制冷基础知识问答

制冷基础知识问答第一章：蒸汽压缩式制冷的热力学原理1．为什么说逆卡诺循环难以实现？蒸汽压缩式制冷理想和实际循环为什么要采用干压缩、膨胀阀？答：1）：逆卡诺循环是理想的可逆制冷循环，它是由两个定温过程和两个绝热过程组成。循环时，高、低温热源恒定，制冷工质在冷凝器和蒸发器中与热源间无传热温差，制冷工质流经各个设备中不考虑任何损失，因此，逆卡诺循环是理想制冷循环，它的制冷系数是最高的，但工程上无法实现。(见笔记，关键在于运动无摩擦，传热我温差)2）：工程中，由于液体在绝热膨胀前后体积变化很小，回收的膨胀功有限，且高精度的膨胀机也很难加工。因此，在蒸汽压缩式制冷循环中，均由节流机构（如节流阀、膨胀阀、毛细管等）代替膨胀机。此外，若压缩机吸入的是湿蒸汽，在压缩过程中必产生湿压缩，而湿压缩会引起种种不良的后果，严重时产生液击，冲缸事故，甚至毁坏压缩机，在实际运行时严禁发生。因此，在蒸汽压缩式制冷循环中，进入压缩机的制冷工质应是干饱和蒸汽（或过热蒸汽），这种压缩过程为干压缩。2．对单级蒸汽压缩制冷理论循环作哪些假设？与实际循环有何区别？答：1）理论循环假定：①压缩过程是等熵过程；②节流过程是等焓过程；③冷凝器内压降为零，出口为饱和液体，传热温差为零，蒸发器内压降为零，出口为饱和蒸汽，传热温差为零；④工质在管路状态不变，压降温差为零。2）区别：①实际压缩过程是多变过程；②冷凝器出口为过冷液体；③蒸发器出口为过热蒸汽；④冷凝蒸发过程存在传热温差tk=t+Δtk,to=t-Δto。3．什么是制冷循环的热力完善度？制冷系数？C.O.P值？E.F.R？什么是热泵的供热系数？答：1）通常将工作于相同温度间的实际制冷循环的制冷系数εs与逆卡诺制冷循环的制冷系数εk之比，称为热力完善度，即：η=εs/εk。2）制冷系数是描述评价制冷循环的一个重要技术经济指标，与制冷剂的性质和制冷循环的工作条件有关。通常冷凝温度tk越高，蒸发温度to越低，制冷系数ε0越小。公式：ε0=T0/（Tk—T0）3）实际制冷系数（εs）又称为性能系数，用C.O.P表示，也可称为单位轴功率制冷量，用Ke值表示。注：εs=Q0/Ne=Q0/N0·ηs=ε0·ηs。Q0是制冷系统需要的制冷量；制冷压缩机的理论功率N0、轴功率Ne；ε0是理论制冷系数；ηs是总效率（绝热效率）。4）E.F.R是指热力完善度，既是指在工作于相同温度间的实际制冷循环的制冷系数εs与逆卡诺制冷循环的制冷系数εk之比。E.F.R=q0/wel=ε0·ηel=ε0·ηiηmηeηd式中：wel—电机输入比功；5）热泵的供热系数是描述评价热泵循环的一个重要技术经济指标。4．制冷系数.答：φ=QH/W=Th/（Th—T）=1+ε＞1同一台机的相同工况下作热泵使用与作制冷机使用的热泵系数与制冷系数关系5．为什么要采用回热循环？液体过冷，蒸汽过热对循环各性能参数有何影响？答：1）采用回热循环，使节流前的常温液体工质与蒸发器出来的低温蒸汽进行热交换，这样不仅可以增加节流前的液体过冷度提高单位质量制冷量，而且可以减少甚至消除吸气管道中的有害过热。2）液体过冷，可以使循环的单位质量制冷量增加，而循环的压缩功并未增加，故液体过冷最终使制冷循环的制冷系数提高了。蒸汽过热循环使单位压缩功增加了，冷凝器的单位热负荷也增加了，进入压缩机蒸汽的比容也增大了，因而压缩机单位时间内制冷工质的质量循环量减少了，故制冷装置的制冷能力降低，单位容积制冷量、制冷系数都将降低。除了以上的方法外，还应该结合P—H图进行分析。6．TO（蒸发温度）TK（冷凝温度）的变化对循环各性能参数有何影响？答：1）假定冷凝温度不变，当蒸发温度下降时：①单位质量制冷量qo基本上没有什么变化；②压缩机吸气比容增大了，因而单位容积制冷量qv及制冷量Qo都在减小；③单位压缩功Wo增大了。因此，当冷凝温度不变，随着蒸发温度的降低，制冷循环的制冷量Qo，制冷系数εo均明显下降，当压缩比pk/p0约等于3时，功率消耗最大。