第六章 蒸汽动力循环与制冷循环习题资料

第6章蒸汽动力循环与制冷循环

一、选择题

1. 蒸汽压缩制冷循环过程中，制冷剂蒸发吸收的热量一定制冷剂冷却和冷凝放出的热量

A 大于 B等于 C小于

（C）

2. 从制冷原理和生产应用方面说明制冷剂的选择原则。

答（1）潜热要大。因为潜热大，冷冻剂的循环量可以减小。氨在这方面具有显著的优点，它的潜热比氟里昂约大10倍，常用于大型制冷设备。

（2）操作压力要合适。即冷凝压力（高压）不要过高，蒸发压力（低压）不要过低。因为冷凝压力高将增加压缩机和冷凝器的设备费用，功率消耗也会增加；而蒸发压力低于大气压力，容易造成空气漏入真空操作的蒸发系统，不利于操作稳定。在这方面氨和氟里昂也是比较理想的。

（3）冷冻剂应该具有化学稳定性。冷冻剂对于设备不应该有显著的腐蚀作用。氨对铜有强烈的腐蚀作用，对碳钢则腐蚀不强；氟里昂则无腐蚀。

（4）冷冻剂不应有易燃和易爆性。

（5）冷冻剂对环境应该无公害。氟里昂F11、F12对大气臭氧的破坏已被公认，将逐渐被禁用，无公害的氟里昂替代品已大量应用。

综合以上各点，氨作为冷冻剂常用于大型冷库和工业装置。而无公害氟里昂常用于小型冷冻机和家用电器

3. 某蒸汽压缩制冷过程,制冷剂在２5０K吸收热量Q L,在３００K放出热量-Q H,压缩和膨胀过程是绝热的，向制冷机输入的功为Ws，判断下列问题的性质。A可逆的 B 不可逆的C 不可能的

(1). Q L =2000kJ Ws=400kJ

（A ）

250

5

300250

η==

-

可逆

2000

5

400

L

s

Q

W

η===

ηη

=

可逆

该制冷过程是可逆的(2). Q L=1000kJ Q H=－1500kJ

( B )

250

5

300250

η==

-

可逆

1000

2

15001000

L L

s H L

Q Q

W Q Q

η====

---

ηη

<

可逆

该制冷过程是不可逆的(3). Ws=100kJ Q H=－700kJ

( C )

250

5

300250

η==

-

可逆

700100

6

100

H s

L

s s

Q W

Q

W W

η

---

====

ηη

>

可逆

该制冷过程是不可能的

4. 卡诺制冷循环的制冷系数与有关。

A制冷剂的性质B制冷剂的工作温度C制冷剂的循环速率D压缩机的功率( B )

T

二、计算题

1.为使冷库保持-20℃,需将419000kJ/h 的热量排向环境，若环境温度T 0=27℃，试求理想情况下每小时所消耗的最小功和排向大气的热量。

解： ()

027320 5.382720c c T T T ξ-===--- c s Q W ξ= 41900077838/5.38c s Q W kJ h ξ==

= 041900077838496838/c s Q Q W kJ h =--=--=-

2.某蒸汽动力循环操作条件如下：冷凝器出来的饱和水，由泵从0.035Mpa 加压至1.5Mpa 进入锅炉，蒸汽离开锅炉时被过热器加热至280℃。 求：(1) 上述循环的最高效率。 (2) 在锅炉和冷凝器的压力的饱和温度之间运行的卡诺循环的效率，以及离开锅炉的过热蒸汽温度和冷凝器饱和温度之间运行的卡诺循环的效率。 (3) 若透平机是不可逆绝热操作，其焓是可逆过程的80%。 求此时的循环效率。 解： (1) 各状态点的热力学性质，可由附录水蒸汽表查得 1

6303.46H KJ kg -=⋅ 1

23611612() 1.024510(1.50.035)10 1.5

P P H H V d P V P P k J k g ---==-=⨯⨯-⨯=⋅⎰ 115.146.303-⋅+=kg kJ H （由于液体压力增加其焓增加很少，可以近似16H H =）

142992.7H KJ kg -=⋅ 4 6.8381S =11--⋅⋅K kg kJ

该循环透平机进行绝热可逆操作，增压泵也进行绝热可逆操作时效率最高。

54 6.8381S S ==，由0.035Mpa ，查得

气相，117153.7--⋅⋅=K kg

kJ S g （查饱和蒸汽性质表） 液相，11

9852.0--⋅⋅=K kg

kJ S l （查饱和水性质表内插） 气相含量为x 8381.69852.0)1(7153.7)1(3=⨯-+⨯=-+⨯=x x S x S x S l g

87.0=x

15(1)0.872631.4(10.87)303.462328.77g l H x H x H kJ kg -=⋅+-=⨯+-⨯=⋅

45412992.72328.770.2472992.7303.96H H H H η--=

==--

冷凝器压力0.035Mpa ，饱和温度为72.69℃；锅炉压力1.5Mpa ，饱和温度为198.32℃。卡诺循环运行在此两温度之间，卡诺循环效率

267.0273

32.19869.7232.198=+-=-=高低

高卡T T T η 若卡诺循环运行在实际的二个温度之间，其效率为

375.0273

28069.72280=+-=-=高低高卡T T T η (3)不可逆过程的焓差为0.80(H 2-H 3)，而吸收的热仍为12H H -，因此效率4541

0.80()0.800.2470.198H H H H η-==⨯=-

3. 在25℃时，某气体的P-V-T 可表达为PV=RT +6.4×104P ，在25℃，30MPa 时将该气体进行节流膨胀，向膨胀后气体的温度上升还是下降？

解；判断节流膨胀的温度变化，依据Joule-Thomson 效应系数μJ 。

由热力学基本关系式可得到：

p

P H J C V T V T P T -∂∂=∂∂=)()()(μ 将P-V-T 关系式代入上式，P RT PV 4104.6⨯+=→4104.6⨯+=

P RT V ，其中P R T V P =∂∂)( 0104.6104.644<⨯-=⨯-=⨯-=-⨯

=p

p p p J C C C P PV RT C V P R T μ 可见，节流膨胀后，温度比开始为高。

4．某压缩制冷装置，用氨作为制冷剂，氨在蒸发器中的温度为-25℃，冷却器中的压力为1.0MPa ，假定氨进入压缩机时为饱和蒸汽，而离开冷凝器时为饱和液体，每小时制冷量Q 0为1.67×105 kJ·h -1。 求：（1）所需的氨流率；

（2）制冷系数。

解：通过NH 3的P-H 图可查到各状态点焓值。

按照题意，氨进入压缩机为饱和状态1，离开冷凝器为饱和状态3。

氨在蒸发器中的过程即4→1 H 1=1430KJ ·kg -1

H 2=1710KJ ·kg -1

氨在冷凝器中的过程即2→3，H 3=H 4=320KJ ·kg -1

氨流率 15

410005.150320

14301067.1-⋅=-⨯=-==h kg H H Q q Q G