制冷原理与设备第四章习题解答docx.docx
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制冷原理与设备第四章思考题与习题
一、思考题
1.为什么单级压缩制冷压缩机的压力比一般不应超过410?
答：
采用单级压缩式制冷循环，在常温冷却条件下能够获得的低温条件有限。
制约因素是单级压力比和排气温度。
对于往复式压缩机，影响是三方面的：
（1）实际压缩机存在余隙容积，压力比升高，压缩机的容积效率下降（极限情况下容积效率下降到0,系统中制冷剂无法循环）。
（2）压缩比增启j,压缩过程不可逆损失增加，圧缩机效率降低，造成制冷量和制冷系数下降。
（3）压缩机排气温度上升，会超过允许的限值。
从运行经济性和可靠性方面综合考虑，対氟利昂类和氨的单级压力比规定分别不得超过10和&
对于回转式压缩机，单级压力比增大虽不至太多地影响容积效率，但排气温度过分升高也是不允许的。
对于离心式压缩机，单级叶轮可以达到的压力比取决于轮周速度和制冷剂的相对分子质量。
通常单级压缩的压力比只能达到3〜4。
2.双级蒸气压缩式制冷循环的形式有哪些？
答：
（1）一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环
（2）一级节流、小间不完全冷却的两级压缩制冷循环
（3）两级节流、中I'可完全冷却的两级压缩制冷循环
（4）两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环
3.一级节流与二级节流相比有什么特点？
中间不完全冷却与中间完全冷却相比又有什么特点？
（1）一级节流与二级节流
一级节流指制冷剂液体从冷凝压力节流到蒸发压力吋，只经过一次节流。
一级节流，压降大，节流后的闪蒸汽多，制冷量小。
循环的能量指标没有二级节流的好，但它具有下面特点：
1可以依靠高压液态制冷剂的压力，供液给较远或多层冷库较高的蒸发器。
2进入蒸发器的制冷剂液体，不与屮间冷却器中的液态制冷剂直接混合，这可减少冷冻机油进入蒸发器，蒸发器的传热性能提高。
3蒸发器和中间冷却器分别供液，便于操作控制，有利于制冷系统的安全运行。
二级节流指制冷剂液体从冷凝压力节流到蒸发压力时，经过二次节流。
二级节流的经济性优于一级节流。
并且可以获得两种不同的蒸发温度。
1第二次节流前为中间压力下的屮温液体，所以单位质量制冷量比一级节流大，循环的能量指标提高。
2由于中间冷却器内夹带的润滑油与液态制冷剂一起在笫二次节流时进入蒸发器，使蒸发器的传热性能降低。
3屮间冷却器出来的液态制冷剂由于温度和压力比较低，在输液管道屮有可能吸热蒸发，产生冷量损失。
4二级节流每只节流阀的压降小许多，相同流量下要求用大口径的节流阀，同时要保证两只节流阀的流量调节协调。
另外由于笫二只节流阀前制冷剂液体温度较低且无过冷，很容易出现阀前的闪蒸问题。
为简化系统和便于操作控制，广泛采用一级节流。
二级节流不适用于活塞式和螺杆式压缩机；二级节流应用于离心式压缩机。
（2）中间完全冷却与中间不完全冷却
中间完全冷却指低压级排气冷却到中间压力下的饱和状态；中间不完全冷却低压级的排气不冷却到饱和状态。
屮间不完全冷却循环的制冷系数要比中间完全冷却循环的制冷系数小；（这是因为在其它条件相同情况下中间不完全冷却循环的功耗大。
）屮间不完全冷却循环的中间冷却器结构简单尺寸小。
4.双级蒸气压缩式制冷系统制冷剂与循环形式如何选择？
答：
（1）双级压缩多使用中温制冷剂这样可以保证低压级的蒸发压力不致太低；高压级冷凝压力不致过髙。
（2）中间冷却方式选择与制冷剂种类有关。
中间不完全冷却循环适用于希望压缩机吸气具有一定的过热度，等嬌指数小，对回热有利的制冷剂；
中间完全冷却循环适用于，压缩过程温升较大，回热不利的制冷剂如氨制冷剂。
氨制冷剂采用双级压缩一级节流中间完全冷却循环；氟利昂类制冷剂（R22、R12、R502）采用双级压缩一级节流中间不完全冷却循环。
5.双级蒸气压缩式制冷循环需要确定的主要工作参数有哪些？
