制冷设备与原理吴业正版思考题答案

qk=h2－h3=192.086 kJ/kg
11. 一台单级蒸气压缩式制冷机，工作在高温热源温度为 40℃，低温热源温度为-20℃ 下，试求分别用 R134a 和 R22 工作时，理论循环的性能指标。 解: h1=349.43 kJ/kg v1=0.0807 m3/kg h3=h4=228.54kJ/kg p0=0.2610 MPa 1 单位质量制冷量 2 单位容积制冷量 3 制冷剂质量流量 4 理论比功 5 压缩机消耗的理论功率 6 制冷系数 7 冷凝器单位热负荷 pk=0 .7 449Mpa h2=370.40 kJ/kg t2=60℃）
Байду номын сангаас
1 单位质量制冷量
q0=h1－h4=401.555－243.114=158.441 kJ/kg
2 单位容积制冷量 3 制冷剂质量流量 4 理论比功 5 压缩机消耗的理论功率 6 制冷系数 7 冷凝器单位热负荷
w0=h2－h1=435.2－401.555=33.645 kJ/kg P0=qmw0=11.68 kw
答：R700+该无机化合物分子量的整数部分 23. 选择制冷剂时有哪些要求？ 答： 1） 、 制冷剂的工作温度和工作压力要适中 （2） 、 制冷剂要有比较大的单位容积制冷量 （3） 、 制冷剂的临界温度要高，凝固点要低（4） 、制冷剂的粘度和密度要尽量小(5） 、制冷剂的 导热系数和放热系数要高（6） 、对制冷剂其它方面的要求。不燃烧、不爆炸、无毒、无腐 蚀性作用、价格适宜、易于购买等。 24. 家用的冰箱、空调用什么制冷剂？ 答：氟里昂 12（CF2CL2，R12、氟里昂 22（CHF2CL，R22） 25. 常用制冷剂有哪些？它们的工作温度、工作压力怎样？ 1. 答：1.氨（代号：R717） 氨是目前使用最为广泛的一种中压中温制冷剂。氨的凝固温度为-77.7℃，标准蒸发温 度为－33.3℃，在常温下冷凝压力一般为 1.1～1.3MPa，即使当夏季冷却水温高达 30℃ 时也决不可能超过 1.5MPa。氨的单位标准容积制冷量大约为 520kcal/m3。 氨有很好的吸水性，即使在低温下水也不会从氨液中析出而冻结，故系统内不会发生 “冰塞”现象。氨对钢铁不起腐蚀作用，但氨液中含有水分后，对铜及铜合金有腐蚀作 用，且使蒸发温度稍许提高。因此，氨制冷装置中不能使用铜及铜合金材料，并规定氨 中含水量不应超过 0.2％。 氨的比重和粘度小，放热系数高，价格便宜，易于获得。但是，氨有较强的毒性和可 燃性。若以容积计，当空气中氨的含量达到 0.5％～0.6％时，人在其中停留半个小时即 可中毒，达到 11％～13％时即可点燃，达到 16％时遇明火就会爆炸。因此，氨制冷机 房必须注意通风排气，并需经常排除系统中的空气及其它不凝性气体。 总上所述，氨作为制冷剂的优点是：易于获得、价格低廉、压力适中、单位制冷量大、 放热系数高、几乎不溶解于油、流动阻力小，泄漏时易发现。其缺点是：有刺激性臭味、 有毒、可以燃烧和爆炸，对铜及铜合金有腐蚀作用。 2.氟利昂－12（代号：R12） R12 为烷烃的卤代物，学名二氟二氯甲烷。它是我国中小型制冷装置中使用较为广泛 的中压中温制冷剂。R12 的标准蒸发温度为－29.8℃，冷凝压力一般为 0.78～0.98MPa， 凝固温度为-155℃，单位容积标准制冷量约为 288kcal/m3。 R12 是一种无色、透明、没有气味，几乎无毒性、不燃烧、不爆炸，很安全的制冷剂。 只有在空气中容积浓度超过 80％时才会使人窒息。 但与明火接触或温度达 400℃以上时， 则分解出对人体有害的气体。 R12 能与任意比例的润滑油互溶且能溶解各种有机物，但其吸水性极弱。因此，在小 型氟利昂制冷装置中不设分油器， 而装设干燥器。 同时规定 R12 中含水量不得大于 0.0025 ％，系统中不能用一般天然橡胶作密封垫片，而应采用丁腈橡胶或氯乙醇等人造橡胶。 