制冷与低温工程

第一章 制冷的热力学基础1、分析高低温热源温度变化对逆向卡诺循环制冷系数的影响。答：制冷系数与低温热源的温度成正比，与高低温热源的温差成反比。当高低温热源的温度一定时，制冷系数为定值。制冷系数与制冷剂的性质无关。2、比较制冷系数和热力完善度的异同。答：制冷系数与热力完善度的异同：1.两者同为衡量制冷循环经济性的指标；2.两者定义不同。制冷系数为制冷循环总的制冷量与所消耗的总功之比。 热力完善度为实际循环的制冷系数与工作于相同温度范围内的逆向卡诺循环的制冷系数之比。3.两者的作用不同。制冷系数只能用于衡量两个工作于相同温度范围内的制冷循环的经济性，热力完善度可用于衡量两个工作于不同温度范围内的制冷循环的经济性。4.两者的数值不同。制冷系数一般大于1，热力完善度恒小于1。第二章 制冷剂、载冷剂及润滑油1、为下列制冷剂命名：（1）CCI2F2 ：R12 （2）CO2 :R744 （3）C2H6 :R170 （4）NH3 :R717 （5）CBrF3 :R13 （6）CHCIF2 :R22 （7）CH4 :R50 （8）C2H4 :R150 （9）H2O :R718 （10）C3H6 R270 2、对制冷剂的要求有哪几方面？答：1、热力学性质方面（1）在工作温度范围内，要有合适的压力和压力比。即：PO1at，PK不要过大。（2）q0和qv要大。（3）w和wv（单位容积功）小，循环效率高。（4）t排不要太高，以免润滑油粘度降低、结焦及制冷剂分解。2、迁移性质方面（1）粘度及密度要小，可使流动阻力减小，制冷剂流量减小。（2）热导率3、物理化学性质方面（1）无毒，不燃烧，不爆炸，使用安全。（2）化学稳定性和热稳定性好，经得起蒸发和冷凝的循环变化，不变质，不与油发生反应，不腐蚀，高温下不分解。（3）对大气环境无破坏作用，即不破坏臭氧层，无温室效应。4、其它原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。要大，可提高换热器的传热系数，减小换热面积。3、简述对制冷剂热力学方面的要求。（1）在工作温度范围内，要有合适的压力和压力比。即：PO1at，PK不要过大。（2）q0和qv要大。（3）w和wv（单位容积功）小，循环效率高。（4）t排不要太高，以免润滑油粘度降低、结焦及制冷剂分解。4、简述对制冷剂物理化学性质方面的要求。（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，经得起蒸发和冷凝的循环变化，不变质，不与油发生反应，不腐蚀，高温下不分解。（3）对大气环境无破坏作用，即不破坏臭氧层，无温室效应。5、简述氨制冷剂的性质。1)、热力参数 t临=133.0；t凝=-77.9 ； ts=-33.3 。 温度和压力范围适中。 1at下，r=23343KJ/Kmol=1373KJ/Kg； qv标=2161KJ/m32)、对人体有较大的毒性，有强烈的刺激性气味。当氨蒸汽在空气中的容积浓度达到（0.50.6）%时，人在其中停留半小时即可中毒。3)、有一定的燃烧性和爆炸性。 空气中的容积浓度达到（1114）%时，即可点燃；达到（1625）%时，可引起爆炸。 要求车间内工作区域氨蒸汽的浓度不大于0.02mg/L。4)、能以任意比例与水相互溶解。但其含水量不得超过0.2%。5)、与油溶解度很小。