制冷与低温思考题题解(初稿).pdf

制冷低温原理大纲习题答案-1-制冷制冷部分部分 1.关于制冷的定义；热力学意义；环境温度的含义；热泵的定义；关于制冷的定义；热力学意义；环境温度的含义；热泵的定义；与冷却的不同；有关能量间的关系？与冷却的不同；有关能量间的关系？制冷的定义：制冷的定义：制冷是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将物体冷却，使其温度降低到环境温度以下，并保持这个温度。制冷的热力学意义：制冷的热力学意义：如图所示，在制冷机中人们以环境（环境温度的水或空气）为高温热汇（heat sink，Th），利用逆向循环在低温下从低温热源（heat source，Tl）吸热，收益是制冷量（Ql）。通常需要向制冷机输入一定的补偿能E，可能是机械能、电能等）才能使循环得以进行。环境温度的含义：环境温度的含义：可以是大气温度，也可以是冷却水温，土壤温度，地下水温等，总之环境温度是指在制冷过程中制冷系统向“外界”放热的放热介质温度，即热汇温度。热泵的定义：热泵的定义：采用与制冷相同的系统，以环境温度为热源温度，物体、流体等加热对象的温度为热汇温度，收益能为供热量（Qh），则该热力过程是热泵过程。制冷与冷却的不同：制冷与冷却的不同：a.经过制冷物体（热源）温度可以低于环境温度，而冷却过程最多能使物体达到环境温度；b.冷却是自发进行的过程，但制冷过程通常需要制冷机的参与。能量间的关系：能量间的关系：制冷循环：Ql=QhE 热泵循环：Qh=Ql+E 2.制冷工质和制冷循环是指的什么，有什么特点？制冷工质和制冷循环是指的什么，有什么特点？制冷工质制冷工质指的就是制冷剂，其特点是可以传递能量，一般是流体，如气体、液体、气液两相体。制冷循环制冷循环指的是通过逆向循环的能量转换系统实现的，用能量补偿的方式把热量从低温热源排到高温热汇的循环。其特点有：其特点有：a.研究对象是制冷剂，不同的制冷剂在相同的条件下的循环热力性能是不一样的；b.制冷机中的各个设备与外界能量交换的数量可以通过制冷剂通过该设备的焓变化反映出来；c.工况对循环性能有极大的影响。3.液体蒸发制冷循环的主要热力过程有哪些？与其他制冷循环相比它有什么特液体蒸发制冷循环的主要热力过程有哪些？与其他制冷循环相比它有什么特点？点？主要热力过程有四个：主要热力过程有四个：将制冷剂液体在低压下汽化产生低压蒸汽，提高低压蒸汽的压力，将高压气冷凝成高压液体，降低高压液体的压力。液体蒸发制冷循环的特点是液体蒸发制冷循环的特点是：a.制冷剂质量流量 qm 小；b.升压过程中加入能量有可能减少；c.有利于换热。制冷低温原理大纲习题答案-2-4.吸收式制冷方式的主要机理是什么？它的特点？它系统中哪些部件的作用相吸收式制冷方式的主要机理是什么？它的特点？它系统中哪些部件的作用相当于压缩式制冷系统的压缩机的作用？当于压缩式制冷系统的压缩机的作用？吸收式制冷系统方式吸收式制冷系统方式使用制冷剂和吸收剂作为工作流体 主要机主要机理是理是：吸收剂对制冷剂气体有很强的吸收能力，吸收了制冷剂气体后形成溶液，溶液经加热就释放出制冷剂气体。它的特点是吸收剂溶液的浓度越高，制冷剂的分压力越低。组成溶液回路的发生器、吸收器、溶液节流阀、溶液热交换器和溶液泵的作用相当于压缩机。5.制冷机和热泵性能有哪些？评价制冷机和热泵性能的指标是什么？制冷机和热泵性能有哪些？评价制冷机和热泵性能的指标是什么？评价制冷机和热泵性能的指标有性能系数 COP 和循环效率 循环效率（又称热力完善度）：=6、指示功（或功率）、机械功（或功率）和电功（或功率）有、指示功（或功率）、机械功（或功率）和电功（或功率）有何不同？指示效何不同？指示效率、机械效率和电效率的定义率、机械效率和电效率的定义 电功电功是压缩机实际输入的电动机功率 we，电功 we 的一部分作用在了压缩机的主轴上，这部分输入到压缩机主轴上的动率称为机械功率机械功率 ws。压缩机存在机械摩擦，损失掉一部分机械功，剩下的直接用于气体压缩，这部分直接用于压缩气体所消耗的功叫做指示功 wi。所以他们有如下关系：如下关系：wewswi 指示效率指示效率是理论比功与指示功的比值 机械效率机械效率是指示比功与压缩机实际消耗的轴比功之比 电效率电效率是作用在压缩机轴上的功与压缩机实际输入的电功之比 7、过热区、两相区和过冷区制冷剂状态参数之间的关系、过热区、两相区和过冷区制冷剂状态参数之间的关系/()/1HHoRCOPQEQEECOPoRQCOPE制冷低温原理大纲习题答案-3-、如图中所标，各等参数线已标在图上。