制冷系数实验报告

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1、 制冷系数的测定 -应物02陈忠旺 10093026 一 实验目的 ： 1培养学生理论联系实际，学与用相结合的实际工作能力。 2学习电冰箱的制冷原理，加深对热学基本知识的理解。 3测定电冰箱的制冷系数。 二 实验原理： 1. 制冷的理论基础 制冷机： 将热量从低温源不断输送到高温源，从而获得低温的机器。我们常使用 的电冰箱就是一个制冷机。 热力学第二定律指出： 不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起外界的变化。通俗的 讲，就是低温源不会自动将热量传递到高温源。如果要使热量从低温源 传到高温源，必须要有外界对系统做功。 Image 如图一，Q2为低温源放出的热量，为外界对系统作的功，Q1为高

2、温源 吸收的热量，三者关系为： Q1=Q2+W 2制冷系数 我们定义制冷系数为 =Q2/W 可见，当较大时，那么外界做比较小的功W，就可以使低温源吸出较 多的热量Q2。从实用的角度说，越大越经济，比如说冰箱用较少的 电，就可以获得很低的温度。 理想气体的卡诺逆循环，制冷系数可表达为： 其中，T1和T2分别为高温源和低温源的温度。 3制冷方式 制冷可利用熔解热、升华热、蒸发热、帕尔帖效应等方式。我们用的是 蒸发制冷。 蒸发是液体分子经液面转移到气态的过程。 当液体分子离开液面时， 需克服液体分子的引力而做功，于是离开液面的分子总是那些热运动动 能较大的分子。 这样，蒸发的结果将使液体中分子的平均

3、热运动的动 能减小，从而使液体温度降低，这就是蒸发降温的原理。 电冰箱是用氟里昂做制冷剂，当液体氟里昂在蒸发器里大量蒸发时，带 走所需的热量，从而达到制冷的目的。 因此，电冰箱是一种利用蒸发 热方式制冷的机器。 利用蒸发制冷，工作物质必须经过气体- 液体 -气体的相变， 不能用理想气体。 4真实气体的等温线 如图二，图中右上角的那条等温线为双曲线，它和理想气体的等温线是 一样的。 随着温度降低（图中越往左下角，等温线表示的温度越低），等温线 不再是双曲线，而是逐渐显现出一个横向平台的形状。 我们以曲线ABCD为例进行简单分析： 曲线的AB段表示气相； 从BC，是一个由气相向液相转变的过程，线段

4、BC上的点表示气液共 存的状态，越靠近C点，液体成分越多，气体成分越少。到了C点，气 体全部变成了液体，BC段既等温又等压。 从CD一直往后都表示液相状态，由于液体不易被压缩，所以从图中 可见，p虽不断加大，但v不变。 注意： BC上的每一点的状态所含的气、液比例虽不同，但气、液混合物的 压强是相同的，这个压强称为饱和蒸汽压。 温度越高（图中越往右上角的等温线表示的温度越高），代表气液共 存的BC段越短，当温度升高到一定程度。BC段缩成了一个点E，此点 称为临界点，相应的等温线为临界等温线。 温度再升高，将不会有液相存在。也就是说，当温度很高时，无论压力 怎样大，都不能把气体压缩为液体。 我们

5、将各等温线的开始液化点B和液化终了点C用虚线连起来。 这条虚线下包围的点都表示气液共存，虚线以外，左边是液相，右边是 气相。 5电冰箱的制冷循环 电冰箱的制冷循环可分为四个过程： KL绝热压缩 LM等压冷凝 MN绝热减压 NK等压蒸发 图4：工作为物质氟 里昂（以下简称R12）的工作循环p-V图。 KL，压缩机将R12压缩成高压高温气体。 LM，R12在冷凝器（也就是散热器）中降温，将热量传递给了外界 的空气，这个过程是等压过程，R12温度下降，液化。 MN，R12在毛细管中经过一个节流过程（关于节流的概念见附 录）后，压强和温度都降低，这时R12温度已变得非常低，气液共存。 注意，R12在进

6、入毛细管前先经过干燥器吸收掉可能混入的微量水分， 以免降温后水结冰堵塞毛细管。 NK，在蒸发器中R12经过蒸发器管道，蒸发吸热。蒸发器是与待降 温物相接触的，而R12在MN的过程后，温度已变得比待降温物还 低，所以R12就吸收待降温物的热量。 三、实验装置 模拟电冰箱实验（MB-III型）装置如下图所示： 1.冷冻室 其组成是在杜瓦瓶中盛三分之二深度的含水酒精作冷冻物；用蛇形管蒸 发制冷剂从而吸热； 用加热器平衡制冷剂蒸发时的吸热量，并用马达带动搅拌器使冷冻室内 温度均匀。 温度计用于读出冷冻室内含水酒精温度，以判定是否已达到了热平衡。 2.冷凝器 即散热器，在实验装置的背后，接“冷凝器入口B

