2025年制冷原理试题及答案

2025年制冷原理试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某蒸汽压缩制冷循环中，制冷剂在蒸发器内的状态变化为（）。A.等温等压汽化B.等压升温汽化C.等温升压液化D.等压降温液化2.与逆卡诺循环相比，实际蒸汽压缩制冷循环中，制冷剂在冷凝器出口增加过冷度的主要目的是（）。A.提高压缩机吸气压力B.减少节流损失C.降低冷凝温度D.增加单位质量制冷量3.采用R32作为制冷剂的制冷系统中，其标准沸点（1atm下）约为（）。A.-51.7℃B.-40.8℃C.-26.5℃D.-10.0℃4.某两级压缩制冷循环中，中间压力的最佳选择通常基于（）。A.高低压级压缩机排气温度相等B.高低压级压缩机输气量相等C.中间冷却器换热量最大D.循环COP最大5.空气压缩制冷循环中，若想提高循环制冷系数，最有效的措施是（）。A.增大压气机增压比B.降低膨胀机进口温度C.减小压气机与膨胀机的效率损失D.提高冷却器的冷却介质温度6.制冷剂R134a的ODP（臭氧消耗潜值）为0，其GWP（全球变暖潜值）约为（）。A.1B.1300C.3200D.100007.热力膨胀阀的感温包通常安装在（）。A.冷凝器出口管B.蒸发器进口管C.蒸发器出口管D.压缩机吸气口8.对于跨临界CO2制冷循环，其关键特征是（）。A.冷凝压力低于临界压力B.蒸发压力高于临界压力C.气体冷却器内制冷剂处于超临界状态D.节流阀前后均为气液两相9.某制冷系统运行时，压缩机排气温度过高，可能的原因是（）。A.膨胀阀开度太大B.蒸发器结霜严重C.制冷剂充注量过多D.冷凝器散热良好10.吸收式制冷循环中，若想提高系统COP，应优先优化（）。A.发生器加热温度B.吸收器冷却温度C.蒸发器蒸发温度D.冷凝器冷凝温度二、简答题（每题8分，共40分）1.简述蒸汽压缩制冷循环中“过热度”对循环性能的影响。2.对比分析单级蒸汽压缩制冷循环与空气压缩制冷循环的主要差异（从循环介质、热力过程、应用场景三方面）。3.说明制冷剂的“临界温度”对制冷循环设计的重要性，并举例说明。4.分析两级压缩制冷循环中采用中间完全冷却与中间不完全冷却的适用场景及优缺点。5.列举吸收式制冷系统中溶液热交换器的作用，并解释其对系统能效的影响机制。三、计算题（每题15分，共30分）1.某单级蒸汽压缩制冷循环采用R22制冷剂，已知：蒸发温度t₀=-15℃，冷凝温度tk=40℃，过冷度Δt_sc=5℃，吸气过热度Δt_sh=10℃。查R22压焓图（或热力性质表）得以下状态点参数：-蒸发器出口（压缩机吸气）状态1：h₁=405kJ/kg，v₁=0.095m³/kg-压缩机排气状态2：h₂=438kJ/kg-冷凝器出口（过冷后）状态3：h₃=235kJ/kg-节流阀出口（蒸发器进口）状态4：h₄=h₃=235kJ/kg（假设节流过程等焓）（1）计算单位质量制冷量q₀；（2）计算单位理论压缩功w_c；（3）计算制冷系数COP；（4）若压缩机输气系数λ=0.85，输气量V_h=0.015m³/s，求系统制冷量Q₀（kW）。2.某空气压缩制冷循环运行于T₁=270K（蒸发器出口）、T₂=300K（冷却器出口），压气机增压比π=3.5，空气定压比热容c_p=1.005kJ/(kg·K)，绝热指数k=1.4。假设循环为理想循环（压气机与膨胀机效率均为100%）。（1）画出循环的T-s图，并标注各状态点；（2）计算单位质量制冷量q₀；（3）计算单位理论功w_net；（4）计算循环制冷系数COP。四、综合分析题（20分）随着“双碳”目标推进，低GWP制冷剂的替代成为制冷行业重点。某企业计划将现有R410A（GWP≈2088）空调系统改造为R32（GWP≈675）系统，需考虑以下问题：（1）对比R32与R410A的热物理性质差异（至少列出3项）；（2）分析改造过程中可能面临的技术挑战（如系统部件匹配、安全性等）；（3）提出提高R32系统运行可靠性的优化措施（至少3条）。答案及解析一、单项选择题1.A解析：蒸发器内制冷剂在等压（近似）下吸收热量汽化，理想情况下为等温过程（相变温度不变）。2.D解析：过冷使冷凝器出口制冷剂温度低于冷凝温度，单位质量制冷量q₀=h₁-h₄，h₄降低则q₀增大。3.A解析：R32标准沸点为-51.7℃，R410A为-48.5℃，R134a为-26.5℃。4.D解析：中间压力的选择需综合考虑高低压级功耗分配，最佳中间压力对应循环COP最大。5.C解析：空气循环效率低的主因是压气机与膨胀机的不可逆损失，减小损失可显著提升COP。6.B解析：R134a的GWP约为1300，R410A约为2088，R22约为1760，R32约为675。7.C解析：感温包感知蒸发器出口制冷剂温度，用于调节膨胀阀开度，控制过热度。8.C解析：CO2临界压力约7.38MPa，跨临界循环中气体冷却器内压力高于临界压力，制冷剂处于超临界状态（无相变）。