工程热力学 第十一章 制冷循环

第11章制冷循环一、选择题1．供热系数ζ可以是（）。

A．大于1 B．等于1 C．小于1【答案】A2．压缩气体制冷循环中，随循环增压比提高，制冷系数（），循环制冷量（）。

A．增大，增大B．增大，下降C．下降，增大D．下降，下降【答案】C【解析】压缩气体制冷循环的经济性指标，所以循环增压比越大．制冷系数越小。

但增压比越大，单位质量工质的制冷量也越大。

因此，为了提高压缩气体制冷装置的制冷量，常采用加大制冷工质的质量流量。

3．与采用可逆膨胀机相比，压缩蒸气制冷循环中采用节流阀简化了系统设备，（）了制冷量，（）了制冷系数。

A．增加，提高B．增加，降低C．降低，提高D．降低，降低【答案】D【解析】压缩蒸气制冷循环中采用节流阀后，由于节流过程不可逆，熵增大，所以与采用可逆膨胀机相比，制冷量减少，失去了可以从膨胀机得到的功，循环的制冷系数下降，但简化了系统设备，提高了系统工作的稳定性，同时可以较方便地控制蒸发器中压力，所以压缩蒸汽制冷系统几乎毫无例外地采用节流阀。

4．工程上，压缩蒸气制冷装置中常常采用使制冷工质在冷凝器中冷凝后继续降温，即所谓的过冷工艺，以达到（）制冷量，（）制冷系数。

A．增加，提高B．增加，降低C．降低，提高D．降低，降低【答案】A【解析】采用过冷工艺后，制冷工质在蒸发器内的吸热量由增加到使循环制冷量增大，同时并不改变压缩耗功，达到了提高循环制冷量和循环制冷系数的目的。

5．制冷循环的工作好坏是以（）来区分的。

A．制冷系数的大小B．制冷能力的大小C．耗功量的大小D．A和B 【答案】D6．（多选）制冷系数ε可以是（）。

A．大于1 B．等于1 C．小于1【答案】ABC二、判断题1．房间温度增加会使冰箱的制冷系数降低。

（）【答案】对2．一台制冷机，在对低温热源制冷的同时对高温热源进行供热，则其供热系数始终比制冷系数大1。

（）【答案】对3．制冷系数是大于1的数。

（）【答案】错【解析】制冷系数是指制冷循环中制冷量与消耗功的比值，可能大于1，也可能小于1。

第十一章 制冷循环1、家用冰箱的使用说明书上指出,冰箱应放置在通风处,并距墙壁适当距离,以及不要把冰箱温度设置过低,为什么？答:为了维持冰箱的低温,需要将热量不断地传输到高温热源(环境大气),如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去,会使高温热源温度升高,从而使制冷系数降低,所以为了维持较低的稳定的高温热源温度,应将冰箱放置在通风处,并距墙壁适当距离。

在一定环境温度下,冷库温度愈低,制冷系数愈小,因此为取得良好的经济效益,没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。

2、为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？答:由于空气定温加热与定温放热不易实现,故不能按逆向卡诺循环运行。

在压缩空气制冷循环中,用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。

3、压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机,压缩空气制冷循环就是否也可以采用这种方法？为什么？答:压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。

工质在节流阀中的过程就是不可逆绝热过程,不可逆绝热节流熵增大,所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。

而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中,因为工质的干度很小,所以能得到的膨胀功也极小。

而增加一台膨胀机,既增加了系统的投资,又降低了系统工作的可靠性。

因此,为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。

4、压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何？答:压缩空气制冷循环的制冷系数为:()()142314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε===(a) (b) 压缩空气制冷循环状态参数图空气视为理想气体,且比热容为定值,则:()()142314T T T T T T ε-=--- 循环压缩比为:21p p π=过程1-2与3-4都就是定熵过程,因而有:1322114k k T T P T P T -⎛⎫== ⎪⎝⎭ 代入制冷系数表达式可得:111k k επ-=- 由此式可知,制冷系数与增压比有关。

