热12-《制冷与低温原理》作业参考答案-new

1-7 为什么当制冷剂经过节流阀膨胀，温度会降低？在节流过程中，那个状态参数维持不变？
答：由微分节流效应 a h p h
T
v T v T p cp
v 与 v的差值，而此差值与气体的种类及所处的 T p
微分节流效应的符号取决于 T
1-3 画出逆卡诺循环、洛仑兹循环、蒸气压缩制冷循环、气体液化循环、斯特林制冷循环、 G—M 制冷循环、基本型脉管制冷机循环等理想制冷循环的流程示意图。 答：逆卡诺循环
1-2 2-3 3-4 4-1
等熵压缩过程 等温放热过程 等熵膨胀过程 等温吸热过程（制冷）
洛伦兹循环
a-b 等熵压缩过程 b-c 与高温变温热源无温差的放热过程 c-d 等熵膨胀过程 d-a 与低温变温热源无温差的吸热过程（制冷） 蒸气压缩制冷循环
1-9 说出在蒸气压缩循环分析中，采用 lg p h 图的主要目的。 答：在蒸气压缩循环分析中，采用 lg p h 图，可以用图上的面积表示制冷量，因为是 绝热压缩，所以横坐标 h 的差值可以表示压缩机所做功，这样可以更直观的看出该循环 的制冷系数，有利于循环分析。 1-10 R22 从压缩机排出时的压力为 2.0MPa， 温度为 90C ， 试确定该载冷剂此时的比体积、 比焓、比熵和过热度。 解：查表知：R22 在饱和压力为 2.0MPa 时，对应的饱和温度为 52C 。
mg mg m f

85% 0.85 ； 温 度 为 10C 时 ， 查 表 得 饱 和 压 力 为 1
0.28993MPa， hg 比焓 h hg
487.76kJ / kg, h f 808.71kJ / kg ；
1 h f 0.85 487.76 1 808.71 293.2895 kJ / kg 。
两循环的 T-s 图一样，如下所示：
对于蒸气压缩制冷循环， 制冷量为图中的面积 s215s1 的面积， 而对于蒸气压缩热泵循环， 制热量为图中 s224s1 的面积。 （1）计算该制冷循环的制冷系 1-17 一卡诺制冷循环，在 12C 下吸热，在 40C 下放热。 数； （2）如果此循环在温度 12C 下吸热 15kW，其功耗是多少？（3）如果卡诺循环在于 上述制冷循环相同的温度界限下工作，其热泵系数为多少？（4）如果热泵在温度 12C 时 吸热 15kW，在温度 40C 是的放热速率是多少？ 解： （1） T0
由上可以看出，查图与查表的结果相差不是很大，都比较准确。 1-15 试分析卡诺循环的制冷系数同温度的关系。 答：卡诺循环的制冷系数
q0 ，在 T-s 图上表示如下图: w0
如左图所示，图中 s214s1 的面积表示单位制 冷量 q0，图中 1234 的面积表示循环所消耗 的功 w0。 1. 其他条件不变，当冷源温度降低时，可 以看到 s214s1 的面积减小，1234 的面积 增大，即单位制冷量 q0 减小，循环所耗 功 w0 增大，制冷系数降低。反之，当冷 源温度升高时， s214s1 的面积增大， 1234 S1 S2 的面积减小，即单位制冷量 q0 增大，循 w0 减小，制冷系数增大。 2. 其他条件不变，当热源温度降低时，可以看到 环所耗功 1234 的面积减小， s214s1 的面积不变，即 单位制冷量 q0 不变，循环所耗功 w0 减小，制冷系数升高。反之，当热源温度升高时，s214s1 的面积不变，1234 的面积增大，即循环所耗功 w0 增大，即单位制冷量 q0 不变，制冷系数减 小。 1-16 试说明蒸气压缩制冷循环与蒸气压缩热泵循环的异同点，并在 T-s 图上把两循环表示 出来。 答：相同点：蒸气压缩制冷循环与蒸气压缩热泵循环在原理上是完全相同的。两个循环 都是与环境相互作用， 从低温热源吸热， 然后放热至高温热源， 与此同时， 按照热力学第二定律，必须消耗机械功。