制冷原理与装置作业答案.pdf

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第1,2章****题之欧侯瑞魂创作
,温度为90℃,试确定该制冷剂此时的比体积,比焓,比熵和
过热度。
答:通过查R22的lgp-h图可以得出:v=3/kg,,,t℃,△
s
t=℃。
-
500kJ/kg的点,并说明其处于什么状态?(画简图标出)。
答:如图所示,该点处于过热状态。
lgp
,并将“R”换成可判别其是否破
坏臭氧层情况的新代号。R12,R50,R23,R13,R32,R14,R115,
R22,R134a,R600a,R123
答:各制冷剂的分子式和新代号如下表所示:
制冷剂分子式新代号
500KJ/Kh
R12CFClCFC12
22
g
R50CHHC50
4
R23CHFHFC23
3
R13CFClCFC13
3
R32CHFHFC32
22
R14CFFC14?
4
R115CFCl或CFClCFCFC115
2523
R22CHFClHCFC22
2
R134aCHF或CHFCFHFC134a
22423
R600aCH或CH(CH)HC600a
41033
R123CHFCl或CHClCFHCFC123
23223:.
(正常)气化潜热R=,试对例2-
b
1的第(5)步重新计算气化热r,饱和液体的比焓hl和饱和液体的比
s
熵Sl。
s
答:(1)根据饱和蒸气压公式(2-2):
计算在一个尺度大气压力(p=×105pa)下的饱和温度,得t=℃。
bb
根据气化热公式(2-3):
253
1
可以计算出-20℃下的气化热为:kJ/kg
r

1

已经该温度下的饱和蒸气比焓和比熵分别为:hv,
s
sv。由于饱和液体的比焓等于饱和蒸气的比焓减去
s
气化热,饱和液体的比熵等于饱和蒸气的比熵减去气化热与绝对温
度的商,所以:
饱和液体的焓为:hl=kJ/kg;
s

