化工压缩与制冷基础知识考试题库及答案

化工压缩与制冷基础知识考试题库及答案1.单选题1.1在理想单级蒸气压缩制冷循环中，若蒸发温度不变而冷凝温度升高，则制冷系数COP的变化趋势是A.增大 B.减小 C.不变 D.先增后减答案：B解析：COP=q₀/w，其中q₀为蒸发器单位质量制冷量，w为压缩机单位质量耗功。冷凝温度升高使冷凝压力升高，压缩机压比增大，w显著上升；同时由于节流阀前液体温度升高，q₀略有下降，因此COP必然减小。1.2氨（R717）与R134a相比，在相同蒸发与冷凝温度下，理论循环的COP通常A.氨高 B.R134a高 C.两者相等 D.无法比较答案：A解析：氨的汽化潜热约为R134a的2.3倍，单位容积制冷量qᵥ大，因此在相同制冷量下氨循环的质量流量小，压缩机耗功低，COP高。1.3螺杆压缩机最常用的内容积比调节方式是A.滑阀 B.柱塞阀 C.变频 D.进气节流答案：A解析：滑阀沿转子轴向移动，可连续改变有效工作长度，从而无级调节内容积比，同时实现10%~100%负荷调节。1.4离心压缩机发生喘振的根本原因是A.冷凝压力突降 B.流量低于喘振点导致叶道失速 C.吸入过热度过高 D.转速过高答案：B解析：当体积流量减至喘振边界以下，气流在叶轮入口产生旋转失速，压升突降，系统出现周期性的倒流与正流，形成喘振。1.5两级压缩一级节流中间完全冷却循环与单级循环相比，其最主要优势是A.降低高压级排气温度 B.降低低压级压缩比 C.提高COP并降低排气温度 D.减少系统充注量答案：C解析：中间冷却使高压级吸气温度降低，压缩过程趋近等温，功耗下降；同时高压级压比减小，排气温度显著下降，COP提高8%~15%。1.6在带经济器的螺杆制冷系统中，经济器最佳补气压力约等于A.蒸发压力 B.冷凝压力 C.几何平均压力√(pₑᵥₐₚ·p꜀ₒₙ𝒹) D.算术平均压力答案：C解析：补气压力取几何平均值可使高压级与低压级压比相等，理论功耗最小，系统效率最高。1.7采用过冷器将液体制冷剂过冷5℃，理论上可使COP提高约A.1% B.3% C.5% D.8%答案：C解析：每过冷1℃约提高q₀0.8%~1%，5℃过冷对应COP提升4%~5%，且与工质无关。1.8下列关于制冷剂临界点的说法正确的是A.临界温度必须低于冷凝温度 B.临界压力必须高于蒸发压力 C.循环最高温度应低于临界温度15℃以上 D.临界点与COP无关答案：C解析：若排气温度接近临界温度，制冷剂物性急剧恶化，压缩过程偏离理想气体，COP下降，可靠性降低。1.9离心压缩机采用进口导叶(IGV)调节时，其调节本质是改变A.叶轮转速 B.预旋速度三角形 C.冷凝压力 D.扩压器角度答案：B解析：IGV产生预旋，改变叶轮入口绝对速度圆周分量，从而改变理论能量头，实现20%~100%无级调节。1.10在复叠式深冷循环中，高温级与低温级工质的选择首要考虑A.临界温度匹配 B.ODP值 C.粘度 D.价格答案：A解析：高温级临界温度须高于低温级冷凝温度10℃以上，确保高温级能在低温级冷凝器内冷凝。2.多选题2.1下列措施可同时降低螺杆压缩机排气温度与提高COP的有A.经济器补气 B.液喷冷却 C.变频调节 D.滑阀减载答案：A、B解析：经济器与液喷均直接降低高压级吸气温度或压缩过程温度，减少耗功；变频与滑阀主要调节负荷，对排气温度无直接冷却作用。2.2关于离心压缩机相似定律，下列说法正确的有A.流量与转速一次方成正比 B.压头与转速二次方成正比 C.功率与转速三次方成正比 D.马赫数不变答案：A、B、C解析：相似定律基于雷诺数足够大、气体可压缩性相似，马赫数近似不变仅当介质与温度相同。2.3采用双级压缩中间不完全冷却时，与完全冷却相比A.高压级吸气过热度增大 B.COP略低 C.系统简单 D.排气温度更高答案：A、B、C、D解析：不完全冷却无中间冷却器，高压级吸气为过热蒸气，导致功耗增加、COP下降，但省去换热器，系统简化，排气温度升高。