制冷原理与设备第三章思考题

制冷原理与设备第三章思考题、习题参考答案

1.单级蒸汽压缩式制冷的理论循环工作过程

单级蒸汽压缩式制冷系统主要有压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器四大件组成。

1)压缩过程：压缩机是制冷系统的心脏。压缩机不断抽吸从蒸发器中产生的低压低温的制冷剂蒸汽，保持蒸发器的低压汽化条件。同时将抽出的低压低温蒸汽压缩成高压高温的过热蒸汽输送到冷凝器。在这个过程中压缩机需要做功。

2）冷凝过程：高压高温的过热蒸汽在冷凝器中把热量传给环境介质，制冷剂被冷却凝结成高温高压饱和液体，进入膨胀阀。

3）节流过程：高温高压饱和液体经过膨胀阀节流变为低温低压湿饱和蒸汽，进入蒸发器。

4）蒸发过程：进入蒸发器的低温、低压液体吸收被冷却物热量得到制冷目的，制冷剂汽化（沸腾）为低温低压蒸汽。

2.制冷剂压焓图和温熵图基本内容

1）压焓图

一点：临界点C

三区：液相区、两相区、气相区。

五态：过冷液状态、饱和液状态、湿蒸气状态、

饱和蒸气状态、过热蒸气状态。

八线：饱和液线x=0、饱和蒸气线x=1、无数条等干度线x、等压线p（水平线）、等焓线h（垂直线）等熵线s、等比体积线v、等温线t

等温线：在图中为点化线，在过冷区为垂直线，在湿区为水平线（并且与定压线重合），在过热曲为向下弯曲的曲线。

等焓线：在图中为实线。在过热区为向右下弯曲的曲线比等比体积线v的斜率大。越往右下的等熵线熵值越大。

比等比体积线v：图中为虚线。在过热区向下弯曲的曲线。愈往下的等比容线，比容愈大。

过程热量：在图中可以用横坐标的长度代表。

2）温熵图

一点：临界点

三区：气相区、液相区、湿蒸气区

五态：过冷液体、饱和液体、湿蒸气、饱和蒸气、过热蒸气

八线：等温线、等熵线、饱和蒸气线、饱和液体线、等干度线、等容线、等压线、等焓线。

①饱和液体线X=0：由于过冷液体线密集在X=0线附近，所以饱和液体表示两种状态：过冷液体和饱和液体。

②等压线：在过冷区为向右下方弯曲的曲线，在湿区为水平线和等温线重合；在过热区为向右上方弯曲的曲线。

③等比容线：图中为虚线。在湿区为向右上倾斜的直线在过热区变成向右上方弯曲的曲线比等压线斜率大。

过程热量：在图中可以用等压线下面的面积表示。 3.单级蒸汽压缩式制冷理论循环性能指标 1）单位理论功和理论功率：

单位理论功：压缩机每输送1㎏制冷剂所消耗的功（kJ/㎏）。

120h h w -= （kJ/kg ）

理论功率：压缩机压缩循环的制冷剂蒸汽所消耗的功率。

)(1200h h q w q P m m -== （kW ）

2）单位制冷量和单位容积制冷量

单位制冷量：1㎏制冷剂在蒸发器中从被冷却物吸取的热量。 410h h q -= （kJ/㎏）

单位容积制冷量：压缩机每吸入1立方米制冷剂所制取的冷量。 1

4

110v h h v q q v -==

（kJ/m 3） 制冷量：单位时间内制冷剂在蒸发器中从被冷却物中吸取的热量。 )(4100h h q q q Q m m -== （kW ） 3)单位冷凝热负荷和冷凝器热负荷

单位冷凝热负荷：1㎏制冷剂在冷凝器中放出的热量。 0032)(w q h h q k +=-= （kJ/㎏） 冷凝器热负荷：单位时间内制冷剂在冷凝器中放出的热量。 )(32h h q q q Q m k m k -== （kW ）

4)理论循环的制冷系数：单位制冷量与单位功之比。（经济指标：制取需要的冷量，要

投入多少功率。） 3

24

100000h h h h w q P Q --===

ε 5)热力完善度：理论循环的制冷系数与同温度的逆卡若循环的制冷系数之比。 c εεη0=

t t t k c -=ε

)(310s s t q c -= ))((3100s s t t w k --= 0

310310))(()(t t t s s t t s s t w q k k c c c -=---==

ε 热力完善度说明该循环接近可逆循环的程度；热力完善度越大，说明该循环接近可逆循环的程度越大。

4.单级蒸汽压缩式制冷实际循环偏离理论循环的主要因素

1）实际循环中，离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气往往是过热蒸气； 2）实际循环中，离开冷凝器和进入膨胀阀的液体往往是过冷液体； 3）实际循环中，压缩机的压缩过程不是等熵压缩；

4）实际循环中，制冷剂通过膨胀阀的节流过程不完全绝热，节流后焓值有所增加；

5）实际循环中，在蒸发器和冷凝器中存在传热温差，即制冷剂的冷凝温度高于冷却介质温度，蒸发温度低于被冷却介质的温度；

6）实际循环中，制冷剂在管道及设备内流动是存在阻力损失，并与外界存在热量交换。 5．蒸发温度升高、冷凝温度降低，对制冷循环的影响。 1）蒸发温度升高、对制冷循环的影响。

冷凝温度不变蒸发温度升高有t 变为t ′时制冷量增大，压缩功减少，制冷系数增大。经济性提高。制冷机在运行中不要降低蒸发温度。

2）冷凝温度降低对制冷循环的影响

蒸发温度不变冷凝温度降低见下图:冷凝温度有t 下降为t ′时，制冷量增大，压缩功减少，制冷系数增大。经济性提高。在制冷机运行中，排除系统的不凝性气体；经常清除水垢降低冷凝温度对循环有利。

6.假定一单级蒸汽压缩式制冷理论循环，其蒸发压力为p 0=350kPa ,冷凝压力p k =1350kPa ，制冷工质为R22，制冷量Q 0=50kW ，式对该循环进行热力计算。

解：1)确定制冷工况

p 0=350kPa=3.5bar ，查图t0=-10℃, p k =1350kPa=13.5bar ，查图t k=40℃

在压焓图上画两条定压线p 0=350kPa=3.5bar 和p k =1350kPa=13.5bar ；p0与x=1的线相交的点为出蒸发器的状态1；由1点的熵值沿等熵线与pk 相交点为出压缩机状态点2；pk 线与x=0相交的点为出冷凝器状态点3。根据3点沿等焓线与p0等压线相交点为出节流阀状态点4。

查图得到各点参数

①单位制冷量和单位容积制冷量

410h h q -==（401.58－241.78）=159.8（kJ/㎏）

98.24350656

.08.1591014110===-==

v q v h h v q q v （kJ/m 3）