4.2　低温制冷技术基础概念

（1）温度

温度是度量物体冷热程度的量，是物体内分子热运动平均动能的表现。温度的度量有不同的温标，常用温标有国际温标（即热力学温度）、摄氏温标（摄氏温度）和华氏温标。国际温标也称开尔文，为纪念W.T.L.Kelvin而命名，简称开氏温标，常以符号T表示，单位为K；摄氏温标，常以符号t表示，单位℃，为纪念A.Celsius而命名。华氏温标在欧洲使用，国内不常用。

开氏温标和摄氏温标之间关系：

（4-1）

式中　T——开氏温标，K；

        t——摄氏温标，℃；

（2）表压与绝对压力

制冷技术中所测量的压力是介质压强与大气压之间的差值，压力表指示压力与绝对压力的关系：

（4-2）

式中　p绝——实际压力，MPa；

        p表——压力表指示压力，MPa。

（3）比容与密度

比容：单位质量物质占有的容积，称为比容。即υ=V/m，单位为m3/kg；

密度：单位容积物质所具有的质量，称为密度。即ρ=m/V，单位为kg/m3。

（4）热量

热量：表示物体吸热和放热多少的物理量，称为热量。

以Q表示，单位kcal、kJ。

（5）比热容及热容量

比热容：单位质量的物质，温度升高或降低1度（1K或1℃）所吸收或放出的热量，单位kJ/（kg·K）或kcal/（kg·K）。

气体比热容分两种：定容比热容，以CV表示；

定压比热容，以Cp表示。

定容比热容：1m3（标准状态）气体[0℃，压力为标准大气压（101325Pa）]，当气体每升高或降低1K时，所吸收或放出的热量，单位kJ/（m3·K）。

定压比热容：质量为1kg的气体，在压力保持不变的条件下，升高或降低1K时，吸收或放出的热量，单位kJ/（kg·K）。

热容量：物体温度升高或降低1度（1K或1℃）所吸收或放出的热量。以q表示，单位kJ或kcal。

热容量计算公式如下：

（4-3）

（6）汽化与凝结

汽化：液态物质吸热后，由液态变成气态的过程称为汽化。

汽化有两种形式：蒸发与沸腾。蒸发是液体表面汽化的过程，沸腾是液体表面及内部同时汽化的过程。

蒸发与沸腾均是液体吸热变成气态的汽化过程，两者本质相同，但又有差异，蒸发可以在任意温度下进行，而沸腾只能在一定温度下进行，液体在某一压力下沸腾，沸腾时的温度即为该压力下的饱和温度（在大气压下的饱和温度称为沸点）。

凝结：蒸气在一定压力下冷却，放出热量变成液体的过程。

（7）饱和温度和饱和压力

某种液体在密闭容器中，温度保持不变，容器中液体蒸发产生的压力亦保持不变，此时蒸气达到了饱和状态。在饱和状态下，蒸发仍在进行，只是蒸发出的分子与返回液面的分子达到了动态平衡。

此时，液体称为饱和液体，蒸气称为饱和蒸气。此时液体的温度叫作饱和温度，压力称为此温度下的饱和压力或饱和蒸气压。

如：水在一标准大气压下，饱和温度是100℃；

氨在一标准大气压下，饱和温度是-33.4℃；

氟利昂R12在一标准大气压下，饱和温度是-29.8℃。

（8）过热蒸气

具有一定压力和温度的蒸气，当其温度高于其压力所对应的饱和温度时，称该蒸气为过热蒸气。

（9）过冷液体

具有一定压力和温度的液体，当其温度低于其压力所对应的饱和温度时，称该液体为过冷液体。

如在一标准大气压下、低于100℃的水，就是过冷液体。

（10）汽化潜热及凝结热

在饱和状态下，单位质量液体全部汽化为同温度的蒸气时，所吸收的热量称为液体的汽化潜热，通常以r表示，单位为kJ/kg。例如，在大气压下1kg液氨汽化时要吸收1370kJ的热量，则氨的汽化潜热为1370kJ/kg；1kg氟利昂R12汽化时要吸收167.5kJ的热量，则R12的汽化潜热为167.5kJ/kg。

凝结是汽化的相反过程，蒸气凝结为同温的液体所放出的热量，称为凝结热，凝结热与潜热在量值上相等。

制冷技术中，均是利用液体汽化潜热来制冷，制冷剂蒸发时需要大量的热量，此热量来自于同周围物质换热，使其降温。

（11）焓

焓表征工质在不同状态下所具有的能量，是描述工质对外做功能力的参数；一般用H表示，单位为J。

（4-4）

式中　U——工质内能；

        p——工质压力；

        V——工质体积。

（12）熵

熵是一个热力学状态参数，它从热力学理论的数学分析中得出，以数学式给以定义，即

（4-5）

式中　dq——1kg工质自外界吸入的热量；

        T——传热时工质的热力学温度；

        ds——即此微元过程中1千克工质熵的变量。

（13）压焓图

压力（p）和焓（h）都是独立的状态参数，两个参数可以一起组成p-h平面坐标图。在压焓坐标图（简称压焓图）上，工质的任一平衡态可用一点表示，任意一准平衡过程可用一连续曲线p=f（h）表示，如图4-1所示。

在制冷循环计算中广泛采用压焓图（p-h图或lgp-h图），它的横坐标表示焓值，纵坐标表示压力或其对数值。

在压焓图上除了饱和曲线外，还绘有制冷工质的等温线、等熵线、等容线及等干度线等。采用压焓图来表示蒸气制冷机循环十分方便，这是因为在压焓图上蒸发过程、冷却冷凝过程以及节流过程都可用直线表示，而且循环的单位容积制冷量qV，单位功w0以及单位冷凝放热量qk都可用平行于坐标横轴的线段长度来表示。

（14）温熵图

温度（T）和熵（s）都是独立的状态参数，两个参数可以一起组成T-s平面坐标图。在温熵坐标图（简称温熵图）上，工质的任一平衡态可用一点表示，任意一准平衡过程可用一连续曲线T=f（s）表示，与压焓图类似，如图4-2所示。

在T-s图中，过程曲线下的面积代表可逆过程中工质吸收或放出的热量。