制冷原理与装置作业答案.docx
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制冷原理与装置作业答案
第1,2章习题
1.R22从压缩机排出时的压力为，温度为90C，试确定该制冷剂此时的比体积，比焓，比熵和过热度。
答：
通过查R22的lgp-h图可以得出：
v=kg，h=kg，s=，ts=C,△t==°C。
2.在lgp-h图上标出制冷剂R134a在压力为比焓为500kJ/kg的点，并说明其处于什么状态（画简图标出）。
答：
如图所示，该点处于过热状态。
3.写出下列制冷剂的化学分子式，并将“R'换成可判别其是否破坏臭氧层
情况的新代号。
R12,R50,R23,R13,R32,R14,R115R22,R134aR600aR123
答：
各制冷剂的分子式和新代号如下表所示：
制冷剂
分子式
新代号
R12
CF2CI2
CFC12
R50
CH
HC50
R23
CHF
HFC23
R13
CF3Cl
CFC13
R32
CHF2
HFC32
R14
CF4
FC14
R115
GF5CI或C^ClCFa
CFC115
R22
CHFCI
HCFC22
R134a
CHF4或CHFCF
HFC134a
R600a
C4H。
或CH（Ch）3
HC600a
R123
GHBCI2或CHC2CB
HCFC123
4.已知R134a的标准（正常）气化潜热R=kg，试对例2-1的第（5）步重新计算气化热r,饱和液体的比焓hs1和饱和液体的比熵V。
答：
（1）根据饱和蒸气压公式（2-2）:
InPra。
[31（1Tr）32（1Tr）1.583
（1）384（1Tr）785。
「亦/人
tb=°C。
计算在一个标准大气压力（pb=x105pa）下的饱和温度，得根据气化热公式（2-3）:
rrs（1^）0-38
s1Tbr
可以计算出-20C下的气化热为：
r214.86
253
374.1
246.86
374.1
0.38
kJ/kg
已经该温度下的饱和蒸气比焓和比熵分别为：
hsv384.7kJ/kg,s；1.7347
kJ/。
由于饱和液体的比焓等于饱和蒸气的比焓减去气化热，饱和液体的比熵等于饱和蒸气的比熵减去气化热与绝对温度的商，所以：
饱和液体的焓为：
hs384.7210.8=kJ/kg;
饱和液体的熵为：
s；s；-1.73472108=kJ/
T253
5.试说明矿物润滑油和聚酯类润滑油分别用于哪些制冷剂
答：
矿物润滑油用于R11、R12R600aR22等极性较弱或非极性制冷剂中,聚酯类润滑油用于R134aR407C等极性较强的制冷剂中。
6.请说明ODPI勺含义,请说明GWP,HGWP,TEWI含义及相互关系
答：
ODP是OzoneDepletionPotential的缩写，表示对大气臭氧层消耗的潜能值，以R11作为基准值，其值被人为规定为
GWP是GlobalWarmingPotential的缩写，表示对温室气体排放入大气后所
直接造成的全球变暖效应，以CO2为基准，规定其值为。
HGW也是表示温室气体排入大气后所直接造成的全球变暖效应，以R11为基
准，规定其值为，HGW值是GW值的3500倍。
TEWI是TotalEquivalentWarmingImpact的缩写，表示温室气体的总等效
温室效应，包括两部分：
第一部分是直接温室效应（DirectWarmingImpact），它是指温室气体的排放、泄漏以及系统维修或报废时进入大气后对温室效应的影响，可以表示为温室气体的GWPfi与排放总和的乘积；第二部分是间接温室效应（IndirectWarmingImpact），使用这些温室气体的装置因耗能引起的二氧化碳排放所带来的温室效应。
第3章习题
