工程热力学高教第三版课后习题第十二章答案.pdf

第十二章 制冷循环 156 第十二章第十二章 制冷循环制冷循环 12-1 一制冷机在-20和 30的热源间工作，若其吸热为 10kW，循环制冷系数是同温度限 间逆向卡诺循环的 75%，试计算： （1）散热量； （2）循环净耗功量； （3）循环制冷量折合多 少“冷吨”？ 解： 在-20和 30间逆向卡诺循环制冷系数 (273.1520)K 5.06 30( 20)K L c hL T TT = 实际循环制冷系数 0.750.75 5.063.80 actc = （1） 散热量 net 11 110kW 112.63kW 3.80 cc act c c act P = =+=+= （2） 净功 10kW 2.63kW 3.80 c net act P = （3） 折合冷吨 10kW 2.59“ 3.863.86 c =冷吨 12-2 一逆向卡诺制冷循环，其性能系数为 4，问高温热源与低温热源温度之比多少？若输入 功率为 1.5kW。试问制冷量为多少“冷吨”？如果将此系统改作热泵循环，高、低温热源温度 及输入功率维持不变。试求循环的性能系数及能提供的热量。 解： （1） 1 1 L c H HL L T T TT T = 11 111.25 4 H Lc T T = += += （2） c c netP = 1.25 1.5kW1.875kW ccnet P= 1.875kW 0.486 3.86 =冷吨 （3） 11 5 1 11 1.25 H c L HL H T T TT T = = 5 1.5kW6kW cnet P= = 12-3 压缩空气制冷循环运行温度290K C T=， 0 300KT=，如果循环增压此分别为 3 和 6，分别计算它们的循环性能系数和每 kg，工质的制冷量。假 定空气为理想气体，此热容取定值1.005kJ/(kg K) p c =、 1.4=。 解： 1/(1.4 1)/1.4 1 11 2.712 131 a = 第十二章 制冷循环 157 1/(1.4 1) 1 2 11 1.496 161 b = 111 1.4 1 1.4 41 4,300 32 11 300K219.18K 3 a a pp TTTT pp = 1 1.4 1 1.4 4,0 11 300K179.81K 6 b b TT = 1 1.4 11 2 1.4 2,11 1 290K 3396.93K aa p TTT p = 11.4 1 1.4 2,1 290K6483.86K k k bb TT = ,14, ()1.005kJ/(kg K)(290219.18)K71.2kJ/kg c apa qc TT= ,14, ()1.005kJ/(kg K)(290 179.8)K110.7kJ/kg c bpb qc TT= 12-4 若题 12-3 中压气机绝热效率 CS 0.82=，膨胀机相对内效率 T 0.85=，分别计算 1kg 工质的制冷量，循环净功及循环性能系数。 解： 3434 T 3434 hhTT hhTT = 4,3T34 () a TTTT = 4, 300K0.8 (300219.18)K235.34K a T= 4, 300K0.8 (300 179.81)K203.85K b T= 2121 CS2121cs 2121 ()/ hhTT TTTT hhTT =+ 2 , 396.93K290K 290K420.40K 0.82 a T =+= 2 , 483.86K290K 290K526.41K 0.82 b T =+= 制冷量 ,14 , ()1.005kJ/(kg K)(290235.34)K54.93kJ/kg c apa qc TT = ,14 , ()1.005kJ/(kg K)(290203.85)K86.58kJ/kg c bpb qc TT = 循环净功 ,12,34 ,12 ,34 ()()() 1.005kJ/(kg K)(290420.40300235.34)K66.1kJ/kg net aaapaa WhhhhcTTTT =+=+ =+= 第十二章 制冷循环 158 ,12,34 () 1.005kJ/(kg K)(290526.41 300203.85)K141.0kJ/kg net bpbb Wc TTTT =+ =+= 循环性能系数 , net, 54.93kJ/kg 0.831 |66.1kJ/kg c a a a q W = 1 net, 86.58kJ/kg 0.614 |141.0kJ/kg c a b b q W = 12-5 某采用理想回热的压缩气体制冷装置，工质为某种理想气体，循环增压比为5=，冷 库温度40 C c T = o ， 环境温度为 300K， 若输入功率为 3kW， 试计算： （1）循环制冷量； （2）循环制冷量系数； （3）若循环制冷系数及制 冷量不变，但不用回热措施。