植物细胞壁的研究进展

植物细胞壁的研究进展 生工04.2 赵中华 040602046 摘要:本文综述了植物细胞壁的结构，化学组成及功能。在光学显微镜下，植物细胞壁可分为初生壁和次生壁，相邻两个细胞的初生壁之间存在中层——胞间层，根据纤维组成的微纤丝排列方向的不同，并将次生壁分出外层(S)、中间层(S)和内层(S)。细胞壁主要123由纤维素、半纤维素、果胶以及蛋白质等组成，主要起着机械支持，参与物质运输和防御反应，还可作为信号分子，促进植物细胞的分裂增殖，决定细胞的分化方向，参与细胞的识别过程等。 关键词:细胞壁结构 纤维素 细胞壁蛋白 细胞壁功能 在植物进行正常的生命活动时，细胞壁是植物细胞不可缺少的重要部分，全世界范围内，12植物细胞壁物质的年产量约为10吨，可以说，植物细胞壁与人类的物质生活密切相关。几百年来，研究者对细胞壁的形态、结构、化学组成和生物功能等方面进行了大量研究，本文从解剖学、生物化学及分子生物学等方面简略综述了植物细胞壁的研究结果。 1(植物细胞壁的解剖结构 对植物细胞壁结构进行研究最早可以追溯到植物细胞的发现，自从Robert Hooker 在1665年用他自制的复式显微镜观察切成薄片的软木时，发现软木有许多排列紧密的蜂窝状“小室”——细胞壁，后来者对细胞壁进行了大量的解剖学研究 ，研究结果明，细胞壁是具有一定弹性和硬度，存在于细胞质外并界定细胞形状的复杂结构。 在光学显微镜下，细胞壁可分为初生壁(primary wall)和次生壁(secondary wall)，相邻两个细胞的初生壁之间存在中层(middle lay-er)——胞间层。胞间层是相邻两细胞所共有，起粘结和缓冲机械挤压的作用;初生壁是原生质体分泌的纤维素、半纤维素、果胶质加附在胞间层内侧构成的，可塑性较大;次生壁是细胞停止增大以后，在初生壁内侧继续形成的壁层。通常，厚壁组织细胞才具有次生壁，但是在木质部或其它一些组织中，也有木质化加厚的薄壁组织细胞，其细胞壁往往具有次生壁。 本世纪三十年代中期，应用X-光衍射和在偏光显微镜、荧光显微镜及暗视野显微镜下观察，可以观察到细胞壁很多细微结构，发现细胞壁上微纤丝的排列方向各层很不一样，一般初生壁上的微纤丝多呈不规则交错的网状，而在次生壁上则往往比较有规则。根据纤维组成的微纤丝排列方向的不同，并将次生壁分出外层(S)、中间层(S)和内层(S)。其123中S层最厚，通常次生壁的厚壁几乎全有S层的厚度决定。 22 细胞壁上还存在胞间连丝和胞质通道这样的共质连接，它们为来自其他细胞的具位置信息的细胞命运决定因子在细胞间转递提供了必要的通道。此外，在细胞壁上常常具有附属结构。一般在细胞壁上常见初生纹孔场、纹孔、导管分子底壁上的穿孔以及细胞壁内表面的各种增厚——眉条、横条和瘤结构，这些特有的附属结构不仅参与构建细胞壁，并在植物体正 中辅助细胞壁发挥其特有的功能。而且植物体的某些细胞在特定的生长阶常的生长发育过程 段常可形成特殊的细胞壁，譬如植物的花粉壁由孢粉素质的覆盖层和基粒棒层构成花粉外壁外层和外壁内层I，由纤维素层构成外壁内层II及内壁。 2(植物细胞壁的化学组成 植物细胞的细胞壁主要由纤维素、半纤维素、果胶以及蛋白质等组成。双子叶植物细胞壁大约有30 %纤维素、30 %半纤维素、35 %果胶和5 %蛋白质。植物细胞壁的结构和化学组成与动物的细胞壁存在明显区别，但是二者的大分子都排列成三维网状结构。不同类型细胞,不仅组成细胞壁的基本成分如纤维素、木质素等的分布具有差异，而且不同的糖蛋白(如阿拉伯半乳聚糖蛋白(AGPs) 、富含羟脯氨酸糖蛋白(HRGPs) 、富含甘氨酸的蛋白( GRPs) 、富含脯氨酸的蛋白(PRPs))在细胞壁不同层次上分布并非均一。果实细胞壁中果胶含量相对 1 较高,而蛋白质含量相对较低，几乎所有的果实细胞壁均有一个形态上不同的中间薄层,位于邻近细胞的初生壁之间,形成一个连续的胞间基质,又称胞间层,它富含果胶多糖,对成熟中的果实细胞壁影响最大。 