制冷与低温工程学
课程编码：B1112010Y 英文名称：Refrigeration and Cryogenic Engineering 课时：40 学分：2.00 课程属性：专业课 主讲教师：-
一、 制冷与低温工程学概述（1.5学时）
制冷与低温的基本概念及内在含义，制冷与低温工程的降温方法、流程分析的热力学基础，制冷低温工程与其它学科的交叉。本章的知识点为：各种制冷与低温方法的热力学原理。
二、 制冷工程（14学时）
（一）蒸气压缩式制冷循环（4学时）
掌握单级蒸气压缩理论循环和实际循环的概念和计算方法。循环的主要性能指标、循环工况及其对性能的影响。掌握采用多级压缩和复叠式制冷循环的必要性。两级压缩的分类及其热力计算。两级压缩制冷循环中间压力的确定及变工况特性。掌握复叠式制冷循环的主要性能指标及其热力计算。复叠式制冷机的变工况特性及有关问题。本章的知识点为：单级理论循环、过冷循环、过热循环、回热循环的计算。循环的工况对性能的影响。两级压缩和复叠式制冷循环的热力计算及变工况特性。
（二）吸收和吸附式制冷循环（4学时）
介绍吸收/吸附制冷循环的特点和多种循环型式。重点讲授各循环型式特点和相互之间的关系，循环型式包括单效吸收制冷循环、双效吸收制冷循环、多效吸收制冷循环、直燃式吸收制冷循环、两级吸收制冷循环和扩散吸收制冷循环。本章的知识点为：各种吸收式和吸附式制冷循环的循环结构特点和应用中的优势及其局限性。
（三）制冷剂（1学时）
掌握制冷剂的种类及其代号，常用制冷剂的特性及选用。混合制冷剂的种类和特性。第二制冷剂的种类和特性。了解氟里昂类物质的限用及对策。了解研究新型替代制冷剂的实际意义。本章的知识点为：常用纯制冷剂和共沸混合制冷剂的性质及选用条件。载冷剂的性质及选用。
（四）制冷用压缩机（1学时）
掌握制冷压缩机的分类，掌握活塞式、螺杆式、离心式、涡旋式与转子式压缩机的工作原理，热力性能，压缩效率等有关问题。本章的知识点为：压缩过程热力性能及压缩效率。
（五）制冷系统热交换及其他辅助设备（2学时）
掌握制冷系统蒸发器、冷凝器、节流装置等其他辅助设备的结构类型、工作原理、设计计算与选型方法。本章的知识点为：换热设备的热力计算，节流装置的选型方法。
（六）热泵技术（2学时）
热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力做功，输出能用的高品位热的设备。掌握空气源、水源和土壤源热泵三种形式及工作原理。
三、 低温工程（18学时）
（一）低温真空与绝热技术（3学时）
掌握阻断传热的基本原理和方法，低温绝热的类型与结构，了解低温绝热的实验研究方法，在此基础上，掌握低温容器（贮槽）的设计包括内外容器的强度设计，外压容器设计及贮槽的机械构件设计，最后能进行一般低温容器的初步设计。本章的知识点为：低温绝热基础，真空多层绝热，低温贮运及传热问题。
（二）小型低温制冷机（4学时）
主要介绍焦耳-汤姆森制冷机、斯特制冷机、V-M制冷机、G-M制冷机、脉管制冷机等的制冷原理、理论分析方法及应用情况。从低温制冷机的发展历史和基本原理出发，直接触及学科最前沿，使学生系统了解和把握低温制冷机的现状和发展趋势。本章的知识点为：各种小型制冷机基本原理、特点与应用范围。
（三）天然气液化和空分技术（4学时）
内容包括天然气的热物理特性，液化天然气工业链的各个环节，即天然气的预处理、天然气的低温液化流程和设备、液化天然气的储存和运输、液化天然气的再汽化，冷量回收，以及液化天然气的应用等。掌握空分设备和空分技术方法。
（四）大型氦低温制冷机和液化器（5学时）