2）假定蒸发温度不变，当冷凝温度升高时：①循环的单位质量制冷量qo减少了；②虽然进入压缩机的蒸汽比容v1没有变化，但由于qo减小，故单位容积制冷量qv也减少了；③单位压缩功Wo增大了。因此，当蒸发温度不变，随着冷凝温度升高，制冷机的制冷量QO减少了，功率消耗增加，制冷系数下降。注：本题还应结合P—H图进行分析7．什么是制冷压缩机的标准工况？空调工况？最大轴功率工况？最大压差工况？答：标准工况和空调工况分别是用来标明低温和高温用压缩机的名义制冷能力和轴功率，最大轴功率工况是用来考核压缩机的噪声、振动及机器能否正常启动；最大压差工况用来考核制冷机的零件强度、排气温度、油温和电机绕组温度8．为什么要采用双级压缩制冷？该循环的特点？答：采用双级压缩制冷既可以获得较低的蒸发温度，又可使压缩机在的压缩比控制在合理范围内，保证压缩机安全可靠地运行。双级压缩式制冷循环的主要特点是将来自蒸发器的低压（低温）蒸汽先用低压级压缩机压缩到适当的中间压力p01然后再进入高压级压缩机再次压缩到冷凝压力9．一次节流，中间完全冷却/中间不完全冷却的两级压缩制冷循环宜采用何种工质？其P-H图，T-S图是怎么样的？其制冷系数是多少？答：中间完全冷却的压缩制冷循环一般是使用氨为工质；而中间不完全冷却的制冷循环则是使用R12、R22作为工质。其P-H图，T-S图如下10．如何确定两级压缩的中间压力？答：在工程中，一般都是按压力比例中项去确定中间压力p01=（po·pk）1/2实际工作中常常需要选配两台（或两台以上的）压缩机来组成两级压缩制冷循环。对于由两台既定的压缩机（高压级压缩机理论输气量为Vhg，低压级压缩机理论输气量为Vhd）组成的两级压缩制冷循环的中间压力，则应按高低压容积比ζ=Vhg/Vhd为定值的条件确定。第二章：制冷剂、载冷剂和润滑油1.对制冷剂、载冷剂有什么要求？答：对于制冷剂：一、在热力学方面的要求：1.蒸发压力和冷凝压力要适中；2.单位容积制冷量qv要大；3.临界温度要高而凝固温度要低；4.绝热指数要小。二、在物理与化学方面的要求：1.制冷剂的粘度和密度应尽可能小；2.导热系数和放热系数要高；3.具有一定的吸水性；4.具有化学稳定性；5.溶解于油的性质应从正反两方面分析。三、其它方面的要求：1.制冷剂对人的生命和健康应无危害，不具有毒性、窒息性和刺激性；2.制冷剂应易于制取且价格便宜。对于载冷剂的要求：1.在工作温度范围内始终处于液体状态；2.载冷剂循环运行中能耗要低；3.载冷剂的工作要安全可靠；4.价格低廉，便于获得。2.常用的制冷剂、载冷剂有哪些？各自有什么特性？答：常用的制冷剂有：一、无机化合物：如①氨（R717）：氨有良好的热力性能，其标准蒸发温度—33.3℃氨具有强烈刺激作用，并且具有比较大的毒性，对人体有一定的危害，氨可以燃烧和爆炸，但是氨的单位容积制冷量较大，蒸发压力和冷凝压力适中，氨还对钢铁不腐蚀，但含水时会对铜及铜合金（磷青铜除外）有腐蚀作用，因此，一般使用中含水量＜0.2%，采用无逢钢管，氨还价廉易得；②水（R718）：水作为制冷剂最大的优点是无毒、无臭、不燃不爆、汽化潜热大而且极易获得，但水的蒸汽比容很大，因此它的单位容积制冷量很小，水作为制冷剂只能制取0℃以上的冷冻水；二、甲烷和乙烷的卤素衍生物，这些物质无毒、难燃，绝热系数小，故排气温度低，分子量大，但其价格昂贵，泄漏不易被发现，比重大，工质循环量大，故流动阻力损失大，耗功增加，对天然橡胶有腐蚀作用。氟里昂遇到明火或高温会分解出有毒有害气体，因此在氟里昂车间禁止明火和高温。如①氟里昂12（R12）：R12是早期中小型空调和冰箱中使用较普遍的制冷剂，R12在大气压下的沸点为—29.8℃，凝固点为—158℃。R12易溶于润滑油，为确保压缩机的润滑油应使用粘度较高的冷冻机油。R12中水的溶解度很小，且无色、无臭、对人体危害极小，其分子中不含氢原子，因而也不燃不爆，但其在大气中的寿命长，对臭氧层有破坏作用。属于中温制冷剂。