制冷原理与设备思考题答案

思考题 1 什么是制冷 制冷技术领域的划分 答 用人工的方法在一定时间和一定空间内将物体冷却 温度降到环境温度以下 并保持这个温度 120k 以上 普通制冷 120 20K 深度制冷 20 0 3K 低温制冷 0 3K 以下超低温制冷 2 了解各种常用的制冷方法 答 1 液体气化制冷 利用液体气化吸热原理 2 气体膨胀制冷 将高压气体做绝热膨胀 使其压力 温度下降 利用降温 后的气体来吸取被冷却物体的热量从而制冷 3 热电制冷 利用某种半导体材料的热电效应 4 磁制冷 利用磁热效应制冷 3 液体气化为什么能制冷 蒸气喷射式 吸附式属于哪一种制冷方式 答 液体气化液体汽化时 需要吸收热量 而吸收的热量是来自被冷却对象 因 而被冷却对象变冷 蒸气喷射式 吸附式属于液体气化制冷 4 液体气化制冷的四个基本过程 答 压缩过程 冷凝过程 膨胀过程 蒸发过程 5 热泵及其性能系数 答 热泵 以环境为低温热源 利用循环在高温下向高温热汇排热 收益供热量 将空间或物体加热到环境温度以上的机器 用作把热能释放给物体或空间 使之温度升高的逆向循环系统称作热泵 当使用目的是向高温热汇释放热量 时 系统称为热泵 热泵的性能系数 COP Qa W 供热量与补偿能之比 6 制冷循环的热力学完善度 制冷机的性能系数 COP 答 1 循环效率 热力学完善度 说明制冷循环与可逆循环的接近程度 热力 完善度愈大 表明该实际制冷循环热力学意义上的损失愈小 因此循环的经 济性必然俞高 定义 一个制冷循环的性能系数 COP 与相同低温热源 高温热汇温度下可逆 循环的性能系数之比 COPc 0 COP COPc 1 2 制冷机的性能系数 COP Q W 7 单级蒸气压缩制冷循环的四个基本部件 答 压缩机 提高制冷剂的压力 形成输送制冷剂的动力 冷凝器 制冷剂高压蒸气与环境温度介质充分热交换 膨胀阀 使高压常温制冷剂节流膨胀降压 调节进入蒸发器的制冷剂流 量 蒸发器 提供低压制冷剂与冷却空间充分热交换的场所 使制冷剂不断吸热汽 化 8 单级蒸气压缩制冷循环过程及热力计算方法 答 1 循环过程 等熵压缩 等压冷却冷凝 等焓节流 等压等温蒸发 液体蒸发 P0 t0 压缩 P k 高压气体冷凝 P k tk 节流 P0 t0 9 在压焓图上的等焓线 等温线 等压线 等熵线 等干度线和等容线的表示 答 10 在压焓图上 随压力或温度变化 制冷剂的比体积如何变化 答 制冷剂的比体积随着压力或温度的升高而升高 11 蒸气压缩式制冷循环中 当制冷剂确定后 冷凝温度 蒸发温度由什么因素决定 答 由冷凝压力和蒸发压力决定 12 过冷及对循环性能的影响 答 过冷 制冷剂液体的温度低于同一压力下饱和状态的温度称为过冷 过冷循环中单位制冷量的增加 从而使性能系数增加 13 有效过热 无效过热及其对循环性能的影响 答 如果吸入蒸气的过程发生在蒸发器本身的后部 或者发生在安装于被冷却室内的 吸气管道上 或者发生在两者皆有的情况下 那么 由于过热而吸收的热量来自被冷 却物 因为产生了有用的制冷效果 这种过热称为有效过热 有效过热使循环的单位 制冷量增加 但由于吸入蒸气的比体积也随吸入温度的增加而增加 故过热循环的单 位容积制冷量可以增加 也可以减少 这与制冷剂本身的特性有关 由蒸发器出来的低温制冷剂蒸气 在通过吸入管道进入压缩机之前 从周围环境中吸 取热量而过热 但它并没有对被冷却物体产生任何制冷效应 这种过热称为无效过热 对于无效过热 循环的单位制冷量和运行在相同冷凝温度和蒸发温度下的理论循环的 单位制冷量是相等的 但由于蒸气比体积的增加使单位容积制冷量减少 对给定压缩 机而言 它将导致循环制冷量的降低 