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1-3.冷却原理
对冷却原理和热的移动法则、物质的三态进行说明。
「1-2.什么是空调为了实现像这样的空调,有必要加热和冷却空气。
我们觉得我们很容易改变温度,因为我们甚至在日常生活中加热和冷却东西,但原理是什么?
我将解释与空调和冷却器结构相关的冷却原理。
(1)“cool”是什么意思?
我们身边有很多冷却物品的工具和装置。例如,即使只是看着房子内部,你也可以看到粉丝,风扇,室内空调,冰箱等。
虽然这些工具和装置的结构不同,但它们在冷却物体的基本原理方面具有共同点。
在炎热的室内扇动扇子时,风的产生会带走身体周围的热气,通过汗液的蒸发去除身体表面的热量,因此会感到凉爽。
这意味着冷却=散热。
此外,当液体 (例如汗水)蒸发时,热量也会被移除(叫做汽化热,后面会提到。)。夏天傍晚洒水也是利用这个汽化热。
扇子和电风扇直观易懂,但室内空调和冰箱的原理是相同的。
房间空调和冰箱利用冷媒的特性来创造环境。
(2)热量传递 (热交换)
当两个不同温度的物体接触时,热量从“热”物体移动到“冷”物体。此时,从“热”物来看,热量被带走并被冷却,而从“冷”物来看,热量被带走,温度升高,即被加热。这称为热交换,基本原理是热量必须从热的移动到冷的。
关于热交换的速度和量,有以下三个定律。
1.接触面积大
2.热传导良好的材料可以更顺畅地传热
正如字面意思一样,传热好 (热传导率高) 的材质传热快。
因此,空调器的热交换器使用导热率好的铜、铝等。
相反,玻璃棉等不易传热的材质作为隔热材料使用。
3.热交换物质之间的温差很大
两种物质之间的温差越大,热的移动就越大。随着热交换的继续,热传递变小,最终温度差消失 (平衡) 。
基于这些热交换规律,房间空调器等空调器通常采用翅片管式热交换器,其中冷冷媒流经铜管(管子),并被迫通过紧密贴合铜管的铝翅片之间的间隙,从而使制冷剂与具有较大表面积的铝翅片有效接触。
翅片管换热器
除了液体-气体热交换 (如翅片管式热交换器) 之外,还有用于液体-液体热交换的板式热交换器和壳管式热交换器。
(3)物质的三态和热
对水加热的话会怎么样呢?当然温度会上升。然而,我们知道无论加热多少,水的温度都不会上升。
温度上升至100°C时,温度不再上升。取而代之,沸腾、蒸发成为水蒸气。同样,即使对冰施加热量,它也不会超过0°C,并且在冰完全融化并变成水之前温度不会升高。
相反,在100°C的水蒸气全部变成水或0°C的水全部变成冰之前,温度不会发生变化。
不发生状态变化而只改变水的温度所使用的热称为显热,不发生温度变化而改变状态所使用的热称为潜热。
比较水的潜热和显热的大小,将水的温度从0°C升至100°C所需的热量为100时,凝固、融解 (冰⇔水的状态变化) 的潜热为80,蒸发、冷凝 (水⇔水蒸气) 的潜热为540。
我们可以看到,蒸发和凝结(水⇔蒸汽)的潜热明显大于其他过程。换句话说,当物质蒸发时,它会从周围环境吸收大量的热量,而当物质凝结时,它会向周围环境释放大量的热量。
空调的冷冻循环有效地利用了这一原理来冷却房间。我们将在下一节讨论这一机制。
上一项:1-2.什么是空调?
下一项:2-1.冷冻循环