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1、第一章第一章 1-1 常用的制冷方法有哪些？他们是利用什么原理实现制冷的？除此之外，还有那些制冷方 法，你能再举一些制冷方法的例子吗？ 常用的制冷方法有哪些？他们是利用什么原理实现制冷的？除此之外，还有那些制冷方 法，你能再举一些制冷方法的例子吗？ 答：一般来说，制冷的方法主要有三种： （1）利用物质相变制冷（如融化、蒸发、升华 等）的吸热制冷效应； （2）利用气体膨胀产生的冷效应制冷； （3）利用珀尔贴效应的热 点制冷。例如：利用半导体的珀尔贴效应的制冷方法叫做半导体制冷。 除此之外， 其他的制冷方法还有气体涡流制冷， 热声制冷， 绝热去磁制冷， 氦稀释制冷。 1-2 请说出气体绝热膨胀制冷
2、三种方法的名称，并说出它们各自的优缺点。请说出气体绝热膨胀制冷三种方法的名称，并说出它们各自的优缺点。 名称 优点 缺点 有外功输出的膨胀过程 气体温降大，复热时制冷量大 要采用膨胀机， 系统结构复杂 绝热放气过程 小型制冷机中广泛使用 无外出功输出 节流膨胀过程 系统结构简单，气体流量便于调节气体温降小，制冷量小 1-3 画出逆卡诺循环、洛仑兹循环、蒸气压缩制冷循环、气体液化循环、斯特林制冷循环、画出逆卡诺循环、洛仑兹循环、蒸气压缩制冷循环、气体液化循环、斯特林制冷循环、 GM 制冷循环、基本型脉管制冷机循环等理想制冷循环的流程示意图。制冷循环、基本型脉管制冷机循环等理想制冷循环的流程示意图
3、。 答：逆卡诺循环 洛伦兹循环 蒸气压缩制冷循环 1-2 等熵压缩过程 2-3 等温放热过程 3-4 等熵膨胀过程 4-1 等温吸热过程（制冷） a-b 等熵压缩过程 b-c 与高温变温热源无温差的放热过程 c-d 等熵膨胀过程 d-a 与低温变温热源无温差的吸热过程（制冷） 气体液化循环 斯特林制冷循环 G-M 制冷循环 基本型脉管制冷循环 （1） 高压气体进入管内，向封闭端移，压缩 （2） 封闭端水冷器带走热量，温度压力降低 1-2 将制冷剂压缩到冷凝温度 2-3 冷凝器中冷凝成液体 3-4 节流 4-1 蒸发器蒸发吸热（制冷） 1-2 等温压缩 2-0 等熵膨胀至液化气体的饱和温度 0-
4、3-1 制冷剂与液化气体可逆换热，复热回升 1-2 等温压缩 2-3 定容放热过程 3-4 等温膨胀过程（制冷） 4-1 定容吸热过程 1-2 等容充气过程 2-3 等压充气过程 3-4 等容放气过程 4-1 等压放气过程（制冷） （3） 排气阀打开，气体膨胀左移，降压获得低温 （4） 进气阀再次打开，重复操作 1-5 请说明理想循环与可逆循环的异同点，指出上述请说明理想循环与可逆循环的异同点，指出上述 3 题中的循环哪些是不可逆循环，为什 么？ 题中的循环哪些是不可逆循环，为什 么？ 答：有些循环除了一两个不可避免的不可逆循环过程外，其余均为可逆过程。这样的循 环以及可逆循环都称为理想循环。
5、即理想循环既包括可逆过程也可能包括不可逆过程， 但可逆循环只是可逆过程组成的。 蒸气压缩制冷循环是不可逆循环，因为该循环需要用到节流阀，而节流过程是由摩 擦损失的，是一个不可逆过程。G-M 制冷循环、基本型脉管制冷机循环中带有配气阀门 的循环是不可逆循环，因为这些配气阀都将产生摩擦损失，是不可逆过程。 1-6 说出蒸气压缩制冷系统循环中的四个过程名称，以及发生这些过程相应的设备。说出蒸气压缩制冷系统循环中的四个过程名称，以及发生这些过程相应的设备。 名称 设备 将制冷剂压缩到冷凝压力 压缩机 将高压制冷剂冷却并冷凝成液体 冷凝器 节流膨胀过程 节流机构 液体气化吸热过程 蒸发器 1-7 为什么
