第十一章 制冷循环
第十一章 制冷循环
习 题
11-1 一制冷机在-20 ℃和 30 ℃的热源间工作,若其吸热为 10 kW,循环制冷系数是同
温限间逆向卡诺循环的 75%,试计算:(1)散热量;(2)循环净耗功量;(3)循环制冷量折
合多少“冷吨”?
提示和答案: c
c
act
Q
Q Q
q
q q
ε = − , ; ;2.59 冷吨。 12.63 kWQq = net 2.63 kWP =
11-2 一逆向卡诺制冷循环,其性能系数为 4,(1)问高温热源与低温热源温度之比是多
少?(2)若输入功率为 1.5 kW。试问制冷量为多少“冷吨”?(3)如果将此系统改作热泵
循环,高、低温热源温度及输入功率维持不变。试求循环的性能系数及能提供的热量。
提示和答案: Lc
HH L
L
1
1
T
TT T
T
ε = =− −
, H
L
1.25T
T
= ;0.486 冷吨; c 5ε ′ = , 。 6 kWQq′ =
11-3 压缩空气制冷循环运行温度 , ,如果循环增压此分别为 3
和 6,分别计算它们的循环性能系数和每千克工质的制冷量。假定空气为理想气体,比热容取
定值 、 。
c 290 KT = 0 300 KT =
1.005 kJ/(kg K)pc = ⋅ 1.4κ =
提 示 和 答 案 : 1
1
1
1
κ
κ
ε
π
−=
−
。 2.712aε = 、 1.496bε = ; 、
。
c, 71.2 kJ/kgaq =
c, 110.7 kJ/kgbq =
11-4 若题 11-3 中压气机绝热效率 ,膨胀机相对内效率 ,分别计算
工质的制冷量,循环净功及循环性能系数。
C,s 0.82η = T 0.85η =
1 kg
提示和答案: 4 3 T 3 4( )T T T Tη′ = − − 、 2 1 2 1 C,s( ) /T T T T η′ = + − 。
、 、 、
、
c, 54.93 kJ/kgaq = c, 86.58 kJ/kgbq = net, 66.1 kJ/kgaw = −
net, 141.0 kJ/kgbw = − 0.831aε = 、 0.614bε = 。考虑能否利用
1
1
1
1
κ
κ
ε
π
−=
−
? 题 11-4 附图
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第十一章 制冷循环
11-5 若例 11-1 中压气机的绝热效率 Cs 0.90η = 、膨胀机的相对内效率 T 0.92η = ,其他
条件不变,再求无回热时的制冷系数ε 、每千克空气的制冷量 及压缩过程的作功能力损失。 cq
提示和答案: 0 gI T s= 。 、c 59.79 kJ/kgq = 0.916ε = 、 。考虑11.83 kJ/kgI = I 是否等于
c csw w′ − 。
11-6 某采用理想回热的压缩气体制冷装置,工质为某种理想气体,循环增压比为 5π = ,
冷库温度 ,环境温度为 300 K,若输入功率为 3 kW,试计算:(1)循环制冷量;
(2)循环制冷量系数;(3)若循环制冷系数及制冷量不变,但
不用回热措施。此时,循环的增压比应该是多少?该气体热可
取定值, 。
c 40 CT = − o
0.85 kJ/(kg K) 1.3pc κ= ⋅ 、 =
1234561提示和答案: 13 5 6 1.156ε ε ′ ′= = 、 、c 3.47Qq = kW
14.9π′ = 。 题 11-6 附图
11-7 某压缩气体制冷循环中空气进入压气机时 , t t ,在
压气机内定熵压缩到 ,然后进入冷却器。离开冷却器时空气温度
。取空气比热容是温度的函数,试求制冷系数
1 0.1 MPap = 1 c 23.15 C= = − o
2 0.4 MPap =
3 0 26.85 Ct t= = o ε 及每千克空气的制冷量 q 。 c
提示和答案:据 r2 2
r1 1
p p
p p
= 查空气热力性质表确定 T 和 及 和 。2 2h 4T 4h 2.07ε = 、
。 c 1 4 48.46 kJ/kgq h h= − =
11-8 氟里昂 134a 是对环境较安全的制冷剂,用来替代对大气臭氧层有较大破坏作用的
