制冷原理与设备第四章习题解答

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810？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）压缩比增高，压缩过程不可逆损失增加，压缩机效率降低，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，对氟利昂类和氨的单级压力比规定分别不得超过10和8.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、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环（3）两级节流、中间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时，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，不与中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中温液体，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第二次节流时进入蒸发器，使蒸发器的传热性能降低。③中间冷却器出来的液态制冷剂由于温度和压力比较低，在输液管道中有可能吸热蒸发，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。另外由于第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。中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。）中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高。（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，等熵指数小，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：kt、0t、mt、gt、dxt（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——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0pppkm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ε；4）绘制ε＝F(tm)曲线，找到ε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，中间压力随着升高。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，中间冷却器内气体量逐渐增多，中间压力升高。反之冷凝压力降低，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，则中间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，则中间压力相应升高，反之，则中间压力降低。8.什么是复叠式制冷循环？为什么要采用复叠式制冷循环？答：复叠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℃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℃时，氨制冷剂会受到凝固点的限制（氨凝固点-77.7℃）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℃(不采用水过冷)，t0＝－40℃，使用有回热器的中间不完全冷却循环，中间冷却温差Δt1＝4℃，回热器热端温差Δt2＝8℃，假定循环的中间温度tm＝－5℃。试进行循环性能指标计算，并选配合适的制冷压缩机。解：1、画压焓图，确定状态参数（1）400t℃，查表：049.10pbar，kgkJh/62.3881；5mt℃，查表：213.4mpbar,kgkJh/51.4033；40kt℃，查表：335.15kpbar，kgkJhh/67.24976；14518tttm℃，查表：kgkJh/83.1988；981288ttt℃；查表：kgkJhh/57.18998（2）根据回热器平衡关系：kgkJhhhh/88.397)57.18983.198(62.388)(8811（3）由kgkJh/88.3971和049.10pbar查压焓图：7.241t℃，221.01v，864.1s（4）由和213.4mp864.1sbar查压焓图：kgkJh/76.43322、循环性能指标计算（1）单位制冷量kgkJhhq/05.19957.18962.388910（2）低压级质量流量skgqQqdm/75.005.19915000（3）低压级体积流量smvqqmdVd/166.0221.075.031（4）低压级流量输气量725.011.0049.1213.4085.094.011.0085.094.018.1110nmdpphmqqdVdVhd/3.824725.0166.0360036003（5）高压级质量流量skghhhhqqmdmg/998.063.24951.40383.19851.40375.06383（6）确定2s点77.0)40(0025.02735273400025.000tTTmdikgkJhhhhids/48.44477.088.39776.43388.3971212（7）高压级吸气状态点4点的确定kgkJqhqhqqhmgsmdmdmg/93.434998.048.44475.051.403)75.0998.0()(234由4h和mp确定4点查压焓图：kgmv/068.034，867.14s由4s和kp查压焓图：kgkJh/34.4745（8）高压级理论输气量77.01213.4335.15085.094.01085.094.018.1118.11mkgpphmvqqqgmggVgVhg/3.31777.0068.0998.036003600360034（9）低压级单位功kgkJhhw/88.3588.39776.433120（10）低压级功率77.0)40(0025.02735273400025.000tTTmdikWwqPPidmdidid95.3477.088.3575.000低压级轴功率：kWPPmied83.389.095.34（11）高压级单位功kgkJhhwg/41.3993.43434.47445（12）高压级轴功率844.0)5(0025.0273402735)273(0025.0mkmgiTTTkWwqPPmggigmggmgieg78.519.0844.041.39998.00（13）理论循环制冷系数26.241.39998.088.3575.01500000gdPPQ（14）实际制冷系数66.161.9015078.5183.381500egedPPQ（15）冷凝热负荷kgkJhhhhigs/62.481844.093.43434.47493.4344545kWhhqQsmgk5.231)67.24962.481(998.0)(65(16)回热器热负荷kWhhqhhqQmdmdh95.6)57.18983.198(75.0)()(1188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℃、t0=－40℃的两级压缩制冷循环系统。已知100系列活塞式制冷压缩机结构参数为缸径D＝100mm，活塞行程S＝70mm，转速n＝960r／min。压缩机吸气过热度Δtr＝5℃。试计算循环的制冷量Qo，冷凝热负荷Qk及制冷系数ε0。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hmsznDqVhd/190960607.01.0460460322高压级理论输气量hmsznDqVhg/2.63960207.01.0460460322容积比：3002.33.63190VhgVhdqq（2）根据拉赛公式求出一个中间温度3)40(6.0404.036.04.00tttkm-5℃假设两个中间温度0℃和-10℃（3）分别求出0℃和-10℃时循环的容积比：0mt℃，mp4.294bar；10mt℃，barpm908.2；400t℃，barp717.00；40kt℃，barpk549.150mt℃时；79.0129.4549.15085.094.01085.094.028.1128.11mkgpp64.011.0717.0294.4085.094.011.0085.094.028.1128.110