2.1 纤维素 占初生壁物质的20%,30% , 它是线性β-1, 4 键连接的D-葡聚糖(Glucan) 链状分子, 此外还可能有甘露糖残基。一般地，纤维素分子以伸展的方式存在，大约有30-100个这样的链状分子“并肩”排列，形成微纤丝(microfibril)。纤维素分子以微纤丝(m icrof ib ril) 的结构形式存在于壁内，纤维素微纤丝借助于大量的链间氢键由纤维长链结合而成,大量链间和链内的氢键使其具高度的稳定性和抗化学降解能力,不易被细胞内的水解酶降解。不同组织纤维素的差异在于葡聚糖链的聚合度, 以及微纤丝内晶体化程度的不同，初生壁内纤维素多聚化程度较低, 排列也较疏散。纤维素是植物细胞壁的重要化学组份之一，不同植物的相同部位，或同一植物的不同组织或器官的细胞壁中，纤维素的含量存在差异。 2.2 半纤维素 一般认为，纤维素是细胞内的结构多糖，而半纤维素则是基质多糖。半纤维素的主要成分为木聚糖(xylan)、木葡聚糖(xyloglucan)、葡糖甘露聚糖(glucomannan)、甘露聚糖(manna)、葡糖醛酸甘露聚糖(galactomannan)、胼胝质(callose)等，但其含量因植物种属不同、组织或器官不同、细胞类型的变化等因素而在较大范围内发生变化。所有细胞壁模型都被认为是半纤维素以单分子层与纤维素微纤丝间以氢键相连。双子叶植物细胞初生壁中,主要的半纤维素是中性的木葡聚糖(XG) 和酸性的阿拉伯木聚糖 。 2.3 果胶多糖 果胶多糖是存在于高等植物初生壁和细胞间隙的一组密切相关的多糖，已经证实其主要化学成份为鼠李半乳糖醛酸聚糖(rhamnogalacturonan)、同型半乳糖醛酸聚糖(homogalacturonan)、阿拉伯聚糖(arabinan)和半乳聚糖(galactan)等。现有的研究结果表明，果胶多糖不仅是细胞壁的重要结构成分，并且参与植物水势的调节和抗御病菌侵染及昆虫危害。 2.4 木质素 一般认为木质是一类与细胞壁机械强度密切相关的特殊化合物。木质素的主要基本结构单位是笨丙烷(phenylpropane)，苯丙烷残基以多种连接方式形成多聚体。 2.5 细胞壁蛋白 早在1924年就开始了细胞壁蛋白的研究工作，经过研究者多年的努力，在此领域已取得大量研究成要。根据其生理功能，细胞壁中的蛋白质大致可以分为3类。其一是结构蛋白，为细胞壁蛋白的主要部分;其二是酶蛋白，包括数十种具有各种酶活性的蛋白质;其三是功能尚未完全确定的蛋白质，其中一些在植物的生长发育中充当重要的发育信使，主要具有参与细胞识别,促进细胞分裂增殖以及调控植物发育等重要作用。富含羟脯氨酸糖蛋白(HRGPs) 、富含甘氨酸的蛋白(GRPs) 、富含脯氨酸的蛋白( PRPs)和阿拉伯半乳聚糖蛋白(AGPs)是目前研究最为详细和深入的几种细胞壁蛋白。 阿拉伯半乳聚糖蛋白( AGPs )是一种胞外的糖蛋白,在有性生殖特别是胚胎发生过程中扮 2 演重要角色,其在植物发育调控上的重要性受到广泛关注。它在发育的不同阶段,不同的器官、组织、细胞中分别表达,从而使不同时间、空间存在的细胞甚至同一细胞的不同位置都具有异质性。 富含羟脯氨酸糖蛋白(HRGPs) 的合成及其在细胞壁中的交联程度直接影响细胞壁的强度和细胞壁的伸展，因此在调节植物细胞生长的过程中发挥很重要的作用。伸展蛋白(extensin)是HRGP家族中的一员。 富含甘氨酸的蛋白(GRPs)是发现较晚的一类细胞壁蛋白，其一级结构含有70% 的甘氨酸，二级结构有几股反平行的β折叠片，因而在维管的发育过程中赋予细胞壁张力和弹性。 扩张蛋白(expansin)是近年来从黄瓜下胚轴细胞壁分离出来的一类不含糖链的细胞壁蛋白，可以使提取的细胞壁在酸性条件下伸展,具有细胞壁松驰酶的特性,这种在酸性条件下能使热失活的细胞壁恢复伸展活性的蛋白质被命名为Expansin,中文译为扩张蛋白,又名膨胀素在细胞生长过程中,膨胀素蛋白可以解开细胞壁的多糖网络,促进细胞伸长。