6)、氨对钢、铁不起腐蚀作用，但当含有水分时，会腐蚀锌、铜、青铜及其它铜合金，磷青铜除外。7)、不影响臭氧层，制造工艺简单，价格低廉，容易获得。6、简述氟里昂制冷剂的共同性质。1)同种烃类的衍生物分子式中含有氢原子的个数越少，其燃烧性和爆炸性越小；含氯原子的个数越少，其毒性及腐蚀性越小。2)、腐蚀性 与水作用会慢慢发生水解，腐蚀含镁量大于2%的镁、铝、锌合金。3)、与水不溶。4)、能溶解有机塑料及天然橡胶。5)、绝热指数较氨小，t排低。6)、无毒，但当空气中含量超过30%时，人在其中停留1小时会引起窒息。7)、不太易燃，但遇到400以上的明火，也会点燃。（R12会分解出有毒的光气）8)、无色无味，泄漏时不易被发现。11、共沸混合制冷剂有哪些特点？1)、在一定的蒸发压力下蒸发时，具有几乎不变的蒸发温度，而且蒸发温度一般比组成它的单组分的蒸发温度低。2)、在一定的蒸发温度下，共沸混合制冷剂的单位容积制冷量比组成它的单一制冷剂的单位容积制冷量要大。3)、共沸混合制冷剂的化学稳定性较组成它的单一制冷剂好。4)、在全封闭和半封闭式制冷压缩机中，采用共沸混合制冷剂可使电机得到更好的冷却，电机温升减小。12、简述对载冷剂选择的要求。1)、载冷剂在工作温度下应处于液体状态，其凝固温度应低于工作温度，沸点应高于工作温度。2)、比热容要大。3)、密度要小。4)、粘度小。5)、化学稳定性好，在工作温度下不分解，不与空气中的氧气起化学变化，不发生物理化学性质的变化。6)、不腐蚀设备和管道。7)、载冷剂应不燃烧、不爆炸、无毒，对人体无害。8)、价格低廉，易于获得，对环境无污染。 第三章 单级压缩蒸汽制冷循环1、画出最简单的蒸汽压缩式制冷循环的系统图、lgp-h图及T-S图。2、单级理论循环有哪些假设条件？ 答：单级理论循环是建立在以下一些假设的基础上的： 1、压缩过程为等熵过程； 2、在冷凝器和蒸发器中无换热温差，蒸发、冷凝温度为定值； 3、压缩机吸气为饱和气体，节流阀前为饱和液体； 4、制冷剂在管道内流动时无阻力损失，与外界无热交换； 5、节流过程为绝热节流，节流前后焓值相等3、分析节流阀前液体过冷对循环的影响。答：节流阀前液体过冷，提高了循环的制冷系数，即提高了循环的经济性。4、分析压缩机吸气过热对循环的影响。答：吸气过热包括有效过热和无效过热。对有效过热循环，循环的与无过热循环的0比较大小取决于q0/ w0的大小。如q0/ w0 0，则过热有利； q0/ w0 0 ，则过热不利。无效过热使循环的制冷系数减小，经济性变差。8、简述实际循环与理论循环的差别。答（1）流动过程存在阻力损失；（2）制冷剂流经管道及阀门时与环境介质之间有热交换，尤其是节流阀以后，制冷剂温度降低，热量会从环境介质传给制冷剂，导致漏热，引起冷量损失。（3）热交换器中存在换热温差。9、分析吸入管道阻力对循环的影响。答：吸入管道从蒸发器出口到压缩机吸入口之间的管道称为吸入管道。吸入管道的压力降，会使吸气压力降低，引起：a、吸气状态的比体积增大，单位容积制冷量减小；b、压力比增大，压缩机的容积效率降低，理论比功增大。 结果导致制冷系数下降。第四章 两级压缩和复叠制冷循环1、简述采用两级压缩和复叠式制冷循环的原因。答：1、单级压缩蒸汽制冷循环压缩比的限制tK一定，t0降低，会使P0降低，导致压缩比增大，引起以下变化：压缩机的容积效率降低，实际输气量减小，机器制冷量降低。