工程热力学(严家騄)课后答案

--#-第八章制冷循环

思考题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。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4-1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（sr=£）o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。参看图8—13。如果蒸气压缩制冷装置按1''351'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『-h4，增加为h］,-h5），从而可以提咼制冷系数.这样考虑对吗？［答］:不对。因为要实现定压冷却过程3-5，就需要一定的制冷量（h3—h5），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：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。 图a 图b习 题1 （1）设大气温度为30°C,冷库温度分别为0°C、-10°C、一20°C,求逆向卡诺循环的制冷系数.（2）设大气温度为 一10°C,供热温度分别为40°C、50°C、60°C,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：可见，当T0—定时,Tr愈低,愈小。（2）逆向卡诺循环的供热系数由（8-4）式得：可见，当T0一定时，TH愈高，愈小，且。2已知大气温度为25°C,冷库温度为-10°C,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，时,时,时，时，可见，当,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：每kg空气吸热量空气流量压气机所需功率膨胀机所做功率制冷循环消耗的功率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1MPa，节流后压力降为0。2MPa，制冷量为，压气机绝热效率为80%。试求：（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8K,水的比定压热容为4.187kJ/（kgk）］.［解］：参考图8—10、8-11及8—12，由，查图得由沿等熵线向上与线交于点查得因为：则（查lgP-h图）（1） 氨的流量:（2） 压气机出口温度及耗功率：:由等焓线与等压线交点，查lgP-h图可得：(3)制冷系数理论：实际：(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：可见所需冷却水量是相当大的。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。6MPa,氨凝结时放出的热量用于取暖，节流后氨的压力为0。3MPa，压气机功率和效率同上题。试求：氨的流量;供热量(kj/h)；供热系数；若用电炉直接取暖，则所需电功率为若干?［解］:由查附录图I得：氨的流量：可由压气机功率及效率反求出氨的流量供热量供热系数理论：实际: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。6以R134a为制冷剂的冰箱(蒸气压缩制冷)，已知蒸发温度为250K,冷凝温度为300K,压缩机绝热效率为80%，每昼夜耗电1。5kWh。试利用压焓图计算：(1)制冷系数；每昼夜制冷量;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，二者相比即为压缩机的增压比；在压焓图上画出此制冷循环过程图，查出冷凝压力下的饱和液体的焓值和蒸发压力下的饱和蒸汽的焓值，二者之差即为每千克制冷剂的制冷量，再找到压缩机实际出口状态点及其焓值与温度值；压缩机出口过热蒸汽焓值与蒸发压力下的饱和蒸汽的焓值之差就是压缩机实际耗功，制冷量与这个耗功相比即为制冷系数；每昼夜耗电与制冷系数相乘即为每昼夜制冷量。［答案］：(1) 2.349 (2) 12680kj(3) 5.83 ， 319K第九章湿空气性质和湿空气过程思考题1.湿空气和湿蒸汽、饱和空气和饱和蒸汽,它们有什么区别？［答］：湿空气与湿蒸汽的区别：湿空气指的是含有水蒸汽的空气,它是干空气（完全不含水蒸汽）与水蒸汽的混合物，湿空气中的水蒸汽通常处于过热状态。湿蒸汽是潮湿蒸汽的简称，它是饱和液体和饱和蒸汽的混合物，两相处于平衡状态，湿蒸汽处于饱和状态。饱和空气和饱和水蒸汽的区别：饱和空气是指湿空气中所含水蒸汽的分压力达到了当时温度所对应的饱和压力，不再具有吸湿能力，如果再加入水蒸汽，就会凝结出水珠来。饱和蒸汽则是指可以与同温同压的（饱和）液体平衡共存的蒸汽.2。当湿空气的温度低于和超过其压力所对应的饱和温度时,相对湿度的定义式有何相同和不同之处？［答］：不适用，这时应改为3.为什么浴室在夏天不像冬天那样雾气腾腾？［答］：所谓雾气就是漂浮在空气中的小水珠。由于温度较高和通风情况较好，夏天浴室里的相对湿度比冬天的低，因而吸湿能力比冬天的强，不易形成雾状小水珠,所以不像冬天那样雾气腾腾。使湿空气冷却到露点温度以下可以达到去湿目的（见例9—4）。将湿空气压缩（温度不变）能否达到去湿目的？［答］:从焓湿图可见，湿空气定温压缩过程指向图的左下方，此时湿空气的含湿量、相对湿度和水蒸气的分压力都降低，故而可以达到去湿目的.习题9-1已测得湿空气的压力为0。1MPa,温度为30°C,露点温度为20°C。求相对湿度、水蒸气分压力、含湿量和焓。（1）按公式计算；（2）查焓湿图.［解］（1）按公式计算由,查附表6得：代入（9—8）式可得：由（9—7）式可得水蒸汽的分压力为：含湿量可由（9—14）式求得：水蒸汽的焓可由（9-16）式求得：（2）查H-d图（附录图III）可得：,,,可见（1）、（2）两种方法求得参数是很吻合的。9—2已知湿空气的压力为0.1MPa,干球温度为35°C,湿球温度为25C。试用式（9—19）和查焓湿图两种方法求湿空气的相对湿度。［答案］44.88％,45％3夏天空气的温度为35°C,相对湿度为60%，求通风良好的荫处的水温.已知大气压力为0。1MPa。［解］通风良好处荫处及相当于求湿球温度tw,可由查图求得。步骤如下：w1） 由，，在H-d图上找到该状态点a。（右图所示）2） 由a点沿等焓线向右下方引线与饱和空气线交于b点3） 再从b点沿等温线向左引线与H线交于C点，贝屹点所指的温度即为所求的通风良好的荫处的水温，由图可查得4已知空气温度为20C,相对湿度为60%。先将空气加热至50C,然后送进干燥箱去干燥物品。空气流出干燥箱时的温度为30C。试求空气在加热d器中吸收的热量和从干燥箱中带走的水分。认为空气压力p=0。1MPa。［解］该问题属于加热去湿过程，整个过程详见右图所示先求空气在加热器中吸收的热量：该热量应等于空气经过加热器后的焓增，为此需求空气在进入加热器前后两状态焓值由，查附表图III-H-d图可得:,。空气加热后温度升为，由1-2过程是等湿含量过程，从1点沿等d线向上引线交的等温线于2点，其焓值为:。于是空气在加热器中吸收热量：因为加湿和去湿过程是等焓过程，从2点沿的线往右下方引线与空气流出干燥箱的温度等温线交于3点,查出3点的d3值为所以可求空气从干燥箱中带走的水份：5夏天空气温度为30C,相对湿度为85%.将其降温去湿后，每小时向车间输送温度为20C、相对湿度为65%的空气10000kg.求空气在冷却器中放出的热量及冷却器出口的空气温度（参看例9-4）。认为空气压力p=0。1MPa。［答案］517MJ/h13。5C；6 10C的干空气和20C的饱和空气按干空气质量对半混合，所得湿空气的含湿量和相对湿度各为若干？已知空气的压力在混合前后均为0。1MPa。［解］依题意可有:：，： （1），查H—d图（附录图III）得：根据（9-23）式和（9-24）式可得：再由d3、H3，查H—d图可得