氟里昂 12。今有以氟里昂 134a 为工质的制冷循环,其冷凝温度
为 40℃,蒸发器温度为-20℃,求:(1)蒸发器和冷凝器的压力;
(2)循环的制冷系数。
提示和答案:若非特别说明制冷剂离开蒸发器进入压缩机时
的状态可近似为温度为蒸发器内温度的干饱和蒸气,离开冷凝
器时的状态为冷凝器内温度的饱和液;节流过程焓值不变。 题 11-48 附图
1 133.8 kPap = 、 ;2 3 1 016.32 kPap p= = 3.06ε = 。
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第十一章 制冷循环
11-9 一台汽车空调器使用氟里昂 134a 为制冷工质,向空调器的压缩机输入功率 2 kW,
把工质自 200 kPa 压缩到 1200 kPa,车外的空气流过空调器
的蒸发器盘管从 33 ℃的降温到 15 ℃吹进车厢,假定制冷
循环为理想循环,求制冷系统内氟里昂 134a 的流量和吹进
车厢时的空气体积流量。车厢内压力为 100 kPa。
提示和答案:同题 11-8,且 。循环制冷量等于空
气放热量。注意制冷剂流量和循环制冷量关系和空气体积 题 11-9 附图
2s s= 1
流量应折合到车厢内状态。 、 。 0.054 kg/smq = 30.211 m /sVq =
11-10 某压缩蒸汽制汽冷装置采用氨(NH3)为制冷制,参看图 11-5 和图 11-6,从蒸发
器中出来的氨气的状态是 , 。进入压气机升温升压后进入冷凝器。在冷
凝器中冷凝成饱和氨液,温度为 。从点 4 经节流阀,降
温降压成干度较小的湿蒸气状态,再进入蒸发器气化吸热。(1)求
蒸发器管子中氨的压力
1 15 Ct = − o 1 0.95x =
4 25 Ct = o
1p 及冷凝器管子中的氨的压力 2p ;(2)求
、w 和制冷系数cq net ε ,并在 图上表示 ;(3)设该装置的制
冷量 q ,求氨的流量 ;(4)求该装置的 效率。 题 11-10 附图
T s− cq
c
44.2 10 kJ/hQ = × mq
提示和答案:参照题 11-8、11-9,但本题 ;装置 效率可定义为冷量 与循环净
功的比值。 、 、 可用T
1 0.95x =
1 0.236 MPap = 2 1.003 MPap = cq s− 图上面积,155'1'1 表示、
、 、c 1 060.7 kJ/kgq = net 184.0 kJ/kgw = 5.77ε = 、 、0.11 kg/smq = x 0.893eη = 。
11-11 上题中若氨压缩机的绝热效率 ,其它参数同
上题,求循环的 、
C,s 0.80η =
netw′ ε 及 效率 xeη 。
提示和答案:本题与题 1-10 差异仅在于 net
C,s
w
netw η′ = 。
、net 230 kJ/kgw′ = 4.61ε = 、 x 0.715eη = 。 题 11-11 附图
11-12 若 11-10 题中制冷剂改为氟里昂 134a(HCFC134a),求(1)蒸发压力 和冷凝压
力
1p
2p ;(2) 、 和cq netw ε ;(3)HCFC134a 的流量;(4)装置 效率 xeη 。
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第十一章 制冷循环
提示和答案:参照题 11-10。 、
、 、 、
1 164.36p = kPa
2 665.49 kPap = c 150 kJ/kgq = net 26 kJ/kgw =
5.77ε = 、 、0.778 kg/smq = x 0.894eη = 。
11-13 某热泵装置用氨为工质,设蒸发器中氨的温度
为 -10 ℃,进入压缩机时氨蒸气的干度为 ,冷凝器 题 11-12 附图 1 0.95x =
中饱和氨的温度为 35 ℃。求:(1)工质在蒸发器中吸收的热量 ,在冷凝器中的散向室内空
气的热量 和循环供暖系数
2q
1q 'ε ;(2)设该装置每小时向室内空气供热量Q ,求用
以带动该热泵的最小功率是多少?若改用电炉供热,则电炉功率应是多少?两者比较,可得
出什么样的结论?