1.蒸气压缩式制冷系统中的主要设备和辅助设备有哪些各自的主要作用是什么
主要设备：
（1）压缩机：
通过压缩使制冷剂由低温低压的蒸汽变为高温高压气体，完成压缩过程。
（2）冷凝器：
高温高压过热制冷剂气体在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体，完成冷却过程。
（3）节流元件：
压力、温度降低，节流前后焓值不变，完成降温过程。
（4）蒸发器：
低温低压两相制冷剂吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气体，完成制冷过程。
辅助设备：
（1）干燥过滤器：
去除制冷系统中的微量水分和杂质，一般安装在节流元件之前。
（2）油分离器：
一般安装在压缩机排气口，分离制冷剂和润滑油，使大部分润滑油会到压缩机，在螺杆压缩机制冷系统中常用，在多级得低温制冷系统中为了防止低温下润滑油冻结的危害也常安装油分离器。
在家用空调和冰箱中一般不使用。
（3）储液器：
在中大型制冷系统中使用，一般安装在冷凝器之后，节流元件之前，可调节制冷系统的制冷剂循环量，安装储液器的制冷系统对制冷剂的充注量相对不敏感。
（4）气液分离器：
一般安装在压缩机的吸气口与蒸发器的出口之间，防止压缩机液击。
（5）回热器：
在有回热的制冷系统中使用，使冷凝器出口的高压常温制冷剂液体与蒸发器出口的低压低温制冷剂蒸气进行热交换，使得进入节流元件的制冷剂液体过冷，进入压缩机吸气口得制冷剂蒸气过热，防止压缩机吸入制冷剂液体。
（6）高低压保护器：
高压保护器安装在压缩机排气口，以毛细管引入排气压力进入高压保护器，当排气压力过高时，使压缩机停机以压缩机；低压保护器安装在压缩机吸气口，以毛细管引入吸气压力进入低压保护器，当吸气压力过低时，使压缩机停机以压缩机。
（7）过冷器：
安装于冷凝器之后，节流元件之间，对冷凝器出口的制冷剂进行进一步的冷却，以保证节流前的制冷剂过冷，可提高制冷系统的制冷量，并防止两相高压制冷剂进入节流元件，一般小型制冷系统不使用，回热器具有过冷器得功能。
2.何谓制冷系数何谓热泵制热系数制冷系数与热泵制热系数的值范围如何
⑴制冷系数：
（COP,CoefficientOfPerformanee）,是指单位
功耗所能获得的冷量。
也称制冷性能系数，是制冷系统（制冷机）的一项重要技术经济指标。
制冷性能系数大，表示制冷系统（制冷机）能源利用效率高。
这是与制冷剂种类及运行工作条件有关的一个系数，为一无量纲数。
一般蒸气压缩制冷空调系统的COP值为左右（国内），国外最高可达6左右（日本）。
家用冰箱的COL般为一左右。
（2）热泵制热系数：
称为热泵系数，©或者h表示，单位制热量与单位功耗之比。
在同一套热泵系统中，同一温区时有：
©二1+，对于蒸气
压缩系统，其热泵系数大于1。
3.在什么情况下把压缩机吸气口处的制冷剂蒸气过热称为“有害过热”
制冷剂蒸气在被冷却空间以外吸取环境空气的热量而过热，这种过热称为“有
害过热”或者“无效过热”。
4.将教材图3-13的实际循环表示在T—S图上。
5-6
6-1s:
可看作是先等压过热到a，再由a等焓节流到1s
1s-2s:
压缩过程，实际并不是绝热等熵压缩。
2s-b:
排气过程的冷却情况
b-c:
排气管中的压降
c-3-4:
冷凝冷却过程，有流动阻力损失。
所以向左下倾斜
4-5:
实际节流同环境有热交换，所以熵增加。
5.一蒸汽压缩制冷理论循环，用R22作制冷剂，蒸发温度-5C，冷凝温度30C,在压-焓图上画出该循环，并计算：
（1）单位压缩功；
（2）单位制
冷量；（3）单位冷凝负荷；（4）制冷系数。
查R22的饱和状态表和lgp-h图的以下参数:
hi=kg,h3=h4=kg,h2=kg.