过冷区：过冷区：x=0 全为液体，一定压力下，液体温度低于该压力下的饱和液体温度 两相区：两相区：0 x1，一定压力下温度不变，焓熵值与干度有关 过热区：过热区：x=1 全为气体，一定压力下，气体温度高于该压力下的饱和蒸汽温度 8、压缩式制冷循环简图、压缩式制冷循环简图 冷凝器 蒸发器 压缩机 节流阀 制冷低温原理大纲习题答案-4-理想循环的假定：理想循环的假定：（1）高温热汇和低温热源的温度TH、TL恒定，制冷剂在相变传热过程中没有传热温差，即TK=TH,T0=TL（2）不计过热度和过冷度；（3）除膨胀装置和压缩机外，制冷剂流经其他部件和管道没有压力变化；（4）除换热器外，其他部件和管道与外界没有热交换；（5）压缩过程为可逆的等熵绝热压缩过程。9、理想循环的意义和特点、理想循环的意义和特点 特点：特点：（1）由于存在冷凝器中过热蒸汽传热温差、节流不可逆，理论循环并非可逆循环理论循环并非可逆循环。（2）最大限度地排除系统本身的不完善度，已是在给定TH、TL条件下具有的最好热力性能；（3）循环的热力性能仅与TH、TL和制冷剂有关。意义：意义：1、它是实际循环的基准和参照，用于分析研究实际循环的各种不完善因素和应作出的改进。2、评价制冷剂（书本 72 页）10、在理想循环中，蒸发温度和冷凝温度变化对各个性能参数的影响规律、在理想循环中，蒸发温度和冷凝温度变化对各个性能参数的影响规律 冷凝温度变化的影响：冷凝温度变化的影响：制冷低温原理大纲习题答案-5-冷凝温度升高制冷量由(h1-h4)变为（H1-H4）,减小压缩机耗功增加COP 减小 压力比升高容积效率降低质量流量下降制冷量降低 冷凝温度升高是制冷机制冷能力下降 蒸发温度变化蒸发温度变化的影响的影响：蒸发温度降低压缩比功增大单位制冷量减小单位容积制冷量明星减小COP 下降 TO 降低压力比增大容积效率下降质量流量下降制冷量明显下降 11.11.实际循环与理论循环的区别实际循环与理论循环的区别 1.1.循环的外部条件而言：循环的外部条件而言：低温热源和高温热源均为有限热源（汇），它们与制冷剂发生热交换时必然有传热温差。2.2.循环的内部条件而言：循环的内部条件而言：（1 1）制冷剂出蒸发器和进入压缩机的状态未必恰好是饱和蒸汽，往往有一定的过热；（2 2）制冷剂在膨胀阀前的状态也未必恰好是饱和液体；（3 3）制冷剂在系统中循环流动，经过设备的连接管道（包括管件、阀门等）、热交换器管道时均存在流动阻力，造成压力损失，并且通过管道与外界存在热交换；（4 4）压缩机的实际压缩过程也存在不可逆损失。制冷低温原理大纲习题答案-6-12.12.过热度（有用和无用）和过冷度对循环性能的影响规律过热度（有用和无用）和过冷度对循环性能的影响规律：过冷度（过冷度（）：过冷液体（温度低于它在所处压力下的饱和温度）的温度与）：过冷液体（温度低于它在所处压力下的饱和温度）的温度与其饱和温度之间的差值。其饱和温度之间的差值。影响：影响：使循环的主要特性指标增大，还使压缩机的制冷能力提高。【对循环总是有利的，过冷度越大，得益越大】13.13.蒸发器、蒸发器、冷凝器流动阻力对性能的影响？吸气管、排气管、液管和膨胀阀到冷凝器流动阻力对性能的影响？吸气管、排气管、液管和膨胀阀到蒸发器之间的管道的流动阻力和传热对性能的影响？蒸发器之间的管道的流动阻力和传热对性能的影响？位置位置 产生的影响产生的影响 过热类型过热类型 定义定义 影响影响 无用过热：无用过热：不产生制冷作用的过热 w 有用过热：有用过热：产生制冷作用的过热 w 取决于制冷剂的性质 制冷低温原理大纲习题答案-7-吸气管吸气管 热交换热交换：环境热量传入管内将对制冷剂气体加热，产生吸气过热，为无用过热，使吸气比体积增大，容积制冷量减小，排气温度上升，循环的性能系数下降。流动压力损失流动压力损失：使压缩机的吸气压力降低，吸气比体积增大，容积制冷量下降。另外，吸气压力降低使压缩机的工作压力比增大，引起压缩比功增大和排气温度升高，循环性能系数下降。排气管排气管 热交换热交换：制冷剂向环境散热，起到冷却高压排气的作用，减少了冷凝器的负荷，是有利无害的。压力损失压力损失：使压缩机排气压力必须高于冷凝压力才能保证制冷剂流入冷凝器，增大了压缩机的工作压力比，使比功增大，排气温度升高。