6、当制冷剂经过节流阀膨胀，温度会降低？在节流过程中，那个状态参数维持不变？为什么当制冷剂经过节流阀膨胀，温度会降低？在节流过程中，那个状态参数维持不变？ 答：由微分节流效应 p p h h c v T v T p T a 微分节流效应的符号取决于 p T v T 与v的差值，而此差值与气体的种类及所处的 状态有关。如果这一差值大于零，则节流后温度降低。对应于节流效应转化曲线上 的制冷区。在节流过程中，气体的比焓值保持不变。 1-8 说明为什么在制冷剂离开蒸发器后，要冷凝它是不可行的。说明为什么在制冷剂离开蒸发器后，要冷凝它是不可行的。 答：蒸发器是一个换热器，它的作用是使经节流机构供入的制冷剂液
7、体蒸发成蒸气，以 吸收被冷却物体的热量。蒸发器是一个对外输出冷量的设备，既制冷机的制冷部分。当 制冷剂离开蒸发器后， 它已经完成了它的制冷作用， 这时如果冷凝它， 会让它部分液化， 压力降低， 影响之后的压缩机压缩过程， 压缩机需要更多的功去压缩使其达到冷凝压力， 从而恶性循环，制冷系数降低。所以说，在制冷剂离开蒸发器后，要再冷凝它是不可行 的。 1-9 说出在蒸气压缩循环分析中，采用说出在蒸气压缩循环分析中，采用hp lg图的主要目的。图的主要目的。 答：在蒸气压缩循环分析中，采用hp lg图，可以用图上的面积表示制冷量，因为是 绝热压缩，所以横坐标 h 的差值可以表示压缩机所做功，这样可以
8、更直观的看出该循环 的制冷系数，有利于循环分析。 1-10 R22从压缩机排出时的压力为从压缩机排出时的压力为2.0MPa， 温度为， 温度为C90， 试确定该载冷剂此时的比体积、 比焓、比熵和过热度。 ， 试确定该载冷剂此时的比体积、 比焓、比熵和过热度。 解：查表知：R22 在饱和压力为 2.0MPa 时，对应的饱和温度为C52。 CTCT s 5290 ；所以此时 R22 处于过热蒸气状态，对热度1； 查压焓图， KkgkJskgkJhkgmmkg/79. 1;/455;/014286. 0 70 1 ;/70 33 1-11 含有含有 15%液体和液体和 85%蒸气的混合物氨，其温度为
9、蒸气的混合物氨，其温度为C10，确定其比焓和压力。，确定其比焓和压力。 解：干度85. 0 1 %85 fg g mm m ；温度为C10时，查表得饱和压力为 0.28993MPa，kgkJhkgkJh fg /71.808,/76.487； 比焓 kgkJhhh fg /2895.29371.808176.48785. 01。 1-12 2 N的压力为的压力为 101MPa，比焓为，比焓为 129kJ/kg。求两相混合物的干度。求两相混合物的干度。 答：查表得：kgkJhkgkJhMPaP gfs /76.520,/4 .643101时， 。 又 6635. 0 4 .64376.520 4
10、 .643129 1 fg f gf hh hh hhh为所求。 1-13 在在hp lg图上标出制冷剂图上标出制冷剂 R143a 的压力为的压力为 0.15MPa，比焓为，比焓为 500kJ/kg 的点，并说明 其处于什么状态。 的点，并说明 其处于什么状态。 解：从图中可以看出， 其处于过 热蒸气的状态。 1-14 用图来求用图来求 R22 在在C30时的气化热，并与查表求得的结果相比较。时的气化热，并与查表求得的结果相比较。 解：查压焓图：kgkJhkgkJhCT gfs /413,/23930时，； 气化热kgkJhh fg /174239413； 查表：kgkJhkgkJhCT gf