在生长的组织中,细胞壁若要打破约束而扩展体积,必须取决于细胞壁的生物合成与维持结构完整性及强度的壁松弛协调机制。Expansin参与了细胞增大,花粉管及根系生长等众多生长发育过程。 植物细胞壁中最重要的结构蛋白为伸展蛋白类，伸展蛋白是一类富含羟脯氨酸的糖蛋白，最早由Lamport发现并命名。此后其研究的热点集中于利用生物化学及分子生物学手段研究伸展蛋白的化学结构、控制植物伸展蛋白的基因及其表达的调控。30年来，关于伸展蛋白结构的研究已取得突破性进展，对其功能的认识也已比较深刻、全面。李雄彪等提出伸展蛋白一级结构特点具有Ser-Hyp-Hyp-X-Hyp-Hyp肽段，其中(X)为不固定个数的氨基酸残基。而有关伸展蛋白的高级结构研究的重点在于伸展蛋白的交联。有关研究资料表明伸展蛋白不仅在分子内，而且在分子间存在异二酷氨酸(isodityrosine,IDT)。大量的比较系统的研究表明，伸展蛋白主要是作为细胞壁的结构成分和在细胞的防御及抗菌抗逆性中起作用。 Lamport等提出了“经纬模型”能较好地解释伸展蛋白的作用，这一模型的要点是:(1)可溶性的伸展蛋白前体从垂直于细胞壁平面的方向(纬向)由细胞质分泌到细胞壁中;(2)在平行于细胞壁的方向(经向)，纤维素一层一层地缚着到细胞壁上并形成独立的微纤丝网;(3)横向进入即内填入细胞壁的伸展蛋白前体之间以异二酷氨酸为联键形成伸展蛋白网;(4)经向的纤维素网和纬向的伸展蛋白网相互交织;(5)结合在纤维素上的木葡聚糖和以离子键结合在伸展蛋白上的果胶像闩塞一样可以可逆地松弛或固定两网的联结。伸展蛋白的防御和抗菌抗逆功能主要表现在机械损伤、真菌感染、植物抗毒诱导处理、甚至热处理都能引起细胞壁中的伸展蛋白反应。分子生物学的研究还表明，不同植物中伸展蛋白基因各不相同，同一种植物中存在多种不同的伸展蛋白，编码伸展蛋白的基因不是一个，而是一族。控制伸展蛋白表达的基因受到遗传密码使用的倾向性、发育程序、机械损伤、乙稀、病源和植物抗毒诱导剂等的调节，只是关于其作用机理的可用的资料还不多，要阐明伸展蛋白的防御和抗病抗逆机理的本质，还必须进行更深入的研究。 植物细胞壁中的另一类蛋白质则为酶蛋白，在细胞中发现的酶蛋白已近30种，大都属 3 于水解酶类或氨化还原酶类。研究表明细胞壁酶活性受一些生理活性物质(如生长素、赤霉素、乙烯、6-BA)的影响而调节细胞的扩大生长。 3(植物细胞壁的发生和发育 植物细胞壁的形成最早可追溯到细胞分裂的末期，由末期所产生的细胞板将产生的两个子细胞隔开，这是最初的细胞壁。目前流行的看法认为细胞板的形成主要由要由微管和高尔基体的小泡组成，而且微管控制了小泡沉积的方向，使它们沉积在赤道面上，继而形成初生壁。关于细胞壁的生长机制，近百年来逐渐形成了四种不同的理论:内填生长、敷着生长、嵌合生长和多网生长学说。依照内填生长学说的观点，细胞壁的新材料是填充在扩展的细胞内已有的物质质点之间。敷着生长学说则认为细胞壁的生长是由于壁物质一层一层加上去的结壁。嵌合生长认为正在生长的初生壁上较薄的区域可以渗入细胞质，并在这些区域发生细胞质的合成。不过，现在最广泛接受的是多网生长学。按照这一学说，初生壁的增厚和表面积的增加大多是由于在最早形成的片层上交叉排列的微纤线的分离和改变了它们方向的结果。即细胞壁的生长是由最初具有较浓密而交叉、差不多成横向排列的微纤丝片层，向心地沉积，后来由于里面层不断敷着生长，一层层地被推向外面和被拉伸，逐渐趋于纵向。 4、细胞壁的功能 由于细胞壁是植物生活细胞的重要组成部分，所以它的功能几乎与植物的一切生命活动都有关联，而且有的功能主要由细胞壁各组分的理化性质所决定。目前已经发现的细胞壁功能有以下几个方面。 )增加植物的机械强度，决定和维持细胞的形态。