习题2第二章

1第二章容积型制冷压缩机的热力学基础（一）思考题：1、什么叫气缸的工作容积？什么叫余隙容积和相对余隙容积？2、为什么压缩机的实际输气量总是小于理论输气量？3、什么叫逆卡诺循环？它与正卡诺由那些区别？实现逆卡诺循环的条件是什么？4、什么叫制冷系数？什么叫热力完善度？两者意义有什么不同？5、制冷循环中有传热温差，它对制冷系数有什么影响？是蒸发器中的温差影响大，还是冷凝器中的温差影响大？为什么？6、什么叫节流损失？节流损失与哪些因素有关？试在T-s图上分析哪些制冷剂的性质影响节流损失的大小？减小节流损失由那些途径？7、什么是单位质量制冷量q0？什么是单位容积制冷量qv？在相同的工作温度下，不同的制冷剂的q0是否相等？为什么？1、什么叫气缸的工作容积？什么叫余隙容积和相对余隙容积？1）气缸工作容积：压缩机一个气缸在一转中的理论输气量，等于活塞移动一个行程所扫过的气缸容积，这个容积称为气缸工作容积，以代号Vp表示，SDVp24Vp–气缸工作容积，m3；D-气缸直径，m；S-活塞行程，m；压缩机的理论输气量是按吸气压力状态下的理论输气量计算。2）余隙容积：活塞在上止点位置时，活塞顶面和第一道活塞环以上（就立式压缩机而言）与气阀通道、阀座之间所形成的容积，用Vc表示，单位：m3。3）相对余隙容积：当压缩机的气缸工作容积一定时，余隙容积越大，则输气量减少的越多，但两台压缩机的气缸工作容积不同时，就不能直接用余隙容积的大小来衡量对输气量的影响，因此，用余隙容积与气缸工作容积的比值，来表示余隙容积占气缸工作容积的大小，称为相对余隙容积，即gcVVC现代中、小型活塞式制冷压缩机的相对余隙容积C=2-6%，即余隙容积占气缸工作容积的C=2-6%，我国系列制冷压缩机C值约为4%。2、为什么压缩机的实际输气量总是小于理论输气量？2由于压缩机的实际过程与理论过程有很大区别，实际压缩机存在着余隙容积、压缩机吸气和排气过程中存在压力损失，吸气压力低于吸气管道中的压力，压缩终了时气缸内的压力高于排气管道中的压力，气体与机器接触的零部件有热交换，压缩过程与绝热过程有偏差，排气终了时，残存于余隙容积的高压气体，先膨胀到低于吸气管道中的压力时才开始吸气，余隙内的气体膨胀终了时的温度高于吸气的温度，形成对吸入气体的额外膨胀，造成吸气量减少，以及由于吸、排气阀关闭不严，或关闭滞后、活塞环与气缸壁面间的不密封等原因造成泄漏。以上这些因素的影响，使压缩机的实际输气量总是小于理论输气量。3、什么叫逆卡诺循环？它与正卡诺由那些区别？实现逆卡诺循环的条件是什么？卡诺循环分正卡诺循环和逆卡诺循环，它们均有两个定温过程和两个绝热（等熵）过程组成，其各过程都是可逆的，都是理想循环。逆卡诺循环是理想循环，在热源温度Tk′和冷源温度T0′之间进行的制冷循环中，逆卡诺循环的制冷系数εc最大。逆卡诺循环与正卡诺循环（通常称卡诺循环）的区别是：逆卡诺循环是逆向进行的卡诺循环；逆卡诺循环是理想的制冷循环，正卡诺循环是理想的动力循环。实现逆卡诺循环的条件是：低温热源向制冷剂的传热及制冷剂向高温热源的传热都是在无温差条件下进行的；所有制冷剂的流动均无摩阻。4、什么叫制冷系数？什么叫热力完善度？两者意义有什么不同？单位耗功量∑w所能制取的冷量q0叫制冷系数，常用ε表示，即ε=q0/∑w。