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压力和温度的关系

             
     要理解制冷过程,我们还需回到中关于水变为蒸汽的讨论。水在29.92英尺水银柱压力和212°F的条件下沸腾,这就暗示了水还有其他条件下的沸点。以下讨论本节中另一个最重要的概念。应当记住,可以通过调节水蒸气的压力来改变和控制水的沸点。由于水在下述举例总用做传热介质,因此必需理解这一概念,下面的内容对理解制冷的概念至关重要。
    “压力-温度相互关系”涉及水蒸气与水沸点的相互关系,并且是控制系统温度的基础。
     当打气压力为29.92英尺水银柱标准值时,于海平面处,纯水在212°F时沸腾。在此状态下,水面上实际受到14.969psia(0 psig)大气压力的作用。如果将同样的烧杯带至山顶,由于大气稀薄致使压力降低(海拔高度每上升1000英尺,水银柱高度即下降1英尺),那么其沸点就会改变。例如:在克罗拉多州的丹佛市,它位于海拔5000英尺之上,其大气压力约为25英寸水银柱,在这样的压力下,水在203°F时即可沸腾。由于在这样的情况下需要更多的烧煮时间,使得土豆和干豆很难煮熟,但是如果这些食品放置在一个加压的密闭容器,如压力锅中,使锅内压力提高至大气压以上约15psi(即 30 psia),那么锅内的沸腾温度可提高至250°F。
    
     研究水的压力-温度表可以发现:压力增加,沸点上升:压力减小,沸点下降。如果水在足够低的温度下沸腾,那么就可以从一个房间内吸取热量,我们就可以获得由冷却(空调)带来的舒适感觉。
    
    让沃恩在装有纯水的低盆中放一支温度计,并把低盆置于一个带有气压计的圆玻璃罩中,启动真空泵。假定盆中水温度为室内温度(70°F),当玻璃罩中的压力达到70°F水沸腾所对应的压力时,低盆中的水即开始沸腾并汽化,该点压力为0.739英寸水银柱(0.363psia).
    如果我们将玻璃罩内的压力进一步降低至40°F时对应的压力,即压力为0.248英寸水银柱时,就会使水盆中的温度计显示的仍是这一温度值。如果将玻璃罩打开,会发现其中的水较冷。
  
    现在让我们把这能够在40°F沸腾的水接入一个冷却盘管内循环,如果将室内空气强制吹过盘管,那么盘管就会从室内空气中吸热,由于这部分空气将热转移给了盘管,离开盘管的空气就会变冷。
    当水以这种方式运行时,水就成了制冷剂。
    制冷剂是一种可以通过蒸发迅速转变为蒸汽,然后又能以冷凝方式变为液体的物质。制冷剂必须恩给能够在不改变其特性的情况下反复改变状态。小型设备中一般不采用水作为制冷剂,其原因将在以后讨论。此处以水为例,是因为人们对水的特征较为熟悉。
    为研究制冷系统真是的工作过程,我们将在以下举例中采用住宅空调普通使用的制冷剂-22(R-22)
来说明实际工作过程。
          当某种制冷剂在下述条件不同时存在液态和蒸汽时,其压力和温度具有相互对应的关系:
    条件1:当状态(沸腾或冷凝)正在变化时。
    条件2:当制冷剂处于平衡(如不加热或不排热)时。
    在条件1和条件2两种状态下,称制冷剂处于饱和。当某种制冷剂饱和时,其液态和蒸汽可以同时存在并具有相同的饱和温度。注意,液态和蒸汽具有相同温度的说法对于一些具有温度漂移特征的新混合型制冷剂来说并不正确。温度漂移文帝将在第9章中讨论。饱和温度取决于液体和蒸汽混合物的压力,该压力称为饱和压力。饱和压力越大,液体和蒸气混合物的饱和温度越高;饱和压力越小,则饱和温度降低。   
    假设容许将一个R 22的钢瓶放在室内,并且其温度逐步达到室内温度75°F。由于没有外界因素的影响,不久,此钢瓶内R-22制冷剂即处于一种平衡状态,钢瓶及钢瓶内液体、蒸汽均为室内温度75°F。由压力和温度线图可知,此时钢瓶内压力位132psig。该压力-温度参数表由于饱和和压力对应的饱和温度,因此也称为饱和参数表。
    假设将同一个R-22钢瓶移入小型冷库,并容许其达到35°F的房内温度且至平衡。由于该钢瓶冷却至35°F的过程中将逐渐达到61.5psig的新状态,钢瓶内蒸汽就会以部分蒸汽的冷凝方式对冷却做出反应,即压力下降。
    如果我们将该钢瓶(现温度为35°F)送回上述那个较热的房间,并容许其温度上升,钢瓶的液体即以轻微沸腾并产生蒸气的方式对升温做出反应,进而其压力就会逐步回升至75°F所对应的132psig。
   如果我们将该钢瓶(现温度为35°F)移入100°F的房内,瓶内液体以轻微沸腾从而产生更多蒸气的方式重新对应温度的变化。当液体沸腾并产生蒸气时,其压力将迅速上升(见压力-温度参数表),直至达到液态制冷温度所对应的压力状态,并持续至钢瓶内的制冷剂达到100°F所对应的压力196paig。
                

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