4
1 8 10 kJ= ×
提示和答案:逆向可逆循环运行的热泵消耗功率最小。 、
、
2 1 019.2 kJ/kgq =
1 1 203.7 kJ/kgq = 6.52ε ′ = 、P 、P 、热泵供暖是一种节能措施。 3.41 kW= =E 22.2 kW
11-14 某热泵型空调节器用氟里昂 134a 为工质,设蒸发器中氟里昂 134a 的温度为 -10
℃,进压气机时蒸气干度 ,冷凝器中饱和液温度为 35℃。求热泵耗功和循环供暖系
数。
1 0.98x =
提示和答案: 、P 32 kJ/kgw = 5.31ε ′ = 。
11-15 有一台空调系统,采用蒸汽喷射压缩制冷机,制取 的饱和水
( ),来降低室温,如教材图 11-13。在
室内吸热升温到 15 ℃的水被送入蒸发器内,部分汽化,
其余变为1 k 的饱和水,蒸发器内产生的蒸汽干度为
0.95,被喷射器内流过的蒸汽抽送到冷凝器中,在 30 ℃
下凝结成水,若制冷量为32 ,试求所需冷水
3 1 kPap =
s 6.949 Ct = o
Pa
000 kJ/h
流量及蒸发器中被抽走蒸汽的量。 蒸汽喷射压缩制冷示意图
提示和答案: 取蒸发器为控制器积,列出质量守恒及能量守恒方程,求得
, 。
3
0.003 72 kg/smq = 2 0.258 kg/smq =
11-16 某冷库制冷机组利用氨(NH3)为制冷工质,由一台小型天然气动力的燃气轮机
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第十一章 制冷循环
机组为制冷机组提供动力。制冷机组的冷凝温度为 40 ℃,蒸发温度为 -20 ℃。燃气轮机装
置的热效率是 30 %。试求:(1)制冷循环中每千克制冷剂的吸热量、放热量及制冷系数;(2)
整个系统的能量利用率。
提示和答案:装置运行的目的是制冷剂从冷库吸热,代价为燃气轮机装置燃烧室内燃料
燃烧放出的热量,故能量利用率可定义为制冷系统 1kg 制冷剂从冷库吸热量和燃气轮机装置
中工质吸热量之比。 、 、c 1 047.1 kJ/kgq = 0 1 366.8 kJ/kgq = 3.28ε = 、 0.984ζ = 。
11-17 在氨-水吸收式制冷装置中,利用压力为 0.3 MPa,干度为 0.88 的湿饱和蒸汽的冷
凝热,作为蒸汽发生器的外热源,如果保持冷藏库的温度为 -10 ℃,而周围环境温度为 30 ℃,
试计算:(1)吸收式制冷装置的 ;(2)如果实际的热量利用系数为 0.4 ,而要
达到制冷能力为 ,求需提供湿饱和蒸汽的质量流率 多少。
maxCOP maxCOP
52.8 10 kJ/h× mq
提示和答案: 根据压力从饱和水蒸气表中查得饱和温度 ,求得汽化潜热
、 。1 kg湿蒸汽的冷凝热为:
。故冷藏库
s 133.5 Ct ≈ o
'' ' 2 163.7 kJ/kgh hγ = − = H 133.5 C 406.7 KsT T= = =o
1 904.1 kJ/kgxq xγ= H 0 Lmax
0 L H
COP 1.68T T T
T T T
⎛ ⎞−= ⎜ ⎟− ⎝ ⎠
= 。吸收式制冷装置的实际热
量 利 用 系 数 COP 为 : maxCOP=0.4COP 0.672= , 所 需 的 供 热 能 力 QH 可 表 示 为 :
L
H 115.7 kWCOP
QQ = = ,需要提供的湿饱和蒸汽的质量流率为: H 0.061 kg/sm
x
Qq
q
= = 。
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