高压液管高压液管 热交换热交换：（1）向环境散热：使高压液体过冷，对循环有益；（2）被环境加热:高压液管中部分液体汽化，膨胀阀前出现气泡，大大降低阀的流通性，并使阀的工作不稳定。阀能力下降使蒸发器缺液，则制冷能力大大降低；阀工作不稳定会危及压缩机的安全。压力损失压力损失：使膨胀阀前的制冷剂压力降低，阀前后压差变小，造成其通流能力减少。若来自冷凝器的制冷液体是饱和液，压力损失将使阀前液体中出现闪蒸汽，阀前液体汽化，更加严重影响膨胀阀的能力，并使阀的工作不稳定。低压液管低压液管 热交换热交换：制冷剂受环境加热，进入蒸发器的制冷剂比焓值增大，会损失一部分制冷量。压力损失压力损失：使膨胀阀出口压力抬高，削弱膨胀阀能力 蒸发器、冷凝器流动阻力的影响蒸发器、冷凝器流动阻力的影响：直接影响制冷系统的运行情况也影响着系统的经济情况。蒸发器内流动损失使制冷剂出压缩机的压力有所下降，压缩机吸气压力降低，压力比增大，增加比功。冷凝器内流动阻力是膨胀前压力降低，减小流通能力。（我自己写的，书上找不到）使蒸发过程、冷凝过程温度和压力有所下降。1414.如何计算实际压缩机的指示功率、机械功率和电功率？如何计算实际压缩机如何计算实际压缩机的指示功率、机械功率和电功率？如何计算实际压缩机出口的制冷剂状态参数？出口的制冷剂状态参数？制冷低温原理大纲习题答案-8-（1）指示功率指示功率：或=理论比功/指示效率:指示比功；:制冷剂的质量流量。（2）机械功率机械功率：，或=指示比功/机械效率：输入到压缩机轴上的比功（3）电功率电功率：或=:压缩机实际输入的比电功 实际压缩机出实际压缩机出口的制冷剂状态参数口的制冷剂状态参数：其中，:实际压缩机出口制冷剂的比焓值；：；：理论压缩机出口制冷剂的比焓。16,16,理想循环和实际循环的热力性能计算方法，单位制冷量、单位容积制冷量和理想循环和实际循环的热力性能计算方法，单位制冷量、单位容积制冷量和比功的定义及物理含义。比功的定义及物理含义。理论热力性能理论热力性能：单位质量制冷量单位质量制冷量 kJ/kg 表示 1kg 制冷剂完成循环时从低温热源所吸收的热量。取蒸发器为隔离体，它等于制冷剂在蒸发器出口处于入口处的比焓之差 单位容积制冷量单位容积制冷量 kJ/kg 制冷低温原理大纲习题答案-9-表示以压缩机吸入状态计，单位体积制冷剂完成一个循环时，从低温热源所吸收的热量 比功比功 表示 1kg 制冷剂完成循环时所消耗的压缩功。他应等于制冷剂在压缩机吸入与排出口的比焓之差 容积比功容积比功 kJ/单位冷凝热负荷单位冷凝热负荷 kJ/kg 压力比压力比 排气温度排气温度，查制冷剂性质图标根据Pkh2确定温度值 循环的性能系数循环的性能系数 COP 循环效率（热力完善度）循环效率（热力完善度）制冷机的性能主要用制冷机的制冷量制冷机的性能主要用制冷机的制冷量、压缩机消耗功率、压缩机消耗功率 P P 和制冷剂性能系数和制冷剂性能系数 COPCOP 反映。反映。设压缩机的理论输气量为设压缩机的理论输气量为,理论循环的制冷剂性能计算如下：理论循环的制冷剂性能计算如下：制冷剂的循环质量（循环中的质量流量制冷剂的循环质量（循环中的质量流量）kg/s 制冷量制冷量 kW 压缩机功率压缩机功率 制冷剂性能系数制冷剂性能系数 （或见 P71）实际热力性能实际热力性能：单位质量制冷量单位质量制冷量 kJ/kg 单位容积制冷量单位容积制冷量 kJ/kg 理论比功理论比功 制冷低温原理大纲习题答案-10-指示比功指示比功 压缩机排气管处制冷剂气体的比焓压缩机排气管处制冷剂气体的比焓 冷凝器单位热负荷冷凝器单位热负荷 过冷器单位热负荷过冷器单位热负荷 气液热交换器单位热负荷气液热交换器单位热负荷 压力比：制冷压力比：制冷系统的压力比系统的压力比（或见 P85）1717，制冷剂的命名方法，制冷剂的命名方法 为了书写和表达的简便，采用国际统一规定的符号命名制冷剂。制冷剂符号由“R”和它后面的一组数字或字母组成。字母 R 表示制冷剂 refrigerant，后面的数字与字母根据制冷剂物质的化学组成按一定规律编写。规律如下：无机物无机物：符号为 R7（）（），括号内填入的数字是该无机物的相对分子质量（取整数部分），如：制冷剂 氨气 水 二氧化碳 二氧化硫 一氧化氮 相对分子质量 17 18 44 64 44 命名符号 R717 R718 R744 R764 R744a 上例中，因为二氧化碳和一氧化氮相对分子质量的整数部分相同，规定用 R744 命名二氧化碳，R744a 命名一氧化氮 氟 利 昂 和 烷 烃 类氟 利 昂 和 烷 烃 类：烷 烃 化 合 物 的 分 子 通 式 为;氟 利 昂 分 子 通 式 为(n+r+y+z=2m+2)。