饱和液体的熵为:slsv=kJ/
ssT253
?
答:矿物润滑油用于R11、R12、R600a、R22等极性较弱或非极性
制冷剂中,聚酯类润滑油用于R134a、R407C等极性较强的制冷剂
中。
,请说明GWP,HGWP,TEWI的含义及相互关
系:.
答:ODP是OzoneDepletionPotential
GWP是GlobalWarmingPotential的缩写,暗示对温室气体排放入
大气后所直接造成的全球变暖效应,以CO为基准,规定其值为
2
。
HGWP也是暗示温室气体排入大气后所直接造成的全球变暖效应,以
R11为基准,,HGWP值是GWP值的3500倍。
TEWI是TotalEquivalentWarmingImpact的缩写,暗示温室气体
的总等效温室效应,包含两部分:第一部分是直接温室效应
(DirectWarmingImpact),它是指温室气体的排放、泄漏以及
系统维修或报废时进入大气后对温室效应的影响,可以暗示为温室
气体的GWP值与排放总和的乘积;第二部分是间接温室效应
(IndirectWarmingImpact),使用这些温室气体的装置因耗能
引起的二氧化碳排放所带来的温室效应。:.
第3章****题
?各自的主
要作用是什么?
主要设备:
(1)压缩机:通过压缩使制冷剂由低温低压的蒸汽变成高温高压气
体,完成压缩过程。
(2)冷凝器:高温高压过热制冷剂气体在冷凝器中冷却冷凝成制冷
剂液体,完成冷却过程。
(3)节流元件:压力、温度降低,节流前后焓值不变,完成降温过
程。
(4)蒸发器:低温低压两相制冷剂吸热蒸发,酿成低温低压制冷剂
气体,完成制冷过程。
辅助设备:
(1)干燥过滤器:去除制冷系统中的微量水分和杂质,一般装置在
节流元件之前。
(2)油分离器:一般装置在压缩机排气口,分离制冷剂和润滑油,
使大部分润滑油会到压缩机,在螺杆压缩机制冷系统中经常使用,
在多级得低温制冷系统中为了防止低温下润滑油冻结的危害也常装
置油分离器。在家用空调和冰箱中一般不使用。
(3)储液器:在中大型制冷系统中使用,一般装置在冷凝器之后,
节流元件之前,可调节制冷系统的制冷剂循环量,装置储液器的制:.
冷系统对制冷剂的充注量相对不敏感。
(4)气液分离器:一般装置在压缩机的吸气口与蒸发器的出口之
间,防止压缩机液击。
(5)回热器:在有回热的制冷系统中使用,使冷凝器出口的高压常
温制冷剂液体与蒸发器出口的低压低温制冷剂蒸气进行热交换,使
得进入节流元件的制冷剂液体过冷,进入压缩机吸气口得制冷剂蒸
气过热,防止压缩机吸入制冷剂液体。
(6)高低压呵护器:高压呵护器装置在压缩机排气口,以毛细管引
入排气压力进入高压呵护器,当排气压力过高时,使压缩机停机以
压缩机;低压呵护器装置在压缩机吸气口,以毛细管引入吸气压力
进入低压呵护器,当吸气压力过低时,使压缩机停机以压缩机。
(7)过冷器:装置于冷凝器之后,节流元件之间,对冷凝器出口的
制冷剂进行进一步的冷却,以包管节流前的制冷剂过冷,可提高制
冷系统的制冷量,并防止两相高压制冷剂进入节流元件,一般小型
制冷系统不使用,回热器具有过冷器得功能。
?何谓热泵制热系数?制冷系数与热泵制热系数的
值范围如何?
(1)制冷系数:e(COP,CoefficientOfPerformance),是指单位功
耗所能获得的冷量。也称制冷性能系数,是制冷系统(制冷
机)的一项重要技术经济指标。制冷性能系数大,暗示制冷系
统(制冷机)能源利用效率高。这是与制冷剂种类及运行工作
条件有关的一个系数,为一无量纲数。:.
-(国
内),国外最高可达6左右(日本)。家用冰箱的COP一般为
-。
(2)热泵制热系数:称为热泵系数,φ或者e暗示,单位制热量与
h
单位功耗之比。在同一套热泵系统中,同一温区时有:φ=1+
e,对于蒸气压缩系统,其热泵系数大于1。
“有害过
热”?
制冷剂蒸气在被冷却空间以外吸取环境空气的热量而过热,这
种过热称为“有害过热”或者“无效过热”。
-13的实际循环暗示在T-S图上。
5-6是由于蒸发器内有阻力损失,所以是向右下方倾斜。
6-1s:可看作是先等压过热到a,再由a等焓节流到1s。
1s-2s:压缩过程,实际其实不是绝热等熵压缩。
2s-b:排气过程的冷却情况
b-c:排气管中的压降
c-3-4:冷凝冷却过程,有流动阻力损失。所以向左下倾斜。
4-5:实际节流同环境有热交换,所以熵增加。
,用R22作制冷剂,蒸发温度-5℃,冷
凝温度30℃,在压-焓图上画出该循环,并计算:(1)单位压:.
缩功;(2)单位制冷量;(3)单位冷凝负荷;(4)制冷系
数。
查R22的饱和状态表和lgp-h图的以下参数:
hkg,h=hkg,hkg.
1342
(1)单位制冷量q=h-h=h-h
01314
(2)单位理论功w=h-h
021
(3)单位冷凝负荷q=h-h
k23
(4)制冷系数ε=q/w
00
,产冷量为80kW。采取蒸汽压缩的回
热理论循环。蒸发温度为-10℃,吸气过热度Δt=10℃,冷凝温
R
度为42℃。计算:(1)制冷压缩机进口处的制冷剂体积流量;
(2)回热器的负荷;(3)压缩机的功率;(4)蒸发器入口处
混合物中蒸汽分数,分别以质量分数和体积分数暗示。
查R22的饱和状态表、过热蒸汽表和lg-h图的以下参数:
h=410kJ/kg,h=450kJ/kg,h=252kJ/=401kJ/kg,
1230
h=
4'
07587m335m3/kg,v=
1
由回热器的热平衡关系h-h=h-h
1033'
即410-401=252-h
3'
得h=243kJ/kg=h
3'4
所以,回热器的单位负荷为h-h=9kJ/kg
10
(1)单位质量制冷量q=h-h=401-243=158kJ/kg
004
质量流量q=Q/q=80/158=/s
m00:.
压缩机进口体积流量q=q×v×=3/s
vm1
(2)回热器的负荷为Q'=qW
m
(3)单位理论功w=h-h=450-410=40kJ/kg
021
压缩机功率w=w×qW
0m
(4)质量分数x为:
v''
所以其蒸气与液体的体积比:
v'