2.4制冷剂GWP值与下列哪些因素相关A.大气寿命 B.红外吸收波段 C.分子量 D.臭氧消耗潜能答案：A、B解析：GWP取决于辐射效率与大气寿命，与分子量无直接关系；ODP与GWP为独立指标。2.5下列属于容积型压缩机的有A.涡旋 B.滚动活塞 C.单螺杆 D.离心答案：A、B、C解析：离心为速度型，其余均为容积型。3.判断题3.1对于任何制冷剂，降低蒸发温度总是使COP下降。答案：正确解析：蒸发温度降低导致压比增大，单位容积制冷量qᵥ下降，压缩机容积效率降低，COP单调下降。3.2螺杆压缩机的内容积比固定后，系统在不同工况下仍能保持最高效率。答案：错误解析：内容积比固定时，若外压比变化，将产生欠压缩或过压缩，产生附加损失，效率下降。3.3在复叠系统中，低温级必须采用沸点低于−80℃的工质。答案：错误解析：取决于目标温度，若蒸发温度仅−60℃，R404A亦可胜任。3.4离心压缩机采用可转扩压器(DGV)可拓宽喘振线向左下方移动。答案：正确解析：DGV改变扩压器入口角度，抑制旋转失速，使喘振流量下移10%~15%。3.5氨因可燃有毒，故不能用于任何商业制冷系统。答案：错误解析：大型工业系统可采用氨，通过严格密封、通风、自动检测与喷淋吸收等措施安全运行。4.填空题4.1理想单级循环中，单位质量制冷量q₀=h₁−h₄，其中h₁为_________焓值，h₄为_________焓值。答案：蒸发器出口饱和蒸气；节流阀前饱和液体解析：1点为蒸发器出口，4点为节流阀入口，两者压强不同但处于同一等压线。4.2离心压缩机相似换算中，当介质由R134a改为R1233zd(E)时，若保持叶轮周速不变，则新介质下转速应乘以_________。答案：√(ρ_old/ρ_new)解析：周速u=πDn，声速a=√(kRT)，马赫数相似要求u/a不变，故n∝1/√ρ。4.3螺杆压缩机喷油量的经验值为_________kg/（kW·h）。答案：3~5解析：油带走压缩热，保证排气温度<100℃，同时起密封与润滑作用。4.4两级压缩系统中间压力pᵢ的最佳值近似为_________。答案：√(pₑᵥₐₚ·p꜀ₒₙ𝒹)解析：使高低压级压比相等，总功耗最小。4.5在复叠式系统中，高温级蒸发温度应比低温级冷凝温度低_________℃。答案：5~10解析：确保足够传热温差，兼顾效率与尺寸。5.简答题5.1简述带经济器的螺杆制冷系统如何实现“准双级”效果，并给出T-s图特征。答案：经济器为闪蒸罐或板式换热器，将节流过程分两级：主路液体过冷，次路液体闪发成中压蒸气，经补气口进入螺杆齿间容积。该蒸气与原有蒸气混合，降低封闭腔内温度，实现中间冷却，压缩过程线在中压处出现“台阶”，T-s图上表现为从蒸发压力斜向上，至经济器压力突然降温，再斜升至冷凝压力，形状类似双级但仅一台压缩机，故称“准双级”。其COP提升6%~12%，排气温度降低15~25℃。5.2离心压缩机喘振在线检测常用两种方法，并比较其优缺点。答案：方法一：监测出口压力脉动标准差，当σ/𝑝̅>3%判定喘振。优点：传感器简单、成本低；缺点：易受管网噪声干扰。方法二：监测轴振动频谱，出现0.3~0.6倍转频的次同步分量即预警。优点：提前2~3s预测；缺点：需高精度加速度计，成本翻倍。现代系统常融合两种信号，采用小波变换与神经网络，误报率<1%。5.3解释为何在深冷领域（−80℃以下）常采用CO₂复叠而非单一工质。答案：单一工质在深冷蒸发压力下，常低于大气压，空气渗入系统导致水分结冰、油乳化；同时冷凝压力过高，超越常规冷却水能力。CO₂复叠中，CO₂低温级蒸发温度−85℃时压力仍5.2bar（绝压），高于大气压，避免渗入；高温级采用R134a或NH₃，冷凝压力15~18bar，可用冷却水冷凝；两级独立，解决宽温区物性矛盾，COP较单机双级提高20%以上。5.4列举三种降低螺杆压缩机噪声的机械设计手段，并给出降噪量。答案：1.