PAGEPAGE60第6章 蒸汽動(dòng)力循環(huán)與制冷循環(huán)一、選擇題蒸汽壓縮制冷循環(huán)過程中，制冷劑蒸發(fā)吸收的熱量一定 制冷劑冷卻和冷凝放出的熱A大于 B等于 C小于（C）從制冷原理和生產(chǎn)應(yīng)用方面說明制冷劑的選擇原則。答10倍，常用于大型制冷設(shè)備。操作壓力要合適。即冷凝壓力（高壓）不要過高，蒸發(fā)壓力（低壓）作用，對(duì)碳鋼則腐蝕不強(qiáng)；氟里昂則無腐蝕。冷凍劑不應(yīng)有易燃和易爆性。冷凍劑對(duì)環(huán)境應(yīng)該無公害。氟里昂、F12公害的氟里昂替代品已大量應(yīng)用。器某蒸汽壓縮制冷過程制冷劑在２5０K吸收熱量QL,在３００K放出熱量-QH,壓縮和膨脹過程是絕熱的，向制冷機(jī)輸入的功為WsA可逆的B不可逆的C不可能的(1). QL=2000kJ Ws=400kJ（A）

5

Q 2000 L 5 可逆

300250該制冷過程是可逆的

W 400s可逆(2). QL=1000kJ QH=－1500kJ

Q

1000(B)

可逆300250

LLW Q QLs H

215001000可逆

該制冷過程是不可逆的QHs(3). Ws=100kJ QH=－700kJQHs(C)

250

LQ W

7001006可逆 300250

W W 100s s可逆該制冷過程是不可能的卡諾制冷循環(huán)的制冷系數(shù)與 有關(guān)。A制冷劑的性質(zhì) B制冷劑的工作溫C制冷劑的循環(huán)速率 D壓縮機(jī)的功率(B)二、計(jì)算題為使冷庫保持-20℃,需將419000kJ/h的熱量排向環(huán)境，若環(huán)境溫度所消耗的最小功和排向大氣的熱量。解：

TcTTc0

27320 5.38 2720

cQWQsQW s Q

4190005.38

77838kJ/hQQW0 c

41900077838496838kJ/h901601kw熱量？解：

TRTTR

16027316090

1QHP PQR 0 netQ1 HP

Pnet

6.1916.19kW4231655’某蒸汽動(dòng)力循環(huán)操作條件如下：冷凝器出來的飽和水，由泵從0.035Mpa加壓至1.5Mpa4231655’求：(1)上述循環(huán)的最高效率。在鍋爐和冷凝器的壓力的飽和溫度之間運(yùn)行的卡諾循間運(yùn)行的卡諾循環(huán)的效率。80%求此時(shí)的循環(huán)效率。解： (1)各狀態(tài)點(diǎn)的熱力學(xué)性質(zhì)，可由附錄水蒸汽表查得H 303.46KJkg1 S6PHH 1VdPV(PP)1.0245103(1.50.035)106P

1.5kJkg11 6 P 1 22H1303.461.5kJkg1（由于液體壓力增加其焓增加很少，可以近似H1H6）H42992.7KJkg1 S46.8381kJkg1K1該循環(huán)透平機(jī)進(jìn)行絕熱可逆操作，增壓泵也進(jìn)行絕熱可逆操作時(shí)效率最高。S5S46.8381，由0.035Mpa，查得Sgkg1K1（查飽和蒸汽性質(zhì)表）Sl

0.9852kJkg1K1（查飽和水性質(zhì)表內(nèi)插）氣相含量為xS xS x)S x7.7153x)0.98526.83813 g lx0.87H xH x)H 0.872631.40.87)303.462328.77kJkg15 g lH4H5

2992.72328.77

0.247H H4

2992.7303.960.035Mpa72.691.5Mpa198.32行在此兩溫度之間，卡諾循環(huán)效率T T 高

198.3272.69

0.267卡 T 198.32273高若卡諾循環(huán)運(yùn)行在實(shí)際的二個(gè)溫度之間，其效率為T T 高

280

0.375卡 T 280273高(3)不可逆過程的焓差為0.80(H-H)，而吸收的熱仍為H H ，因此效率2 3 2 10.80(H4H5)0.800.2470.198H H4 125P-V-TPV=RT+6.4×104P25℃，30MPa脹，向膨脹后氣體的溫度上升還是下降？解；判斷節(jié)流膨脹的溫度變化，依據(jù)Joule-Thomson效應(yīng)系數(shù)由熱力學(xué)基本關(guān)系式可得到：V (T) J (P)H

