熱能與動(dòng)力工程機(jī)械基礎(chǔ) 制冷與空調(diào)習(xí)題

1、第六章 制冷與空調(diào) 思考題和習(xí)題1、制冷系統(tǒng)的冷凝溫度低則效率高，試評(píng)價(jià)用另外一個(gè)制冷系統(tǒng)來(lái)冷卻該制冷系統(tǒng)冷凝器的冷卻水的可能性。兩個(gè)系統(tǒng)組合后的性能是比單個(gè)的好、相同或者差？為什么？答：這個(gè)系統(tǒng)可行，這就是復(fù)疊系統(tǒng)，復(fù)疊系統(tǒng)是為了獲取低溫，解決單級(jí)壓縮蒸氣受到循環(huán)壓比的限制以及制冷劑熱物理特性限制而出現(xiàn)的一種制冷系統(tǒng)。復(fù)疊制冷系統(tǒng)圖見圖1。如果冷熱端溫差相差不大，單級(jí)壓縮系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，復(fù)疊系統(tǒng)比單級(jí)壓縮系統(tǒng)制冷系數(shù)小，運(yùn)行并不經(jīng)濟(jì)，因?yàn)閺?fù)疊系統(tǒng)的冷凝蒸發(fā)器存在換熱溫差，會(huì)發(fā)生一部分不可逆?zhèn)鳠釗p失。如果冷熱端溫差相差較大，采用單級(jí)壓縮系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致超壓比運(yùn)行，使實(shí)際壓縮過(guò)程更偏離等熵壓縮過(guò)程，

2、引起壓縮機(jī)排溫升高、效率降低、功耗增大。此時(shí)采用多級(jí)復(fù)疊循環(huán)系統(tǒng)比較經(jīng)濟(jì)。2、制冷系統(tǒng)中的熱交換器的傳熱系數(shù)與哪些因素有關(guān)？如何提高運(yùn)行中的熱交換設(shè)備的傳熱效果？答：制冷系統(tǒng)中的熱交換器的傳熱系數(shù)與傳熱管的形式，介質(zhì)的換熱條件，管內(nèi)外熱阻的大小等因素有關(guān)。運(yùn)行中機(jī)組分油效果要好，避免油進(jìn)入換熱器，在換熱器表面形成油膜，增大熱阻，影響換熱效果；避免結(jié)霜、結(jié)露現(xiàn)象。3、為什么要規(guī)定壓縮機(jī)的運(yùn)行工況？空調(diào)工況和標(biāo)準(zhǔn)工況中的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度各為多少？答：任何壓縮機(jī)都是在一定的外界條件下工作的。為了考核壓縮機(jī)在通常工作條件下的工作狀態(tài)，規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)工況和空調(diào)工況。標(biāo)準(zhǔn)工況下，蒸發(fā)溫度為15，冷凝溫度30

3、。空調(diào)工況下，蒸發(fā)溫度為5，冷凝溫度為40。4、試分析從蒸發(fā)器出來(lái)的低壓蒸氣過(guò)熱程度及過(guò)熱度大小對(duì)制冷系統(tǒng)的影響。答：蒸氣過(guò)熱的影響，見圖2。圖2從圖中可以看出，制冷量增加了，增加量為：功也增加了，增加量為： 因此，制冷系數(shù) 是否增加和制冷劑的特性有關(guān)。各種制冷劑制冷系數(shù)隨過(guò)熱度變化情況見圖3。圖3 制冷系數(shù)隨過(guò)熱度變化情況5、試用ph和有關(guān)公式分析，當(dāng)一臺(tái)制冷壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)的冷凝溫度tk降低（此時(shí)蒸發(fā)溫度t0不變）和蒸發(fā)溫度t0升高（此時(shí)冷凝溫度tk）不變時(shí)，制冷壓縮機(jī)的制冷量Q0和理論制冷循環(huán)的制冷系數(shù)0將如何變化？答：蒸發(fā)溫度不變，冷凝溫度降低的影響：見圖4圖4 冷凝溫度變化時(shí)，循環(huán)狀態(tài)參