采用5:6非对称齿形，减少啮合冲击，降噪3dB(A)；2.转子螺旋角由0°改为12°，使齿面接触线倾斜，削弱压力突变，降噪2dB(A)；3.排气端设置阶梯式扩压通道，降低气流速度梯度，降噪4dB(A)；综合可达8~9dB(A)。5.5说明过冷、过热对系统COP的不同影响，并给出定量关系。答案：液体过冷提高q₀而不改变w，每过冷1℃，COP提高约0.9%；吸气过热提高q₀同时提高w，若过热为有效过热（在蒸发器内完成），每过热1℃，q₀增加0.8%，w增加0.5%，COP净增0.3%；若为无效过热（在吸气管内吸热），则w增加0.8%，COP净降0.5%。6.计算题6.1某R290单级循环，蒸发温度−10℃，冷凝温度45℃，过冷5℃，压缩机容积效率0.82，电机效率0.93，机械效率0.96，制冷量200kW。求：(1)单位质量制冷量q₀；(2)单位容积制冷量qᵥ；(3)理论输气量V̇ₜ；(4)电机输入功率P_in。已知：−10℃饱和蒸气h₁=578.3kJ/kg，s₁=2.315kJ/(kg·K)；45℃饱和液h₃=292.4kJ/kg；5℃过冷液h₄=287.1kJ/kg；45℃饱和气h₂ₛ=630.5kJ/kg（等熵压缩终点）。答案：(1)q₀=h₁−h₄=578.3−287.1=291.2kJ/kg(2)蒸发温度−10℃对应饱和蒸气比容v₁=0.0764m³/kg，qᵥ=q₀/v₁=291.2/0.0764=3812kJ/m³(3)实际输气量V̇ₐ=Q₀/qᵥ=200/3812=0.0525m³/s，V̇ₜ=V̇ₐ/ηᵥ=0.0525/0.82=0.0640m³/s(4)等熵压缩功wₛ=h₂ₛ−h₁=630.5−578.3=52.2kJ/kg，质量流量ṁ=Q₀/q₀=200/291.2=0.687kg/s，轴功率Pₑ=ṁwₛ/(ηₘ·ηₑ)=0.687×52.2/(0.96×0.93)=40.2kW，电机输入P_in=Pₑ/ηₘₒₜₒᵣ=40.2/0.93=43.2kW6.2某离心冷水机组使用R134a，设计工况：蒸发6℃，冷凝36℃，流量0.4m³/s，转速8000r/min。现改用R515B，声速提高12%，密度降低8%，要求保持马赫数相似，求新转速与流量。答案：马赫数相似⇒n∝a/√ρ，新声速a′=1.12a，新密度ρ′=0.92ρ，n′=n×(1.12/√0.92)=8000×1.12/0.959=9340r/min；流量相似⇒ṁ∝nρ，ṁ′=ṁ×(9340/8000)×0.92=0.4×1.1675×0.92=0.429m³/s。6.3两级氨系统，蒸发−40℃，冷凝35℃，中间完全冷却，中间压力取最佳值，高低压级效率均为0.80，制冷量500kW。求低压级轴功率。已知：−40℃饱和蒸气h₁=1440.6kJ/kg，s₁=6.330kJ/(kg·K)；中间压力pᵢ=√(0.717×13.82)=3.15bar，对应饱和温度−6.5℃；饱和液h₅=335.8kJ/kg；饱和气h₃=1486.2kJ/kg；等熵压缩至3.15barh₂ₛ=1610.4kJ/kg。答案：q₀=h₁−h₅=1440.6−335.8=1104.8kJ/kg，ṁ=Q₀/q₀=500/1104.8=0.4526kg/s，wₛ=h₂ₛ−h₁=169.8kJ/kg，w=wₛ/η=212.3kJ/kg，Pₑ=ṁw=0.4526×212.3=96.1kW。7.综合应用题7.1某石化装置需−75℃冷量300kW，冷却水30℃，限制冷凝压力≤18bar，试设计复叠方案并比选工质。答案：低温级蒸发−75℃，冷凝−30℃；高温级蒸发−35℃，冷凝38℃。低温级可选CO₂（临界31℃，无法冷凝）或R1150（乙烯，临界9.2℃，易燃）。最终选CO₂/R134a复叠：CO₂低温级蒸发−75℃，压力5.0bar；冷凝−30℃，压力20.5bar，采用cascade冷凝器，R134a高温级蒸发−35℃，冷凝38℃，压力9.6bar，