11、s /60.413,/38.23630时，； 气化热kgkJhh fg /22.17738.23660.413。 由上可以看出，查图与查表的结果相差不是很大，都比较准确。 1-15 试分析卡诺循环的制冷系数同温度的关系。试分析卡诺循环的制冷系数同温度的关系。 答：卡诺循环的制冷系数 0 0 w q ，在 T-s 图上表示如下图: 2. 其他条件不变，当热源温度降低时，可以看到 1234 的面积减小，s214s1的面积不变，即 单位制冷量 q0不变，循环所耗功 w0减小，制冷系数升高。反之，当热源温度升高时，s214s1 的面积不变，1234 的面积增大，即循环所耗功 w0增大，即单位制冷量 q
12、0不变，制冷系数减 小。 1-16 试说明蒸气压缩制冷循环与蒸气压缩热泵循环的异同点，并在试说明蒸气压缩制冷循环与蒸气压缩热泵循环的异同点，并在 T-s 图上把两循环表示 出来。 图上把两循环表示 出来。 答：相同点：蒸气压缩制冷循环与蒸气压缩热泵循环在原理上是完全相同的。两个循环 都是与环境相互作用， 从低温热源吸热， 然后放热至高温热源， 与此同时， 按照热力学第二定律，必须消耗机械功。原则上，凡是用来作制冷机的循 环， 都可以用作热泵； 凡是用于制冷机的分析方法， 都可以用于分析热泵。 不同点： （1）两者的目的不同。蒸气压缩制冷循环的目的是为了获得低温（制冷） ， 也就是着眼于从低温热
13、源吸热。 蒸气压缩热泵循环的目的是为了获得 高温，也就是着眼于放热至高温热源。 （2）两者的工作温区往往有所不同。上述所谓的高温热源和低温热源，只 是彼此相对而言的。 由于两者的目的不同， 通常蒸气压缩热泵循环是 将环境作为低温热源，而蒸气压缩制冷循环是将环境作为高温热源。 对于同一环境温度来说，热泵循环的工作温区就明显高于制冷循环。 如左图所示，图中 s214s1的面积表示单位制 冷量 q0，图中 1234 的面积表示循环所消耗 的功 w0。 1. 其他条件不变，当冷源温度降低时，可 以看到 s214s1的面积减小，1234 的面积 增大，即单位制冷量 q0减小，循环所耗 功 w0增大，制冷
14、系数降低。反之，当冷 源温度升高时， s214s1的面积增大， 1234 的面积减小，即单位制冷量 q0增大，循 环所耗功 w0减小，制冷系数增大。 S1 S2 两循环的 T-s 图一样，如下所示： 对于蒸气压缩制冷循环， 制冷量为图中的面积 s215s1的面积， 而对于蒸气压缩热泵循环， 制热量为图中 s224s1的面积。 1-17 一卡诺制冷循环，在一卡诺制冷循环，在C12下吸热，在下吸热，在C40下放热。 （下放热。 （1）计算该制冷循环的制冷系 数； （ ）计算该制冷循环的制冷系 数； （2）如果此循环在温度）如果此循环在温度C12下吸热下吸热 15kW，其功耗是多少？（，其功耗是多少
15、？（3）如果卡诺循环在于 上述制冷循环相同的温度界限下工作，其热泵系数为多少？（ ）如果卡诺循环在于 上述制冷循环相同的温度界限下工作，其热泵系数为多少？（4）如果热泵在温度）如果热泵在温度C12时 吸热 时 吸热 15kW，在温度，在温度C40是的放热速率是多少？是的放热速率是多少？ 解： （1）KCTKCT15.31340,15.25312 0 制冷系数22 . 4 15.25315.313 15.253 0 0 TT T ； （2）制冷系数 0 0 w q kW q w5545.3 22.4 15 0 0 其功耗为 3.5545kW； （3）热泵系数22.522.411； （4）热泵系数kWqq qq q w q H H HH 5545.1815 122. 5 22. 5 1 0 0 所以在温度C40时的放热速率是 18.5545kW。 1-19 用两个卡诺制冷机在用两个卡诺制冷机在 0.1K 温度位制取温度位制取 0.1W 的制冷量。 第一个卡诺制冷机工作在的制冷量。 第一个卡诺制冷机工作在 0.1K 与与 2K 温度之间，第二个卡诺机则工作在温度之间，第二个卡诺机则工作在 2K 温度和温度和 300K 高温位之间。试问用这两个制冷 机，把 高温位之间。试问用这两个制冷