否则，会造成密封垫片的膨胀引起制冷剂的泄漏。 3.氟利昂－22（代号：R22） R22 也是烷烃的卤代物，学名二氟一氯甲烷，标准蒸发温度约为－41℃，凝固温度约 为－160℃，冷凝压力同氨相似，单位容积标准制冷量约为 454kcal/m3。 R22 的许多性质与 R12 相似， 但化学稳定性不如 R12， 毒性也比 R12 稍大。 但是， R22 的单位容积制冷量却比 R12 大的多，接近于氨。当要求－40～－70℃的低温时，利用 R22 比 R12 适宜， 故目前 R22 被广泛应用于－40～－60℃的双级压缩或空调制冷系统中。 26. 为什么国际上提出对 R11、R12、Rll3 等制冷剂限制使用？ 答：r11（cfcl3） 、r12（cf2cl2） 、r113(ch3cf3)均为氟族制冷剂.氟里昂能够破坏臭氧层是因为 制冷剂中有 cl 元素的存在，而且随着 cl 原子数量的增加，对臭氧层破坏能力增加，随着 h 元素含量的增加对臭氧层破坏能力降低； 造成温室效应主要是因为制冷剂在缓慢氧化分解过 程中，生成大量的温室气体，如 co2 等。根据氟里昂制冷剂的分子结构，r11（cfcl3） 、r12
q 0 / w0 0.01
qk=h2－h3=184.5 kJ/kg
13. 单级蒸气压缩式制冷实际循环与理论循环有何区别？ 答：理论循环中没有考虑到制冷剂液体过冷和蒸气过热的影响，也没有考虑冷凝器、蒸发器 和连接管道中制冷剂流动而产生的压降。 14. 什么叫有效过热？什么叫有害过热？有效过热对哪些制冷剂有利，对哪些制冷剂有利？ 答： 有效过热： 过热吸收热量来自被冷却介质， 产生有用的制冷效果。 对氨的制冷系数降低， 对 R12 的制冷系数升高。故一般在氨系统中过热度较小，大约在 5 摄氏度左右，而氟利昂 的过热度可大一些。 有害过热：过热吸收热量来自被冷却介质以外，无制冷效果。
12. 有一单级蒸气压缩式制冷循环用于空调，假定为理论制冷循环，工作条件如下：蒸 发温度 t0=5℃，冷凝温度 tk=40℃，制冷剂为 R134a。空调房间需要的制冷量是 3kW，试求： 该理论制冷循环的单位质量制冷量 q0、制冷剂质量流量 qm、理论比功 w0、压缩机消耗的理 论功率 P0、制冷系数0 和冷凝器热负荷 Qk。 解: h1=391.3kJ/kg v1=0.0874 m3/kg h3=h4=241.5kJ/kg p0=0.0164MPa pk=1.1863Mpa h2=426.0 kJ/kg t2=60℃）
1 单位质量制冷量 2 单位容积制冷量 3 制冷剂质量流量 4 理论比功 5 压缩机消耗的理论功率 6 制冷系数 7 冷凝器单位热负荷
q0=h1－h4=391.3－241.5=149.8 kJ/kg
qv q 0 / v1 1713 q m Q 0 / q 0 0.367
w0=h2－h1=370.40－349.43=34.7kJ/kg P0=qmw0=7.14 kw
10. 有一个单级蒸气压缩式制冷系统，高温热源温度为 30℃，低温热源温度为-15℃， 分别采用 R22 和 R717 为制冷剂，试求其工作时理论循环的性能指标。 解: h1=401.555 kJ/kg v1=0.0653 m3/kg h3=h4=243.114 kJ/kg p0=0.3543 MPa pk=1.3548 Mpa h2=435.2 kJ/kg t2=57℃）