所以蒸汽的体积分数y为:
1
(6FS10)型压缩机配给一座小型冷藏库,库温要
求t=-10℃。水冷冷凝器的冷却水平均温度t=30℃,试作运行
cw
工况下制冷机系统的热力计算。已知压缩机参数:缸径
D=100mm,行程s=70mm,气缸数Z=6,转数n=1440r/min,蒸发
器传热温差取△t=10℃,且出口处有5℃过热度,吸气管路过
0
热也为5℃,冷凝器的传热温差取△t=5℃,出口液体过冷温
k
度为32℃,压缩机的机械效率η=,指示效率η=,输
mi
气系数λ=,制冷剂选用R22,求q,q,w,w,ε,ε
0v0i0
,q,q,q,Q,P,P,P,Q。
ivhvsm00iek
解:根据已知条件,制冷机在以下工况运行(如上图所示)。
t=t+△t=30+5=35℃
kwk
t=t-△t=-10-10=-20℃
0c0
t=t+5+5=-20+5+5=-10℃
1’0
t=32℃
3:.
查R22热力性质图表可得:
点号P(MPa)t(℃)h(kJ/kg)υ(m3/kg)
1-15
1’-10
2
332
q,q,w,w,ε,ε,q,q,q,Q,P,P,P,Q
0v0i0ivhvsm00iek
循环计算如下:
(1)单位质量制冷量
q=h-h=-=
014
(2)单位容积制冷量
q=q/υ′3
v0
(3)理论比功
w=h2-h1′=448-=
0
(4)指示比功
w=w/η
i0i
(5)制冷系数
ε=q/w
000
ε=q/w
i0i
(6)理论输气量:.

