工程热力学习题解答-8

第八章制冷循环 思思思思考考考考题题题题 1. 利用制冷机产生低温，再利用低温物体做冷源以提高热机循环的热效率。这 样做是否有利？ 答：这样做必定不利，因为虽然低温物体作冷源可以提高热及循环的热效率，多获得功 ， 但是要造成这样的低温冷源，需要制冷机，需要耗功，由于不可逆性的存在，制冷机消耗的功 必然大于热机多获得的功，因此，这样做是得不偿失的。 2. 如何理解空气压缩制冷循环采取回热措施后，不能提高理论制冷系数，却能 提高实际制冷系数？ 答：参见图a，没有回热的循环为12341,有回热的循环为1r2r53r41r。采用回热循环后，在 理论上制冷能力为q2（过程41的吸热量）以及循环消耗的净功和向外界派出的热与没有回热 的循环相比，显然都没有变（Wor=Wo,q1r=q）所以理论制冷系数也没有变（r=） 。但是采用回 热后，循环的增压比降低了，从而使压气机耗功和膨胀机做功减少了同一数量，这也减轻了压 气机和膨胀机的工作负担，使它们在较小的压力范围内工作因而机器可以设计得比较简单而 轻小，另外，如果考虑到压气机和膨胀机的不可逆性（图b）那么采用回热压气机少消耗的功将 不是等于而是大于膨胀机少作出功。因而制冷机实际消耗的净功将会减少。同时，每kg空气的 制冷量也相应地有所增加（如b图中面积a所示）所以采用回热措施能提高空气压缩制冷循环的 实际制冷系数，因而这种循环在深度制冷，液化气体等方面获得了实际应用。 3. 参看图8-13。如果蒸气压缩制冷装置按12351运行，就可以在不增加压气机 耗功的情况下增加制冷剂在冷库中的吸热量(由原来的h 1 h 4 增加为h 1 h5)，从而可 以提高制冷系数。这样考虑对吗？ 图 a 图 b 答：不对。因为要实现定压冷却过程35，就需要一定的制冷量(h3h5)，这冷量只能 来自冷库，因而冷库的制冷量将减少，这减少量恰好等于由定压冷却过程取代节流过程带来的 制冷量的增加： 35551 414 ()()hhhhhhhh= 所以，这样做在理论上并无得益，而实际上不仅增加了设备的复杂性（由简单 的节流阀变成较复杂的换热器） 。 还会由于换热器存在的损失而导致实际制冷系数的 降低。 习习习习题题题题 8-1（1）设大气温度为 30 ，冷库温度分别为 0 、-10 、-20 ，求 逆向卡诺循环的制冷系数。 （2）设大气温度为 - 10 ，供热温度分别为 40 、50 、60 ， 求逆向卡诺循环的供热系数。 解： （1） 逆向卡诺循环的制冷系数由 (8-2) 式得： 1 C 0 1 11 9.105 30273.15 11 273.15 R T T = + 2 C 0 2 11 6.5788 30273.15 11 10273.15 R T T = + + 3 C 0 3 11 5.063 30273.15 11 20273.15 R T T = + + 可见，当T0一定时，TR愈低，愈小。 C (2) 逆向卡诺循环的供热系数由 (8-4) 式得： 1 C 0 H 11 6.263 10273.15 11 40273.15 T T = + + 2 C 0 H2 11 5.2858 10273.15 11 50273.15 T T = + + 3 C 0 H3 11 4.7593 10273.15 11 60273.15 T T = + + 可见，当T0一定时，TH愈高，愈小，且。 C 1 C 8-2已知大气温度为 25 ，冷库温度为 -10 ，压气机增压比分别为2、3、 4、5、6。试求空气压缩制冷循环的理论制冷系数。在所给的条件下，理论制冷系数 最大可达多少（按定比热容理想气体计算）？ 解： 空气压缩制冷循环的理论制冷系数可由(8-5)式求得： 时， 2= 0 0 11.4 1 1.4 11 4.566 21 1 = 时， 3= 0 0 11.4 1 1.4 11 2.712 31 1 = 时， 4= 0 0 11.4 1 1.4 11 2.058 41 1 = 时， 5= 0 0 11.4 1 1.4 11 1.713 51 1 = 时， 6= 0 0 11.4 1 1.4 11 1.496 61 1 = 可见，当， max 0min 11 7.519 25273.15 11 10273.15 c R T T = + + 8-3大气温度和冷库温度同习题8-2。压气机增压比为 3，压气机绝热效率为 82%，膨胀机相对内效率为 84%，制冷量为。求压气机所需功率、整个制 08 10 6 . kJ / h 冷装置消耗的功率和制冷系数（按定比热容理想气体计算） 。 