细胞壁具有抵抗细胞内静态压力的(1 能力，细胞壁对机械形变的抗力决定细胞内的压力。因细胞壁张力改变而产生的刺激也可引发级联信号转导，最终使特异的细胞产生特异的应答(反应)。 (2)涉及植物的物质运输。植物的质外体和共质体运输两种形式均与细胞壁密切相关，尤其是质外体运输的速率很大程度上取决于细胞壁中和种组分的分子结构。 (3)抵御病菌危害及逆境影响。植物的防御体系有被动和主动之分，这两种体系均与细胞壁有关，完整的细胞壁对微生物的侵害是极其有效的物理屏障，另一方面，当受到感染和创伤时, 能积极参与防御反应, 这包括几个方面: ?细胞壁中酶水解真菌病原体细胞壁中的多糖成分, 其水解碎片中的活性成分诱导植物抗毒素合成酶基因的表达。?病原菌在入侵植物时必须水解植物细胞壁中的结构多糖, 其降解产物也有类似植物抗毒素诱导物的活性; 此外植物在受到侵染时, 细胞壁中产生抑制物能抑制病原体释放的酶。?在没有病原体入侵, 但受到创伤时, 植物自身也会产生一些水解酶, 降解细胞壁的组分, 诱导防御反应, 以及修复创口。?被侵染的细胞壁迅速进行木质化形成死细胞层，不仅有效地将被侵染细胞与健康细胞隔离开来，而且将侵染的病菌局限于尽可能小的范围内不致于加剧侵染。 (4)调控细胞的生长速度。植物细胞的生长，归根结底是由于原生质的增加，但是原生质均由一层细胞壁所界定，所以细胞壁的伸展性与细胞生长相关，这一结果已由大量植物激素对细胞生长的作用的研究结果所证实。 4 (5)细胞壁上还存在胞间连丝和胞质通道这样的共质连接，它们为来自其他细胞的具位置信息的细胞命运决定因子在细胞间转递提供了必要的通道。在过去相当长的一段时期内，胞间连丝一直被认为是一个静态的结构，而且只能允许水分子、离子、氨基酸等小于1 kDa 的物质通过。近年来，关于胞间连丝的研究取得了两个重大突破，一是自然的(非病毒感染的)胞间连丝不再被认为是一种静态的结构，而被认作是一种极其复杂的高度动态的胞间细胞 器，其形态、结构、组成、S E L 、数目、分布因组织和细胞的类型、发育阶段和环境因子的变化而变化; 二是越来越多的证据表明，一些外源的(如GFP)和内源蛋白(如转录因子)以及RNA，如mRNA、基因沉默信号都能通过胞间连丝进行细胞-细胞运动。 (6)可作为信号分子，促进植物细胞的分裂增殖，决定细胞的分化方向，参与细胞识别过程，这些信号分子主要包括几丁质酶、阿拉伯半乳聚糖蛋白、木葡聚糖内转葡糖基酶、病程相关蛋白、过氧化物酶等。 钙调素(CaM)是细胞内信使的重要多功能受体蛋白。研究表明，CaM也以盐键方式与植物细胞壁相连接，或以可溶形式存在于细胞壁周围的液相，并具有胞外位点促进植物细胞分裂增殖等作用。他们首先发现细胞外CaM可以促进百芷悬浮细胞增殖，在植物西取得了西外CaM影响细胞增殖的第一个证据。继而又发现外源CaM同样可以促进白芷原生质体活力，加速体壁再生及第一次分裂。总之，CaM对植物体细胞和性细胞的增殖和分裂均有促进作用。 植物病理学家早就观察到，当植物抵御微生物侵害时，细胞壁片段能够影响细胞的行为。研究小组在研究墨角藻的胚发育时发现，一旦酶解掉细胞壁，墨角藻就丧失了何处生假根的“记忆力”;如果除去细胞壁，再用定向光照射，具有再生壁的胚会沿新方向重新长出假根。此项试验表明了细胞壁中隐藏着引导假根生长方向的信号。 Berger进一步在高等模式植物拟南芥的根上进行了试验，拟南芥的根毛只产生于两表层细胞相接处外面的表皮细胞。他们经过一系列试验发现决定细胞发育命运的信号是由表层细胞壁发布的，因为即使将皮层细胞杀死，只留下空细胞壁，皮层细胞连接处外面的表皮细胞仍将长出根毛。这个试验结果表明，细胞壁释放着有助于决定相邻细胞及其自身细胞发育命运的信号，同时也说明皮层细胞壁的组成成分不是均匀一致的，皮层连接处附近喊有一些其他壁片段没有的，还未被“验明正身”的信号分子。 