天津商业大学热能10级制冷与低温原理简答.docVIP

为什么范德华方程是第一个最著名的实际气体解析型状态方程？答：范德华方程在定性上较成功的反映了实际气体的基本性质。揭示了实际气体偏离理想气体的根本原因，为理论研究开辟了道路。但在定量上，对于离液态接近的气体，误差较大。范德华方程在工程上不宜用于定量计算。一种典型混合物的冷却过程答：设想混合物开始时处于气体状态（点1），冷却混合物使其温度下降到上部的相分界线，该线称为露点线，继续冷却到了下部的相分界线，该线称为泡点线。当混合物达到气液平衡时，气相中聚集较多的是易挥发的组分。两相区的液相组成由等温线与泡点线的交点确定，而气体组成由等温线与露点线的交点确定。混合物刚开始冷凝点的液相组成由点2f给出，而气相组成基本上是原混合物的组成。继续冷却，液相组成下移到点3f，而气相组成下移到点3g。当混合物全部冷凝时，液相组成基本上市原混合物的组成（点4f），而最后一点蒸气的组成由点4g给出。选用制冷工质应遵循的原则1、热力性质方面：（1）在工作温度范围内有合适的压力和压力比。即蒸发压力不能低于大气压力，以免低温部分出现负压，是空气进入系统，家具设备的腐蚀；冷凝压力不要过高，以免设备过分笨重；冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大，以免压缩终了温度过高或使活塞式压缩机的输气系数过低。（2）通常希望单位制冷量和单位容积制冷量比较大。因为对于总制冷量一定的装置，单位制冷量大可减少制冷工质的循环量；单位容积制冷量大可减少压缩机的输气量，故可缩小压缩机的尺寸 （3）比功w和单位容积压缩功Wv小，循环效率高（4）等熵压缩终了温度t2不太高，以免润滑条件恶化或使制冷工质自身在高温下分解2、传输性质方面：（1）粘度、密度尽量小，这样可减少制冷工质的流动阻力以及制冷工质的充注量（2）热导率大3、物理化学性质方面：（1）无毒，不燃烧，不爆炸，使用安全（2）化学稳定性和热导性好，使用中不变质，不予润滑油反应，不腐蚀制冷机构，压缩终了在高温下不分解（3）对大气环境无破坏作用（4）其他要求氦稀释制冷在同一温度下，稀释溶液的焓大于浓缩溶液的焓3he原子通过分界面，从浓缩相进入稀释相的过程，必然是一个吸热过程，对外界产生制冷效。如果系统是绝热的，则表现为系统本身温度下降，从而获得低温。因此，只要把大量的3he原子从稀释溶液中连续取出，使浓缩相的3he不断地溶解于稀释相，就可以获得很有效的连续制冷。这就是稀释制冷基本依据。利用3he的沸点4he低，3he的蒸汽压比4he高得多的特点，让稀释溶液在蒸发器中减压蒸发，并用真空泵将蒸发的气体抽走，便可达到把3he从稀释相连续取出的目的。稀释制冷机的工作过程，设备名称，流程，原理阐述 从温度为0.60.7k的蒸发器6内蒸发的气体接近纯3he.这部气体被真空泵1抽出，经增压后，先经过液氮2和液氦3预冷，再经冷凝器4冷却到0.81.2k,然后进入蒸发器6的管盘内，被蒸发器中蒸发的稀释溶液冷却到0.6-0.7k，再经热交换器7继续冷却到0.005-0.5k，进入混合器8上方的浓缩相。混合器下方的溶液为稀释相。混合气的底部用管道经热交换器7与蒸发器6底部相连通。由于管道中充满4he，3he通过它可无阻力扩散。当正流的3he液体在蒸发器的管内被冷却时，蒸发器中的稀释溶液就吸收她放出的热量而蒸发。由于蒸发的几乎都是3he，因此稀释溶液中的3he摩尔浓度下降，于是，混合器下部稀释相里的3he，通过连通管向蒸发器器扩散，以补充蒸发器中的3he。这样，混合器下部稀释相的摩尔浓度下降，破坏了混合器中原有的相平衡，式混合器上方浓缩相的3he越过两相分界面转移到稀释相，因而在混合气的界面发生制冷作用。为什么气体等熵膨胀时温度下降答：对于气体，s永为正值，故气体等熵膨胀时总是温度降低，产生制冷效应。其原因在于，在膨胀过程中输出外功，膨胀后气体的内位能增大，这些能量都是靠内动能的降低来提供的，因此气体的温度总是下降的。