解：由例 8-1 可知，考虑了压气机和膨胀机不可逆损失的空气压缩制冷循环的实际制冷 系数可由下式求得： 0 0 0 0 1 R ri 1 R ri 0, 1.4 1 1.4 1.4 1 1.4 11 1/ 1 10273.15 0.8411 1/3 25273.15 0.6384 10273.151 30.84 25273.150.82 b C s T T T T = + + = + + 每kg空气吸热量 2001404 ()()1.005(263.15217.83)45.55/ RppR qhhCTTCTTkJ kg= 空气流量 62 2 0.8 10 /45.5517564.4/4.879/ Q mkg hkg s q = 压气机所需功率 0 0 1 0 0 1.4 1 1.4 /(1)/ 1 1.4 4.8790.2871 263.15(31)/0.82580.09 1.41 CCSCSRCS Pm WmRJ kW = = 膨胀机所做功率 0 0 0 0 1 0 1.4 1 1.4 1 /(1) 1 1.41 4.8790.2871 298.15(1)0.84330.78 1.41 3 TTSriri Pm WmRT kW = = 制冷循环消耗的功率 580.09330.78249.32 CT PPPkW= 8-4某氨蒸气压缩制冷装置（参看图8-10） ，已知冷凝器中氨的压力为1 MPa， 节流后压力降为 0.2 MPa，制冷量为，压气机绝热效率为 80%。试求： 012 10 6 .kJ /h （1）氨的流量； （2）压气机出口温度及所耗功率； （3）制冷系数； （4）冷却水流量已知冷却水经过氨冷凝器后温度升高 8 K，水的比定压热容 为 4.187 kJ/(kgk)。 解：参考图8-10、8-11及8-12， 由，查图 得 1 0.2PMPa=logPh 1560/hkJ kg= 由沿等熵线向上与线交于 1 0.2PMPa= 2 1PMPa= 点 查得 2 2 1800/ s hkJ kg= 因为： 21 21 s CS hh W Whh = 理 则 2 1 21 18001560 15701860/ 0.80 s cs hh hhkJ kg =+=+= （查lgP-h图） 34 440/hhkJ kg= (1)氨的流量： 6 22 212 0.12 10 /3600 0.02980/ 1560440 QQ mkg s qhh = (2)压气机出口温度及耗功率： ：由等焓线与等压 2 T 2 1860/hkJ kg= 2 1PMPa= 线交点，查lgP-h图可得： 2 386TK= 21 /()/ 0.2980(18001560)/0.80 8.94 Ccscsscs Pmwm hh kW = = = (3)制冷系数 理论： 214 21 1560440 4.6617 18001560 css qhh Whh = 实际： 4.66170.803.7336 cs = (4)冷却水流量 冷却水带走的热量应等于氨气放出的热量，即由热平衡方程得： 1123 () p Qmqm hhmCt= 23 ()0.02980(186044.0) 1.2633/ 4.18784.1878 m hh mkg s = 可见所需冷却水量是相当大的。 1.2633 42.4 0.02980 m m = 8-5习题8-4中的制冷装置在冬季改作热泵用。将氨在冷却器中的压力提高到 1.6 MPa，氨凝结时放出的热量用于取暖，节流后氨的压力为 0.3 MPa，压气机功率 和效率同上题。试求： （1）氨的流量； （2）供热量（kJ/h） ； （3）供热系数； （4）若用电炉直接取暖，则所需电功率为若干？ 解： 由查附录图得： 1 0.3PMPa= ； 1 1580/hkJ kg= 2 1850/hkJ kg= 34 540/hhkJ kg= (1)氨的流量：可由压气机功率及效率反求出氨的流量 021 8.940.80 0.0265/ /18501580 CCcsCcs csC PPP mkg s WWhh = (2)供热量 ()() 5 1123 0.0265185054034.70 kJ/s =1.25 10 kJ/hQqmm hh= (3)供热系数 理论： 2311 021 1850540 4.8519 18501580 c hhqq wwhh = 实际： 4.85190.803.8815 cs = (4)若用电炉直接取暖，则需耗电为34.70kW，而用热泵只需使用压气机功率为 8.94Kw,比较可见，采用热泵所耗电能仅为电炉直接取暖所耗电能的四分之一，显然 用热泵取暖是经济可行的。 8-6以R134a为制冷剂的冰箱（蒸气压缩制冷） ，已知蒸发温度为 250 K，冷凝 温度为 300 K， 压缩机绝热效率为 80%， 每昼夜耗电 1.5 kWh。 试利用压焓图计算 ： （1）制冷系数； （2）每昼夜制冷量； （3）压缩机的增压比及出口温度。 解题思路提示 在压焓图上，查出冷凝温度和蒸发温度所对应的冷凝压力和蒸发压力，二者相 比即