意义不大，这里不在赘述。
4.制冷装置
在热力工程领域内，除了各种热能动力装置外，还有一类重要的热力装置，它用于实现由温度较低的物体吸出热量而放给温度较高的自然环境，从而使物体的温度降低到环境温度以下并维持其温度为低温，称为制冷装置。这里所说的制冷是相对于环境温度而言的。一桶开水置于空气中，逐渐冷却成常温水，这一过程是自发地传热降温，不是制冷。只有用一定的方式将水冷却到环境温度以下，才可称为制冷。
制冷装置中使用的工作介质称为制冷剂，制冷剂在制冷机中循环流动，不断地与外界发生能量交换，即不断地从被冷却对象中吸取热量，向环境介质排放热量，制冷剂的状态发生变化，这种综合过程称为制冷循环。为了实现制冷循环，必须消耗能量，该能量可以是机械能、电能、热能、太阳能及其它形式的能量。
制冷方法可分为输入功实现制冷和输入热量实现制冷，电冰箱、空调器等都是输入功实现制冷。
制冷机从低温热源吸热，向高温热源放热，制冷机消耗功，如图 6所示，这是一个逆卡诺循环， 或称逆向循环（卡诺循环是从高温热源吸热，向低温热源放热)。逆向循环不仅可以用来制冷，还可以把热能释放给某物体或空间，使之温度升高。作为后一种逆向循环系统称为热泵。制冷机和热泵在热力学上并无区别，因为他们的工作循环都是逆向循环，区剧仅在于使用目的。逆向循环具有从低温热源吸热、向高温热源放热的特点。当使用目的是从低温热源吸收热量时，系统称为制冷机，如电冰箱；当使用目的是向高温热源释放热量时，系统称为热泵。在许多场合，同一台机器在一些时候作制冷机用，在另一些时候作热泵用，如空调器，夏季冷却，冬季加热。
图6 制冷剂示意图
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制冷装置根据所用工质不同可分为空气压缩制冷装置和蒸汽压缩制冷装置。 蒸汽压缩制冷装置是最常用的一种制冷设备。其工质是氟里昂或氨等。图7为蒸汽压缩制冷装置简图。
图7 蒸汽压缩制冷装置
工质的低压蒸汽先在压缩机中被压缩而提高压力温度，然后工质被送往冷凝器，在冷凝器中，工质向冷却水放热而凝结成高压的液体。最后让液态工质通过节流阀节流降压而使其温度降到所需的低温。当把低温工质送入蒸发器中吸热汽化时，就可以在蒸发器周围的冷藏库中造成低温，以利用来冷冻制冰或生产低温介质。吸热后，工质汽化而成为低压蒸汽并从蒸发器流出。于是工质的低压蒸汽又被送住压缩机压缩升压，重复上述循环过程。
电冰箱：压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器。制冷剂（常用R12）经压缩机送到冷凝器内，冷凝成液体后经毛细管节流进入箱体内的蒸发器中，吸收箱内的热量，蒸发成低压气体，然后再回到压缩机内，完成一个循环。
空调器：压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器、风机、控制器。空调器可分为窗式、立柜式、分体式多种。分体式空调是将压缩机、冷凝器等组装成冷凝机组置于室外，将蒸发器、风机与控制元件等构成冷风箱置于室内。这种空调的优点是嗓声低、散热好、外形美观。
四、实验报告
1．简述各种热力设备的工作原理和基本结构，画出设备简图。 2．简述各种热力设备中工质的循环过程。 3．热力设备是否都需要用工质才能工作，为什么? 4．上述热力设备常用于什么用途？
5．指出设备与装置中实现热能与机械能相互转化的。
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二、气体定压比热容的测定
（时间：第12周周四3、4节；地点：工科D511）
一、实验目的
1．掌握气体比热容测定装置的基本原理，了解辐射屏蔽绝热方法的基本思路； 2．进一步熟悉温度、压力和流量的测量方法；
3．测定空气的定压比热容，并与文献中提供的数据进行比较。
二、实验原理
按定压比热容的定义， cp??qpdT
?qp?cp?dT
T2 Qp?mcp?dT
T1?气体定压比热容的积分平均值：
cpm?Qpm(T2?T1)?Qpm?T （1）
式中，Qp是气体在定压流动过程中由温度T1被加热到T2时所吸收的热量（W），m是气体的质量流量（kg/s），△T是气体定压流动受热的温升（K）。这样，如果我们能准确的测出气体的定压温升△T，质量流量m和加热量Q，就可以求得气体的定压比热容cpm。
在温度变化范围不太大的条件下，气体的定压比热容可以表示为温度的线性函数，即
cp?a?bT
1T?不难证明，温度T1至T2之间的平均比热容，在数值上等于平均温度m2?T1?T2?下
气体的真实比热容，即
?T?T2?Cpm?Cp?1??a?bTm2 ??（2）
据此，改变T1或T2，就可以测出不同平均温度下的比热容，从而求得比热容与温度的关系。
三、实验设备
实验所用的设备和仪器主要有风机、流量计、比热仪主体、调压变压器、温度计等。实验时，被测气体由风机经流量计送入比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出。在此过程中，分别测定：在流量计出口处的干、湿球温度T0和Tw ，气体流经比热仪主体的进出口温度T1和T2；气体的体积流量V；电加热功率P以及实验时的大气压Pb和流量计出口处
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的表压Pe。
气体的流量由节流阀控制，气体出口温度由输入电加热器的功率来调节。本比热仪可测300℃以下气体的定压比热容。
前已指出，提高测量精度的关键是提高Qp、ΔT和m的测量精度，设电加热器的功率为P，则，
P?Qg?Q?