绝热膨胀特点（1）有外功输出，气体的温降大，制冷量大（2）要用膨胀机，系统结构比较复杂（3）适用于大型的气体制冷系统气体节流温度发生变化的机理是什么答：流体在流动过程中，内部所具有的能量包括内能以及后部流体推动前部流体前进的流动能，这三种能量的总和在节流前后保持不变，而每一项的大小的变化的，当气体在节流阀中节流后，由于压力降低，气体体积膨胀，分子间距离增大，是的分子相互作用的位能增加，位能的增加只能靠动能的减少来补充，而分子运动能的大小是反映温度高低的量，节流后动能减少，所以在一般情况下气体节流后温度总是有所降低，但在特定条件下，温度也会不变或升高。二次节流也叫林德双压循环，该循环可以减少液化需用功的原因答：因为在简单林德循环中，只有压缩气体的很小部分被液化，节流后未被液化的大部分低压气体返回压缩机。双压循环中，部分压缩气体节流膨胀到中压就返回压缩机。已知理想气体的等温压缩功大致正比于压比的对数，即等于RT11n(p2/p1)，所以降低压缩比可以减少压缩需用功。西蒙氦液化器，用以生产少量的液氦，利用绝热放气原理制冷，虽为不可逆过程，但工质的比熵不变。其循环过程： a、 过程12.将高压氦气充入厚壁容器，氦气的压力大约为15MPa，温度为环境温度。 b、过程23.用液氮将容器和高压氦气冷却到77K，在冷却过程中继续对容器充气，以维持容器内压力不变。c、过程34，一旦达到液氮温度时，就将原来在真空空间中的氦气抽走，然后在液氢空间中注入液氢，将其中的氦气置换出来。于是内容器及其中的氦气被冷却到液氢温度20.4K。 d、过程45，对液氢抽空，使压力降低到其三相点以下，内容器及其15MPa的氦气被进一步冷却到1012K。 e、过程56，最后，开启氦气排放阀，将氦的压力从15MPa降低至0.10MPa.由于保留在容器中的氦对排放出的氦气做功，该过程基本上是等熵膨胀过程，能使容器中80100的氦气液化。简述克劳特循环的工作原理答：在克劳特系统中，气体首先被压缩到大约4MPa的压力，然后进入第一换热器A.从第一换热器出来的主流气中，大约有6080的气体分流到膨胀机，膨胀后的气体在第二换热器B后面与返流气汇合。待液化气体则连续通过B、C换热器，最后通过节流阀进入贮液器。贮液器的冷蒸气则通过各级换热器冷却后返回压缩机。在克劳特系统中，膨胀阀不可缺少的原因答：因为在实际系统中不允许膨胀机中生成很多液体。倘若在容积式膨胀机中的气缸中存在液体，便会形成很高的瞬态应力。某些透平膨胀剂（轴流式）可以允许含有15或更高的的液体而不致对透平叶片产生危害。半导体制冷器的特点：优点：1半导体制冷不用制冷工质，故无泄漏、无污染、清洁卫生 2半导体制冷无机械传动部分，因此无噪音、无磨损，寿命长，可靠性高，维修方便 3冷却速度与制冷温度可通过改变工作电流的大小任意调节，灵活性很大 4可用改变电流方向来达到冷热端互换的目的，故用于高低温恒温器有独到之处 5体积和功率都可做得很小缺点：1制冷效率低 2焊接要求高3需要直流电源，增加了半导体制冷器使用的局限性斯特林的逆循环（斯特林制冷循环）循环过程：答：12等温压缩过程：压缩活塞向左移动而膨胀活塞不动。气体被等温压缩，压缩热经冷却器A传给冷却介质（水、空气），温度保持恒值Ta。压力升高到p2，容积减小到V2.23定容放热过程：两个活塞同时向左移动，气体容积保持不变，即V3=V2，直至压缩活塞到达左止点。当气体通过回热器R时，将热传给填料，因而温度由Ta降低到Tco，同时压力由p2降低到p3.34等温膨胀过程：压缩活塞停止在左止点，而膨胀活塞继续向左移动，直至左止点，温度为Tco的气体进行等温膨胀，通过冷量换热器C从低温热源（冷却对象）吸收一定热量Q0（制冷量）。容积增大到V4，压力降低到p441定容吸热过程：两个活塞同时向右移动至右止点，气体容积保持不变。V1=V4，回复到起始位置。当温度为Tco的气体流经回热器R时从回热器填料吸热，温度升高到Ta,同时压力增加到p1。41过程中气体吸收的热量等于23过程气体所放出的热量。绝热去磁制冷循环答：（1）等温磁化过程1-2 顺磁盐被预冷到温度Ta，此时的磁场强度为H1，状态为1，然后在等温Ta下将磁场强度提高到H2，使顺磁盐在等温下磁化，此时顺磁盐的状态为2。等温磁化过程中产生的热量由外界带走。（2）绝热去磁过程2-3 使磁场强度为H2的顺磁盐在绝热条件去磁，即磁场强度下降到H3，则顺磁盐就达到状态3，温度也相应地下降到T0。（3）等温去磁过程3-4 在保