（1）单位制冷量qo=hi-h3=hi-h4二单位理论功wo=hj-h1=单位冷凝负荷qk=h2-h3=制冷系数£=qc/wo==
igpJ
（Mp）
h
6.某制冷系统的制冷剂为R22,产冷量为80kW采用蒸汽压缩的回热理论循环。
蒸发温度为-10C,吸气过热度△tR=10C，冷凝温度为42C。
计算：
（1）制冷压缩机进口处的制冷剂体积流量；
（2）回热器的负荷；（3）压缩机的功率；（4）蒸发器入口处混合物中蒸汽分数，分别以质量分数和体积分数表示。
查R22的饱和状态表、过热蒸汽表和lg-h图的以下参数：
h1=410kJ/kg,h2=450kJ/kg,h3=252kJ/kg.h°=401kJ/kg,h4，=kJ/kgv'=m3/kg,v''=kg,v1=m3/kg
由回热器的热平衡关系h1-h0=h3-h3'
即410-40仁252-h3'
得h3'=243kJ/kg=h4
所以，回热器的单位负荷为h1-h0=9kJ/kg
（1）单位质量制冷量q0=h0-h4=401-243=158kJ/kg
质量流量
压缩机进口体积流量q
（2）回热器的负荷为
（3）单位理论功
压缩机功率
（4）质量分数x为:
qm=Q/qo=8O/158=O.5O6kg/s
3
v=c|mXvi=x=0.035m/s
Q'=qm*9=9*=
wo=h2-hi=450-410=40kJ/kg
h4h4'
x
h0h4'
243188.4
401188.4
0.26
所以其蒸气与液体的体积比
込；吐亘兰30.3
0.74v0.740.7587
所以蒸汽的体积分数y为:
30.3
30.31
0.968
w=w0Xqm=40X=
7.欲以一台106F（6FS1C）型压缩机配给一座小型冷藏库，库温要求tc=-10C。
水冷冷凝器的冷却水平均温度tw=30C，试作运行工况下制冷机系统的热力计算。
已知压缩机参数：
缸径D=100mm行程s=70mm气缸数Z=6,转数n=1440r/min，蒸发器传热温差取△t°=10C，且出口处有5C过热度，吸气管路过热也为5C,冷凝器的传热温差取△tk=5C,出口液体过冷温度为32C,压缩机的机械效率nm=，指示效率ni=，输气系数入=，制冷剂选用R22,求q°,qv,w0,Wi,£0,£i,qvh,qvs,qm,Q°,P0,Pi,Pe,Qk。
解：
根据已知条件，制冷机在以下工况运行（如上图所示）
tk=t«+△tk=30+5=35C
10=tc-△10=-10-10=-20C
t1'=t0+5+5=-20+5+5=-10C
13=32r
查R22热力性质图表可得:
点号
p（MPa
t（r）
h（kJ/kg）
u
（m3/kg）
1
-15
1
-10
2
3
32
q°,qv,Wo,Wi,£0,£i,qvh,qvs,qm,Qo,P0,Pi,Pe,Qk
循环计算如下：
（1）单位质量制冷量
qo=hi-h4=kJ/kg
（2）单位容积制冷量
qv=qo/u'==kJ/m3
（3）理论比功
wo=h2-h1'==kJ/kg
（4）指示比功
w=wo/ni==kJ/kg
（5）制冷系数
£0=q°/W0==
ei=q0/Wi==
（6）理论输气量
qvh=—D2snZ=—0.0120.0714406/60=m3/s44
（7）实际输气量
3
qvs=qvh=0.0790.60.0474m/s
（8）制冷机的工质流量
qn_qv1=0^474
i0.0952
0.5kg/s
（9）制冷机的总制冷量
Q=qmq00.5161.5280.76kW
（10）压缩机的功率消耗
理论功率：
P0=qmw0=*=
指示功率：
P=qmw=*=
轴功率:
m
33.83
0.9
37.59kW
（11）冷凝器的热负荷
h2s=h仁+^^=404.02244840402=kg
i0.65
Q=qm（h2sh3）0.5（471.68239.2）116.23kW
第四章习题答案
1.描述两级压缩制冷循环和复叠压缩制冷循环。
答：
①两级压缩制冷循环：
是制冷剂气体从蒸发压力提高到冷凝压力的过程分两个阶段（先经低压级压缩到中间压力，中间压力下的气体经过中间冷却后再到高压级进一步压缩到冷凝压力）的制冷循环。
根据中间冷却过程和节流次数不同，两级压缩制冷循环主要分为：
