工程热力学（沈维道第四版）第11章 习题提示和答案

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： 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 88 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 = 。 89 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 。 90 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 91 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 = = 。 92