他们的命名符号为：R(m-1)(n+1)(r)(z)共沸混合物共沸混合物 符号为 R5()().括号中数字按命名先后排序。非共沸混合物非共沸混合物 符号为 R4（）（）。括号中数字按命名先后排序。另外，其另外，其他物质的命名符号规定为他物质的命名符号规定为：环烷烃和环烷烃的卤代物，首字母为 RC；链烯烃和链烯烃的卤代物，首字母为 R1，气候的数字列写规则与氟利昂和烷烃类的数字列写规则相同。例如，乙烯的命名富豪为 R1150。1818，制冷剂的标准沸点的含义？从循环的性能出发，应该如何选择制冷剂？，制冷剂的标准沸点的含义？从循环的性能出发，应该如何选择制冷剂？1、制冷剂在标准大气压下的沸腾温度称为标准蒸发温度（或标准沸点）标准蒸发温度（或标准沸点），用符号表示。制冷剂的标准蒸发温度大体上可以反映用它制冷时能够达到的低温范围。越低的制冷剂能够达到的制冷温度越低。2，（选择制冷剂的标准）（选择制冷剂的标准）人们期望的是：它冷凝压力不太高；蒸发压力在常压以上或不要比大气压低的太多；压力比适中；排气温度不太高；单位制冷量大；循环的性能系数高；制冷低温原理大纲习题答案-11-传热性好（导热系数大、比热容大）；流动性好（粘性小）。1919、环境影响指数有哪些？如何定义？、环境影响指数有哪些？如何定义？（1 1）臭氧衰减指数）臭氧衰减指数 ODPODP 考察物质的气体逸散到大气中对臭氧破坏的潜在影响程度，用臭氧衰减指数 ODP（Ozone Depletion Potential）biaoshi.规定 R11 的臭氧破坏影响作为基础，取 R11 的ODP 值为 1，其他物质的 ODP 是相对 R11 的比较值。（2 2）温室影响指数）温室影响指数 GWPGWP 考察物质的气体逸散到大气中对大气变暖的直接潜在影响程度，用温室指数 GWP（Global Warming Potential）表示。规定以二氧化碳的温室影响作为基准，取二氧化碳的GWP 为 1，其他物质的 GWP 是相对于二氧化碳的比较值。也可以仍以 R11 位置准物质，温室影响指数用 HGWP 表示，并取 R11 的 HGWP 值为 1，其他物质的 HGWP 是相对于 R11 的比较值。这两种表示方法，在数值上 GWP 值是 HGWP 的 3500 倍。2020、与单一成分制冷剂相比较，非共沸混合制冷剂有什么主要特点？、与单一成分制冷剂相比较，非共沸混合制冷剂有什么主要特点？非共沸制冷剂存在相变温度相变温度滑移滑移。非共沸制冷剂在定压相变过程中，伴随有一定的温度变化。温度的改变量为混合物成分 X 所对应的露点与泡点之差，该差值称为相变温度滑移。另外，相变过程中气相与液相的成分不相同，而且各自都是变化的，直到相变完成。非共沸混合制冷剂的好处为：非共沸混合制冷剂的好处为：1.利用它相变中有温度滑移的特点，与实际热源和热汇的变温特性相匹配，以减小冷凝器和蒸发器的传热不可逆损失，提高能效，特别是在热泵中应用，有很好的节能效果 2.但非共沸混合制冷剂由于在整个循环的冷凝、蒸发过程中，会出现因分馏引起制冷剂成分的改变，系统泄漏也将造成制冷剂成分的变化，给使用带来一定的麻烦，所以制冷工程使用上不大希望用相变温度滑移大的非共沸混合制冷剂。21.作为替代制冷剂，混合制冷剂选用的原则是什么？作为替代制冷剂，混合制冷剂选用的原则是什么？选择原则：选择原则：在环保、热力性能大致相当情况下，优先共沸、近共沸、共沸。22.在什么条件下和为什么采用多级压缩或者复叠式制冷？在什么条件下和为什么采用多级压缩或者复叠式制冷？在 to 大幅减少，to 和 tk 相差较大时，如仍用单级压缩，会产生以下问题：会产生以下问题：（1）制冷量大幅减少（质量输气量和单位制冷量）（2）运行安全性减少（排气温度、离心式压缩机、负压）（3）经济性减少（压缩机的效率、耗功与压力不是线性关系）（4）超出制冷剂工作温度范围 要避免以上问题要避免以上问题,需要采用多级压缩或复叠式制冷需要采用多级压缩或复叠式制冷:（1）在制冷剂工作温度范围内（采用单一制冷剂），采用多级压缩制冷循环；（2）在制冷剂工作温度范围外（采用多种制冷剂），采用复叠式制冷。复叠式制冷可以比多级压缩更大范围的增大循环工作温差，获得更低的制冷温度。制冷低温原理大纲习题答案-12-23.