第十一章制冷循环1.家用冰箱的使用说明书上指出,冰箱应放置在通风处,并距墙壁适当距离,以及不要把冰箱温度设置过低,为什么答：为了维持冰箱的低温,需要将热量不断地传输到高温热源环境大气,如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去,会使高温热源温度升高,从而使制冷系数降低,所以为了维持较低的稳定的高温热源温度,应将冰箱放置在通风处,并距墙壁适当距离.在一定环境温度下,冷库温度愈低,制冷系数愈小,因此为取得良好的经济效益,没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低.2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环答：由于空气定温加热和定温放热不易实现,故不能按逆向卡诺循环运行.在压缩空气制冷循环中,用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程.3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机,压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法为什么答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机.工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程,不可逆绝热节流熵增大,所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量.而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中,因为工质的干度很小,所以能得到的膨胀功也极小.而增加一台膨胀机,既增加了系统的投资,又降低了系统工作的可靠性.因此,为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流.4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何 答：压缩空气制冷循环的制冷系数为：()()142314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε=== 空气视为理想气体,且比热容为定值,则：()()142314T T T T T T ε-=---循环压缩比为：21p p π=过程1-2和3-4都是定熵过程,因而有：1322114k kT T P T P T -⎛⎫==⎪⎝⎭ 代入制冷系数表达式可得：111k kεπ-=-由此式可知,制冷系数与增压比有关.循环压缩比愈小,制冷系数愈大,但是循环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小,如图b 中循环1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-3-4-1的小,其制冷量面积199′1′1小于循环1-2-3-4-1的制冷量面积144′1′1.T sO 4′ 9′1′Ov ab压缩空气制冷循环状态参数5.压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提高其理论制冷系数能否提高其实际制冷系数为什么答：采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其实际制冷系数.因为采用回热后工质的压缩比减小,使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小,因此提高实际制冷系数.6.按热力学第二定律,不可逆节流必然带来做功能力损失,为什么几乎所有的压缩蒸气制冷装置都采用节流阀答：压缩蒸气制冷循环中,湿饱和蒸气在绝热膨胀过程中,因工质中液体的含量很大,故膨胀机的工作条件很差.为了简化设备,提高装置运行的可靠性,所以采用节流阀.7.参看图 5,若压缩蒸汽制冷循环按1-2-3-4-8-1 运行,循环耗功量没有变化,仍为h2-h1,而制冷量却从h1-h5.增大到h1-h8,显见是“有利”的.这种考虑可行么为什么答：过程4-8熵减小,必须放热才能实现.而4 点工质温度为环境温度T,要想放热达到温度Tc 8点,必须有温度低于Tc的冷源,这是不存在的.如果有,就不必压缩制冷了.8.作制冷剂的物质应具备哪些性质你如何理解限产直至禁用氟利昂类工质,如R11、R12答：制冷剂应具备的性质：对应于装置的工作温度,要有适中的压力；在工作温度下气化潜热要大；临界温度应高于环境温度；制冷剂在T-s 图上的上下界限线要陡峭；工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度；比体积要小；传热特性要好；溶油性好；无毒等.限产直至禁用R11 和R12 时十分必要的,因为这类物质进入大气后在紫外线作用下破坏臭氧层使得紫外线直接照射到地面,破坏原有的生态平衡.9.本章提到的各种制冷循环有否共同点若有是什么答：各种制冷循环都有共同点.从热力学第二定律的角度来看,无论是消耗机械能还是热能都是使熵增大,以弥补热量从低温物体传到高温物体造成的熵的减小,从而使孤立系统保持熵增大.10.为什么同一装置即可作制冷剂又可作热泵答：因为热泵循环与制冷循环的本质都是消耗高质能以实现热量从低温热源向高温热元的传输.热泵循环和制冷循环的热力学原理相同.。