15. 什么是回热循环？它对制冷循环有何影响？ 答：回热循环：冷凝后的制冷剂液体与蒸发后的制冷剂蒸发制冷剂蒸气进行交换，实现液体 过冷、蒸气过热的制冷循环。采用回热循环后制冷系数可以增加，也可以减少，它的变化规 律与有效过热对制冷系数的影响完全一致。 16. 压缩机吸气管道中的热交换和压力损失对制冷循环有何影响？ 答： 制冷剂在制冷设备和连接管道中连续不断地流动， 使制冷循环得以实现， 形成制冷效应。 制冷剂沿制冷设备和连接管道流动， 将产生摩擦阻力和局部阻力损失， 同时制冷剂还会或多 或少地与外部环境进行热交换。 17. 试分析蒸发温度升高、冷凝温度降低时，对制冷循环的影响。 答： （1）当蒸发温度不变，冷凝温度上升时，压比增大，吸气密度增大，压缩机功率增大， cop 值降低； （2）冷凝温度上升，毛细管入口压力增大，过冷度减小，毛细管流量增大。 18. 制冷工况指的是什么？为什么说一台制冷机如果不说明工况，其制冷量是没有意义的？ 答： （1）是指制冷压缩机工作的状况，即制冷压缩机工作的条件。它的工作参数包括蒸发温 度、冷凝温度、吸气温度和过冷温度。 （2）变化的工况会导致变化的制冷量，因此所有空调 器要比较制冷量的话必须在一个同等的工况下。 制冷剂与载冷剂思考题 19. 制冷剂的作用是什么？ 答：在常温下为无色气体，在自身压力下为无色透明液体，无毒不燃，具有良好的热稳定性 和化学稳定性，不腐蚀金属。它是一种低温制冷剂，可得到-80℃的制冷剂温度，是生产聚 四氟乙烯的重要原料和生产灭火剂 1211 的中间体。制冷剂又称制冷工质，在南方一些地区 俗称雪种。它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质。 制 冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质（水或空气等）的热量而汽化，在冷凝器中将热量传递给周 围空气或水而冷凝。 制冷机中完成热力循环的工质。 它在低温下吸取被冷却物体的热量， 然后在较高温度下转移 给冷却水或空气。 在蒸气压缩式制冷机中， 使用在常温或较低温度下能液化的工质为制冷剂， 如氟利昂（饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物） ，共沸混合工质、碳氢化合物（丙烷、乙 烯等） 、氨等；在气体压缩式制冷机中，使用气体制冷剂，如空气、氢气、氦气等，这些气 体在制冷循环中始终为气态； 在吸收式制冷机中， 使用由吸收剂和制冷剂组成的二元溶液作 为工质，如氨和水、溴化银和水等；蒸汽喷射式制冷机用水作为制冷剂。制冷剂的主要技术 指标有饱和蒸气压强、比热、粘度、导热系数、表面张力等。 20. 按 ASHRAE 的规定制冷剂是怎样分类的？ 答：1、卤代烃制冷剂（氟利昂类） 。如 R14、R11、R12、R13、R113、R114、R23、R32、 R152a、R134a、R21、R22、R123、R40、R30、R10 等，其中 R22 和 R123a、R152a 较为常 用。 2、饱和碳氢化合物类制冷剂。如 R50、R170、R290、R600、R600a 等。 3、共沸混合物制冷剂。如 R500、R501、R502、R503、R504、R505、R506、R507 等。 4、非共沸混合物制冷剂。如 R401A、R401B、R401C、R402A、R402B、R404A、R407A、 R407B、R407C、R407D、R410A、R410B 等。 5、无机化合物制冷剂。如 R702、R704、R717、R718、R728、R729、R744、R744A、R764 等。 21. 什么是共沸制冷剂？ 答： 共沸制冷剂是由两种以上不同制冷剂以一定比例混合而成的共沸混合物， 这类制冷剂在 一定压力下能保持一定的蒸发温度，其气液两相沸混合物可以改善制冷剂的特性。 一定压力下，汽相和液相平衡共存时，表示其平衡温度(即沸点)与液相组成关系之曲线，称 为沸点曲线。也称液相线或泡点线。沸点曲线可通过汽液平衡的测定而获得，也可用沸点计 直接测定。另外非共沸制冷剂也是由两种以上不同制冷剂以一定比例混合而成的制冷剂， 它 在饱和状态下， 气液两相的组成分不同， 低沸点组分在气相中的成分总是高于液相中的成分。 非共沸制冷剂在一定压力下冷凝或蒸发时为非等温过程，冷凝温度和蒸发温度都会发生变 化，故可实现非等温制冷。 22. 无机化合物制冷剂的命名是怎样的？
