制冷原理与装置作业-答案

1第1,2章习题1.R22从压缩机排出时的压力为2.0Mpa，温度为90℃，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＝0.01457m3/kg，h=455.2Kj/kg，s=1.793Kj/Kg.K，ts=51.27℃,△t=90-51.27=38.73℃。2.在lgp-h图上标出制冷剂R134a在压力为0.15MPa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，R115，R22，R134a，R600a，R123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R12CF2Cl2CFC12R50CH4HC50R23CHF3HFC23R13CF3ClCFC13R32CH2F2HFC32R14CF4FC14?R115C2F5Cl或CF2ClCF3CFC1150.15Mpalgph500KJ/Kg2R22CHF2ClHCFC22R134aC2H2F4或CH2FCF3HFC134aR600aC4H10或CH(CH3)3HC600aR123C2HF3Cl2或CHCl2CF3HCFC1234.已知R134a的标准(正常)气化潜热Rｂ=214.86kJ/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hsl和饱和液体的比熵Ssl。答：（1）根据饱和蒸气压公式（2-2）:计算在一个标准大气压力(pb=1.01325×105pa)下的饱和温度，得tb=-26.14℃。根据气化热公式（2-3）:可以计算出-20℃下的气化热为：38.01.37486.24611.374253186.214r210.8kJ/kg已经该温度下的饱和蒸气比焓和比熵分别为：7.384vshkJ/kg，7347.1vsskJ/kg.K。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：8.2107.384lsh＝173.9kJ/kg;饱和液体的熵为：2538.2107347.1Trssvsls＝0.9015kJ/kg.K5.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、R12、R600a、R22等极性较弱或非极性制冷剂中，聚酯类润滑油用于R134a、R407C等极性较强的制冷剂中。6.请说明ODP的含义,请说明GWP,HGWP,TEWI的含义及相互关系答：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1.0rrrrrrrTTaTaTaTaTaap/])1()1()1()1()1([ln9574335.121038.0)11(brrsTTrr3GWP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1.0。HGWP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1.0，HGWP值是GWP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GWP值与排放总和的乘积；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。4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？(1)制冷系数：(COP,CoefficientOfPerformance),是指单位功耗所能获得5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2.6-3.8左右（国内），国外最高可达6左右（日本）。家用冰箱的COP一般为1.5－2.5左右。(2)热泵制热系数：称为热泵系数，φ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：φ＝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是由于蒸发器内有阻力损失，所以是向右下方倾斜。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-5℃，冷凝温度30℃，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：h1=403.5kJ/kg,h3=h4=236.6kJ/kg,h2=429.3kJ/kg.（1）单位制冷量q0=h1-h3=h1-h4=403.5-236.6=166.9kJ/kg（2）单位理论功w0=h2-h1=429.3-403.5=25.8kJ/kg6（3）单位冷凝负荷qk=h2-h3=429.3-236.6=192.7kJ/kg（4）制冷系数ε=q0/w0=166.9/25.8=6.474321hlgp(Mp)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-10℃，吸气过热度ΔtR=10℃，冷凝温度为42℃。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.h0=401kJ/kg，h4'=188.4kJ/kgv'=0.0007587m3/kg,v''=0.06535m3/kg,v1=0.07m3/kg03'lgp(Mp)h12344'由回热器的热平衡关系h1-h0=h3-h3'即410-401=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qm=Q0/q0=80/158=0.506kg/s压缩机进口体积流量qv=qm×v1=0.506×0.070=0.035m3/s(2)回热器的负荷为Q'=qm*9=9*0.506=4.55kW(3)单位理论功w0=h2-h1=450-410=40kJ/kg压缩机功率w=w0×qm=40×0.506=20.24kW7(4)质量分数x为：44'04'243188.40.26401188.4hhxhh所以其蒸气与液体的体积比：'''0.260.2665.3530.30.740.740.7587vv所以蒸汽的体积分数y为：30.30.96830.317.欲以一台106F（6FS10）型压缩机配给一座小型冷藏库，库温要求tc=-10℃。水冷冷凝器的冷却水平均温度tw=30℃，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△t0=10℃，且出口处有５℃过热度，吸气管路过热也为５℃，冷凝器的传热温差取△tk=５℃，出口液体过冷温度为32℃，压缩机的机械效率ηm=0.9，指示效率ηi=0.65，输气系数λ=0.6，制冷剂选用R22，求q0,qv,w0,wi,ε0,εi,qvh,qvs,qm,Q0,P0,Pi,Pe,Qk。432shlgp(Mp)01'-20℃-15℃-10℃35℃132℃2解：根据已知条件，制冷机在以下工况运行(如上图所示)。tk=tw+△tk=30+5=35℃t0=tc-△t0=-10-10=-20℃t1’=t0+5+5=-20+5+5=-10℃t3=32℃查R22热力性质图表可得：点号P（MPa）t(℃)h(kJ/kg)υ(m3/kg)810.245-15400.751’0.245-10404.020.095221.355448.031.35532239.23q0,qv,w0,wi,ε0,εi,qvh,qvs,qm,Q0,P0,Pi,Pe,Qk循环计算如下：（1）单位质量制冷量q0=h1-h4=400.75-239.23=161.52kJ/kg（2）单位容积制冷量qv=q0/υ′=161.52/0.0952=1696.64kJ/m3（3）理论比功w0=h2-h1′=448-404.02=43.98kJ/kg（4）指示比功wi=w0/ηi=43.98/0.65=67.77kJ/kg(5)制冷系数ε0=q0/w0=161.52/43.98=3.67εi=q0/wi=161.52/67.77=2.39(6)理论输气量qvh=SnZD24=60/6144007.001.042=0.079m3/s(7)实际输气量qvs=vhq=sm/0474.06.0079.03(8)制冷机的工质流量9qm=1sqv=skg/5.00952.00474.0(9)制冷机的总制冷量Q0=kWqqm76.8052.1615.00