T(T)PCp

PRT V RPP-V-TPVRT6.4104P→VTRV

P 6.4104，其中(T) P P J Cp

RTPVPCp

6.4104Cp

6.41040Cp可見，節(jié)流膨脹后，溫度比開始為高。T-SP-HH-S圖上表示出來。解：壓縮機(jī)的可逆絕熱過程是等熵過程，節(jié)流過程常可看作為等焓過程，則循環(huán)可用如下P-H和H-S圖表示。某蒸汽壓縮制冷循環(huán)，制冷量Q0為3×104kJ·h-1，蒸發(fā)室溫度為-15為8℃。若供給冷凝器的冷卻水量無限大時(shí)，計(jì)算制冷循環(huán)消耗的最小功為多少？如果冷凝器用室溫（25℃）空氣冷卻時(shí)，其消耗的最小功又是多少？率有如下的關(guān)聯(lián)式：Tξ T

(蒸發(fā)溫度)

Q(制冷量) 0卡 T(冷凝溫度)T2

W ()N介質(zhì)的溫度也相同。因此當(dāng)冷卻水量無限大時(shí)，冷凝溫度T2=(8+273)K，所以最少凈功WN

(1531042674.4KJh15273當(dāng)冷凝器用空氣冷卻時(shí)，冷凝溫度近似等于室溫25℃(25273)(15273)最小凈功W N

15273

31044651.2kJh由計(jì)算結(jié)果可見，冷卻溫度越低，消耗功越小。但是空氣冷卻所用設(shè)備簡單，如家用空調(diào)器，冰箱采用散熱片空氣冷卻，不過它們的能耗要比水冷卻高許多。實(shí)際蒸汽壓縮制冷裝置中的膨脹過程，為何采用節(jié)流閥而不用膨脹機(jī)？如果用膨脹機(jī)，請(qǐng)?jiān)赥—S圖上標(biāo)出哪些面積代表膨脹機(jī)回收的功？解：制冷裝置的膨脹過程，采用節(jié)流元件（如閥、孔板等）不采用膨脹機(jī)。在下面的T—S圖上，節(jié)流元件膨脹過程如3→4，是等焓過程，而膨脹機(jī)膨脹過程如3→4，是等熵過程。膨脹機(jī)回收的功量如陰影部分積分。 T2某壓縮制冷裝置，用氨作為制冷劑，氨在蒸發(fā)器 中的溫度為-25℃，冷卻器中的壓力為1.0MPa，假定氨進(jìn)入壓縮 3

機(jī)時(shí)為飽和蒸汽，而離開冷凝器時(shí)為飽和液體，每小時(shí)制冷量 Q0為1.67×105 kJ·h-1。 1（）所需的氨流率；（2）制冷系數(shù)。

4 4解：通過NH3的P-H圖可查到各狀態(tài)點(diǎn)焓值。 S61PAGEPAGE63按照題意，氨進(jìn)入壓縮機(jī)為飽和狀態(tài)1，離開冷凝器為飽和狀態(tài)氨在蒸發(fā)器中的過程即4→1 H1=1430KJ·kg-1H2=1710KJ·kg-1氨在冷凝器中的過程即2→3，H3=H4=320KJ·kg-10氨流率GQ0q0

0QH HQ1

1.67105 150.5kgh11430320制冷系數(shù)

H1H4

143032011103.96qW H Hqs 2 1

17101430 2803232411.0MPa-25℃注：求解此類題目：關(guān)鍵在于首先確定各過程狀態(tài)點(diǎn)的位置，然后在P-H圖或T—S圖上查到相應(yīng)的焓（或溫度、壓力）值，進(jìn)行計(jì)算。有一氨壓縮制冷機(jī)組，制冷能力Q0為4.0×104KJ·h-1-25205℃。試計(jì)算：單位重量制冷劑的制冷能力；每小時(shí)制冷劑循環(huán)量；冷凝器中制冷劑放出熱量；壓縮機(jī)的理論功率；理論制冷系數(shù)。解：首先在P—H圖（或T—S圖）查得H1=1430KJ·kg-1H2=1680KJ·kg-1冷凝出來的過冷液體（過冷度為5℃）狀態(tài)3的決定：假設(shè)壓力對(duì)液體的焓值幾乎沒有影響，從狀3533333→4仍為等焓膨脹過程，H3`=H4=270kJ·kg-1制冷能力q0=H1-H4=1430-270=1160KJ·kg-10制冷劑循環(huán)量GQ0q0

4104 34.5kgh111602冷凝過程即2→3，放出熱量Q=（H3-H）G=34.5(270-1690)=-48645KJ·h-12壓縮機(jī)功率N

G(H2

H1)34.5(16801430)2.40kW3600 3600制冷系數(shù)