答：
4、5、匚、4、低压级吸气温度）。
6.如何确定最佳中间压力？
答：
制冷系数最大原则去选取中间压力一一最佳中间压力。
具体步骤为：
1）确定冷凝压力PK和蒸发压力P0,按p=J"/。
求得一个近似值，查表得到对
应的中间温度tm；
2）在该tm值的上下按一定间隔选取若干个中间温度；
3）对每一个tm值进行循环的热力计算，求得该循环下的制冷系数£；
4）绘制£=F（tm）曲线，找到£的最大值，由该点对应的中间温度即为循环的最佳中间温度（即最佳中间压力）。
7.蒸发温度、冷凝温度以及容积比的变化对中间压力各有何影响？
（1）当蒸发温度（压力）变化时：
冷凝温度（压力）不变。
随这蒸发压力（温度）的增高，屮间压力随着升高。
这是由于低压级的压缩比减少，输气系数增加，低压级排入中间冷却器的气体量逐渐增加，引起中间压力升高。
反之，蒸发压力降低，则中间压力下降。
（2）当冷凝温度（压力）变化时：
蒸发温度（压力）不变。
随这冷凝压力（温度）的升高，则中间压力增高。
这是由于高压级的压缩比增大，输气系数减小，使高压级吸气量减少,屮间冷却器内气体量逐渐增多，中间压力升高。
反Z冷凝压力降低，中间压力降低。
（3）高、低压级容积比的变化：
当蒸发压力（温度），冷凝压力（温度）不变时。
改变高、低压级的容积比值，则中I'可压力发生相应的变化，如增加低压级的容积或减少高压级的容积都会减小容积比，则屮间压力相应升高，反之，则屮问压力降低。
&什么是复叠式制冷循坏？
为什么要采用复叠式制冷循坏？
答：
复壳式制冷循环是用两种或两种以上不同的制冷剂，由两个或两个以上单级（也可以是双级）组合而成。
它适用于-80〜-130°C的低温装置。
采用复叠式制冷原因：
受到制冷剂本身物理性质的限制
1蒸发温度受制冷剂凝固点的限制：
当蒸发温度低于-70°C时，氨制冷剂会受到凝固点的限制（氨凝固点-77.7C）蒸发温度必须高于制冷剂的凝固点。
2蒸发压力过低，容易渗入空气；
3蒸发压力过低，单位容积制冷量下降:
低压时，气态制冷剂的比容很大，单位容积制冷能力很小，要求压缩机的体积流量很大。
复叠式制冷循环不仅可以用不同的制冷剂，还可以用不同的制冷方式。
虽然效率低，但能使系统简化。
二、习题
4-1某冷库需要建设一套两级压缩制冷装置，拟采用R22为制冷剂。
设计条件为Q0=150kW,tk=40°C（不采用水过冷），t0=-40°C,使用有回热器的中间不完全冷却循坏，中间冷却温差Atl=4°C,回热器热端温差At2=8°C,假定循环的屮间温度-5°CO试进行循环性能指标计算，并选配合适的制冷压缩机。
解：
1、画压焙图，确定状态参数
（1）t0=—40°C,查表：
pQ=1.049bar,h{=388.62AJ/kg；
tm=—5°C,查表：
pm=4.213bar,h3=403.5\kJ/kg；
一=40°C,查表：
刃=15.335bar,h（y=h7=249.67V/kg:
Z8=tm+A/j=—5+4=—1°C,查表：
/?
8=198.83AJ/kg；
石=f一A/2=—1—8=—9°C；查表：
h；—h9—189.57kJ/kg
（2）根据回热器平衡关系：
旺訥+（hs一屁）=388.62+（198.83-189.57）=397.88kJ/kg
⑶由h；=397.88kJ/kgfn=1.049bar查压焙图：
＜=-24.7°C,v；=0.221,
5=1.864
（4）由和pm=4.2135=1.864bar查压焙图：
h2=433.16kJ/kg
2、循环性能指标计算
（1）单位制冷量
qQ=片_%=388.62-189.57=199.053/饱
（2）低压级质量流量
（3）低压级体积流量
qvd==0.75x0.221=0.166加’Is
（4）低压级流量输气量
2.=0.94-0.085Pm-1
Kpo-o.iJ
1（4213
=0.94-0.085-1=0.725
（1.049—0.1丿
3600伽
_3600x0.166
_0.725-
=824.3m3//?
