第六章制冷习题解答.doc

第七章习题答案
7-17在25℃时，某气体的P-V-T可表达为PV=RT+6.4×104P，在25℃，30MPa时将该气体进行节流膨胀，向膨胀后气体的温度上升还是下降？
解；判断节流膨胀的温度变化，依据Joule-Thomson效应系数μJ，即公式（7-6）。
由热力学基本关系式可得到：
（7-6）
由P-V-T关系式可得

求偏导得 ，故有

可见，节流膨胀后，温度升高。
7-18 由氨的图求1kg氨从0.828MPa(8.17atm)的饱和液体节流膨胀至0.0689 MPa（0.68atm）时，(a) 膨胀后有多少氨汽化？ (b) 膨胀后温度为多少？(c) 分离出氨蒸气在压缩至 =0.552 MPa =5.45 atm时， （绝热可逆压缩）
解：由附录8氨的T-S图知：时
等焓膨胀至 时
（饱和液体） （饱和蒸汽）
（a）求干度：

即汽化的液氨为0.211kg。
（b）由附录8得
（C）氨气等熵压缩至5.45atm，由附录8得

7-19.某郎肯循环以水为工质，运行于14MPa和0.007MPa之间，循环最高温度为540，试求：（a）循环的热效率； (b) 水泵功与透平功之比； (c) 提供1kW电的蒸汽循环量。
解：①作出此动力循环的图，见7-19题图1。
②根据给定的条件，查附录5确定1、2状态点的参数。
（a）状态点1： ，
工质在透平中等熵膨胀：
状态点2：

7-19题图1

。
膨胀终点：

透平等熵产生功：

冷凝过程传热:
水泵的可逆轴功 ：

由热力学第一定律：

锅炉吸热：
郎肯循环净功为透平产功与泵轴功的代数和：

热效率：
（b）水泵功与透平功之比：
（c）提供1kw电的循环蒸汽量：
7-20.用热效率为30%的热机来拖动制冷系数为4的制冷机，试问制冷剂从被冷物料没带走1KJ热量需要向热机提供多少热量？
解：制冷机：
此净功来自热机：
7- 21.某蒸汽压缩制冷循环用氨做工质，工作于冷凝器压力1.2MPa和蒸发器压力0.14MPa之间。工质进入压缩机时为饱和蒸汽，进入节流阀时为饱和液体，压缩机等熵效率为80%，制冷量为kJ/h。试求：（a）制冷效能系数； (b) 氨的循环速率；(c) 压缩机功率；(d) 冷凝器的放热量；(e) 逆卡诺循环的制冷效能系数。
解：此循环的图见7-21图1 ，工质为氨，由附录7~9查出各状态点的焓值。
状态点1：由附录7查得蒸发压力为0.14 MPa时，制冷剂为饱和蒸汽的焓值。

状态点2：由冷凝压力为1.2MPa，在附录9氨的图上，找出1点位置，沿等熵线与＝1.2MPa的等压线的交点3，图上直接查得

7-21题图1

。
状态点4：从附录7氨的饱和蒸汽压表查得30.89℃时饱和液体的焓值

状态点5：4→5过程是等焓的节流膨胀过程，故
＝
（a）制冷系数：
求得：

（b）
（c）
（d）
（e）以冷凝器压力1.2Mpa时，
蒸发器压力0.14Mpa时，

7-24．压缩机出口氨的压力为1.0MPa，温度为50℃，若按下述不同的过程膨胀到0.1MPa，试求经膨胀后氨的温度为多少？
（1）绝热节流膨胀；
（2）可逆绝热膨胀。(见右上图)
解：（1）绝热节流膨胀过程是等焓过程，从P-H图上沿等焓线可找到终态2为0.1MPa温度为30℃。
（2）可逆绝热膨胀过程是等熵过程，同样沿着等熵线可找到终态2¢为0.1MPa时，温度为-33℃。