原则上，凡是用来作制冷机的循 环， 都可以用作热泵； 凡是用于制冷机的分析方法， 都可以用于分析热泵。 不同点： （1）两者的目的不同。蒸气压缩制冷循环的目的是为了获得低温（制冷） ， 也就是着眼于从低温热源吸热。 蒸气压缩热泵循环的目的是为了获得 高温，也就是着眼于放热至高温热源。 （2）两者的工作温区往往有所不同。上述所谓的高温热源和低温热源，只 是彼此相对而言的。 由于两者的目的不同， 通常蒸气压缩热泵循环是 将环境作为低温热源，而蒸气压缩制冷循环是将环境作为高温热源。 对于同一环境温度来说，热泵循环的工作温区就明显高于制冷循环。
第一章
1-1 常用的制冷方法有哪些？他们是利用什么原理实现制冷的？除此之外，还有那些制冷方 法，你能再举一些制冷方法的例子吗？ 答：一般来说，制冷的方法主要有三种： （1）利用物质相变制冷（如融化、蒸发、升华 等）的吸热制冷效应； （2）利用气体膨胀产生的冷效应制冷； （3）利用珀尔贴效应的热 点制冷。例如：利用半导体的珀尔贴效应的制冷方法叫做半导体制冷。 除此之外， 其他的制冷方法还有气体涡流制冷， 热声制冷， 绝热去磁制冷， 氦稀释制冷。 1-2 请说出气体绝热膨胀制冷三种方法的名称，并说出它们各自的优缺点。 名称 有外功输出的膨胀过程 绝热放气过程 节流膨胀过程 优点 气体温降大，复热时制冷量大 小型制冷机中广泛使用 系统结构简单，气体流量便于调节 缺点 要采用膨胀机， 系统结构复杂 无外出功输出 气体温降小，制冷量小
T 90C Ts 52C ；所以此时 R22 处于过热蒸气状态，对热度
查压焓图，
1；
70 kg / m 3 ;
1 0 .014286 m 3 / kg ; h 455 kJ / kg ; s 1 .79 kJ / kg K 70
1-11 含有 15%液体和 85%蒸气的混合物氨，其温度为 10C ，确定其比焓和压力。 解：干度
状态有关。如果这一差值大于零，则节流后温度降低。对应于节流效应转化曲线上 的制冷区。在节流过程中，气体的比焓值保持不变。 1-8 说明为什么在制冷剂离开蒸发器后，要冷凝它是不可行的。 答：蒸发器是一个换热器，它的作用是使经节流机构供入的制冷剂液体蒸发成蒸气，以 吸收被冷却物体的热量。蒸发器是一个对外输出冷量的设备，既制冷机的制冷部分。当 制冷剂离开蒸发器后， 它已经完成了它的制冷作用， 这时如果冷凝它， 会让它部分液化， 压力降低， 影响之后的压缩机压缩过程， 压缩机需要更多的功去压缩使其达到冷凝压力， 从而恶性循环，制冷系数降低。所以说，在制冷剂离开蒸发器后，要再冷凝它是不可行 的。
129 643 .4 0.6635 为所求。 520 .76 643 .4
1-13 在 lg p h 图上标出制冷剂 R143a 的压力为 0.15MPa，比焓为 500kJ/kg 的点，并说明 其处于什么状态。
解：
从图中可以看出， 其处于过
热蒸气的状态。 1-14 用图来求 R22 在 30C 时的气化热，并与查表求得的结果相比较。 解：查压焓图： Ts
1
T0' q 0.1 0.1 0.1 0 w 299.9W ' w T T0 300 0.1 299.9 w
1-20 一个理想的制冷器，冷气体在 72K 和 88K 之间等压吸热，并在 300K 等温排放热量， 假设工作流体为理想气体， 工质从 88K 压缩到 300K， 以及从 300K 膨胀到 72K 均为等熵过 程，等熵指数为 1.4。试求制冷器的制冷系数，并分别同如下温度位的卡诺机相比较： （ 1） 72K 与 300K， （2）88K 与 300K。 解：由等熵过程， w
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将制冷剂压缩到冷凝温度 冷凝器中冷凝成液体 节流 蒸发器蒸发吸热（制冷）