q=2=2=
DSnZ14406/60
vh
44
(7)实际输气量
q=q=
vsvh
(8)制冷机的工质流量

q=s=
m

1
(9)制冷机的总制冷量
Q=qq
0m0
(10)压缩机的功率消耗
理论功率:P=qw
0m0
指示功率:P=qw
imi

轴功率:P=i
e

m
(11)冷凝器的热负荷
hh448
h=h+21=
2s1′

i
Q=q(hh)()
km2s3
第四章****题答案
。
答:①两级压缩制冷循环:是制冷剂气体从蒸发压力提高到冷
凝压力的过程分两个阶段(先经低压级压缩到中间压力,中间:.
压力下的气体经过中间冷却后再到高压级进一步压缩到冷凝压
力)的制冷循环。根据中间冷却过程和节流次数分歧,两级压
缩制冷循环主要分为:一级节流中间完全冷却循环,一级节流
中间不完全冷却循环;两级节流中间完全冷却循环,两级节流
中间不完全冷却循环。以解决较大压比时,压缩机输气系数或
效率太低和排气温度过高问题。
②复叠压缩制冷循环:使用两种或两种以上的制冷剂,由两个或两
个以上的单级或双级压缩制冷循环组成。高温级使用中温制冷
剂,承担高温段的制冷,低温级使用低温制冷剂,承担低温段
的制冷,系统之间采取冷凝蒸发器衔接起来,高温级的中温制
冷剂在冷凝蒸发器内蒸发制冷,使低温级的低温制冷剂在冷凝
蒸发器内被冷凝成液体,确保低温工质得到冷凝,以获得较低
的制冷温度。
。
答:为获得低温而采取两级压缩或复叠压缩制冷循环,主要有
两方面原因:(1)单级压缩蒸气制冷循环压比的限制;(2)制
冷剂热物理特性的限制。所以,为了获得比较低的温度(-
40~-60℃),同时又能使压缩机的工作压力控制在一个合适
的范围内,就要采取两级压缩循环。为了获得更低的温度(-
60~-120℃),同时又能使压缩机的工作压力控制在一个合
适的范围内,就要采取复叠循环。一般,两个单级压缩制冷循
环复叠用于获取-60~-80℃低温;三个单级压缩制冷循环复
叠用于获取-80~-120℃低温。:.
,两级压缩制冷循环分哪些
基本形式?并分别在㏒P-h图上暗示出一级节流的二种中间冷
却循环。
答:根据中间冷却过程和节流次数分歧,两级压缩制冷循环主
要分为:一级节流中间完全冷却循环,一级节流中间不完全冷
却循环;两级节流中间完全冷却循环,两级节流中间不完全冷
却循环。
一级节流中间不完全冷却循环:
一级节流中间完全冷却循环:
?为什
么?
答:两级压缩制冷机的起动,应先起动高压级压缩机,等到满
足低压级压缩机的电动机配用功率后,再起动低压级压缩机。
以包管高低压级压缩机电动机的功率配备得到合理的利用。
复叠式制冷机起动时,应先起动高温级,使低温级制冷剂在冷
凝蒸发器内得以冷凝,当冷凝压力不超出1600kPa时,可起动
低温级,包管系统平安投入运行。在低温级系统设置了膨胀容
器的情况下,高温级和低温级可以同时起动。
、一级节流两级压缩制冷循环系统,选用氨
作为制冷剂,其工作条件:制冷量Q=150KW;冷凝温度T=40℃,
OK
中间冷却器中过冷盘管的冷端温差为5℃;蒸发温度T=-40℃;
0
管路有害过热△T=5℃;中间温度取T=-5℃。设高、低压级压
M
缩机的绝热效率和指示效率分别为η=、η=、
gig:.
η=、η=,高、低压级压缩机的输气系数分别为
did
λg=、λd=,试对该系统进行热力计算。
答:本题目p-h图如图所示。
循环各状态点热力参数见下表:
状态点0122’344’5789
P(Bar)
t(℃)-40-35-540-50-40
h
(kJ/kg
)
v(m3/kg)
(1)单位质量制冷量
qhh
009
Q150
所以低压级压缩机的制冷剂流量q0

0
根据中间冷却器的热平衡关系
qhq(hh)(qq)hqh得
md2'md58mgmd5mg3
(2)低压级压缩机的理论输气量
高压级压缩机的理论输气量
(3)低压级压缩机的实际功率
高压级压缩机的实际功率
Q150
所以,理论制冷系数0
0qw
mddmgg
Q150
实际制冷系数0
srp
edeg
(4)冷凝器的理论热负荷
,制冷
剂为R717。其工作条件为:制冷量Q=100kw,冷凝温度
0
t=40℃,蒸发温度t=-30℃,假设中间温度t=0℃,压缩机
k0m:.
吸气有害过热度Δt=5℃,冷凝器的过冷度Δt=5℃,高压液体
12
在中间冷却器的进出口温差Δt=8℃。试计算:
3
(1)该制冷循环过程中高压级、低压级制冷剂的质量流量;
(2)该制冷压缩循环中高压级、低压级制冷剂的理论输气量
(高压级输气系数取λg=,低压级输气系数取λ);
(3)该制冷系统的理论制冷系数;
(4)冷凝器的理论热负荷。
答:本题目p-h图如图1
ttt40535℃
5k2
ttt
563℃
ttt35827
653
循环各状态点热力参数见下表:
状态点0123455’66’0’
P(Bar)
t(℃)-2504035027-30-30
h
(kJ/kg)
v(m3/kg)
图1R717的lgp-h图
(1)单位质量制冷量
Q100
所以低压级压缩机的制冷剂流量q0