②氟里昂22（R22）：R22的热力学性能与氨很相近，其沸点是—40.8℃，凝固点是—160℃，但是R22不燃不爆，在大气中的寿命约20年。R22对绝缘材料的腐蚀性较R12为大，毒性也比R12稍大。R22的化学性能不如R12稳定，分子极性也比R12大，故对有机物的膨润作用强。③氟里昂11（R11）R11在大气压力下蒸发温度为23.7℃，凝固点—111℃。由于分子量大，冷凝压力很低，所以主要用于空调用离心式制冷压缩机中。因为它含有三个氯原子，毒性较R12大。R11的其它理化性质与R22相近。R11是全卤化甲烷衍生物，在大气中寿命约47~80年。属于高温制冷剂。④氟里昂114（R114）：R114在大气压力下蒸发温度为3.55℃。冷凝压力很低，冷凝温度达60℃时其饱和压力只有0.596MPa。所以适用于高温环境中，如冶金厂的吊车用空调机组。它的毒性及水在其中的溶解度与R12相近，与润滑油的溶解度和R22相似。R114是全卤化乙烷衍生物，在大气中的寿命长达210~320年。⑥氟里昂134a（R134a）C2H2F4（四氯乙烷）：R134a的分子量102.3，在大气压力下的沸点是—26.25℃，凝固点—101℃，临界温度101.5℃，临界压力4.06MPa。R134a的热力性质与R12非常接近，对绝缘材料的腐蚀程度比R12还稳定，毒性级别与R12相同。但R134a难溶于油，因此采用R134a的制冷系统还需配用新型的润滑油。目前R134a已取代R12作为汽车空调中的制冷剂。R134a在大气中的寿命约8~11年。⑦氟里昂123（R123）CHCl2CF3（三氟二氯乙烷）：R123的分子量152.93，大气下压力沸点为27.61℃，凝固点—107℃，临界温度183.79℃，临界压力3.676MPa。R123的热力性质与R11很相似，但对金属的腐蚀性比R11大，毒性级别与尚待确定。R123在大气中的寿命约1~4年。⑧R13CF3ClR14CF4：着两种物质都属于低温制冷剂，它们的沸点分别是—81.5℃和—128℃，性能稳定，微溶于水，不溶于油。三、混合制冷剂：如①氟里昂502（R502）：R502是由质量百分比为48.8%的R22和51.2%的R115组成，属共沸制冷剂。与R22相比，压力稍高，在较低温度下制冷能力约大13%。在相同的蒸发温度和冷凝温度条件下压缩比较小，压缩后的排气温度较低。采用单级蒸汽压缩式制冷时，蒸发温度可低达—55℃。常用的载冷剂：1.水：水可用作工作温度高于0℃的载冷剂。水的比热大，对流传热性能好，价格低廉。2.盐水，一般由氯化钙(CaCl2)或氯化钠(NaCl)配制而成的水溶液：其可用于工作温度低于0℃的载冷剂，盐水浓度越大，其密度也越大，流动阻力也增大；同时，浓度增大，其比热减小，输送一定冷量所需盐水溶液的流量将增加，造成泵消耗的功率增大。因此，配制盐水溶液时，只要使其浓度所对应的凝固温度不低于系统可能出现的最低温度即可，一般使凝固温度比制冷剂的蒸发温度低5~8℃。盐水溶液对金属还具有腐蚀性，尤其是略带酸性并与空气相接触的盐水溶液，其腐蚀性更强。为了降低盐水对金属的腐蚀作用，可在盐水溶液中加入一定量的防腐剂；3.有机载冷剂，主要有乙二醇、丙二醇的水溶液。它们都是无色、无味、非电解性溶液。冰点都在0℃以下，对金属管道、容器无腐蚀作用。丙二醇是无毒的，可以与食品直接接触而不致污染。乙二醇略带毒性，但无危害，价格和粘度较丙二醇低。3.什么叫CFC？对臭氧层有何作用？答：把不含氢的氟利昂写成CFC，读作氯氟烃。由于CFC化学性质稳定，在大气中的寿命可长达几十年甚至上百年，当CFC类物质在大气中扩散、上升到臭氧层时，在强烈的紫外线照射下才发生分解。分解时释放出的氯离子对O3有亲和作用，可与O3分子作用生成氧化氯分子和氧分子。氧化氯又能和大气中游离的氧原子作用，重新生成氯离子和氧分子，这样循环反应产生的氯离子就不断地破坏臭氧层。据测算，一个CFC分子分解生成的氯离子可以破坏近10万个臭氧