参与细胞间的识别反应，如豆科植物与其根瘤菌建立共生固氮关系时，根瘤菌与豆科植物根之间的识别与宿主细胞壁中凝集素和细胞表面的多糖相互作用有关。以及花粉和柱头的相互作用，此外还有砧木和接穗之间细胞壁的密切接触等等。 5结束语 关于细胞壁的研究，无论是在解剖学水平，还是在生物化学或分子生物学水平，都已取得了重要结果。现在细胞壁的基础结构以及化学组成已经比较清楚了，但是在细胞壁的研究领域还是有许多问需要研究。 参考文献 [1]尹增芳, 汝汶.植物细胞壁的研究进展.植物研究,1999,19(4):407~412 [2]张涛,曹孜义,牛炳韬等.细胞壁在植物胚胎发生中的作用.细胞生物学杂志,2005,27:306~312 [3]颜季琼.高等植物细胞壁的结构和功能(一)、(二).生物学通报,1999,34(1):6~10 [4]陆胜民,金勇丰,张耀洲等.果实成熟过程中细胞壁组成的变化.植物生理学通 讯,2001,37(3):246~249 [5]何玉池,汤行春,何宇清.细胞壁在细胞极性建立和胚胎发生中的作用.武汉植物学研究,2006,24(5):464~468 [6]郝建华.细胞壁与细胞的发育.生物学通报,2004,39(2):22~23 [7]李正理.植物细胞的初生壁与次生壁,植物杂志,2000,5:41~42 [8]郑春明.植物教材中对细胞壁的描述值得商榷.植物杂志，2000，5:42 5 《车辆制冷与空调》第二次作业参考答案 《车辆隔热壁》、《制冷方法与制冷剂》、《蒸汽压缩式制冷》 一(简答题 1. 什么是隔热壁的传热系数,它的意义是什么, 答:隔热壁的传热系数指车内外空气温度相差1?时，在一小时内，通过一平方米热壁表面积所传递的热量。可以概括为单位时间、单位面积、单位温差传递的热量。 它可以表示出车体隔热壁允许热量通过的能力，愈大，在同样的传热面积与车内外温差的情况下，通过的热量就愈大，隔热性能就愈差。 2. 热量是如何从隔热壁一侧的空气中传至另一侧空气的, 答:热量从隔热壁一侧的空气中传至另一侧的空气中，其传热过程可以分为: 1)表面吸热——热量从一侧的空气中传至隔热壁的一侧表面; 2)结构透热——热量从隔热壁的一侧表面传至另一侧表面; 3)表面放热——热量从隔热壁另一侧表面传至另一侧的空气中。 3. 如何改善隔热壁的性能, 答:(1)尽可能减少热桥;(2)不同材料必须完全密贴;(3)减少漏泄;(4) 选用隔热性能较好的材料。 4. 蒸汽压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成，各有何作用, 答:在蒸汽压缩制冷循环系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件。 蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。 压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。 冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。 节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。 实际制冷系统中，除上述四大件之外，常常有一些辅助设备，如电磁阀、分配器、干燥器、集热器、易熔塞、压力控制器等部件组成，它们是为了提高运行的经济性，可靠性和安全性而设置的。 5. 蒸发器内制冷剂的汽化过程是蒸发吗,蒸发与沸腾有什么区别, 答:是。蒸发是汽化的一种形式，只在液体表面发生，而沸腾是汽化的又一种形式是在液体内部和表面同时发生的。 液体蒸发在任何温度下都能进行,且只在液体表面进行。 液体沸腾是在一定温度下发生的剧烈的汽化现象。液体沸腾时要吸热，但液体温度保持不变。 6 6. 制冷剂在蒸汽压缩制冷循环中，热力状态是如何变化的, 答:制冷剂蒸汽由蒸发器的末端进入压缩机吸气口时，压力越高温度越高，压力越低温度越低。