文档介绍：热力学与制冷基础知识
一、常用物理量及其概念
要理解制冷原理需要一些基础的物理知识。在本节中,我们将讲解一些常用物理量并举一些简单的应用例子。所涉及到的内容不能代替物理课程,但足够我们用了。对于有较好的物理学基础的人来说,这一节可以作为复习,甚至可以省略。
(一)质量、力和重量
物体的质量是它所包含的物质的量。国际单位用千克。
力是一个物体施加于另一个物体的推力或拉力。力的国际单位为牛顿。
物体的重量是地球引力施加在物体上的力。也就是说,重量是一种力而不是质量。
然而,在生活中,重量常用来表示物体的质量,因此质量和重量常发生混淆。但是,当我们用千克力为单位表示重量时,在数值上与质量是相同的,因此在计算中应该不会发生错误。在任何情况下,问题的本质通常会显示出究竟我们考虑的是质量还是重量。
(二)密度、比容和比重
密度(d)是某种物质单位体积的质量(m),比容(v)是密度的倒数。即:

式中V为体积。
物质的密度和比容会随着温度和压力的变化而变化,尤其是液体和气体。
液体的比重定义为它的密度与相同体积的4℃的水的密度的比值。
4℃的水的密度为1000kg/m3,所以比重为

式中d:物质的密度,kg/m3;
dw是4℃的水的密度,kg/m3。
质量、密度和比容都是物质的物理特性。对于制冷过程来说还有其它一些重要的物理性质的量,即:压力、温度、焓和比热。
(三)压力、绝对压力、表压、真空压力、液柱压力和水汽分压
压力定义为施加在单位面积上的力。用公式的形式来表达就是:
如果力的单位为牛顿,面积的单位用平方米,则压力的单位为牛/米2(N/m2)。在国际单位制中,压力的单位为帕斯卡(Pa),1帕斯卡(Pa)=1牛/米2(N/m2)。然而在制冷工作中还经常会用到许多其它的压力单位,如毫米汞柱、巴(bar)和大气压,附录中列出了这些单位之间的相互转化。
绝对压力、表压和真空度
我们定义绝对真空的空间里压力为零,在这个零值之上由流体产生的压力称为绝对压力(Pabs)。大气层中的空气由于它们的重量而产生了施加在地球表面上的压力,称为大气压(Patm)。一个标准大气压(1atm)一般用施加在海平面上的大气压力来衡量,×105N/m2。根据天气条件的变化这个数值会略有变化。随着海拔高度的增加,大气压会下降,这是由于它上面的空气的重量减小了。例如在西藏地区的大气压就比北京地区的大气压低。
测量压力的工具通常是用来测量流体的压力与大气压之间的差值,而不是流体的绝对压力。测出的高于大气压的压力称为表压Pg。绝对压力、表压和大气压之间的关系如下:
表压使用起来很方便,因为大多数的压力测量仪器是以大气压的读数为零度来进行校准的。
当一种流体产生的压力低于当地大气压时,这个压力与大气压之间的差值就称为真空压力或真空度(Pvac)。绝对压力、大气压和真空度之间的关系如下:
有些压力表可以同时读出真空压力和表压,称为复合压力表,复合压力表在制冷工作中特别有用,因为在压缩机的吸收管路中,压力常低于大气压。
在实际应用中,我们经常会与遇到用液柱的高度来表示的压力(比如mmHg)。
液柱压力
液体由于它本身的重量可以产生压力,而重量又取决于液柱的高度。产生的压力与液柱高度之间的关系如下:
式中