7-25. 某压缩制冷装置，用氨作为制冷剂，氨在蒸发器中的温度为－25℃，冷凝器内的压力为1180kPa，假定氨进入压气机时为饱和蒸气，而离开冷凝器时是饱和液体，如果每小时的制冷量为167000kJ，求
（1） 所需的氨流率；
（2） 制冷系数。
解：通过NH3的lnP-H图（附录9）可查到各状态点焓值。
按照题意，氨进入压缩机为饱和状态1，离开冷凝器为饱和状态3。
氨在蒸发器中的过程即4→1 h1=1430KJ·kg-1
h2=1710KJ·kg-1
氨在冷凝器中的过程即2→3，h3=h4=320KJ·kg-1
（1）氨流率
（2）制冷系数

注：求解此类题目：关键在于首先确定各过程状态点的位置，然后在P-H图或T—S图上查到相应的焓（或温度、压力）值，进行计算。

7-26 有一制冷能力为=41800kJ/h的氨压缩机，在下列条件下工作：蒸发温度=－15℃,冷凝温度 =25℃，过冷温度=20℃，压缩机吸入的是干饱和蒸气，试计算
(1)单位质量的制冷能力； (2)每小时制冷剂循环量；
(3) 在冷凝器中制冷剂放出的热量；
(4) 压缩机的理论功率；(5)理论制冷系数。
解：状态点1为－15℃的干饱和蒸气，由氨的温熵查得h1=1664kJ/kg。由t1=－15℃饱和汽线上该状态点（沿等熵线垂直向上）与t=30℃对应的饱和压力p3=10×105Pa线相交，查得h2=1866kJ/kg。状态点5为20℃的过冷液体，查20℃的饱和液体得h5=514.6kJ/kg。因节流前后焓值不变，则h4= h5=514.6kJ/kg
（1） 单位质量的制冷能力为
q0=h1－h4=1664－514.6=1149.4（kJ/kg）
(2) 每小时制冷剂循环量为

（3） 在冷凝器中制冷剂放出的热量为
QH = m（h5－h2）= 36.37×（514.6－1866）=－49150.42（kJ/h）
（4） 压缩机的理论功率为
PT=m（h2－h1）=36.37×（1866－1664）
=7346.74（kJ/h）=2.04kJ/s=2.04kW
（5） 理论制冷系数

7-27.有人设计了一套装置用来降低室温。所用工质为水，工质喷入蒸发器内部分汽化，其余变为5℃的冷水，被送到使用地点，吸热升温后以13℃的温度回到蒸发器，蒸发器中所形成的干度为98%的蒸气被离心式压气机送往冷凝器中，在32℃的温度下凝结为水。为使此设备每分钟制成750kg的冷水，求
（1） 蒸发器和冷凝器中的压力；
（2） 制冷量（kJ/h）；
（3） 冷水循环所需的补充量；
（4） 每分钟进入压气机的蒸气体积。
解：
（1） 从饱和水和饱和蒸气表(附录5)查得：蒸发器内5℃水的饱和蒸气压p1=0.00872×105Pa，冷凝器的温度为32℃水的饱和压力p2=0.0468×105Pa
（2） 本装置依靠5℃的冷水从室内吸热，从而升温至13℃来降低室温，故本装置的制冷量为
Q0=m2（h5－h6）=m2CP（T5－T6）
=750×4.184×（13－5）
=25104（kJ/min）=1506240kJ/h
（3） 对蒸发器作质量衡算
m1=m3＋m2 （1）
对蒸发器再作能量衡算
m1h5=m3h1＋m2h6 （2）
联立方程（1）和（2）求得m3，即为冷水循环所需的补充量

从饱和水和饱和蒸气表查得
h1（t=5℃，x=0.98）=2460kJ/kg，h5（t=13℃的饱和水）=54.（kJ/kg）
因此
m3==10.48（kg/min）
（4） 从饱和水和饱和蒸气表查得：5℃时的饱和蒸气比容υg=147.12m3/kg；5℃时饱和水的比容υf=0.001m3/kg，则干度为0.98的蒸气比容
υ=υgx＋υf（1－x）=147.12×0.98＋0.001×（1－0.98）=144.18（m3/kg）
最后得到每分钟进入压气机的蒸气体积为
V=m3υ=10.48×144.18=1511（m3/min）

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