H H1 4H H2

1430270116016801430 2501.0MPa500.1MPa后氨的溫度為多少？絕熱節(jié)流膨脹；可逆絕熱膨脹。（）絕熱節(jié)流膨脹過程是等焓過程，從P-H圖上沿著等焓線可找到終態(tài)2為0.1MPa溫度為3℃。P1MPa 11.02’ 2 0.1 -33℃ 30℃H（2）可逆絕熱膨脹過程是等熵過程，同樣沿著等熵線可找到終態(tài)2為0.1MPa時(shí)，溫度為-33℃。2500kP392300kP，385℃；凝汽器中蒸汽壓力為7kPa，Rankine循環(huán)熱效率（新汽參數(shù)按汽輪機(jī)入口蒸汽參數(shù)考慮。已知以發(fā)電機(jī)電能輸出為基準(zhǔn)的煤耗率為ba

0.71kg/(kWh)(按發(fā)熱量為29288kJ/kg的標(biāo)準(zhǔn)煤a計(jì))。求此期間發(fā)電的熱效率η。a解：（1）查過熱水蒸汽表，由T1=290℃，p1=2500kPa，得 H1=3222kJ/kg由T=385℃,p1'

=2300kPa，查得H1'

=3208kJ/kg, S1'

=7.0107kJ/(kg·K)由p2=7kPa，查飽和水和飽和蒸汽表，得2 3 HL=H=162.7kJ/kg， HV2 3 2 SL=0.5568kJ/(kg·K)， SV=8.280kJ/(kg·2 因?yàn)?'-2為可逆絕熱過程，則S=S

=7.0107kJ/(kJ·K)，設(shè)點(diǎn)2的干度為x，則有2 1'由此可得

S2=SVx＋SL(1－x)7.0107=8.280x＋0.5568(1－x)2 2 2H2=HVx＋HL(1－x)=2572×0.837＋162.7×0.163=2179(kJ/kg)2則Rankine循環(huán)熱效率為W

H H1'

3208

0.33733.7%Q HHh/kgh/kg10.71

3222162.71 1 b 0.71a

3600kJ/kg5070kJ/kg（2）由已知條件知，以發(fā)電機(jī)電能輸出為基準(zhǔn)的煤耗率 ba=0.71kg/(kW·h),則1kg煤的發(fā)電量==1

1 kWh/kg

1 3600kJ/kg5070kJ/kg1kg1kg煤的b 0.71 0.71a發(fā)熱量為29228kJ/kg，故發(fā)電的熱效率為1kg煤的發(fā)電量ηa=1kg煤的發(fā)熱量×100%=5070100%17.3%29288℃，冷凝器內(nèi)的壓力為167000kJ，求所需的氨流率；制冷系數(shù)。解：此氨制冷循環(huán)示于右圖所示T-S圖上。（1）查的T-S 圖，得H1=1648kJ/kg，H2=1958kJ/kg，H3=H4=565kJ/kg則單位質(zhì)量制冷劑的制冷量為1 q0=H－H=1648－1 所需的氨流率為0G=0q0(2)制冷系數(shù)為

167000=154.2（kg/h）108300ε=q q 1083 =3.4900W H H2 1

19581648Q0=41800kJ/h的氨壓縮機(jī)，在下列條件下工作：蒸發(fā)溫度t0=－15℃,＋25℃，過冷溫度t=＋20℃，壓縮機(jī)吸入的是干飽和蒸氣，試計(jì)算單位質(zhì)量的制冷能力；每小時(shí)制冷劑循環(huán)量；在冷凝器中制冷劑放出的熱量；壓縮機(jī)的理論功率；理論制冷系數(shù)。解：狀態(tài)點(diǎn)1為－15℃的干飽和蒸氣，由氨的溫熵查得H1=1664kJ/kg。由t1=－15點(diǎn)（沿等熵線垂直向上）與t=30p3=10×105Pa線相交，查得H2=1866kJ/kg。狀態(tài)點(diǎn)52020℃的飽和液體得H5=514.6kJ/kgH6=H5=514.6kJ/kg（1）單位質(zhì)量的制冷能力為1 q0=H－H=1664－514.6=1149.4（kJ/kg1 (2) 每小時(shí)制冷劑循環(huán)量為QG= 0q0

41800=36.37（kg/h）1149.4在冷凝器中制冷劑放出的熱量為5 Q=G（H－H）=36.77×（514.6－1866）=－49691（kJ/h5 壓縮機(jī)的理論功率為2 NT=G（H－H）=36.37×（1866－16642 =7346.74（kJ/h）=2.04kJ/s=2.04kW64理論制冷系數(shù)q q

1149.4= 0 0 =5.69W (H2

H) (18661664)1有人設(shè)計(jì)了一套裝置用來降低室溫。所用工質(zhì)為水，工質(zhì)噴入蒸發(fā)器內(nèi)部分汽化，其余變?yōu)?冷水，被送到使用地點(diǎn)，吸熱升溫后以13℃的溫度回到蒸發(fā)器，蒸發(fā)器中所形成的干度為被離心式壓氣機(jī)送往冷凝器中，在3