此时，循环的增压此应该是多少？该气 体热可取定值，0.85kJ/(kg K)1.3 p c=、。 解： 1.3 111 1.3 320 300K 5434.93KTTT = 51 ( 40273.15)K233.15K c TTT= += 11.3 1 1.3 65 11 233.15K160.82K 5 TT = 33 TT = 1 3 31 1 p TT p = 1.3 1 1.3 1 33 11 434.93K 14.9 233.15K pT pT = = 123456113 5 6 11 3 1 1.3 11 110.464 14.9 = = = ,1345611 ()0.815kJ/(kg K)(233.15 160.82)K58.95kJ/kg cpb qc TT= 12345611234561 0.464 3kW1.39kW c cnet net P P = 第十二章 制冷循环 159 12-6 某压缩蒸汽制汽冷装置采用氨（NH3）为制冷制，参看图 12-5 和图 12-6，从蒸发器中 出来的氨气的状态是 1 15 Ct = ， 1 0.95x =。 进入压气机升温升压 后进入冷凝器。在冷凝器中冷凝成饱和氨液，温度为 4 25 Ct = o 。 从点 4 经节流阀，降温降压成干度较小的湿蒸气状态，再进入蒸发 器汽化吸热。 （1）求蒸发器管子中氨的压力 1 p及冷凝器管子中的氨 的压力p2；(2)求 c q、 net W和制冷系数，并在 T-s 图上表示 c q； （3） 设该装置的制冷量 4kJ 4.2 10 h c =，求氨的流量 m q； （4）求该装置的佣效率。 解： （1）查 NH3表， 12 0.236MPa1.003MPapp=； （2）查 NH3表 1 111.66kJ/kgh = 1 1424.6kJ/kgh= 111 (1) 0.95 1424.6kJ/kg(1 0.95) 111.66kJ/kg 1358.95kJ/kg hxh x h =+ =+ = 1 0.4538kJ/(kg K)s = 1 5.539kJ/(kg K)s= 1111 () 0.4538kJ/(kg K)0.95 (5.53970.4538)kJ/(kg K)5.2854kJ/(kg K) ssx ss=+ =+= 据 21 ss=及 2 1.003MPap =， 查 NH3过热蒸汽表， 得 22 52.4 C1542.9kJ/kgth= o 、， 查 NH3饱和蒸汽表， 44 25 C298.25kJ/kgth= o 、 1514 1358.95kJ/kg298.25kJ/kg1060.7kJ/kg c qhhhh= c q可用 T-s 图上面积，15511 表示 net21 1542.9kJ/kg 1358.95kJ/kg184.0kJ/kgwhh= net 1060.7kJ/kg 5.77 184.0kJ/kg c q w = （3） 由 5 4.2 10 kJ/h c =， 5 4.2 10 kJ/h 396.0kg/h=0.11kg/s 1060.7kJ/kg c m c q q = （4）冷量佣 0 ,Q (25273.15)K 111060.7kJ/kg164.35kJ/kg ( 15273.15)K xc c T eq T + = + 第十二章 制冷循环 160 ,Q net 164.35kJ/kg 0.893 184.0kJ/kg x x e e w = 127 上题中若氨压缩机的绝热效率 CS 0.80=，其它参数同上题，求循环的 net w 、及佣 效率 x e 。 