气体液化循环
1-2 等温压缩 2-0 等熵膨胀至液化气体的饱和温度 0-3-1 制冷剂与液化气体可逆换热，复热回升
斯特林制冷循环
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等温压缩 定容放热过程 等温膨胀过程（制冷） 定容吸热过程
1 Rg T1 T2 1
压缩过程对系统作功为 w 1 ，膨胀过程系统对外作功为 w 2 ，则 w 1 q0 制冷系数
1-12 N 2 的压力为 101MPa，比焓为 129kJ/kg。求两相混合物的干度。 答：查表得： Ps
101MPa时，h f 643.4kJ / kg, hg 520.76kJ / kg
h hf h g h f
。
又 h h f 1 h g
30C时， h f 239kJ / kg, hg 413kJ / kg ； hg hf 413 239 174kJ / kg ；
气化热 查表： Ts
30C时， h f 236.38kJ / kg, hg 413.60kJ / kg ；
气化热
hg hf 413.60 236.38 177.22kJ / kg 。
G-M 制冷循环
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等容充气过程 等压充气过程 等容放气过程 等压放气过程（制冷）
基本型脉管制冷循环
（1） 高压气体进入管内，向封闭端移，压缩 （2） 封闭端水冷器带走热量，温度压力降低
（3） 排气阀打开，气体膨胀左移，降压获得低温 （4） 进气阀再次打开，重复操作 1-5 请说明理想循环与可逆循环的异同点，指出上述 3 题中的循环哪些是不可逆循环，为什 么？ 答：有些循环除了一两个不可避免的不可逆循环过程外，其余均为可逆过程。这样的循 环以及可逆循环都称为理想循环。即理想循环既包括可逆过程也可能包括不可逆过程， 但可逆循环只是可逆过程组成的。 蒸气压缩制冷循环是不可逆循环，因为该循环需要用到节流阀，而节流过程是由摩 擦损失的，是一个不可逆过程。G-M 制冷循环、基本型脉管制冷机循环中带有配气阀门 的循环是不可逆循环，因为这些配气阀都将产生摩擦损失，是不可逆过程。 1-6 说出蒸气压缩制冷系统循环中的四个过程名称，以及发生这些过程相应的设备。 名称 将制冷剂压缩到冷凝压力 将高压制冷剂冷却并冷凝成液体 节流膨胀过程 液体气化吸热过程 设备 压缩机 冷凝器 节流机构 蒸发器
Baidu Nhomakorabea
qH qH 5.22 qH q0 15 18.5545kW w q H q0 5.22 1 1
所以在温度 40C 时的放热速率是 18.5545kW。 1-19 用两个卡诺制冷机在 0.1K 温度位制取 0.1W 的制冷量。 第一个卡诺制冷机工作在 0.1K 与 2K 温度之间，第二个卡诺机则工作在 2K 温度和 300K 高温位之间。试问用这两个制冷 机，把 0.1W 的能量从低温位转移到高温位所需的功为多少？若仅用一个卡诺机，情况如何？ 解：对于第一个卡诺机，制冷系数
1
T0' 0.1 0.1 q0 0.1 w1 1.9W ； ' w T T0 2 0.1 1.9 w
对于第二个卡诺机，制冷系数
2 300 2
0.1
1.9
298
所以，把 0.1W 的能量从低温位转移到高温位所需的功 w 若仅用一个卡诺机，制冷系数 1.9 298 299.9
'
12C 253.15K, T 40C 313.15K
T0' 253.15 4.22 ； ' T T0 313.15 253.15
制冷系数
（2）制冷系数
q0 q 15 w0 0 3 . 5545 kW w0 4 .22
其功耗为 3.5545kW； （3）热泵系数 1 1 4 . 22 5 .22 ； （4）热泵系数