4、數(shù)的變化情況從圖中可以看出，制冷量增加了，增加量為：功減少了，減少量為： 因此，制冷系數(shù) 增加了。冷凝溫度不變，蒸發(fā)溫度升高的影響：見圖5圖5 蒸發(fā)溫度變化時(shí)，循環(huán)狀態(tài)參數(shù)的變化情況從圖中可以看出，制冷量增加了，增加量為：功減少了，減少量為： 因此，制冷系數(shù) 增加了。6、已知某制冷裝置以R12為制冷劑，制冷壓縮機(jī)為2F10型，制冷量Q015KW，其工況是：蒸發(fā)溫度t015，冷凝溫度tk30，過(guò)熱溫度5，過(guò)冷溫度為25，試求：1）將該循環(huán)畫在ph圖上。2）確定各狀態(tài)下的有關(guān)參數(shù)值（v，h，s，t，p等）。3）進(jìn)行理論循環(huán)的熱力計(jì)算（qv，qm，R，qV，R，Qk，P0，0）答：熱力循環(huán)圖如下：查

5、取R12 的ph圖得各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)如下點(diǎn)號(hào)P（MPa）t ()h (kJ/kg) (m3/kg)s (kJ/kg·K)00.185-15344.630.08971.56110.185-5350.950.09411.58520.75149377.160.02581.58530.75130228.74-30.75125223.68-40.185-15223.68-循環(huán)計(jì)算如下：（1） 單位質(zhì)量制冷量q0=h1-h4=350.95-223.68=127.27 kJ/kg（2） 單位容積制冷量qv= q0/1= 127.27/0.0941=1352.49 kJ/m3（3）理論比功 w0= h2

6、-h1=377.16-350.95=26.21 kJ/kg（4）單位冷凝熱 qk= h2-h3=377.16-223.68=153.48 kJ/kg (5) 制冷劑質(zhì)量流量qm，R= Q0/ q0= 15/127.27=0.118 kg/s (6) 制冷劑體積流量qv，R= qm，R ×1= 0.118×0.09410.011 m3/s（7）理論功率P0qm，R×w00.118×26.213.09kW（8）冷凝熱負(fù)荷Qkqm，R×qk0.118×153.4818.11kW（9）制冷系數(shù)0=q0/w0=127.27/26.21=4.86

7、7、某制冷系統(tǒng)的制冷劑為R22，產(chǎn)冷量為80kW。采用蒸氣壓縮式理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度為8，冷凝溫度為42，取過(guò)熱度為10，過(guò)冷度為5。求：1）壓縮機(jī)進(jìn)口處的制冷劑體積流量（m3/s）2)壓縮機(jī)的功率答：熱力循環(huán)圖如下：查取R22 的ph圖得各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)如下點(diǎn)號(hào)P（MPa）t ()h (kJ/kg) (m3/kg)00.378-8402.32-10.3782409.320.064621.63378449.11-31.63342252.37-31.63337245.74-40.378-8245.74-循環(huán)計(jì)算如下：(1)單位質(zhì)量制冷量q0=h1-h4=163.58 kJ/kg（2）理論比功 w0=

8、h2-h1=449.11-409.32=39.79 kJ/kg (3) 制冷劑質(zhì)量流量qm，R= Q0/ q0= 80/163.58=0.489 kg/s (4) 制冷劑體積流量qv，R= qm，R ×1= 0.489×0.06460.0316 m3/s（5）理論功率P0qm，R×w00.489×39.7919.46kW8、吸收式制冷系統(tǒng)與壓縮式制冷系統(tǒng)相比有哪些特點(diǎn)？答：與蒸氣壓縮式制冷循環(huán)一樣，吸收式制冷循環(huán)也是利用相變過(guò)程伴隨的吸、放熱特性來(lái)獲取低溫的，不同的是前者以消耗機(jī)械功為代價(jià)、后者則以熱能為動(dòng)力。吸收式制冷循環(huán)同樣包含了制冷劑的冷凝、節(jié)流和