第十一章蒸气压缩制冷循环(Vapor Compression Refrigeration Cycles )第一节制冷剂表和p-h图主题1：制冷剂表冷是指物体或某一空间区域的温度低于周围环境。

制冷是使物体或某一空间区域的温度低于周围环境温度，并维持这一低温的过程。

制冷装置的任务是通过制冷工质（制冷剂）的循环过程，将热从低温物体传向高温物体。

蒸气压缩制冷装置利用低沸点物质氟里昂、氨作为工质，常用的制冷剂有氟里昂12、氟里昂22、氨等。

制冷剂蒸气表分为饱和液体与饱和蒸气表、过热蒸气表。

表中的比焓和比熵都是以0℃时饱和液体的比焓规定为h´=200 kJ／kg，比熵规定为s´=1 kJ／(kg·K)制订的。

一、饱和液体与饱和蒸气表R12饱和液体和饱和蒸气表，见附表6所列。

当已知温度t时，可以从表中查得相应的状态参数。

与水蒸气表一样，表中标有´的参数表示饱和液体的参数，标有"的参数表示饱和蒸气的参数。

r是比汽化潜热，等于饱和蒸气的比焓与饱和液体的比焓之差。

对于湿蒸气，从附表6中查出饱和液体和饱和蒸气的状态参数值后，再由给定的干度x，由公式（10-1）计算出湿蒸气的相应状态参数。

二、过热蒸气表见附表7所列，为R12过热蒸气表。

若已知压力和温度两个参数，就能在附表7上查得过热蒸气的状态参数。

主题2：制冷剂的压-焓图（p-h图）制冷剂P-h图是根据蒸气表绘制的，是以logp为纵坐标，以h为横坐标的半对数坐标图，采用logp作坐标，可以使压力从0.001～0.01，从0.01～0.1,从0．1～1 MPa所占的坐标高度相同，这样低压区图线面积增大，查阅读数也就准确。

由于实际蒸气压缩制冷循环常用的制冷剂工作压力范围都远低于临界压力，所以工程使用的p-h图没有绘制较高压力的部分。

图11-1为制冷剂p-h图的结构示意图。

与水蒸气的T-s图一样，p-h图上也有一点、二线、三区、五态的特征，图中有图线：1．饱和液体线和饱和蒸气线饱和液体线与饱和蒸气线，交于临界点C。

第11 致冷循环例1压缩空气制冷循环运行温度，，如果循环增压分别为 3 和 6 ，分别计算它们的循环性能系数和每 kg 工质的制冷量。

假定空气为理想气体，此热容取定值。

解：由1 1.411.4111 2.712131a k kεπ--===--1 1.411.4211 1.496161b k kεπ--===--11 1.414 1.44.30311()()300()219.183k k k k aa p T T T Kp π---===⨯=11.411.44.011()300()179.816k kb bT T Kπ--==⨯=11 1.412 1.42.111()2903396.93k k kk a a p T T T Kp π---===⨯=1 1.411.42.12906483.86k kb bT T Kπ--==⨯=.141() 1.005(290219.18)71.2/c a p a q c T T kJ kg=-=⨯-=.141() 1.005(290179.81)110.7/c bp b q c T T kJ kg=-=⨯-=例2 一理想蒸汽压缩制冷系统，制冷量为20冷吨，以氟利昂22为制冷剂，冷凝温度为30℃，蒸发温度为-30℃。

求：（1）1公斤工质的制冷量q 0;(2)循环制冷量；（3）消耗的功率；（4）循环制冷系数；（5）冷凝器的热负荷。

解 参考图10.2示：STT 0T c421ρ3ρ2138(3)压缩机所消耗的功及功率5.111475.15812=-=-=h h w kcal/kg2.199735.118.1736=⨯==mw W kcal/h22.238602.19973==th N kW(4)循环制冷系数3.35.113800====εσw q W Q （5）冷凝器热负荷Q K因h 4=h s ,Q k =mq k =m(h 2-h 4)=1736.8×(158.5-109)=85971.6 kcal/h8．某空气致冷装置。