0
根据中间冷却器的热平衡关系
qhq(hh)(qq)hqh得
md1md56mgmd5mg2
(2)低压级压缩机的理论输气量
高压级压缩机的理论输气量
(3)低压级压缩机的理论功率:.
高压级压缩机的理论功率
Q100
所以,理论制冷系数0
0p
dg
(5)冷凝器的理论热负荷

R23单级压缩组成的复叠制冷循环,制冷系统的总制冷量
Q=150kw,高温部分的冷凝温度t=35℃,低温部分的蒸发温度
0kg
t=-60℃,低温部分的冷凝温度t=-30℃,低温部分采取回热
0kd
循环(高温部分未回热),回热器中气体温升Δt=10℃,高温
1
部分的高压液体在中间冷却器中的温降Δt=30℃,冷凝蒸发器
2
的传热温差Δt=5℃,高温级中间温度t=-5℃。试作理论循环
3m
计算:
(1)低温级压缩机制冷剂的质量流量;
(2)高温级中高、低压级制冷剂的质量流量;
(3)低温级压缩机的理论功率;
(4)高温级中高、低压级压缩机的理论功率;
(5)该制冷循环的理论制冷系数。
答:下图是复叠压缩制冷循环高温部分R22和低温部分R23的
lgp-h图
由题意可知:
tttt50℃
1011
tttt5℃
910210:.
tttt35℃
kd0g30g
循环各状态点热力参数见下表:
状态点012344’
P(Bar)
t(℃)-60-50-30-60
h334373154
(kJ/kg)
v(m3/kg)
状态点5677’899’1010’
P(Bar)
t(℃)-35-535-55-35
h
(kJ/kg)
v(m3/kg)
(1)
hhhhh
由回热器的热平衡关系10344
hh
4'4
所以,低温级压缩机单位制冷量
低温级压缩机的制冷剂质量流量
Q150
q0