解： 由上题， net21 184.0kJ/kgwhh=，据 21 CS 21 hh hh = 所以 21 21 CS 184.0kJ/kg 1358.95kJ/kg1588.9kJ/kg 0.8 hh hh =+=+= net21 net21 CSCS 184.0kJ/kg 230kJ/kg 0.8 whh whh = = net 1060.7kJ/kg 4.61 230kJ/kg c q w = 循环制冷量中的冷量佣 0 ,Q (25273.15)K 111060.7kJ/kg164.35kJ/kg ( 15273.15)K xc c T eq T + = + 循环佣效率 ,Q net 164.35kJ/kg 0.715 230kJ/kg x x e e w = 12-8 若 12-6 题中制冷剂改为氟里昂 134a(HFC134a)， 求 （1） 蒸发压力 1 p和冷凝压力 2 p； （2） netc qW、； （3）HFC134a 的流量； （4）装置佣效率 x e 。 解： （1）据工作温度，查附表得 1 164.36kPap =、 2 665.49kPap = （2）查134HFCa的压焓图得： 1 380kJ/kgh = 2 406kJ/kgh = 1 1.69kJ/(kg K)s = 4 230kJ/kgh = 4 1.12kJ/(kg K)s = 1514 380kJ/kg230kJ/kg150kJ/kg c qhhhh= 第十二章 制冷循环 161 net21 406kJ/kg380kJ/kg26kJ/kgwhh= net 150kJ/kg 5.77 26kJ/kg c q w = (3) 5 4.2 10 kJ/h 2800kg/h0.778kg/s 150kJ/kg c m c q q = (4) 冷量佣 0 ,Q (2573.15)K 11150kJ/kg23.24kJ/kg ( 15273.15)K xc c T eq T + = + 循环佣效率 ,Q net 23.24kJ/kg 0.894 26kJ/kg x x e e w = 12-9 某热泵装置用氨为工质，设蒸发器中氨的温度为 -10，进入压缩机时蒸汽的干度为 1 0.95x =，冷凝器中饱和氨的温度为 35。求： （1）工质在蒸发器中吸收的热量 2 q，在冷凝 器中的散向室内大气的热量 1 q和循环供暖系数；(2)设该装置每小时向室内大气供热量 4 1 108=QkJ，求用以带动该该热泵的最小功率是多少？若改用电炉供热，则电炉功率应是多 少？两者比较，可得出什么样向结论？ 解： 查 NH3热力性质表，10 Ct = o 时 134.41kJ/kg1430.8kJ/kghh=、；0.5408kJ/(kg K)s =、5.4673kJ/(kg K)s = 1 (1) 0.95 1430.8kJ/kg(1 0.95) 134.41kJ/kg1366.0kJ/kg hxhx h=+ =+= 1 (1) 0.95 5.4673kJ/(kg K)(1 0.95) 0.5408kJ/(kg K)5.2219kJ/(kg K) sxsx s=+ =+= 查 NH3热力性质表 t=35时 1350.4kPa s p = 4 346.80kJ/kgh h = 1468.6kJ/kgh = 据 2s,35癈 pp=、 12 ss= 经线性插值得 2 60 Ct = o 、 2 1550.5kJ/kgh = （1） 124 1550.5kJ/kg346.8kJ/kg1203.7kJ/kgqhh= net21 1550.5kJ/kg 1366.0kJ/kg184.5kJ/kgwhh= 第十二章 制冷循环 162 1 net 1203.7kJ/kg 6.52 184.5kJ/kg q w = = （2） 4 1 1 8 10 kJ/h 66.46kg/h0.0185kg/s 1203.7kJ/kg m q q = net 0.0185kg/s 184.5kJ/kg3.41kW m Pq w= 若用电炉，则功率 4 1 8 10 kJ/h 22.2kW 3600s/h E P = E PP ，所以热泵供暖是一种节能措施。 12-10 某热泵型空调节器用氟里昂 134a 为工质，设蒸发器中氟里昂 134a 的温度为 -10， 进压气机时蒸气干度 1 0.98x =，冷凝器中饱和液温度为 35。求热泵耗功和循环供暖系数。 解： 查 HFC134a 压焓图 12 388kJ/kg420kJ/kghh=、 4 250kJ/kgh = 21 420kJ/kg388kJ/kg32kJ/kgpwhh= 24 420kJ/kg242kJ/kg170kJ/kg R qhh= 170kJ/kg 5.31 32kJ/kg R p q w = = 12-11 有一台空气调系统，采用蒸汽喷射压缩制冷机，制取 3 1kPap =，饱和水 6.94