9、蒸發(fā)過(guò)程，這些過(guò)程同蒸氣壓縮式制冷循環(huán)相同，不同的是吸收式制冷沒有壓縮機(jī)，它是通過(guò)吸收過(guò)程不斷地把蒸發(fā)后的制冷劑蒸氣抽吸出來(lái)，通過(guò)發(fā)生過(guò)程再使之重新逸出。9、選擇制冷劑應(yīng)考慮哪些因素？答：熱力學(xué)方面應(yīng)考慮：1） 在工作溫度范圍內(nèi)有合適的壓力和壓力比。2） 單位制冷量和單位容積制冷量比較大。3） 比功和單位容積壓縮功小，循環(huán)效率高。4） 等熵壓縮的終了溫度不太高，以免潤(rùn)滑條件惡化或制冷劑自身在高溫下分解。遷移性方面應(yīng)考慮：1） 粘度、密度盡量小，減少制冷劑在系統(tǒng)中的流動(dòng)阻力以及制冷劑的充注量。2） 熱導(dǎo)率大，提高熱交換設(shè)備的傳熱系數(shù)，減少傳熱面積，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。物理化學(xué)性質(zhì)方面應(yīng)考慮：1） 無(wú)

10、毒、不燃燒、不爆炸、使用安全。2） 化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，使用中不變質(zhì)，不與潤(rùn)滑油反應(yīng)，不腐蝕制冷機(jī)構(gòu)件，在壓縮終了的高溫下不分解。3） 對(duì)大氣環(huán)境無(wú)破壞作用。其他方面應(yīng)考慮：原料來(lái)源充足，制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。10、一臺(tái)R12制冷壓縮機(jī)，現(xiàn)改用R22制冷劑，至少應(yīng)考慮哪些問(wèn)題？答：R12與R22相比，在相同使用溫度下它的壓力較低、排氣溫度較低，單位容積制冷量較小，對(duì)有機(jī)物的膨潤(rùn)作用不如R22強(qiáng)。R22融水性比R12更加要受限制。因此如果改為使用R22的壓縮機(jī)，壓縮機(jī)在耐壓和耐高溫方面要加強(qiáng)，另外氣缸尺寸可以做小一點(diǎn)，絕緣體和密封材料要用防止膨潤(rùn)作用氯乙醇橡膠。11、為什么必須防止制冷劑和

11、水混合？答：制冷劑和水混合，蒸發(fā)溫度在0以下，會(huì)造成系統(tǒng)冰堵。12、中央空調(diào)系統(tǒng)的冷水機(jī)組主要有哪幾種類型？他們壓縮制冷劑的原理是什么？他們?cè)谑褂煤途S修方面有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：中央空調(diào)系統(tǒng)的冷水機(jī)組主要有活塞式、螺桿式、離心式3種類型?；钊胶吐輻U式壓縮機(jī)都屬于容積型壓縮機(jī)，離心式壓縮機(jī)屬于速度型壓縮機(jī)。容積型壓縮機(jī)的工作原理為：一定容積的氣體先被吸入到氣缸里，繼而在氣缸中其容積被強(qiáng)制縮小，壓力升高，當(dāng)達(dá)到一定壓力時(shí)，氣體便被強(qiáng)制地從氣缸排出。速度型壓縮機(jī)的工作原理為：先使吸入的氣流獲得一定的高速，然后再使之緩慢下來(lái)，讓其動(dòng)量轉(zhuǎn)化為氣體的壓力升高，而后排出?；钊嚼渌畽C(jī)組操作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝快。螺桿式冷水機(jī)組傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕。離心式機(jī)組應(yīng)用于