主要介绍大型氦低温制冷机和液化器热力学循环及系统设计，关键部件如氦螺杆压缩机、透平膨胀机、低温阀、换热器、冷压缩机等设计原理、理论分析方法及应用情况。结合理化所在此领域最新研究进展、成果和技术创新，使学生系统了解和把握大型氦低温制冷机和液化器研究现状、发展趋势以及其在大科学工程、航天和资源等方面的战略支撑作用。本章的知识点为:氦气的热物理性质、The Joule Thomson和Brayton 循环、换热器理论及技术、低温旋转机械的轴承技术-动静压气体轴承、磁悬浮轴承等、低温制冷机和液化器系统调控技术。
（五）空间超流氦技术（1学时）
主要介绍宇宙空间超流氦低温技术的现状和最新发展,重点论述空间探测器超流氦冷却技术,低温冷却系统中的关键技术,如多孔塞相分离器、微重力下杜瓦设计及超流氦的管理、界面热阻等技术,超流氦的在轨补充技术,以及空间超流氦低温实验技术的最新进展。本章的知识点为:超流氦的热物理性质、相分离器。
（六）低温工程材料的低温性能及测试（1学时）
主要介绍材料低温脆性断裂的基本概念及断裂力学基础及其应用；金属、非金属材料的塑性、韧性随温度下降的变化规律以及它们的热、电性质的变化特点；低温系统的安全问题及其材料的选择原则。本章的知识点为：铝及铝合金、不锈钢、钛及钛合金、超耐热不锈钢、合金钢、铜及铜合金、聚合物、纤维材料、密封件、低温下力学性能及实验测试方法。学生在理化所低温材料测试中心参观实习。
四、 氢能及氢液化技术（3学时）
（一）液氢在氢能产业中的重要意义（0.5学时）
国际氢能发展路线图。本章的知识点为：氢能与燃料电池
（二）氢液化装置和液氢储运技术（1学时）
氢液化技术发展，氢液化装置规模分类和技术，高效氢液化和储运关键技术比较；高效氢液化流程的设计和优化；高效氢气透平膨胀机研制；液氢无损储存技术研究；新型超临界氢制冷及储运技术研究本章的知识点为：逆布雷顿氦制冷循环或克劳德循环+节流技术实现氢的液化和正仲氢转化。采用液氮预冷氢气克劳德循环、两级膨胀机和JT节流制冷的氢液化系统。
（三）液氢加氢站及其应用（1学时）
介绍液氢型加氢站基础设施建设、核心设备、运行维护、氢源供给和液氢储运等方面。本章的知识点为:了解液氢储罐、高效液氢增压泵、高压液氢气化器及氢气储罐、加氢机和控制系统等关键模块。
（四）液氢系统安全（0.5学时）
氢液化器固氧过滤系统；氢系统防爆、防扩散、安全设计方案；液氢泄漏及其逸散过程管控；氢液化前氧含量的监测和控制；先进氢浓度传感器及其应用技术。本章的知识点为: 液氢系统安全防护和监测。
五、 极低温技术（2.5学时）
（一）稀释制冷技术（1.5学时）
主要介绍稀释制冷技术原理，稀释制冷机的结构和工程应用。本章的知识点为: 3He的热物理性质。
（二）磁制冷技术（1学时）
主要介绍磁制冷实现的原理，重点介绍极低温温区磁制冷技术及研究进展。本章的知识点为: 磁制冷材料、绝热去磁、磁熵和晶格熵。
六、 制冷与低温工程的技术发展及未来挑战（1学时）
结合制冷与低温工程的应用需求，探讨主要技术瓶颈难点和未来的发展方向。
| 章节/学时分配 | 讲课 | 习题课 | 实验课 | 上机课 | 讨论课 | 其它 |
| 1 | 1.5 |
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| 2 | 14 |
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| 3 | 18 |
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| 4 | 3 |
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| 5 | 2.5 |
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| 6 | 1 |
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