制冷剂蒸汽在压缩机中被压缩成过热蒸汽，压力由蒸发压力P升高到冷凝压力P。为绝热压缩过程。外界的能量对制冷剂做功，使得制冷0k 剂蒸汽的温度再进一步升高，压缩机排出的蒸汽温度高于冷凝温度。 过热蒸汽进入冷凝器后，在压力不变的条件下，先是散发出一部分热量，使制冷剂过热蒸汽冷却成饱和蒸汽。饱和蒸汽在等温条件下，继续放出热量而冷凝产生了饱和液体。 饱和液体制冷剂经过节流元件，由冷凝压力P降至蒸发压力P，温度由tk0k降至t。为绝热膨胀过程。 0 以液体为主的制冷剂，流入蒸发器不断汽化，全部汽化变时，又重新流回到压缩机的吸气口，再次被压缩机吸入、压缩、排出，进入下一次循环。 7. 制冷剂在通过节流元件时压力降低，温度也大幅下降，可以认为节流过程近 似为绝热过程(即与外界没有热量交换)，那么制冷剂降温时的热量传给了 谁,用于干什么, 答:这个过程中热量传给了自身，使部分制冷剂液体汽化成蒸汽。 8. 单级蒸汽压缩式制冷理论循环有哪些假设条件, 答:理论循环假定: 假设进入压缩机的为饱和蒸汽，进入节流阀的为饱和液体; ? ? 假设压缩过程是等熵过程，节流过程是等焓过程; ? 假设蒸发与冷凝过程无传热温差; ? 假设除两大换热器外，系统与外界无热交换; ? 假设制冷剂无流阻损失。 9. 什么叫液体过冷,液体过冷对循环各性能参数有何影响,、 答:过冷液体:当冷凝剂在冷凝器中被冷凝成液体后，如果液体继续向外放热，制冷剂的温度就会低于饱和温度(对应于冷凝压力的冷凝温度)，低于饱和温度的制冷剂液体称为过冷液体。 液体过冷对循环各性能参数的影响: ? 使单位制冷量增大; ? 使单位容积制冷量增大; ? 单位功保持不变; ? 使制冷系数增大。 总之，制冷剂液体的过冷有利于制冷循环，可提高制冷循环经济性。 10. 试写出制冷剂R11、R115、R32和R12、Rl2B1的化学式。 答:R11: CFCL R115: CFCL (注意区分:R1150:CH) 32524 7 R32: CHF R12: CFCl 22 22 Rl2B1:CFCLBr 2 11. 试写出CF3Cl、CH4、CHF3、C2H3F2Cl、H2O、CO2的编号。 答: CFCL:R13 3 CH R50 4: CHF:R23 3 CHFCl: R142B 232 HO:R718 2 CO:R744 2 12. 写出与下列制冷剂的符号规定式相对应的化学分子式(要求写出过程) (1)R22 (2)R134 答:(1)R22符号规定式通式为R(m-1)(n+1)x m-1=2 n+1=2 x=2 所以m=1 n=1 x=2 符号规定式通式为:CHFCI mnxy y=2m+2-n-x=2+2-1-2=1 所以R22的符号规定式为CHCIF2 (2)R134符号规定式通式为R(m-1)(n+1)x m-1=1 n+1=3 x=4 所以m=2 n=2 x=4 符号规定式通式为:CHFCImnxy y=2m+2-n-x=4+2-2-4=0 所以R134的符号规定式为CHF224 13. 单级蒸汽压缩式制冷实际循环与理论循环有何区别, 答:单级蒸汽压缩式制冷实际循环与理论循环的区别: 在实际循环中存在: (1)制冷剂在流动过程中会产生阻力压降; (2)蒸发器出口蒸汽过热 (3)冷凝器出口液体过冷; (4)压缩机压缩空气的过程不等熵。 与理论循环相比，实际循环单位实际压缩功增大，而压缩机实际输气量减小。 14. 什么叫有效过热,什么叫有害过热,有效过热对哪些制冷剂有利，对哪 些制冷剂不利, 答:有效过热:即吸入蒸汽的过热量全部来自冷藏货物间内的吸热。如果吸 8 入蒸汽的过热发生在蒸发器本身的后部，或者发生在安装于被冷却室内的吸气管道上，或者发生在二者皆有的情况下，那么因过热而吸收的热量来自被冷却空间，如吸入蒸汽的过热热全部来自冷藏货物间或客车室内的西热，因而产生了有用的制冷效果。