制冷原理与设备循环思考题与练习题 1. 蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成，各有何作用？ 答：由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器组成，用管道将它们连接成一个密封系统就是蒸汽 压缩制冷循环系统。 压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸汽的作用，是整个系统的心脏； 冷凝器是输出热量的设备， 从蒸发器中吸取的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在制冷器 中被冷却介质带走。 节流阀对制冷剂起节流降压作用，并调节进入蒸发器的制冷剂流量： 蒸发器是输出冷量的设备， 制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量， 从而达到制取冷量的 目的。 2. 蒸发器内制冷剂的汽化过程是蒸发吗？ 答：不是，是汽化，因为制冷剂常态下是气态,受到压缩机压缩变为液态或半液半汽态经膨 胀机构进入蒸发器由于压力降低迅速汽化吸收热量产生制冷效果。 3. 制冷剂在蒸气压缩制冷循环中，热力状态是如何变化的？ 答：在制冷循环中,气态的制冷剂经过压缩机压缩成高温、高压的气体.经冷凝器凝结成高压 的液体，通过热力膨胀阀后由高压液体变成低压、低温气体，在蒸发器里吸收热量后流回压 缩机继续循环。 4. 制冷剂在通过节流元件时压力降低，温度也大幅下降，可以认为节流过程近似为绝热过 程，那么制冷剂降温时的热量传给了谁？ 答：热量传给了蒸发器 5. 制冷剂在制冷循环中扮演了什么角色？ 答：先搞清楚空调压缩机的工作原理:空调压缩机是在空调制冷剂回路中起压缩驱动制冷剂 的作用。工作回路中分蒸发区(低压区)和冷凝区(高压区)。室内机和室外机分别属于高压或 低压区(要看工作状态而定)，压缩机一般装在室外机中。压缩机把制冷剂从低压区抽取来经 压缩后送到高压区冷却凝结，通过散热片散发出热量到空气中，制冷剂也从气态变成液态， 压力升高。制冷剂再从高压区流向低压区，通过毛细管喷射到蒸发器中，压力骤降，液态制 冷剂立即变成气态，通过散热片吸收空气中大量的热量。这样，机器不断工作，就不断地把 低压区一端的热量吸收到制冷剂中再送到高压区散发到空气中，起到调节气温的作用。 制 冷剂又称制冷工质，是制冷循环的工作介质，利用制冷剂的相变来传递热量，既制冷剂在蒸 发器中汽化时吸热，在冷凝器中凝结时放热。当前能用作制冷剂的物质有 80 多种，最常用 的是氨、氟里昂类、水和少数碳氢化合物等。 6. 单级蒸气压缩式制冷理论循环有哪些假设条件？ 答：压缩比：≥3，且不宜过大；冷凝、蒸发器中传热要有温差存在；回热循环的变化规律 要与有效过热对制冷系数一致；要求制冷剂蒸汽过热 7. 试画出单级蒸气压缩式制冷理论循环的 lgp-h 图，并说明图中各过程线的含义。 8. 已知 R22 的压力为 0.1MPa，温度为 10℃。求该状态下 R22 的比焓、比熵和比体积。 9. 已知工质 R134a 和下表填入的参数值，请查找 lgp-h 图填入未知项。 p/MPa 0.3 25 70 1.85 t/℃ h/kJ/kg v/m3/kg 0.1 0.3 s/kJ/(kgK) x
q0=h1－h4=349.43－228.54=120.89 kJ/kg
qv q 0 / v1 1498 q m Q 0 / q 0 6.965
w0=h2－h1=370.40－349.43=20.57 kJ/kg P0=qmw0=7.14 kw
q 0 / w0 5.877
qk=h2－h3=141.86 kJ/kg