工程热力学习题提示与答案 (12)

习题提示与答案

第十二章 制冷循环

12-1 设有一制冷装置按逆向卡诺循环工作，冷库温度为-5 ℃，环境温度为20 ℃，求制冷系数的数值。又若利用该机器作为热泵，由－5 ℃的环境取热而向20 ℃的室内供热，求其供热系数。 提示：略。

答案： ， 。

10.72=ε11.72=ζ

12-2 有一台空气压缩制冷装置，冷藏库温度为-10 ℃，空气冷却器中冷却水的温度为15 ℃，空气的最高压力为0.5 MPa 、最低压力为0.1 MPa ，试求制冷系数、单位质量工质的制冷量及装置消耗的净功。 提示：空气压缩制冷循环，循环中各过程可逆，制冷系数1

1

1)(12−⎟⎟

⎠⎞⎜⎜⎝⎛=−κκp p ε，制冷量q 2=c p 0ΔT ，循环净功ε

q w 20=。 答案：ε=1.71；q 2=81.49 kJ/kg ；w 0=-47.6 kJ/kg 。

12-3 有一台空气压缩制冷装置，冷藏库温度为-10 ℃，冷却器中冷却水温度为20 ℃，空气的最高压力为0.4 MPa 、最低压力为0.1 MPa 。若装置的制冷量为150 kW ，试求带动制冷装置所需的功率、冷却水带走的热量、装置中空气的流量以及膨胀机和压气机的功率。

提示：空气压缩制冷循环，制冷系数1)(1

1)(12−=−κκp p ε，装置所耗功率ε

Q P 2&=，制冷量q 2=c p 0ΔT ，冷却水带走的热量，工质流量P Q Q +=2

1&&2

2q Q q m =，膨胀机功率P T =q m w s =q m c p 0ΔT ，压气机功率P c =q m (w c )s =q m c p 0ΔT 。 答案： P =72.9 8 kW ； 2 222.89 kW ，q =1

Q &m =8 159 kg/h ，P T =290.84 kW ，P T =218 kW ，P c =290.84 kW 。

12-4 按上题所述条件，若压气机绝热效率为0.8，膨胀机效率为0.85，试求装置消耗的功率及制冷系数。

提示： 膨胀机的压缩过程和压气机压缩过程的理想过程均为定熵过程。 压气机绝热效率：c c c )(w w ηs s ,=，膨胀机效率：s

w w η)(T T T =，膨胀机压气机

的功量w s =Δh ，制冷系数0

2w q ε=，装置耗功w 0=w T +w c ，装置所耗功率0w q P m =。 答案：P =228.3kW ；致冷系数ε=0.657。

12-5 一台氨蒸气压缩制冷装置，其冷库温度为-10 ℃，冷凝器中冷却水的温度为20 ℃，试求单位质量工质的制冷量、装置消耗的功、冷却水带走的热量以及制冷系数。

提示：过程热量q =Δh ；循环功量等于压缩机耗功：w 0=Δh ，各点焓值由压焓图确定。理论分析时，可视冷库温度等于系统蒸发温度，蒸发器出口工质为干饱和蒸汽状态；冷凝温度等于冷却水温度，冷凝器出口工质为饱和液体状态，且工质节流前后焓值不变。

答案： q 2=1152 kJ/kg ， w 0 =-150 kJ/kg ，q 1=1 302 kJ/kg ，ε=7.68。

12-6 若按上题所述条件，装置的制冷量为100 kW ，压气机的绝热效率为0.8，试求该装置消耗的功率、制冷系数以及装置中氨的流量。

提示：压气机压缩过程的理想过程为定熵过程，压气机绝热效率c c c,)(w w ηs s =，制冷系数02w q ε=，装置中氨的流量2

2q Q q m =。 答案：P =16.276kW ，ε=6.144， q m =312.5 kg/h 。

12-7 设把氨蒸气压缩制冷装置用做热泵，其工作温度与题12-5相同，试求该热泵的供热量及供热系数。

提示：参照习题12-5提示，且供热系数|

w |q ζ01=

。 答案：q 1=-1 302 kJ/kg ζ=8.68。

12-8 冬季室外温度为-5 ℃，室内温度为20 ℃。设某建筑物的散热量按每1 ℃温差为0.5 kW 计算，现用氨蒸气压缩制冷装置作热泵供热维持室内温度，若室外蒸发器中氨的温度为-13 ℃，而室内冷凝器内温度为27 ℃，压气机效率为0.8，试求：

(1)热泵的供热系数、供热的功率以及热泵消耗的功率；

(2)如果采用电炉直接供热，则电炉消耗的功率为热泵消耗功率的多少倍？ 提示：建筑物需热Q

正比于室内外温差；热泵供暖，过程热量q =Δh ，供热系数&|w |q ζ01=，循环功量等于压缩机耗功：w 0=Δh 。各点焓值由压焓图确定；压气机绝热效率c

c c,)(w w ηs s = 理想情况下，压气机中工质经历的是等熵过程；理论分析时，可视冷蒸发器出口工质为干饱和蒸汽状

态；冷凝器出口工质为饱和液体状态，且工质节流前后焓值不变。

答案：(1)ζ=5.17，Q

=12.5 kW ，P =2.2176 kW 。 &(2) P =12.5 kW ，为热泵耗功的5.17倍。

12-9 有一台吸收式制冷装置，利用150 ℃降至100 ℃的循环热水作为蒸气发生器的热源。已知蒸发器内的温度为-10 ℃、环境介质温度为20 ℃，假定在完全可逆的理想条件下工作，试确定:

(1)制冷装置的最大热量利用系数；

(2)若制冷量为2×105 kJ/h ，试求所需热水的最小质量流量为多少？

提示：最大热量利用系数为理想的吸收式制冷循环的热量利用系数。理想吸收式制冷循环中，所有热量传递都是在可逆条件下完成的，且理论分析时，可忽略系统所消耗的泵功。理想吸收式制冷循环的热量利用系数为

c c 1

012022max ηεT T T T T T Q Q =−−==&&ξ 式中，Q 为蒸发器的加热量；为制冷量；T &2

Q &0为环境温度；T 1为发生器内的温度(本题中，取循环热水的平均温度)；T 2为蒸发器中的温度；εc 为热源温度分别为T 0、T 2的逆向卡诺循环的制冷系数；ηc 为热源温度分别为T 0、T 1的卡诺循环的热效率。

加热蒸汽发生器所需热量=/ζQ &2

Q &max = q m,min c p 0ΔT 。 答案：(1) max ξ =2.31；(2) q m,min =0.115 kg/s 。