这种过热称之为“有效”过热。 有效过热对R502 R600a R290 R134a等制冷剂有利，而对R22 和Nh3等制冷剂不利。 有害过热:吸入蒸汽的过热全部来自冷藏货物间外。由蒸发器出来的低温制冷剂蒸汽，在通过吸入管道进入压缩机前，从周围环境中(如冷藏货物间之外)吸取热量而过热，制冷剂所增加的吸热量Δq0r并没有对冷却对象产生任何制冷效应，即没有提高制冷装置的有效制冷量，习惯上称这种过热为“无效”过热。在这种吸气过热时，过热度越大，制冷系数和单位容积制冷量降低越多，冷凝器的热负荷也增加越多，故称之为有害过热。蒸发温度越低，有害过热越大。 15. 什么是回热循环,它对制冷循环有何影响, 答:回热循环就是让蒸发器出来的制冷剂蒸汽和高温制冷剂液体在热交换器中进行热交换，使液体过冷，气体过热的循环。 回热循环对制冷循环的影响: (1)可以保证制冷装置的压缩机运转安全; )可以减小节流热损失。 (2 16. 蒸汽有害过热对循环各性能参数有何影响,减小蒸汽有害过热的是 什么, 答:蒸汽过热对循环各性能参数的影响: 单位质量制冷量q0不变; 单位理论功增大; 制冷系数减小; 单位容积制冷量减小; 冷凝器的热负荷增加。 减小蒸汽有害过热的措施:吸气管路用隔热材料包扎起来。 17. 什么叫过冷度,什么叫过热度, 答:过冷度:饱和温度与过冷液体的温度之差称为过冷度。 过热度:过热蒸汽的温度与饱和蒸汽的温度之差称为过热度。 18. 蒸汽压缩制冷用制冷剂是如何分类的, 答:按化学结构分有: 无机化合物(如R717等);碳氢化合物(R600a、R290等)。?氟里昂(R22、R134a等);?多元混合溶液(非共沸溶液有R407C等，共沸溶液有R502等);按蒸发温度和冷凝压力分有:?高温低压制冷剂;?中温中压制冷剂;?低温高压制冷剂。按可然性和毒性分，分不可然、可然、易燃、低毒、高毒等组合类别。 9 19. 何为CFC类物质,为何要限制和禁用CFC类物质, 答:CFC类物质就是不含氢的氟里昂。CFC物质对大气忠的臭氧和地球高空的臭氧层有严重的破坏作用，会导致地球表面的紫外线辐射强度增加，破坏人体免疫系统。还会导致大气温度升高，加剧温室效应。因此，减少和禁用CFC类物质的使用和生产，已经成为国际社会环保的紧迫任务。 20. 冷凝温度变化和蒸发温度变化分别对蒸汽压缩式制冷系统有何影响, 答:当蒸温度一定时，随着冷凝温度的升高，则节流损失增大，制冷量减少，而轴功率增大，制冷系数降低;冷凝温度下降，则节流损失减小，制冷量增加，功耗减少，制冷系数提高。 当冷凝温度一定时，随着蒸发温度的下降，压缩机制冷量减少，而轴功率与制冷系数视情况而变。也减少。冷凝温度不变时，制冷机在不同蒸发温度下轴功率是变化的，而且与未变化前的蒸发温度有关。当t由室温逐渐下降时，制冷e 机的轴功率逐渐增大，t下降到一定值时，轴功率会达到最大值。如果蒸发温度e t继续下降，轴功率逐渐减小。 e 二. 画图及说明 ,(画出制冷系统的基本原理图及单级蒸汽压缩式制冷循环的理论循环压焓图和T-S，并说明其循环过程。 答:制冷系统的基本原理图间图1。 压缩机的可逆绝热过程是等熵过程，节流过程常可看作为等焓过程，则循环可用如下P-H和,-S图表示。图2 为单级蒸汽压缩式制冷循环的理论循环压焓图和T-S。 冷凝器 压缩机 节流阀 蒸发器 图1 10 图2 ,(画出蒸汽压缩制冷回热循环的P-H图和,,,图。 解:单级蒸汽压缩制冷回热循环的P-H图和,-S图如下图所示: 三. 计算题 ,(假定循环为单级压缩蒸汽制冷的理论循环，蒸发温度t0=,15?,冷凝温度为30?，工质为R12，试对该循环进行热力计算。 (根据R12的热力性质图表，查出有关状态参数值: h1=345.8 kJ/kg v1=0.09145 m3/kg h3=h4=228.6 kJ/kg h2=375.1 kJ/kg t2=57?) 