（3）
其中，Qg是气体所吸收的热量，Qζ是损失到环境中的热量。由于杜瓦瓶实际上是一个高度真空的多层瓶，且每一层的内壁上都镀有高反射率的水银。这样，按着传热学理论，通过杜瓦瓶的散热损失将很小，因此在（3）式中的Qζ 实际上很小，完全可以忽略不计。这样，P=Qg。如果通入比热仪本体的是纯气体，则Qp=Qg=P。然而，如果通入的是湿空气，而我们要测定的是干空气的定压比热容，则，
Qp?Qg?QW?P?QW
其中QW是湿空气中水蒸气所吸收的热量，它可用下式计算
（4）
QW?mw?CP?W??t kW （5） CPW?1.844?1?2.65?10?4tm （6）
??1??t? m2t1?t2 ℃ （7）
式中，mw是湿空气中水蒸气的质量流量（kg/s），Cpw是水蒸气的定压比热容（kJ/kg·℃）
四、实验方法及数据处理
实验中需要测定干空气的质量流量m，水蒸气的质量流量mw，电加热器的加热量（即气流吸热量）Qg和气流温度等数据。具体测定方法和实验步骤如下：
1）接通电源及测量仪表，选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽中；
2）摘下流量计上的温度计，开动风机，调节节流阀，使流量保持在额定值附近。测出流量计出口空气的干球温度T0，湿球温度Tw；
3）将温度计插回流量计，调节流量，使之保持在额定值附近。接通电加热器电源，逐渐提高电加热器功率，使出口温度升至预定值（可根据P=12ΔT/τ来估算所需功率，其中ΔT为气流进出口温差（℃），τ为每流过10升（0.01m3）空气所需的时间，秒）。
4）待出口温度稳定后（出口温度在15分钟内无明显变化）读出下列数据： τ：每流过10升空气所需要的时间，s； T1：比热仪进口温度亦即流量计的出口温度，K； pb：当地大气压，mmHg； pe：流量计出口表压，mmH2O； P：电加热器输入功率，W。
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5）完成上述步骤后，改变加热器功率，重复步骤1）~4），测得另一组数据，直到完成测量任务（至少测四组，以出口温度T2分别为40℃，60℃，80℃，100℃，或100℃，120℃，140℃，160℃）。然后切断电源，使仪器恢复原样。
有了上述数据后，即可用公式（1）、（4）和（6）求出相应的比热容，现把有关参数的计算说明如下：
1）湿空气中水蒸气容积成分rw的计算。由于干湿球温度T0和Tw从湿空气的焓—湿图上（h—d图）查出湿空气的含湿量d（g/kg），用下式即可算得rw：
rw?d
622?d（8）
2）水蒸气质量流量mw的计算，按理想气体状态方程和分压定律，水蒸气质量流量mw可以表示为
mw?pw(V'/?) kg/s
RwT0（9）
其中V’是τ时间段为空气所流过的容积，在这儿我们取定为V’=0.01立方米，Rw是水蒸气的气体常数，Rw=461.5J/(kg·K)；T0是干球温度，K；而pw是水蒸气的分压力，它可用下式计算
105pw?rw(Pb??h/13.595)??133.322rw(Pb?0.0735565?h)Pa （10）
750.0623）干空气质量流量m的计算方法仿前
m?P(V'/?) kg/s
RT0（11）
其中R是空气的气体常数，R=287 J/（kg·K），而p是干空气的分压力
?h)，Pa (12) p?133.322(1?rw)(Pb?0.07355651.数据记录表 V(v) 伏 T干 ℃ Tw湿 ℃ Pb 帕 △h mmH20 T1 ℃ T2 ℃ v/τ I φ % d g/kg 升/秒 安 五、注意事项
1．切勿在空气流未通过的情况下使用电加热器工作，以免引起局部过热而损坏比热仪； 2．电加热器输入电压不得超过220V，气体出口温度不得超过300℃；
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3．加热和冷却缓慢进行，以防止温度计和比热仪本体因温度骤升骤降而破损；加热时要先启动风机，再缓慢提高加热器功率，停止试验时应先切断电加热器电源，让风机继续运行10至20分钟。
六、实验报告
1．简述实验原理和仪器构成原理； 2．列表给出所有原始数据记录；
3．列表给出实验结果（数据处理，要附有例证）；
4．绘出Cpm~tm图线，用最小二乘法给出经验关系式，给出平均偏差和最大偏差，并与下述经验方程比较
T2T3Cp?1.02319?1.76019?10?4T?4.02402?10?3()?4.87268?10?4() kJ/(kg·K)
100100其中T为空气的绝对温度，K。
5．分析造成实验误差的各种原因，提出改进方案；
6．你在实验中遇到的主要困难是什么？试提出改进方法。你对该实验的总评价如何？
七、思考题
1．在本实验中，如何实现绝热？
2．气体被加热后，要经过均流、旋流和混流后才测量气体的出口温度，为什么？简述均流网、旋流片和混流网的作用？
3．尽管在本实验装置中采用了良好的绝热措施，但散热是不可避免的。不难理解，在这套装置中散热主要是由于杜瓦瓶与环境的辐射造成的。你能否提供一种实验方法（仍利用现有设备）来消除散热给实验带来的误差？
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