多级压缩制冷循环的类型如何区分？多级压缩制冷循环的类型如何区分？两级压缩制冷循环为例（1）按节流方式分）按节流方式分:a.一次节流循环:制冷剂液体由冷凝压力 Pk 直接节流至蒸发压力 P0。b.两次节流循环：将高压液体先从冷凝压力 Pk 节流到中间压力 Pm，然后再由 Pm 节流降压至蒸发压力 P0.（2）按中间冷却是否完全分：）按中间冷却是否完全分：a.中间完全冷却：中间冷却使中间压力下的气体完全消除过热成为饱和蒸气（即温度降至中间压力下的饱和温度）。b.中间不完全冷却：中间冷却仅使中间压力下的气体温度有所降低，但并未完全消除过热。（3）按液体是否过冷）按液体是否过冷分分 24.能够根据多级压缩制冷循环的类型，画出系统简图和循环图。能够根据多级压缩制冷循环的类型，画出系统简图和循环图。以两级压缩制冷循环为例，可分为(a)一次节流中间完全冷却循环（系统简图和循环图可见书 P118 图 3-35）(b)两次节流中间完全冷却循环（见书 p124 图 3-42）(c)一次节流中间不完全冷却循环（见书 P122 图 3-38）(d)两次节流中间 不完全冷却循环 一次节流中间完全冷却：制冷低温原理大纲习题答案-13-一次节流中间不完全冷却：25.25.两级压缩制冷循环的中间压力确定的方法两级压缩制冷循环的中间压力确定的方法。确定中间压力分两种情况：（1 1）已选配好高、低压压缩机，求已选配好高、低压压缩机，求 pm;pm;由于压缩机已选定，则高压压缩机的理论输气量和低压压缩机的理论输气量之比值 为定值，不可能刚好等于最佳设计工况下计算出的 值，此时应按实际压缩机搭配下的 值复算中间压力。方法为：取一组中间压力假定值，对每一个中间压力分别进行循环特性试算，由试算结果做出 随中间压力的变化曲线-Pm。在曲线上找出实际 值点所对应的 Pm值，即中间压力。（2 2）从循环出发，根据最佳的从循环出发，根据最佳的 COPCOP，求中间压力。，求中间压力。根据设定的冷凝压力 Pk 和蒸发压力 P0，按高低压的比例中项求得一个近似值；查表得到该压力对应的近似值 tm，在该 tm 值的上下按一定的间隔选取若干个中间温度；对每一个 tm 值进行循环的热力计算求得 COP 最佳的中间温度，查表得该温度所对应的压力即为最佳中间压力。26.26.为什么经济器可以提高循环的性能？为什么经济器可以提高循环的性能？经济器可以使进入蒸发器的一部分高压液体进一步冷却，使其后的节流过程中闪蒸汽减少，从而使单位质量制冷量增大，提高系统的 COP，所以说经济器可以提高循环的性能。制冷低温原理大纲习题答案-14-27.27.什么是复叠式制冷？与多级压缩制冷线比较，它的特点有哪些？什么是复叠式制冷？与多级压缩制冷线比较，它的特点有哪些？复叠式制冷：复叠式制冷：将总的制冷循环温差分割成 2 个或多个区段，每个区段用性质相宜的制冷剂循环，将它们叠加起来，达到最终要求的制冷温度，这就是复叠式制冷。复叠式制冷的特点复叠式制冷的特点：1 存在着复叠温差，造成不可逆温差 2 由于低温制冷剂的容积制冷能力大，使低温压缩机尺寸小，机械效率高 3 每台压缩机的压力适中，容积效率和压缩过程的指示效率可以提高。4 系统正压或轻度负压，外气渗入系统的危险性小，运行稳定性好 5 温度调节范围小 28.28.能 够 画 出 复 叠 式 制 冷 的 系 统 简 图 和 循 环 图。能 够 画 出 复 叠 式 制 冷 的 系 统 简 图 和 循 环 图。29.29.复叠温度和复叠温差的选取方法复叠温度和复叠温差的选取方法 复叠温度：复叠温度：各子系统之间复叠温度的设计选择，理论上从保证整套系统的 COP 最佳考虑，事实上，由于总温差是确定的，各子系统的循环都具有一定的独立性，复叠温度在可能的范围变化时，对总的 COP 值造成的影响不大，所以按各子系统的压力大致相同按各子系统的压力大致相同来决定复叠温度为好，因为这样能够保证压缩机的工作容积利用率较高。复叠温差：复叠温差：考虑到温度越低，相同传热温差造成的传热不可逆损失越大，所以传热温度越低，复叠温差越应取最小值。通常复叠温度设计取值为 510，蒸发器 传热温差应小于 5。30.30.复叠式制冷系统和制冷剂与制冷温度的关系？复叠式制冷系统和制冷剂与制冷温度的关系？制冷温度要求在-80 摄氏度以下的，只能采用复叠式制冷循环，复叠循环形式及所选用的制冷剂，应按制冷温度、制冷量大小和制冷剂的价格考虑。通常压缩式复叠制冷的高温部分选用中温制冷剂；低温部分选择低温制冷剂。