1、制冷原理与设备第四章习题解答docx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
2、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34。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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、、 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-80-130C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-70C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
9、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=40C （不采用水过冷），t0=-40C,使用有回热器的中间不完全冷却循坏， 中间冷却温差Atl=4C,回热器热端温差At2=8C,假定循环的屮间温度-5CO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 = 1.049 bar, h = 388.62AJ
10、/kg ；tm = 5 C,查表：pm = 4.213 bar, 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由 h； = 397.88kJ/kg fn =1.049 bar 查压焙图： =-24.7
11、C, v； = 0.221 ,5 = 1.864(4)由和pm =4.213 5 = 1.864bar 查压焙图：h2 =433.16kJ/kg2、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. =0.94-0.085 Pm -1Kpo-o.iJ1 (4 213= 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4
12、03.51-198.83403.51 249.63(6)确定2s点+ 0.0025/q-40 + 273-5 + 273+ 0.0025x(-40) = 0.77= 397.88 +433.76 397.88077=444.483/饱_ (0.998 0.75) x 403.51 + 0.75 x 44448 0998由和P加确定4点查压焰图:v4 = 0068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 /7zr/., = 3600- = 3600 = 3600x = 317.3
13、/n / hhg 4 4 0.77(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 + 273IV /二亠 + 0.0025 = -_ + 0.0025 x (-40) = 0.77 hd T 0 -5 + 2730.75x35.88O?77-=34.95幺炉P 34 95 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 + 2737g =亠 + 0.0025(7；, - 273) = + 0.0025 x (-5)
14、= 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 = 48j 62V/kg0.844Qk = %& (抵一/“)= 0998x (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) = 6.95kW42现有210A和610A制冷压缩机各一台，需要配制成R717
15、的工况条件为tk=40C、t0二 -40C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=5C。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/h1 Vhd 4 4高压级理论输气量q% = 60xD2szn = 60 x 0.12 x 0.07 x 2 x 960 = 63.2”J/容积比： =如=空_ = 3.00
16、2 = 3q% 63.3(2)根据拉赛公式求出一个屮间温度tm = 0.4 +0.6/0 + 3 = 0.4 x 40 4- 0.6 x (-40) + 3 = -5C假设两个中间温度0C和-10C(3)分别求出0C和-10C吋循环的容积比：tm = 0 C, pm =4. 294bar； tm = -10 C, pm = 2.90Sbar ；= -40 C, p) = 0.71 Ibar ； tk = 40 C, pk = 15.549b=qvh(i 九d = 19x.64 = 2 43 伽人 63.3x0.7910C 时:Vhdd _ 190x0.74 _63.3x0.71 （4）画出与f
17、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1-400.7171407.251.5554015.549386.43V-350.7171418.541.587693.028386.43259.933.0281613.767415.549181.76393.0281450.490.4028-400.717181.764110.315.5491692.523、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/ =h2-h =
18、 1613.76-1418.54 = l95.22kJ/kgT -40 + 273r)id = 0 + O.OO25/o = + 0.0025 x (-40) = 0.78几 9 + 2730.78h2s = h； + 如也= 1418.54+ *7二&54 = 668 82V/kg(3)高压级单位功=h4-h. = 1692.52-1450.49 = 242.03kJ/kg =6 + 0.0025, = 一9 + 加 + 0.0025 x (-9) = 0.8218 r ? 40 + 2730.82饥=力 3 = 1450.49+16925二450.49 = 他&kJ 丨 kg(4)低压级质量流量1.28九=0.94-0.0850.94-0.0853.028 、3.717 0.1,1.28-10.73皿9罟& 87.vi(5)高压级质量流量力匸如=874x 1668.82-181.76 =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pi=kw（8）循环的制冷量Qo =87.4x1225493600二 29.75kW（9）实际制冷系数0。Kg29.757.21 + 13= 1.47（10）冷凝热负荷122.14x(1745.65 386.43)3600