（5）高压级质量流量
403.51-198.83
403.51—249.63
（6）确定2s点
+0.0025/q
-40+273
-5+273
+0.0025x（-40）=0.77
=397.88+
433.76—397.88
077
=444.483/饱
_（0.998—0.75）x403.51+0.75x44448
~0998
由％和P加确定4点查压焰图:
v4=0・068加’/kg,s4=1.867
由$4和Pk查压焙图：
hs-474.34V/kg
（8）高压级理论输气量
mm%岸0.998x0.068““3/7
zr/.,=3600—-=3600=3600x=317.3/n/h
]hg440.77
（9）低压级单位功
Wo=力2—歼=433.76—397.88=35.883/饱
（10）低压级功率
T-40+273
IV/二亠+0.0025"=—-_—+0.0025x（-40）=0.77hdT0-5+273
0.75x35.88
""O?
77-
=34.95幺炉
P3495低压级轴功率：
Ped=丄=—=38.83k炉
叽09
（11）高压级单位功
叫=h5-h4=474.34—434.93=39.4
（12）高压级轴功率
t_5+273
7g=亠+0.0025（7；,-273）=—―—+0.0025x（-5）=0.844
（13）理论循环制冷系数
150
垃〃+他0.75x35.88+0.998x39.41~226
（14）实际制冷系数
150
-15°|“
~ped+p„~38.83+51.78~90.61"°
（15）冷凝热负荷
h5s=仏+匚如=434.93+必，34二34.93=48j62V/kg
0.844
Qk=%&（抵一/“）=0・998x（481.62—249.67）=231
（16）冋热器热负荷
Qh=qmd（饨~K）=qmd（h；-砧=0.75x（198.83-189.57）=6.95kW
4—2现有210A和610A制冷压缩机各一台，需要配制成R717的工况条件为tk=40°C、t0二-40°C的两级压缩制冷循环系统。
己知100系列活塞式制冷压缩机结构参数为缸径D=lOOnim,活塞行程S=70mnb转速n=960r/inin。
压缩机吸气过热度Atr=5°C。
试计算循环的制冷量Qo,冷凝热负荷Qk及制冷系数£°。
解：
1、根据容积比插入法计算中间温度
（1）求容积比
低压级理论输气量
qvhd=60x-D2szn=60x-x0x0.07x6x960=190w3/h
1Vhd44
高压级理论输气量
q%=60x^D2szn=60x0.12x0.07x2x960=63.2”J/〃
容积比：
§=如=空_=3.002=3
q%63.3
（2）根据拉赛公式求出一个屮间温度
tm=0.4—+0.6/0+3=0.4x404-0.6x（-40）+3=-5°C
假设两个中间温度0°C和-10°C
（3）分别求出0°C和-10°C吋循环的容积比：
tm=0°C,pm=4.294bar；tm=-10°C,pm=2.90Sbar；
=-40°C,p{）=0.71Ibar；tk=40°C,pk=15.549b"
=qvh（i九d=19°x°.64=243伽人63.3x0.79
—10C时:
^Vhd^d
_190x0.74_
63.3x0.71•
（4）画出□与f之间的关系图求出屮间温度
0-9-10
从上图§=3,查得tm=-8.88--9°C
状态点
温度
压力bar
焙值
比容
状态点
温度
压力bar
焙值
1
-40
0.717
1407.25
1.55
5
40
15.549
386.43
V
-35
0.717
1418.54
1.587
6
・9
3.028
386.43
2
59.93
3.028
1613.76
7
・4
15.549
181.76
3
・9
3.028
1450.49
0.402
8
-40
0.717
181.76
4
110.3
15.549
1692.52
3、循坏性能指标计算
（1）单位制冷量%）=%=1407.25-181.76=1225.49V/kg
（2）低压级单位功w0
T-40+273
r）id=0+O.OO25/o=+0.0025x（-40）=0.78
几—9+273
0.78
h2s=h；+如也=1418.54+⑹*7二⑷&54={66882V/kg
（3）高压级单位功=h4-h.=1692.52-1450.49=242.03kJ/kg
〃=6+0.0025^,=一9+加+0.0025x（-9）=0.82
18r?
40+273
0.82
饥=力3=1450.49+1692・5［二450.49=\他&kJ丨kg
（4）低压级质量流量
1.28
九=0.94-0.085
0.94-0.085
'3.028、
3.717—0.1,
1.28
-1
0.73
皿」9罟&87.®
vi
（5）
高压级质量流量
力匸如=874x1668.82-181.76=⑵加饱〃
1450.49-386.43
（6）低压级功率
指示功率pid
轴功率
（7）高压级消耗功率
指示功率
轴功率p^i=^kw
（8）循环的制冷量
Qo=
87.4x122549
3600
二29.75kW
（9）实际制冷系数
0。
Kg
29.75
7.21+13
=1.47
（10）冷凝热负荷
122.14x（1745.65—386.43）
3600
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