一级节流中间完全冷却循环，一级节流中间不完全冷却循环；两级节流中间完全冷却循环，两级节流中间不完全冷却循环。
以解决较大压比时,压缩机输气系数或效率太低和排气温度过高问题。
②复叠压缩制冷循环：
使用两种或两种以上的制冷剂，由两个或两个以上的单级或双级压缩制冷循环组成。
高温级使用中温制冷剂，承担高温段的制冷，低温级使用低温制冷剂，承担低温段的制冷，系统之间采用冷凝蒸发器衔接起来，高温级的中温制冷剂在冷凝蒸发器内蒸发制冷，使低温级的低温制冷剂在冷凝蒸发器内被冷凝成液体，确保低温工质得到冷凝，以获得较低的制冷温度。
2.说明采用两级压缩循环与复叠压缩循环的原因。
答：
为获得低温而采用两级压缩或复叠压缩制冷循环，主要有两方面原因：
（1）单级压缩蒸气制冷循环压比的限制；
（2）制冷剂热物理特性的限制。
所以，为了获得比较低的温度（一40〜一60C）,同时又能使压缩机的工作压力控制在一个合适的范围内，就要采用两级压缩循环。
为了获得更低的温度（—60〜—120C）,同时又能使压缩机的工作压力控制在一个合适的范围内，就要采用复叠循环。
一般，两个单级压缩制冷循环复叠用于获取－60〜—80C低温；三个单级压缩制冷循环复叠用于获取—80〜—120C低温。
3.根据节流级数和中间冷却方式不同，两级压缩制冷循环分哪些基本形
式并分别在炯P-h图上表示出一级节流的二种中间冷却循环。
答：
根据中间冷却过程和节流次数不同，两级压缩制冷循环主要分为：
一级节流中间完全冷却循环，一级节流中间不完全冷却循环；两级节流中间完全冷却循环，两级节流中间不完全冷却循环。
一级节流中间不完全冷却循环：
一级节流中间完全冷却循环:
4.两级压缩制冷机与复叠式制冷机的起动特性有何异同为什么
答：
两级压缩制冷机的起动，应先起动高压级压缩机，等到满足低压级压缩机的电动机配用功率后，再起动低压级压缩机。
以保证高低压级压缩机电动机的功率配备得到合理的利用。
复叠式制冷机起动时，应先起动高温级，使低温级制冷剂在冷凝蒸发器内得以冷凝，当冷凝压力不超过1600kPa时，可起动低温级，保证系统安全投入运行。
在低温级系统设置了膨胀容器的情况下，高温级和低温级可以同时起动。
5.一套中间完全冷却、一级节流两级压缩制冷循环系统，选用氨作为制冷剂，其工作条件：
制冷量QO=150KW冷凝温度Tk=40C,中间冷却器中过冷盘管的冷端温差为5C;蒸发温度T0=-40C;管路有害过热△T=5C;中间温度取
-5C。
设咼、低压级压缩机的绝热效率和指示效率分别为ng=、nig=
nd=、nid=,高、低压级压缩机的输气系数分别为入g=、入d=,试对该系统进
行热力计算。
答：
本题目p-h图如图所示
I
Oh
h?
'
所以低压级压缩机的制冷剂流量
h2A
id
1636.81419.3
0.83
1419.3
根据中间冷却器的热平衡关系
qmd
Qo150
q01207.01
1681.35kJ/kg
0.124kg/s
qmdh2'qmd（h5h8）（qmgqmd）h5qmgh3
h2'h8
qmgq
h3h5
0.124168「3519&25
1454.35385.96
0.172kg/s
（2）低压级压缩机的理论输气量
qvsdqmdv1
qvhd
dd
0.1241.588
0.65
0.303m3/s
循环各状态点热力参数见下表:
状态
占
八、、
0
1
2
2'
3
4
4'
5
7
8
9
P
（Bar）
t（C
）
-4
0
-3
5
-5
40
-5
0
-4
0
h
（kJ/kg）
v（m3
/kg）
（1）单位质量制冷量q。
hoh91405.26198.251207.01kJ/kg
高压级压缩机的理论输气量
qvhg
g
qmgV3
g
0.1720.34
0.73
0.08m3/s
（3）低压级压缩机的实际功率
Ped
40.25kw
qmdWdqmd（h2hi）0.124（1636.81419.3）
0.67
高压级压缩机的实际功率
peg
qmgWgqmg（h4也）
0.172（1668.421454.39）
0.7
52.59kw
所以，理论制冷系数
Q0
qmdWd
qmgWg
150
26.9736.81
2.35
实际制冷系数
sr
Q0
pedpeg
150
1.62
40.2552.59