见表 3-18 制冷温度要求在-80-60 摄氏度之间时，有两种选择余地，可以两元复叠循环，也可以用两级压缩循环。制冷低温原理大纲习题答案-15-31.31.为什么复叠式制冷系统在停机和启动时有超载和超压问题？如何解决？膨为什么复叠式制冷系统在停机和启动时有超载和超压问题？如何解决？膨胀容器在系统中的位置和它的作用？胀容器在系统中的位置和它的作用？停机时停机时，系统温度逐渐升高，会导致低温子系统中的制冷剂压力超过规定的限定值；启启动时动时低温级冷凝温度高于设计温度，会超过限定值，所以复叠式制冷系统在停机和启动时有超载和超压问题。解决方法：对于大型装置大型装置，若短暂停机短暂停机，可以通过自动控制的方法检测低温子系统的高压侧压力，自动控制高温子系统间歇运行，保持它对低温子系统高压侧的冷却作用。若长期停机长期停机，则应将低温子系统的制冷剂抽出，放到高压缸瓶中保存。对于小型装置小型装置，通过严格控制低温子系统的制冷剂充注量和附加膨胀容器，可以防止低温子系统超压。膨胀容器可以吸收多余的制冷剂并且保持制冷剂压力变化不大，贮存制冷剂，起调压作用。32.32.复叠式系统常用的辅助热交换器有哪些及作用？复叠式系统常用的辅助热交换器有哪些及作用？(1)(1)回热器回热器 理论分析表明：对于复杂式制冷系统所用的几乎各种低温制冷剂，即使是有用过热也将使容积制冷能力下降。由于出蒸发器的制冷剂气体温度很低，与环境温度之间的温差很大，管道绝热不良及压缩机内部的热交换很容易产生无用过热，而压缩机希望在常温下工作，习气温度不宜低于-30C 为此要用回热器使吸气过热成为有用过热用回热器使吸气过热成为有用过热。起码是用气-液热交换回热尚不足以使吸气达到希望高的温度，还要进一步用气气热交换器，使来自蒸发器的低温制冷剂蒸汽经气-液热交换器之后，再与压缩机的排气热交换，然后进入压缩机。（2 2）水冷却器）水冷却器 低温子系统中压缩机排气温度仍较高，其制冷剂排热量中过热部分占有相当份额。让该压缩机的排气先经过水冷却器，用常温的水将低温压缩机排气预冷却将低温压缩机排气预冷却，使之消除过热后再使之消除过热后再进入蒸发进入蒸发/冷凝器，可以减轻高温子系统的蒸发器热负荷，从而减少功率，提高冷凝器，可以减轻高温子系统的蒸发器热负荷，从而减少功率，提高 COP.COP.33.33.二氧化碳制冷循环为什么采二氧化碳制冷循环为什么采用跨临界循环？如何确定跨临界循环的压缩机用跨临界循环？如何确定跨临界循环的压缩机排气压力？排气压力？因为二氧化碳的临界点温度为 31 摄氏度，处于常温范围，在于一般制冷机同样的环境冷却下，二氧化碳制冷循环的高压侧将接近临界点（低环境温度时）或超过临界点（高环境温度时），而不能像常用制冷剂那样实现远临界循环。所以二氧化碳制冷循环一般采用跨临界循环。确定 pH理论值的图解方法图解方法，如图。过点 3 作等温线的切线，过点作等熵线的切线，两切线的交点为 O。可证明，使 COP 达到最大的条件是：交点 O 所对应的比焓值等于 1 的比焓值。梅新特法：梅新特法：找出 p0蒸发压力线 x=0.8 等干度线的交点，由该交点向等温线 T3作切线，切点所对应的压力值便是最佳 pH 制冷低温原理大纲习题答案-16-34.34.与常见的氟利昂系统相比较，二氧化碳制冷系统的组成有何特点？储液、与常见的氟利昂系统相比较，二氧化碳制冷系统的组成有何特点？储液、气液分离器有何作用？气液分离器有何作用？二氧化碳制冷系统在所有使用条件下工作得都很好。其能效特性甚至比传统的 R12 系统更好，主要原因是：1.由于压缩过程在很低的压力比下进行，压缩效率高；2.由于平均压力相当高，流动压力损失微不足道；3.蒸发器的传热好 储液、气液分离器作用：储液、气液分离器作用：（1）允许蒸发器供液有一定的过量，以简化系统控制，并能增强蒸发器传热。（2）用以收回或发送系统中多余的制冷剂，以调节高压侧的压力。（3）保持系统内有充足的制冷剂体量，以覆盖所有可能运行工况下的流量需求，并且补偿不可避免的制冷剂泄露损失 （4）保证压缩机回油，用毛细管或节流阀从贮液器将适量的油引回压缩机吸气管 （5在高环境温度下装置怠速运行时，用以提供足量的系统内容积，避免系统超压。35.35.二氧化碳制冷系统的特点？（二氧化碳制冷系统的特点？（P139P139）1.在临界点附近循环，高压气体不发生凝结 2.系统的压力很高 3.高低压的压比很小 36.36.