热力学基础

2015年10月9日08:00:00 评论 19,319 2385字阅读7分57秒

热力学基础知识

一、工质和介质

所谓工质,就是工作的物质,在制冷技术中制冷剂被称为工质。

在制冷技术中凡是可以传递热量、冷量的物质称为介质,常见的介质有空气和水。

二、温度和温标

温度反映了物体的冷热程度,是物体分子热运动平均动能的标志。

测量温度的标尺为温标,常用的温标有摄氏温标、华氏温标和绝对温标。其中绝对温标为国际单位制温标。

1.摄氏温标

标准大气压下,纯水制成的冰的熔点为0℃,纯水的沸点为100℃。从冰的熔点到水的沸点之间分成100等份,每一等份间隔为1deg(度),即1℃。摄氏温度用“t”表示,单位符号用“℃”表示。我国日常生活所讲的温度均为摄氏温标。

2.华氏温标

在标准大气压下,纯水制成的冰的熔点是32°F,水的沸点是212°F。从冰的熔点至水的沸点之间划分成180等份,每一等份间隔为1deg(度),即1°F。华氏温度用“t”表示,华氏温标的单位符号用“°F”表示。英国、美国等国家使用华氏温标。

3.绝对温标

绝对温标又称热力学温度,通常在制冷工程计算中使用。标准大气压把纯水制成的冰的熔点温度定为273.15K,纯水沸腾的温度定为373.15K。从冰的熔点到水的沸点之间分成100等份,每一等份间隔为1deg(度),即1K。绝对温度用“T”表示,单位符号用“K”表示。摄氏温标、华氏温标、绝对温标三种温标间的换算关系是:摄氏温度(℃)=5/9(华氏温度32);绝对温度(K)=摄氏温度+273。

三、压强与压力

1.压强

单位面积所受到的压力为压强,用“P”表示,单位有帕斯卡(简称帕,用“Pa”表示)、兆帕(用“MPa”表示)、标准大气压等。

2.压力

物体表面所受的垂直作用力称为压力,用“F”表示。压力又包括标准大气压力、绝对压力、表压力三种。

(1)大气压力

大气压力是指在地球45°纬度、气温为0℃时,空气对海平面的作用力,其值约为0.1MPa。

(2)绝对压力

绝对压力是把绝对真空状态下作为0值,标准大气压作为1值,筒体内壁实际受到的压力称为绝对压力。

(3)表压力

标准大气压力下作为0值,高于标准大气压力时为正压,低于标准大气压力时为负压。压力表指示的压力称为表压力。表压力的单位为MPa,兆帕制压力表指示“1”,应读作1MPa。

上述三种压力之间的关系是:绝对压力=表压力+大气压力≈表压力+1。

四、饱和温度和饱和压力

液体沸腾时所维持不变的温度称为在某压力下的饱和温度,而与饱和温度相对应的某一压力称为该项温度的饱和压力。

物体的饱和温度和压力都是随着对应的压力表和温度增大而升高,一定的饱和温度对应着一定不变的饱和压力。比如,水在平原地区(即一个大气压力下)的沸点是 100℃,而高原地区因环境压力相对减小,水的沸点也相对下降。再如制冷剂R12在1个标准大压下沸点是29.8℃,5个大气压下沸点是15℃。

五、物质的三状态

自然界的物体都是由大量的分子组成的。分子间有的表现为互相排斥,有的表现为互相吸引。因此,在不同的分子间的吸引力和排斥力作用下,物质分成固态、液态、气态三种状态。虽然物质三种状态的表现形式不同,但在压力和温度变化到一定程度时,物质的状态就会发生变化。比如,水在一个标准大气压下,温度在 0~99℃时为液态,当加热到100℃后就会变成气态(水蒸气)。再比如,制冷剂R12在标准大气压下,并且温度超过29.8℃后成为气态,在 5.008 个大气压下温度达到 10℃时仍为液态。根据这一规律,我们就可以根据需要改变物质的状态。电冰箱制冷就是利用这个规律,人为改变制冷剂途经管路的压力,来改变制冷剂的沸点,实现制冷剂的液态-气态相互转换,若将制冷剂汽化(吸热)的装置(蒸发器)设置在箱内,制冷剂液化散热的装置(冷凝器)设置在箱外,就可降低箱内的温度。

六、汽化和凝结

1.汽化

物质从液态转变为气态的过程叫汽化,汽化有蒸发和沸腾两种方法。

(1)蒸发

在任何温度下,液体表面发生的汽化现象叫蒸发,蒸发过程是一个吸热的过程。

(2)沸腾

液体在一定压力下,被加热到某一温度时,液体内部产生大量气泡,气泡上升到液体表面破裂而沸腾。液体在一定压力下沸腾时的温度叫沸点。同一物质的沸点与压力成正比,不同物质的沸点不同。电冰箱采用沸点低的工质作为制冷剂。

2.凝结

当蒸气在一定压力下冷却到一定温度时,它就会由气态转变为液态。这种冷却过程称为凝结。冬天玻璃窗上水珠就是水蒸气遇冷降温后凝结为水。电冰箱的冷凝器就是使制冷剂散热降温而冷却为液态。

七、热传递

热传递不但在冷热不同的物体中进行,而且也在同一物体中冷热程度不同的部位进行。热传递有传导、对流、辐射三种方式。

1.传导

在受热不均匀的物体中,通过分子运动,将较热一端的热能传送至较冷的一端。

2.对流

对流分自然对流和强制对流两种。液体或气体因本身分子的相对密度变化而形成的对流称为自然对流。在压力的作用下使液体或气体的流速加快形成的对流称为强制对流。间冷式电冰箱是通过风扇的旋转使冷冻室、冷藏室的空气形成对流,利用冷冻室蒸发器将箱内流动的热气吸收,实现了制冷,即采用强制对流制冷。

3.辐射

自然界中的一切物体,只要温度在绝对零度(即0K)以上,都以电磁波的形式时刻不停地向外传送热量,这种传送能量的方式称为辐射。温度越高,辐射越强。电冰箱冷凝器的散热就采用了辐射方式。


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