（4）冷凝器的理论热负荷
人4'
h4h3
-3h3
1668・421454・391454.391706.19
ig
0.85
Qkqmg（h4'h5）
0.172（1706.19385.96）227.08kw
6.某冷库需要建设一套两级压缩中间完全冷却的制冷循环，制冷剂为R717。
其工作条件为：
制冷量Q=100kw,冷凝温度tk=40C,蒸发温度10=-30C,假设中间温度tfOC，压缩机吸气有害过热度△t1=5C，冷凝器的过冷度△12=5C，咼压液体在中间冷却器的进出口温差△13=8Co试计算：
（1）该制冷循环过程中高压级、低压级制冷剂的质量流量；
（2）该制冷压缩循环中高压级、低压级制冷剂的理论输气量
（高压级输气系数取入g=，低压级输气系数取入d=）；
（3）该制冷系统的理论制冷系数；
（4）冷凝器的理论热负荷。
答:
本题目
p-h
图如图1
t5
tk
t2
40
535C
t5
t6
t3
C
t6
t5
t3
35
827
循环各状态点热力参数见下表:
状态
占
八、、
0
1
2
3
4
5
5'
6
6'
0'
P
（Bar）
t（C）
-2
0
40
35
0
27
-3
-3
5
0
0
h
（kJ/kg）
v（m3/
kg）
igp
3
图1R717的lgp-h图
（1）单位质量制冷量
q。
h0'h6'
1421.05324.561096.49kJ/kg
所以低压级压缩机的制冷剂流量
qmd
Q0100
q01096.49
0.0912kg/s
根据中间冷却器的热平衡关系
qmdh1qmd（h5h6）（qmgqmd）h5qmgh2
h|
h6
1607.02
324.56
qmgqmd
0.0912-
0.1067kg/s
h2
h5
1459.65
363.16
（2）低压级压缩机的理论输气量
qvhd
qvsdqmdv0
0.09120.983
065
0.1379m3/s
高压级压缩机的理论输气量
qvhg
qvsg
qmgV2
g
0.10670.288
073
0.0421m3/s
（3）低压级压缩机的理论功率
Pd
qmdWd
qmd（h1h°）0.0912
（1607.021435.09）
15.68kw
高压级压缩机的理论功率
Pg
qmgwg
qmg（h3h2）0.1067
（1643.861459.65）
19.66kw
所以，理论制冷系数
Q
PdPg
100
15.6819.66
2.83
（5）冷凝器的理论热负荷
Qkqmg（h3h5）0.1067（1643.86363.16）136.65kw
7.某实验冷库采用R22两级压缩一级节流中间不完全冷却循环和R23单
级压缩组成的复叠制冷循环，制冷系统的总制冷量Q=150kw,高温部分的冷凝温度tkg=35C,低温部分的蒸发温度10=-60C,低温部分的冷凝温度tkd=-30C,低温部分采用回热循环（高温部分未回热），回热器中气体温升△t1=10C,
高温部分的高压液体在中间冷却器中的温降厶12=30C，冷凝蒸发器的传热温
差厶ta=5C，高温级中间温度tf-5C。
试作理论循环计算：
（1）低温级压缩机制冷剂的质量流量；
（2）高温级中高、低压级制冷剂的质量流量;
（3）低温级压缩机的理论功率；
（4）高温级中高、低压级压缩机的理论功率;
（5）该制冷循环的理论制冷系数。
答：
下图是复叠压缩制冷循环高温部分R22和低温部分R23的lgp-h图
由题意可知：
t1t0t1t150C
tgt10t2t105C
tkdt0g
t3t°g35C
复叠压缩高温部分R22勺lgp-h图
Igp
循环各状态点热力参数见下表:
状态
占
八、、
0
1
2
3
4
4
P
（Bar）
t（G
60
50
30
60
h
（kJ/kg）
3
34
3
73
1
54
v（m3/
kg）
状态
占
八、、
5
6
7
7
8
9
9'
1
0
10
P
（Bar）
t（G
35
5
3
5
-5
5
-3
5
h
（kJ/kg）
v（m3/
kg）
由回热器的热平衡关系
h]hbh3h4h4146.33kJ/kg
hrh4
所以，低温级压缩机单位制冷量
q
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