7、”和“冷凝器出口E”。 3.干燥管和毛细管 干燥管内装有吸湿剂，用于滤除制冷剂中可能存在的微量水分和杂质， 防止在毛细管中产生冷冻堵塞或脏堵塞。 内径小于0.2毫米的毛细管用于制冷剂节流膨胀，产生焦耳汤姆孙效 应。 4.压缩机和电流表 压缩机的有功功率可由整个仪器左上角的功率计读出。而由于有损耗， 实际的压缩计功率应该比读数小，其修正公式为： P=0.52P电 其中P为压缩机的实际功率，P电为功率计示数。 5.电表 加热电流、电压，用来测量加热功率。加热器的电压表读数乘上电流表 读数即为加热器的功率。 四、实验内容 测量压缩机功率、制冷量、制冷系数及其与温度的关系曲线。 制冷量Q表示单位时间内

8、制冷剂通过蒸发器吸收的热量，Q用热平衡方 法测量。 对冷冻室在制冷的条件下加热，当温度保持不变，这时加热器的加热功 率P热即为制冷量Q 制冷系数： =Q2/W=Q/P机 式中p机为压缩机的有功功率。 五、实验步骤 1.检查仪器，将测量仪上的加热调压器按逆时针旋至最小。 2. 接通实验仪总电源，打开搅拌器开关和制冷开关，压缩机启动开始 制冷。 按分钟记录蒸发器温度直至最低温度附近（20左右），同时观察 并记录压缩机排气口、进气口及冷凝器末端的压力及压缩机功率。要经 常注意压缩机电流表的指示值，当指示值急剧增大并超过1安培时，要 停机检查是否有堵塞情况发生。压缩机停机以后不能立即启动，再次启 动要

9、相隔五分钟。 4.打开加热器开关，调节加热器的电压，使蒸发器温度稍稍升高最终稳 定保持不变（稳定的标准为至少两分钟内温度读数不发生改变），这时 加热器输出功率与制冷量相等，记录这些温度下的加热功率及压缩机功 率，计算制冷系数。 5.改变加热器电压使蒸发器内的温度从到间至少测量六组 数据。 6.在进行上述各点加热功率测量的同时，分别记录压缩机排气口、进气 口及冷凝器末端压力。 7.画出压缩机功率温度关系曲线、制冷量温度关系曲线、制冷系数 温度曲线，并分析系统误差。 六、注意事项 1. 实验时，学生切勿搬动实验装置上的任何一部件和仪器背后的制冷剂 充注阀，以免造成制冷剂泄漏而损坏仪器。 2. 整个

10、实验过程中必须一直打开搅拌器，以防止杜瓦瓶中液体结冰损坏 实验仪器。 3. 测量时，要等温度充分稳定后（可从冷冻室温度t0判断），再记录数 据。 七实验数据处理及实验结果 压缩机 功率 （W） 实际压 缩功率 （W） 温度 （） 电压 （V） 电流 （A） 加热功 率即制 冷功率 （W） (%) 14074.9-13.315.00.303.04.0 14076.4-13.017.50.355.47.1 14077.5-12.620.00.488.210.6 14179.0-12.022.50.5211.013.9 1压缩机功率与温度的关系曲线 2制冷量与温度的关系曲线 3制冷系数与温度的关系

11、八.思考题 1.在一定温度下，随着被冷却液温度的降低，预计制冷机的制冷量和制 冷系数是增加还是降低？为什么？ 制冷量减小，制冷系数降低，因为被冷却液温度降低，它与冷冻室的接 触在单位时间内的热量交换Q=cmt减少，因此制冷量减少，而压缩机 功率不变，制冷系数降低。 2.为什么测量时一定要使被冷却液温度充分稳定后才记录数据？ 因为只有当被冷却液温度稳定时，对应的加热功率才与制冷功率相等， 否则不稳定时的数据无法根据热平衡原理得出制冷量。 3. 附近和附近的制冷量和制冷系数有何差别，为什 么会出现这种差别？ 附近的制冷量和制冷系数比附近的制冷量和制冷系 数高，原因与问题一相同，被冷却液在与冷却液接触时，温差越大，热 量交换速率越快，所以在压缩机功率一定时，被冷却液温度越高，制冷 量和制冷系数越高。 4.简述实际循环过程中工作物质的温度、压强、体积、状态的变化，最 低温度在何处？ 工作物质即制冷液首先在压缩机压缩做功下，绝热压缩，温度升高，压 强增加，体积减小，然后在冷凝器中等压冷凝，温度下降，体积减小， 在经过干燥剂和毛细管绝热减压，温度下降，最后与被冷却液接触等压 蒸发吸热，温度升高。最低温度出现在从毛细管出来处。