解:该循环的压焓图如下所示: 11 1 单位质量制冷量 q=h,h=345.8-228.6=117.2 kJ/kg 0153 2 单位容积制冷量 q= q/ v=117.2/0.09145=1281.6 kJ/M V01 4 单位理论功 w=h2,h1=375.1-345.8=29.3 kJ/kg 0 5 制冷系数 ε= q/ w=117.2/29.3=4.0 00 6冷凝器单位热负荷 q=h,h=375.1-228.6=146.5 kJ/kg k23 4-1,(有一氨压缩制冷机组，制冷能力Q为4.0×10KJ?h，在下列条件工作:0 蒸发温度为-25?，进入压缩机的是干饱和蒸汽，冷凝温度为20?，冷凝过冷5?。试计算: (1)单位重量制冷剂的制冷能力; (2)每小时制冷剂循环量; (3)冷凝器中制冷剂放出热量; (4)压缩机的理论功率; (5)理论制冷系数。 5解:查表得到制冷剂氨在-25?时的P0=1.51585×10 pa，20?时的压力为Pc=0.85737 Mpa，15?时的压力为0.728785 Mpa。 首先在P—H图(或T—S图)上按照已知条件定出各状态点。 -1查得 H=1430KJ?kg 1-1 H=1680KJ?kg 2 冷凝出来的过冷液体(过冷度为5?)状态3 的决定:假设压力对液体的焓值几乎没有影响，从状态3沿着饱和液体线向下过冷5?，找到3 ，用此点的焓值近似代替3 的焓值，由于过冷度是有限的，实际上3 和3 很接近，不会造成太大的偏差。3 ?4仍为等焓膨胀过程， -1 H=H=270kJ?kg 3`4-1 制冷能力 q=H-H=1430-270=1160KJ?kg 014 4Q4，10,10G,,,34.5kg,h 制冷剂循环量 q11600 -1冷凝过程即2?3 ，放出热量Q=(H-H)G=34.5(270-1690)=-48645KJ?h 32 G(H,H)34.5(1680,1430)21N,,,2.40kW压缩机功率 36003600 12 H,H1430,270116014制冷系数 ,,,,,4.64H,H1680,143025021 ,.有人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%的蒸汽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汽体积。 解: (1) 从饱和水和饱和蒸汽表查得:蒸发器内5?水的饱和蒸汽压 55p=0.00872×10Pa，冷凝器的温度为32?水的饱和压力p=0.0468×10Pa 12(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 Q=G(H,H)=GC(T,T) 02562P56 =750×4.184×(13,5) =25104(kJ/min)=1506240kJ/h (3) 对蒸发器作质量衡算 G=G，G (1) 132 对蒸发器再作能量衡算 GH=GH，GH (2) 153126 联立方程(1)和(2)求得G，即为冷水循环所需的补充量 3 750()HH,56 G= 3HH,15 从饱和水和饱和蒸汽表查得 H(t=5?，x=0.98)=2460kJ/kg，H(t=13?的饱和水)=54.(kJ/kg) 15 因此 25104G==10.48(kg/min) B246054.6, 3(4) 从饱和水和饱和蒸汽表查得:5?时的饱和蒸汽比容υ=147.12m/kg;5?g3时饱和水的比容υ=0.001m/kg，则干度为0.98的蒸汽比容 f3 υ=υx，υ(1,x)=147.12×0.98，0.001×(1,0.98)=144.18(m/kg) gf 最后得到每分钟进入压气机的蒸汽体积为 3 V=Gυ=10.48×144.18=1511(m/min) 3 13