiàn)正節(jié)流效應(yīng)。外界對(duì)定量氣體所作的凈功為注意到絕熱過(guò)程Q=0，那么由第一定律絕熱節(jié)流過(guò)程前后的焓不變。11整理課件

用以研究節(jié)流過(guò)程的等焓線12整理課件§4.7.3氣體壓縮式制冷機(jī)

氣體制冷工質(zhì)先后經(jīng)壓縮、冷卻、節(jié)流膨脹等手段，最后制得低溫液體的制冷機(jī)稱為氣體壓縮式制冷機(jī)。它分為如下兩種：(1)

蒸汽壓縮式制冷機(jī);(2)深度冷凍制冷機(jī)。13整理課件(一)

蒸汽壓縮式制冷機(jī)

氣體被壓縮、冷卻到室溫后就能完全變?yōu)橐后w,然后通過(guò)節(jié)流膨脹降低溫度的制冷機(jī)稱為蒸汽壓縮式制冷機(jī)。

如冷庫(kù)、冰箱與空調(diào)用的