由于循环比动功的增加 性能系数下降 14 什么是回热循环 回热器起什么作用 回热循环的系统图 以及 p h 图 答 在系统中增加一个气液热交换器 使节流前的液体和来自蒸发器的低温蒸气 进行内部热交换 制冷剂液体过冷 低温蒸气有效过热 这样 不仅可增加单位 制冷量 而且可以减少蒸气与环境之间的热交换 减少甚至消除吸气管道中的有 害过热 采用回热循环性能系数可以增加也可以减少 15 不凝气体对循环性能有什么影响 答 使冷凝器内压力增加 导致压缩机排气压力提高 比功增加 性能系数下降 压缩机容积效率降低 16 以单级蒸气压缩制冷循环为例 试述蒸发温度和冷凝温度对制冷循环性能的影响 答 蒸发温度 t0 降低时 制冷量下降 性能系数下降 冷凝温度升高时 制冷量降低 比功 w0 升高 性能系数下降 17 了解劳伦兹循环及单级蒸气压缩混合工质制冷循环 答 劳伦兹循环是热源温度和热汇温度变化的可逆制冷循环 18 了解 CO2 跨临界循环 答 工质的吸 放热过程分别在亚临界区和超临界区进行的循环 19 制冷剂的种类和常用制冷剂的表示符号 答 制冷剂按组成区分 有单一制冷剂和混合物制冷剂 按化学成分区分 主要 有三类 无机物 氟里昂和碳氢化合物 制冷剂符号由字母 R 和它后面的一组数 字或字母组成 字母 R 表示制冷剂 后面的字母数字是根据制冷剂的化学成分按 一定的规则编写的 20 目前 R12 R22 的替代工质 答 R134a R600a 可能的替代物有 R152a R22 的替代工质是 R410A 21 GWP 和 ODP 的含义 答 GWP 是指温室效应指数 物质造成温室效应危害的程度 用来表示和比较消 耗臭氧层物质对全球气候变暖影响力的大小的一种量值 ODP 是表示制冷剂的臭氧破坏指数 对臭氧层的危害程度 两者的值越少则制冷剂对环境影响越少 22 选择制冷剂应考虑的因素 答 环境可接受性 热力学性质满足使用要求 传热性和流动性好 化学稳定性 和热稳定性好 使用可靠 无毒 不燃 不爆 使用安全 价格便宜 来源广 1 环境接受性 考虑 ODP GWP 2 热力学性质方面 1 工作温度范围内有合适的压力和压力比 蒸发压力 大气压力 冷凝压力不要过高 冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大 2 单位制冷量 q0 和单位容积制冷量 qv 较大 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 不能太高 以免润滑条件恶化 或制冷剂自身在高温下分解 3 迁移性质方面 1 粘度 密度尽量小 2 导热系数大 可提高传热系数 减少传热面积 4 物理化学性质方面 1 无毒 不燃烧 不爆炸 使用安全 2 化学稳定性和热稳定性好 3 对大气环境无破坏作用 5 原料来源充足 制造工艺简单 价格便宜 23 什么是载冷剂 答 在间接制冷系统中用以传递冷量的中间介质 24 双级压缩式制冷循环解决哪些问题 答 降低排气温度 改善循环性能 25 一级节流中间完全冷却的两级压缩制冷循环 p h 图 系统原理图 答 26 一级节流中间不完全冷却的两级压缩制冷循环 p h 图 系统原理图 答 27 写出图 4 3 和图 4 7 的制冷循环流程 掌握图中各制冷辅助设备的作用 答 28 为什么利用复叠式制冷循环系统可获取较低的蒸发温度 画出复叠式制冷循环系统 原理图 答 低温制冷剂在常温下无法冷凝成液体 而复叠式制冷循环系统采用另一台制低温制冷剂在常温下无法冷凝成液体 而复叠式制冷循环系统采用另一台制 冷装置与之联合运行 为低温制冷剂循环的冷凝过程提供冷源 降低冷凝温度和冷装置与之联合运行 