压缩机排气温度升高，导致：润滑条件恶化；润滑油炭化，积炭堵塞油路；润滑油挥发量增大，油进入系统，在换热器表面形成油膜，影响传热；润滑油及制冷剂分解产生不凝性气体，影响系统。压缩过程偏离等熵过程更大，使压缩机功耗增大。节流压差大，使节流损失增大，节流后制冷剂干度增大，制冷量减小。2、 画出一次节流、中间完全冷却的双级压缩制冷循环的系统图、lgp-h图，标明图中各设备的名称，分析其循过程和各部分的循环量3、 简述提高复叠式制冷循环性能指标的措施。1、合理的温差取值低温下传热温差对循环性能的影响尤其重要。蒸发器的传热温差一般不大于5 ，冷凝蒸发器的传热温差一般为510 ，通常取t= 5 。2、设置低温级排气冷却器其目的在于减小冷凝蒸发器热负荷，提高循环效率。按其蒸发温度和制冷剂不同，循环的制冷系数可提高718，压缩机总容量可减小612。3、采用气气热交换器气气热交换器是用于将低温级排气与蒸发器的回气间进行热交换，以提高低温级压缩机的吸气温度，达到降低压缩机的排气压力，改善压缩机工作条件，减小冷凝蒸发器热负荷的目的。4、设置气液热交换器（回热器）将蒸发器的回气与冷凝器出液之间进行热交换，使蒸发器的回气过热，冷凝器出液过冷。高低温级均设。可使循环的单位制冷量增大，同时增加压缩机的吸气过热，改善压缩机的工作条件。压缩机吸入蒸汽的过热度应控制在1263 ，蒸发温度高时取小值，低时取大值。在使用气液热交换器尚不能达到上述过热度要求时，可加一个气气热交换器配合使用。5、低温级设置膨胀容器便于系统停机后回收低温级制冷剂，避免系统压力过高。膨胀容器的容积可由下式计算：6、复叠式循环系统的启动特性低温级系统停机时，制冷剂处于超临界状态，装置启动时，应先启动高温级，使低温级制冷剂在冷凝蒸发器内得以冷凝，使低温级系统内平衡压力逐渐降低。当其冷凝压力不超过16102时，可启动低温级。在低温级系统设置膨胀容器的情况下，高温级和低温级可以同时启动。第五章 其它制冷循环1、对吸收式制冷系统使用的工质对有何要求？答：吸收式制冷机的工质通常是采用两种不同沸点的物质组成的二元溶液，以低沸点（或易挥发）组分为制冷剂，高沸点组分为吸收剂，两组分统称“工质对”。 最常用的工质对有溴化锂水溶液和氨水溶液。1、对工质对的要求两组分要能形成溶液，且为非共沸溶液；吸收剂要有强烈的吸收制冷剂的能力；两者沸点相差要大，高沸点的为吸收剂，低沸点的为制冷剂； 吸收剂的热导率要大，密度、粘度、比热容要小，化学稳定性要好，无毒，不燃烧、不爆炸，对金属材料的腐蚀性要小；对制冷剂的要求与蒸汽压缩式循环相同。2、吸收式制冷机中使用的工质对按其中制冷剂的不同如何分类？分别适用于何种场合？答：按工质对中制冷剂的不同，大致可分为四类：以水为制冷剂的工质对。 只能用于工作于0以上的吸收式制冷机。以H2O-LiBr的应用最为广泛。以氨为制冷剂的工质对 最常用的是NH3-H2O工质对，水为吸收剂，氨为制冷剂，水具有强烈的吸收氨的能力。适用于工作温度0以下的吸收式制冷机。但两者沸点相差不大，需采用精馏技术提高氨蒸汽的纯度。以醇为制冷剂的工质对 甲醇类工质对化学性质稳定，热物性好，对金属无腐蚀。溶液密度小，蒸汽压力高，气相中混有吸收剂，可燃，粘度大，工作范围窄。以氟利昂为制冷剂的工质对 适用于工作温度在0 以下的太阳能吸收式制冷机。无毒、无腐蚀、化学性质稳定。高发生温度，低冷凝温度时用R22-DMF（三甲替甲酰胺）；3、简述吸收式制冷机的工作原理。答：吸收式制冷循环也和蒸汽压缩式制冷循环一样，利用液体的汽化潜热制冷。