9.B解析：蒸发器结霜导致吸热不足，压缩机吸气过热度增大，排气温度升高；膨胀阀开度大则吸气过热度小，排气温度低。10.A解析：吸收式制冷COP=制冷量/驱动热量，提高发生器加热温度可增加制冷剂循环量，提升制冷量。二、简答题1.过热度对循环性能的影响：（1）有利影响：适当过热度可防止液体制冷剂进入压缩机（液击），保护压缩机；同时，吸气过热度可能使压缩机吸气比容增大，但单位质量制冷量q₀=h₁-h₄，若h₁因过热升高，q₀可能略有增加（需结合制冷剂特性）。（2）不利影响：过度过热度会使压缩机吸气比容v₁增大，输气量减少，导致实际制冷量下降；同时，吸气温度升高可能使压缩机排气温度过高，影响润滑和寿命。2.主要差异：（1）循环介质：蒸汽压缩循环使用相变制冷剂（如R22），空气循环使用空气（无相变）；（2）热力过程：蒸汽循环包含相变的等温吸放热（蒸发器、冷凝器），空气循环为等压变温吸放热（回热器、冷却器/蒸发器）；（3）应用场景：蒸汽循环COP高（3-5），用于家用空调、冰箱；空气循环COP低（0.5-1.5），但系统简单、无制冷剂泄漏风险，用于飞机空调等特殊场景。3.临界温度的重要性：临界温度Tc是制冷剂能液化的最高温度。若Tc过低（如CO2的Tc=31.1℃），当冷凝温度高于Tc时，制冷剂无法在冷凝器中液化（跨临界循环），需采用气体冷却器（无潜热释放），导致放热效率降低，循环COP下降。例如，R22的Tc=96℃，远高于常规冷凝温度（35-40℃），因此可在冷凝器中正常液化；而CO2系统需设计跨临界循环，增加了系统压力（可达10MPa以上）和部件强度要求。4.中间冷却方式对比：（1）中间完全冷却：适用于高压级制冷剂为过热蒸汽的场景（如氨制冷系统）。优点是高压级吸气温度低，排气温度低，压缩机运行更安全；缺点是需要额外的冷却介质（如冷却水），系统复杂度高。（2）中间不完全冷却：适用于氟利昂系统（制冷剂绝热指数小，排气温度较低）。优点是无需额外冷却介质，系统简单；缺点是高压级吸气温度较高，可能导致排气温度上升，需限制压缩比。5.溶液热交换器的作用及能效影响：作用：回收发生器出口高温浓溶液的热量，预热吸收器出口低温稀溶液。影响机制：减少发生器需要的加热量（稀溶液提前预热），同时降低浓溶液进入吸收器的温度（增强吸收效果），从而减少吸收器的冷却负荷。两者共同作用可提高系统COP（通常提升15%-30%）。三、计算题1.（1）单位质量制冷量q₀=h₁-h₄=405-235=170kJ/kg（2）单位理论压缩功w_c=h₂-h₁=438-405=33kJ/kg（3）制冷系数COP=q₀/w_c=170/33≈5.15（4）压缩机质量流量m=λV_h/v₁=0.85×0.015/0.095≈0.1342kg/s系统制冷量Q₀=m×q₀=0.1342×170≈22.81kW2.（1）T-s图：1（蒸发器出口，T₁=270K）→2（压气机出口，T₂s）→3（冷却器出口，T₃=300K）→4（膨胀机出口，T₄s）→1（蒸发器）。（2）压气机出口温度T₂s=T₁×π^[(k-1)/k]=270×3.5^(0.4/1.4)≈270×1.37≈369.9K膨胀机进口温度T₃=300K，膨胀后温度T₄s=T₃×(1/π)^[(k-1)/k]=300×(1/3.5)^0.2857≈300×0.73≈219K单位质量制冷量q₀=c_p(T₁-T₄s)=1.005×(270-219)=1.005×51≈51.26kJ/kg（3）单位理论功w_net=w_c-w_e=c_p(T₂s-T₁)-c_p(T₃-T₄s)=1.005×(369.9-270)-1.005×(300-219)=1.005×(99.9-81)=1.005×18.9≈19.0kJ/kg（4）COP=q₀/w_net=51.26/19.0≈2.70四、综合分析题（1）热物理性质差异：①标准沸点：R32（-51.7℃）低于R410A（-48.5℃），相同蒸发温度下R32蒸发压力更高；②临界温度：R32（78.1℃）高于R410A（72.5℃），高温工况下R32更易液化；③可燃性：R32为A2L级（弱可燃），R410A为A1级（不可燃）；④密度：R32气相密度（3.05kg/m³）低于R410A（4.82kg/m³），相同容积流量下质量流量更小。（2）技术挑战：①系统压力：R32饱和压力高于R410A（如40℃时R32冷凝压力约2.5MPa，R410A约2.4MPa），需校核压缩机、换热器、管路的承压能力；②压缩机匹配：R32单位容积制冷量（q_v=q₀/v₁）与R410A不同（R32约170/0.095≈1789kJ/m³，R410A约210/0.045≈4667kJ/m³），需调整压缩机排量或转速；③安全性：R32可燃，需加强泄漏检测（如安装浓度传感器）、优化系统密封性（减少接口）、采用防爆电气部件；④润滑油兼容性：R32与POE油的互溶性可能与R410A不同，需更换适配润滑油，避免油循环不良。（3）优化措施：①改进换热器设计：R32传热系数较高