制冷人的基本功:熱力學(xué)參數(shù)
工質(zhì)不斷地進(jìn)行著熱力狀態(tài)變化。描述工質(zhì)所處熱力狀態(tài)的物理量稱為工質(zhì)的熱力狀態(tài)參數(shù),簡(jiǎn)稱狀態(tài)參數(shù)。一定的狀態(tài),其狀態(tài)參數(shù)有確定的數(shù)值。工質(zhì)狀態(tài)變化時(shí),初、終狀態(tài)參數(shù)之間的差值,僅與初、終狀態(tài)有關(guān),而與狀態(tài)變化的過(guò)程無(wú)關(guān)。
制冷技術(shù)中常見(jiàn)的狀態(tài)參數(shù)有:溫度、壓力、比容、內(nèi)能、焓與熵等。這些參數(shù)對(duì)于進(jìn)行制冷循環(huán)的分析和熱力計(jì)算,都是非常重要的。
一、溫度:溫度是描述熱力系統(tǒng)冷熱狀態(tài)的物理量,是標(biāo)志物體冷熱程度的參數(shù)。
物體的溫度可采用測(cè)溫儀表來(lái)測(cè)定。為了使溫度的測(cè)量準(zhǔn)確一致,就要有一個(gè)衡量溫度的標(biāo)尺,簡(jiǎn)稱溫標(biāo),工程上常用的溫標(biāo)有:攝氏溫標(biāo):又叫國(guó)際百度溫標(biāo),常用符號(hào)t表示,單位為℃。
絕對(duì)溫標(biāo):常用符號(hào)T表示,單位為開(kāi)爾文(代號(hào)為K)。
絕對(duì)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)僅是起點(diǎn)不同而已(t=0℃時(shí),T=273.16K),它們每度的溫度間隔確是一致的。在工程上其關(guān)系可表示為:T=273+t(K)
二、壓力:壓力是單位面積上所承受的垂直作用力,常用符號(hào)P表示。
壓力可用壓力表來(lái)測(cè)定。在國(guó)際單位制中,壓力單位為帕斯卡(Pa),實(shí)際應(yīng)用時(shí)
也可用兆帕斯卡(MPa)或巴(bar)表示,1MPa=106Pa而1bar=105 Pa。
壓力的標(biāo)記有絕對(duì)壓力、表壓力和真空度三種情況。絕對(duì)壓力是指容器中氣體的實(shí)際壓力,用符號(hào)P表示;表壓力(PB)是指壓力表(或真空表)所指示的壓力;而當(dāng)氣體的絕對(duì)壓力比大氣壓力(B)還低時(shí),容器內(nèi)的絕對(duì)壓力比大氣壓力低的數(shù)值,稱為真空度(PK)。三者之間的關(guān)系是:P=PB+B或P=B-PK
作為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)應(yīng)該是絕對(duì)壓力,而不是表壓力或真空度。
三、比容:比容是指單位質(zhì)量工質(zhì)所占有的容積,用符號(hào)υ表示。
比容是說(shuō)明工質(zhì)分子之間密集程度的一個(gè)物理量。比容的倒數(shù)為工質(zhì)的密度,即單位容積工質(zhì)所具有的質(zhì)量,用符號(hào)ρ表示。比容和密度之間互為倒數(shù)關(guān)系。
四、內(nèi)能:內(nèi)能是工質(zhì)內(nèi)部所具有的分子動(dòng)能和分子位能的總和,用符號(hào)u表示。
分子動(dòng)能包括分子的直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)能、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子內(nèi)部振動(dòng)能三項(xiàng),其大小
與氣體的溫度有關(guān)。而分子位能的大小與分子間的距離有關(guān),亦即與工質(zhì)的比容有關(guān)。
既然氣體的內(nèi)動(dòng)能決定于氣體的溫度、內(nèi)位能決定于氣體的比容,所以氣體的內(nèi)能是其溫度和比容的函數(shù)。也就是說(shuō)內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。
五、焓:焓是一個(gè)復(fù)合的熱力狀態(tài)參數(shù),表征系統(tǒng)中所有的總能量,它是內(nèi)能與壓力之和。對(duì)1kg工質(zhì)而言,可表示為:
h=u+Pυ (kJ/kg)或(kcal/kg)
式中:h— 焓或稱比焓(kJ/kg或kcal/kg): υ— 比容(m3/kg)
u— 內(nèi)能(kJ/kg或kcal/kg): p— 絕對(duì)壓力(N/m2或[wqp1] [wqp2] Pa)
在工程單位制中,壓力單位常用工程氣壓、物理大氣壓和毫米水柱等單位。
由于內(nèi)能和壓力位能都是溫度的參數(shù),所以焓也是狀態(tài)參數(shù)。確切地說(shuō),焓是一定質(zhì)量的流體,從某一初始狀態(tài)變?yōu)槿我粺崃顟B(tài)所加入的總熱量。
六、熵:熵是一個(gè)導(dǎo)出的熱力狀態(tài)參數(shù),熵的中文意義是熱量被溫度除所得的商,熵的外文原名意義是“轉(zhuǎn)變”,指熱量可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ某潭,它表征工質(zhì)狀態(tài)變化時(shí),與外界熱交換的程度。熵是通過(guò)其他可以直接測(cè)量的數(shù)量間接計(jì)算出來(lái)的。