为低温制冷剂循环的冷凝过程提供冷源 降低冷凝温度和 压力 压力 29 复叠式制冷系统中 蒸发冷凝器的作用 答 蒸发冷凝器为低温部分冷凝器中的制冷剂冷凝服务 蒸发冷凝器为低温部分冷凝器中的制冷剂冷凝服务 30 了解溶解与结晶 吸收与解析 蒸馏与精馏 答 溶解 溶质溶解在溶剂中叫溶解 结晶 溶质从溶剂中析出 31 氨吸收式制冷机 溴化锂吸收式制冷机的制冷剂和吸收剂是什么 答 氨吸收式制冷机 制冷剂 氨 吸收剂 水 溴化锂吸收式制冷机 制冷剂 水 吸收剂 溴化锂 32 吸收式制冷机的工作原理图 及工作过程 答 33 吸收式制冷机和蒸气压缩制冷机的工作原理比较 答 34 氨水吸收 扩散式制冷机中工质的流动及蒸发器中液氨能在低温下沸腾的原因是什么 答 35 单效溴化锂吸收式制冷机的组成设备名称 循环流程 在 h 图上的表示 答 发生器 加热使稀溶液中的水蒸发变为浓溶液 冷凝器 冷却使水蒸气冷凝为纯水 节流阀 降压 使水在低压下蒸发 蒸发器 纯水蒸发吸热制冷 吸收器 浓溶液吸收水分使蒸发器的水蒸发 其中设置冷却水管用于吸 收吸收热 溶液泵 提升溶液压力 使水蒸气能在常温下凝结 溶液热交换器 使出发生器的浓溶液冷却 出吸收器的稀溶液加热 有 效利用能量 36 自动融晶管有什么作用 答 消除结晶 37 为什么双效溴化锂吸收式制冷机的热力系数较高 答 双效溴化锂吸收式制冷机 蒸气压力 0 4 Mpa 循环性能系数 1 设置高压发生器和低压发生器 高压发生器产生的高温冷剂水蒸气加热低压 发生器 充分利用了冷剂水蒸气的潜热 同时减少了冷凝器的热负荷 经济 性得以提高 38 第一类吸收式热泵 第二类吸收式热泵的区别 答 第一类热泵 驱动热源温度高于输出热温度 第二类热泵 驱动热源温度低于输出热温度 39 什么是热电效应 西伯克效应 帕尔帖效应 答 1 热电效应 无外磁场时固体热电效应 含 导热 焦耳热损失 西伯克效 应 帕尔帖效应和汤姆逊效应 2 西伯克效应 两种不同导体组成的开路中 如果导体的两个结点存在温度 差 则开路中将产生电动势 为西伯克效应 3 帕尔帖效应 电流流过两种不同导体的界面时 将从外界吸收热量或放出 热量 为帕尔帖热 QP 40 解释西伯克效应 帕尔帖效应 答 西伯克效应 两种不同导体组成的开路中 如果导 体的两个结点存在温度差 则开路中将产生电动势 为温差电动势 E 帕尔帖效应 电流流过两种不同导体的界面时 将从外界吸收热量或放出热 量 为帕尔帖热 P 41 基本热电偶的制冷原理是什么 其制冷量由哪几部分组成 答 热电制冷的理论基础是固体的热电效应 在无外磁场存在时 它包括五个效 应 导热 焦耳热损失 西伯克 Seebeck 效应 帕尔帖 Peltire 效应和汤姆逊 Thomson 效应 热电制冷又称作温差电制冷 或半导体制冷 42 什么是热电堆 答 将多个热电偶串联 使冷端排在一起 热端排在一起 组成热电堆 43 了解多级热电堆的制冷量和功耗 答 总消耗功率 n 1i iP P 制冷量 n i h COPi 1 1 n0 1 1 44 换热器传热量计算公式 答 Wt KF 45 蒸发器有哪些类型 了解各种蒸发器的结构特点 答 冷却液体的蒸发器 水箱式蒸发器 直立管式 螺旋管式 卧式壳管式蒸发 器 满液式 干式卧式壳管式蒸发器 冷却空气的蒸发器 冷却排管 冷风机 直接蒸发式空气冷却器 46 冷凝器哪些类型 了解各种冷凝器的结构特点 答 水冷式冷凝器 立式壳管式 卧式壳管式 套管式 风冷式冷凝器 蒸发式冷凝器 47 膨胀节流元件起什么作用 有哪些类型 答 膨胀节流元件起节流和调节进入蒸发器制冷剂流量的作用 并可保证一定的 过热度防止液击 手动节流阀 热力膨胀阀 电子膨胀阀 毛细管