0d
冷凝蒸发器的负荷
Qq(hh)(373154)
kdmd23
忽略冷凝蒸发器漏热量,则可得QQ'
kd0d
(2)查复叠压缩高温部分R22的热力性质图表得以下参数
所以,高温级中低压级压缩机制冷剂流量
由中间冷却器的热平衡关系
(q'q')hq'(hh)(q'q')h
mgmd9md910mgmd7'
h
得q'q'7'10
mgmdh
7'9
所以,混合状态点7,由(q'q')hq'hq'h得
mgmd7md6mg7
查R22物性图得h
8:.
(3)低温级压缩机的理论功率
(4)高温级中高压级压缩机的理论功率
高温级中低压级压缩机的理论功率
(5)该制冷循环的理论制冷系数:.
第5章****题
×10-3kgf/cm2,1mmHg=),溶液泵进口温度T=42℃;发生
2
器的压力为70mmHg,浓溶液出口温度为94℃。求:
溶液浓度和焓值。、所发生的冷剂
蒸汽的焓值h5′、h4′。
答:(1)由于知道溶液泵进口处的压力和温度分别为7mmHg和
42℃,所以可以从h-ξ图上查出溶液泵进口处的溶液浓度为58%,
焓值为63kcal/kg。
(2)由于知道发生器出口处的压力和温度分别为70mmHg和94℃,
所以可以从液相h-ξ图上查出发生器出口处的溶液浓度为%,焓值
为83kcal/kg。
查汽相h-ξ图可以得出冷剂蒸汽的焓值为h5′=738kcal/kg,h4′
=734kcal/kg。
(3)由h-ξ图可查得:h1′=696kcal/kg,h3=80kcal/kg,所以
单位制冷量为:q0=h1′-h3=696-80=616kcal/kg=。
ξa=58%、ξr=62%,溶液热交换器中浓溶液的进、出口温度分别为
94℃和60℃,稀溶液的进口温度42℃300Kg/h,求溶液热交换器热
负荷。
答:(1)由h-ξ图可查得:h4=77kcal/kg,h8=67kcal/kg,所以
单位制冷循环量的溶液热交换器热负荷为::.
62
q(a1)(hh)(r1)(hh)(1)(7767)145Kcal/kg
t48486258
ra
(2)由h-ξ图可查得:h2=63kcal/kg,对于稀溶液侧有:
qa(hh),所以稀溶液的出口焓为:
t72
q6258
hthqrah145637Kcal/kg
7a2t262
r
由h-ξ图可查得:t7=67℃
(3)QDq300145=43500kkJ/s
tt
、两效溴化锂吸收式制冷循
环、氨水吸收式制冷循环的热平衡关系式;写出对应的蒸汽压缩制
冷循环能量平衡关系式;对四个关系式的意义于以说明、对比。
答:各制冷循环的热平衡或能量平衡关系式如下:
(1)单效溴化锂吸收式:QQQQ,即发生器和蒸发器
g0ak
吸收的热量等于吸收器和冷凝器放出的热量;
(2)两效溴化锂吸收式:QQQQ,即高压发生器和蒸
g10ak
发器吸收的热量等于吸收器和冷凝器放出的热量;
(3)氨水吸收式:QQQQQ,即发生器和蒸发器吸
g0akR
收的热量等于吸收器、冷凝器和分凝器放出的热量;
(4)蒸汽压缩式:WQQ,即蒸发器吸收的热量加上压缩
0k
机输入的功等于冷凝器放出的热量。
通过比较单效溴化锂和两效溴化锂制冷循环,可以发现:它们:.
的热平衡关系式基底细同,双效循环中驱动高、低压发生器的热量
均来自于高压发生器吸收的热量。通过比较单、两效溴化锂循环和
氨吸收式循环,可以发现:它们的热平衡关系式左边部分基底细
同,右边部分略有分歧,氨吸收循环多了分凝器放热量Q。通过比
R
较吸收式循环和蒸气压缩式循环,可以发现:蒸气压缩式循环左边
输入能量是由压缩机输入的机械能和蒸发器吸收的热量两部分组
成,右边输出能量是由冷凝器放出的热量,比吸收式循环的关系式
要简单。
,如果工作的温度范
围相同,单位制冷量相同,那么两者的理论制冷系数是否相同?实
际制冷系数是否相同?为什么?
答:根据公式推导,对于有回热和无回热的压缩式气体制冷循环,
如果工作的温度范围相同,单位制冷量相同,那么两者的理论制冷
系数是相同的,但是实际制冷系数是不相同的,因为回热循环压力
比小,以致压缩机和膨胀机单位功也小,其功率也小,因而大大减
少了压缩过程、膨胀过程以及热交换过程的不成逆损失,所以回热
循环的制冷系数比无回热循环的要大。
、热电制冷的工作原理?
答:气体涡流制冷的工作原理:经过压缩并冷却到室温的气体(通
常是用空气,也可以用其他气体如二氧化碳、氨等)进入喷嘴内膨
胀以后以很高的速度切线方向进入涡流室,形成自由涡流,经过动
能的交换并分离成温度不相同的两部分,中心部分的气流动能降低:.
经孔板流出,即冷气流;边沿部分的气流动能增大成为热气流从另
一端经控制阀流出。所以涡流管可以同时得到冷热两种效应。
热电制冷的工作原理:在两种分歧金属组成的闭合线路中,若
通以直流电,就会使一个接点变冷,一个变热,这称为珀尔贴效
应,亦称温差电现象。热电制冷亦名温差电制冷、半导体制冷或电
子制冷,就是以温差电现象为基础的制冷方法,它是利用珀尔帖