在换热器传热计算公式中，是如何考虑换热器中与内外流体在换热器传热计算公式中，是如何考虑换热器中与内外流体接触的换热面接触的换热面积不同对传热的影响？如何考虑传热过程中热冷流体的温度有变化对传热的影积不同对传热的影响？如何考虑传热过程中热冷流体的温度有变化对传热的影响？如何考虑污垢和流体集态变化对传热的影响？响？如何考虑污垢和流体集态变化对传热的影响换热器传热计算公式：换热器传热计算公式：=KA(tF1-tF2)=KA(1)(1)换热面积不同对传热的影响：换热面积不同对传热的影响：圆管内外传热面积不相等，则用管外面积作为传热计算面积，并对传热系数按管外传热面积进行修正。即：传热公式 =KOAO(TF1-TF2)传热系数:KO=。当 管 内.外 径 之 比do/di时，则制冷低温原理大纲习题答案-17-KO=其中 dm 为管内外直径的算术平均值，m；为圆管壁厚，m；为管热导率。（2 2）传热过程中热冷流体温度变化对传热的影响：传热过程中热冷流体温度变化对传热的影响：在进行传热计算式需采取温差的平均值，以符号m表示。m，平均温差与介质的流动形式有关。对于顺逆流流动形式使用对数平均传热温差：m=（max-min）/ln（），当max/min时，可采用算数平均温差，m=max+min）/2。（3）污垢对传热的影响：）污垢对传热的影响：已知热阻 R=1/K。KO=。（4 4）流体集态变化对传热的影响：）流体集态变化对传热的影响：在没有集态变化换热过程中，温度变化，其影响可以通过传热温差来修正。修正方法由热冷流体的顺逆流动过程中的传热推导出来。图形见书本 P235.对于传热过程中有集态变化情况，根据该流体传热过程中仅有的潜热变化的传热，还是既有潜热又有显热变化的传热这两种情况分别考虑。仅有潜热的传热，用对数平均传热温差来计算。图形见课本 P236 图 6-5.既有潜热又有显热变化的传热：如空气在冷却过程中，当冷却到温度低于露点温度时，空气中的水蒸气就会冷凝出水分来。与没有水蒸气冷凝出水分情况相比，使用前面的方法计算就会少计算冷凝水的潜热。该误差用析湿系数对空气侧传热系数进行修正的方法进行处理：析湿系数：分别是湿空气的比定压热容，湿空气与所流经表面间的比焓差及温差。【物理意义】全热换热量与显热换热量之比（空气冷却过程中大于或者等于 1）。全热换热表面传热系数：ho=ho，s 37.37.干式蒸发器主要有哪几种类型？有哪些特点？各种类型各有哪些特点？干式蒸发器主要有哪几种类型？有哪些特点？各种类型各有哪些特点？【类型】：干式壳管式蒸发器；板式换热器；冷却空气型干式蒸发器。制冷低温原理大纲习题答案-18-干式蒸发器的特点：干式蒸发器的特点：（1）制冷剂在管内流动（板式换热器除外），流速高；易回油；（2）液体制冷剂体积约为管内容积的 10-20%所需充灌量少；（3）相对再循环式蒸发器，湿润面积较小，管内集较小；（4）系统制冷量的能量调节可利用过热度，系统一般不用气液分离 器，系统结构简单；（5）设计中有换热管路优化和分液问题（6）小型机用得多，氟利昂系统用的多。干式壳管式蒸发器特点：干式壳管式蒸发器特点：（1）对于多流程，制冷剂下进上出；（2）壳内加折流板，以防止流动短路和流速不均匀；数量一般为奇数，一边载流剂上进上出；3）管外载流剂为水时，易结垢，因此强化传热常在管内。【结构特点】1 管组可装配后入壳内，抽出后清洗较好；2 只能用于二流程，弯管工艺复杂，难以更换换热管，管内不能使用纵向内翅。板式换热器特点：板式换热器特点：（1）传热系数高（如管内外流体均为水，传热系数可达 5-7kw/(m2k);(2)最大工作压力为 3；（3）流动阻力小；（4）结构紧凑，金属消耗量小；（5）传热面积（或者传热量）可以通过调节换热片的数量来实现。冷却空气型干式蒸发器特点：冷却空气型干式蒸发器特点：（1）热阻主要在空气侧。减少热阻的主要途径：增加空气侧的换热面积；强制对流换热（加风机）；（2）翅片间距：空调器：最小 1.6mm，一般 2mm；低温制冷：6-12mm（防止结霜后影响换热）；（3）换热管材料：氟利昂：铜。铝；氨：无缝钢管。38.38.满液式蒸发器的特点？满液式蒸发器的特点？再循环式蒸发器的特点？再循环式蒸发器的特点？满液式蒸发器特点：满液式蒸发器特点：【结构特点】（1）有卧式和立式，卧式用的多。（2）由壳体.封头.管板.换热管和气液分离器等组成（3）制冷剂在换热管外侧，水或者其他载冷剂在内测（4）因为它也同时是抵押储液器，因此对于氟利昂系统，需要专门的会回油置。