蒸汽压缩式制冷循环以机械功为代价；吸收式制冷循环以热能为动力。吸收式制冷机由发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、节流阀和溶液泵等设备组成。发生器、吸收器和溶液泵起着替代压缩机的作用，称热化学压缩器。4、简述溴化锂吸收式制冷机的防腐蚀措施。答：防腐蚀措施：保持系统内高度真空，不允许空气渗入系统；向系统内加入缓蚀剂。如铬酸锂（Li2GrO4）、钼酸锂（Li2MoO4 ）、氧化铅（PbO）、三氧化二砷（ As2O3 ）等。加入LiOH将溶液的PH值调整到910.5范围内。一般常用：加入0.1%0.3%的铬酸锂和氢氧化锂。9、简述固体吸附制冷的原理及其特点。答：某些固体物质在一定的温度及压力下，能吸附某种气体或水蒸气，在另一温度及压力下又能将它释放出来。这种吸附与解吸的作用，引起压力变化，相当于压缩机的作用。固体吸附制冷就是根据这一原理来实现的。一、吸附剂 应具有以下性质：对吸附质有高的吸附能力。能再生和多次使用。有足够的机械强度。化学性质稳定。容易制取且价格便宜。10、对固体吸附制冷所使用的吸附剂有何要求？目前常用的固体吸附剂有哪几种？答：1、硅胶2、活性氧化铝3、沸石分子筛第六章 制冷设备2、简述立式壳管式冷凝器的特点。优点：可露天安装或直接安装在冷却塔下，节省机房面积。 冷却水靠重力一次流过冷却管，水流动阻力小。清洗方便，对水质要求低。缺点：冷却水温升小，循环水量大。室外安装，冷却水流速又小，易结垢。无法使制冷剂在冷凝器内过冷。 传热系数及单位面积热负荷较卧式壳管式冷凝器小。 3、简述套管式冷凝器的特点。 冷却水与制冷剂呈逆流式，传热效果较好。当水流速为12m/s时，传热系数K在930w/m2k左右。 结构简单，制作方便。 套管长度较大时，下部管间易被液体充斥，传热面积不能得到充分利用。 金属消耗量较大，一般只用于小型氟利昂制冷装置。4、简述蒸发式冷凝器的特点。 优点： 耗水量小，空气流量也小。对循环水量在6080L/h的冷凝器，其空气流量约为100200m3/h，补水量为35 L/h。水泵及风机功率较小。 不需水冷却装置。 缺点： 管外壁易结垢，清洗困难，对水质要求非常高。对循环水应进行软化处理后使用。 由于循环水量小，水温高。5、采用壳管式蒸发器应注意哪些问题？以水为载冷剂，其蒸发温度降低到0以下时，管内可能会结冰，严重时会导致传热管胀裂。低蒸发压力时，液体在壳管内的静液柱会使底部温度升高，传热温差减小。与润滑油互溶的制冷剂，使用满液式蒸发器存在回油困难的问题。制冷剂充注量较大。同时不适于机器在运动条件下工作，液面摇晃会导致压缩机湿冲程。6、简述干式壳管式蒸发器的特点。制冷剂在管内汽化，被冷却介质在管外和壳体的间隙内循环。制冷剂可在管内完全汽化。8、回热器的作用是什么？系统中据制冷装置的容量大小分别采用什么形式？(1) 将高压液体过冷，使节流后产生的闪发气体量减少；将蒸发器回气过热，防止压缩机发生液击。 (2) 盘管式用于大、中型制冷系统；套管式用于（0.515kw）的系统；液管与气管焊接式用于家用冰箱等小型装置。盘管式回热器的结构：9、制冷剂液体膨胀具有哪些特点?液体膨胀后，温度必然降低。其膨胀过程的压差越大，则温度降低也越大。而且温差与膨胀过程无关。膨胀过程具有尽可能大的比体积比，且随压比的增大而增大。从而使比体积比有限的