制冷循环热力完善度β的定义是：在相同的冷热源温度下，任一制冷循环的制冷系数ε任与逆卡诺循环的制冷系数εc之比值，即β=ε任/εc。两者意义不同之处是：制冷系数ε与循环的工作温度、制冷剂的性质等因素有关，它可评价具有相同冷热源（或相同蒸发温度和冷凝温度）制冷循环性能的好坏，但对工作温度不同的制冷循环，无法用制冷系数的大小判断循环经济性的好坏；热力完善度β表示了任一制冷循环的制冷系数ε任接近理想循环制冷系数εc的程度，它可以评价工作温度相同的制冷循环，也可以评价工作温度不同制冷循环的经济性好坏。5、制冷循环中有传热温差，它对制冷系数有什么影响？是蒸发器中的温差影响大，还是冷凝器中的温差影响大？为什么？无传热温差的制冷系数εc=To′/(Tk′-T0′)式1有传热温差的制冷系数εc′=（To′-△T0）/(Tk′+△Tk)-（To′-△T0）式2式（1），式（2）中△T0为制冷剂蒸发温度T0与蒸发器中被冷却物平均温度T0′之差，T0低于T0′；△Tk是制冷剂冷凝温度Tk与冷凝器中冷却剂平均温度Tk′之差，Tk高于Tk′。从上3面两个公式中可以看出，由于有温差的制冷系数公式与无温差的制冷系数公式相比，分子减小，分母加大，显而易见，有传热温差时制冷系数总要小于无传热温差逆卡诺循环的制冷系数，其减小的程度一般称之为温差损失。从式（2）中可以看出，蒸发器中的传热温差△T0对εc′的影响是双重影响（即对公式的分子、分母均有影响），而△Tk是单影响，故蒸发器中温差比冷凝器中的温差影响大。6、什么叫节流损失？节流损失与哪些因素有关？试在T-s图上分析哪些制冷剂的性质影响节流损失的大小？减小节流损失由那些途径？用膨胀阀代替蒸汽压缩式制冷循环膨胀机后，制冷量减少，消耗功上升，制冷系数下降，其降低的程度称为节流损失。节流损失的大小与如下因素有关：a)与（Tk-T0)有关，节流损失随其增加而增加；b）与制冷剂的物性有关；c)与冷凝压力pk有关，pk越接近制冷剂的临界压力pkr,节流损失越大。从T-s图中可见，制冷剂的饱和液线与饱和蒸气线之间距离越窄（即比潜热r越小），饱和液线越平滑（即液态制冷制的比热Cx′越大，节流损失越大。也可用r/Cx′比值表示，即制冷剂的r/Cx′小，节流损失大；r/Cx′大，节流损失小。减少节流损失的途径：a)膨胀阀前液体制冷剂过冷；b)采用回热循环（即带回热器的循环）；c)带膨胀机的制冷循环；d)带节能器的二次吸气制冷循环；e)带节能器的多极压缩制冷循环；f)采用非共沸混合制冷剂。共沸混合制冷剂在一定的压力下蒸发和冷凝时，气相和液相的组成不变，且能保持恒定的温度。它和单一制冷剂具有近似的热物理性能。7、什么是单位质量制冷量q0？什么是单位容积制冷量qv？在相同的工作温度下，不同的制冷剂的q0是否相等？为什么？1kg质量的制冷剂在蒸发温度t0下被冷却物体吸收的热量称为单位质量制冷量，q0，单位kJ/kg，计算公式为q0=h1-h4。式中：h1-蒸发器出口处的制冷剂的焓值，kJ/kg。H4-蒸发器进口处的制冷剂的焓值，kJ/kg。压缩机每吸入1m3的制冷剂气体所能产生的冷量称为单位容积制冷量qv，单位kJ/m3，计算公式为qv=q0/v1。式中：v1为压缩机吸气比容，m3/kg。在相同的工作温度下，由于各种制冷剂的热力性质不同，其物性参数也不同，造成各种制冷剂进出蒸发器的焓值h和压缩机的吸气比容v1均不同，因此不同制冷剂的q0和qv是不同的。