【传热特点】（1）k 值大于干式蒸发器（因为湿润面积 100%，换热均为液体-金属壁面）；（2）管外表面传热系数小于管内（管外流速基本为零）。优点：结构紧凑，传热效果好，易于安装，使用方便。缺点：（1）制冷剂充灌量大，对于氟利昂系统明显增加成本；（2）壳体直径大时，液体的静压会造成蒸发温度的提高；制冷低温原理大纲习题答案-19-（3）润滑油难排，需要专门的装置；（4）不太适合船.车等移动性设备（液面不稳）；（5）载冷剂为水时，应该壁面蒸发温度低于 0 度，使得管内结冰，损坏蒸发器。再循环式蒸发器特点：再循环式蒸发器特点：再循环式实际上是一种想蒸发器供给液体直了国际的供液方式。通常制冷系统供液动力来自压缩机排气压力，但对于所需供液的蒸发器数量多，距离远，位能差大的情况，这种供液方式不适用。采用这种供液方式的蒸发器，制冷剂在换热管内流动再循环式供液方式下蒸发器传热特点：再循环式供液方式下蒸发器传热特点：（1）再再循环倍数循环倍数=其他供液方式循环倍数为 1；再循环式中的重力供液大于等于 1，液泵供液大于 1（一般为 3-6）；（2）没有过热度，湿润面积 100%；（3）由于管内湿润面积大，制冷剂流速高，因此换热器传热系数高；（4）由于压缩机的上游有低压储液容器（气体分离器或者低压循环 桶），制冷剂的充灌量大，通常适用于氨系统。39.39.空气冷却式冷凝器有哪些特点？水冷式冷凝器有哪些主要形式和特点？空气冷却式冷凝器有哪些特点？水冷式冷凝器有哪些主要形式和特点？空气冷却式冷凝器特点：空气冷却式冷凝器特点：（1）制冷剂在换热管内，空气在管外侧；（2）K 值较小，常用语电冰箱.冷藏柜.空调器等；（3）常用语水贵.水质不好，和用水不方便的场合（车用等）；（4）冷凝 温度通常比水冷高 5-10 摄氏度；（5）制冷剂上进下出；（6）在冷量使用范围上游增大趋势（现可达 500kw 以上）。水冷式冷凝器：水冷式冷凝器：【主要形式】壳管式；套管式；螺旋板式和板式冷凝器。特点：特点：水冷式冷凝器中，制冷剂放出的热量被冷却水带走。壳管式特点：壳管式特点：制冷剂在换热管外侧，上进下出，冷却水在内测。水流速一般在 1-2m/s，k=930-1400w/m2 m=5-70c。热阻主要在外侧。卧式：卧式：冷却水下进上出，通常偶数流程。立立式式：冷却水上进下出；传热系数相对卧式较小，原因是液膜厚度较大和显热换热时为顺流换热。换热管材料：氨制冷机：钢管；氟利昂：铜管。套管式特点：套管式特点：制冷剂上进下出，冷却水下进上出，易实现逆流换热，对数平均传热温差较大。制冷剂和水均高速流动，k 值高。金属耗量大。换热量一般小于 60kw，用于中小型机组。套管式冷凝器用于氟利昂机组时，内管常用液压肋片管，这种结构常用于水冷式空调柜。氨制冷机中套管式热交换器蛀牙用于过冷器。40.40.蒸发式冷凝器的工作原理和特点？蒸发式冷凝器的工作原理和特点？制冷低温原理大纲习题答案-20-蒸发式冷凝器图见制冷与低温技术原理【工作原理】制冷剂蒸汽从蛇形管上面进入管内，冷凝液从下面流出，制冷剂放出的热量使喷淋水蒸发。空气在风机作用下从箱体下部进入，上部排出。喷水喷嘴上面一般装有挡水板，阻挡被空气带出的水滴。为蒸发的喷淋水落入下面的水池中。水池中油浮球阀调节补充水量，使之保持一定的水位。有时在挡水板上设有预冷管组，这样可使进入林水管的蒸汽温度降低，有利于减少外表面结垢。【特点】（1）耗水量很小，空气流量也不大，适于缺水干旱地区；（2）每 1.16kw 冷凝热需循环水 60-80l/h，补充水量 3-5l/h；水泵和风机耗电0.2-0.3kw；（3）水应该软化处理，防止结垢；（4）潮湿和带水滴的空气流经风机，对风机有防潮要求。41.41.各种蒸发器、冷凝器中的制冷剂在换热管内还是在换热管外？各种蒸发器、冷凝器中的制冷剂在换热管内还是在换热管外？蒸发器蒸发器/冷凝器类型冷凝器类型 换热管内换热管内 空气冷却式冷凝器，干式蒸发器（所有类型），蒸发式冷凝器 换热管外换热管外 水冷式冷凝器 42.内平衡式热力膨胀阀流量调节原理：内平衡式热力膨胀阀流量调节原理：当负荷增大时，过热度增加，上方的力增加，针阀下移，流量增加，但弹簧力也增加，之平衡到新的位置。当负荷减少时，针阀的移动方向与之相反，减少流量。从控制原理上来讲，这是一种负反馈的比例调节方式【特点】1）阀的过热度预先设定；阀对蒸发温度没有限定；2）当蒸发温度较低时，调节随过热度变化变得不敏感，调节