實(shí)驗(yàn)一 　二氧化碳P-V-T關(guān)系測(cè)定及臨界狀態(tài)觀測(cè)實(shí)驗(yàn) Experiment of CO2 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、解CO2臨界狀態(tài)的觀測(cè)方法，增加對(duì)臨界狀態(tài)概念的感性認(rèn)識(shí)； 2、加深對(duì)課堂所講的有關(guān)工質(zhì)的熱力狀態(tài)、凝結(jié)、汽化、飽和狀態(tài)等基本概念的理解； 3、掌握CO2的p-v-T關(guān)系測(cè)定方法，學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)際氣體狀態(tài)變化規(guī)律方法及技巧； 4、學(xué)會(huì)活塞式壓力計(jì)、恒溫器等部分熱工儀器的正確使用方法。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括以下三個(gè)部分： 1、測(cè)定CO2的p-v-T關(guān)系，在p-v圖上畫出低于臨界溫度（℃）、臨界溫度（℃）及高于臨界溫度（℃）的三條等溫線，并與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)曲線及理論計(jì)算值相比較，分析產(chǎn)生差異的原因； 2、測(cè)定CO2在低于臨界溫度時(shí)（20℃、25℃及27℃）飽和溫度與飽和壓力的關(guān)系； 3、觀測(cè)臨界現(xiàn)象 1）臨界狀態(tài)附近氣液兩相分界模糊的現(xiàn)象； 2）氣液整體相變現(xiàn)象； 3）測(cè)定CO2的、、等臨界參數(shù)，并將實(shí)驗(yàn)所得的值與由理想氣體狀態(tài)方程及范德瓦爾方程所得的理論值相比較，簡(jiǎn)述產(chǎn)生差異的原因。 三、實(shí)驗(yàn)原理 簡(jiǎn)單可壓系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，其狀態(tài)參數(shù)壓力p、比容v、溫度T之間存在著確定的關(guān)系，即狀態(tài)方程為 （1） 或 （2） 當(dāng)保持T不變時(shí)測(cè)定比容與壓力的對(duì)應(yīng)數(shù)值，可獲得到等溫線數(shù)據(jù)，從而可作出P-V圖。 在低于臨界溫度時(shí)，實(shí)際氣體的等溫線有氣液相變的直線段，而理想氣體的等溫線是正雙曲線，任何時(shí)候也不會(huì)出現(xiàn)直線段。只有在臨界溫度以上，實(shí)際氣體的等溫線才逐漸接近理想氣體的等溫線。所以理想氣體的理論不能解釋實(shí)際氣體的氣液兩相轉(zhuǎn)變及臨界狀態(tài)。 CO2的臨界壓力為，臨界溫度為℃。在低于臨界溫度時(shí)，等溫線出現(xiàn)氣液相變的直線段，如圖1所示?！媸乔『媚軌嚎s得到液體CO2的最高溫度。在臨界點(diǎn)附近出現(xiàn)氣液分界模糊的現(xiàn)象。在臨界點(diǎn)溫度以上的等溫線具有斜率轉(zhuǎn)折點(diǎn)，直到48.1℃才成為均勻的曲線（圖中未標(biāo)出）。 1973年范德瓦爾首先對(duì)理想氣體狀態(tài)方程式提出了修正，他考慮了氣體分子體積和分子之間的相互作用力的影響，提出如下和修正方程： （3） 或?qū)懽? （4） 范德瓦爾方程雖然也還不夠完善，但它反映了物質(zhì)氣液兩相的性質(zhì)及兩相轉(zhuǎn)變的連續(xù)性。 本實(shí)驗(yàn)就是根據(jù)方程（2），采用定溫實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)定CO2的p-v之間關(guān)系，從而得出CO2的p-v-T關(guān)系，并觀測(cè)其臨界現(xiàn)象。 四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及數(shù)據(jù)測(cè)量 1、整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由試驗(yàn)本體、活塞式壓力計(jì)、及恒溫器三大部分組成，如圖2。 實(shí)驗(yàn)設(shè)備相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1（注：有些設(shè)備參數(shù)可能與表中有不同，請(qǐng)學(xué)生自行記錄）。 表1設(shè)備規(guī)格 儀器 型號(hào) 量程 精度 壓力表校檢器 CJ-50 1～60MPa 標(biāo)準(zhǔn)壓力表 59-08434 0～100Kgf/m2 1/6Kgf/m2 2、試驗(yàn)臺(tái)本體如圖3所示。 3、實(shí)驗(yàn)中由壓力臺(tái)送來(lái)的壓力油進(jìn)入高壓容器和玻璃杯上半部，迫使杯中水銀進(jìn)入預(yù)先裝有CO2氣體的承壓玻璃管。CO2被壓縮，其壓力和容積通過(guò)壓力臺(tái)上活塞桿的進(jìn)退來(lái)調(diào)節(jié)，溫度則由恒溫器供給的水套里的水溫來(lái)調(diào)節(jié)； 4、實(shí)驗(yàn)工質(zhì)CO2的壓力由裝在壓力臺(tái)上的壓力表讀出（若要提高精度考慮水銀柱高度的修正）。 5、工質(zhì)溫度則由插在恒溫水套中的溫度計(jì)讀取。 6、工質(zhì)比容首先由承壓玻璃管內(nèi)CO2的高度來(lái)度量，而后根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)徑均勻、截面積不變等條件換算獲得，這種方法稱為質(zhì)面比法。 下面介紹測(cè)定承壓玻璃管內(nèi)CO2比容的質(zhì)面比法： 由于充入承壓玻璃管內(nèi)的CO2質(zhì)量不便于測(cè)定，而玻璃管內(nèi)徑或截面積也不易準(zhǔn)確測(cè)量，因而實(shí)驗(yàn)中采用間接方法來(lái)確定比容：認(rèn)為CO2比容與其在承壓玻璃管內(nèi)的高度之間存在線性關(guān)系，具體作法示例如下： 已知CO2液體在某一狀態(tài)下的比容值（可由表2獲得）。 例如：T=20℃、p=100atm時(shí)，v=0.00117m3/kg； 1.高壓容器 2.玻璃杯 3.壓力油 4.水銀 5.密封填料 6.填料壓蓋 7.恒溫水管 8.承壓玻璃管 9.CO2空間 10.溫度計(jì) 圖3二氧化碳p-v-T關(guān)系實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體結(jié)構(gòu)圖 表2二氧化碳液體比容的部分?jǐn)?shù)據(jù)（單位：m3/kg） 壓力（atm） 溫度（℃） 0 10 20 30 40 0.001069 —— —— —— 50 0.001059 0.001147 —— —— 60 0.001050 0.001129 0.001276 —— 80 0.001035 0.001101 0.001212 0.001407 100 0.001022 0.001086 0.001170 0.001290 測(cè)定該實(shí)驗(yàn)臺(tái)CO2在上述狀態(tài)下的液柱高度，記為（m）； 由比容的定義及（1），有 ∵ T=20℃、p=100atm時(shí), （ m3/kg） ∴ （kg/ m2） 則任意溫度、任意壓力下，CO2的比容為 （m3/kg） 式中為任意溫度壓力下二氧化碳液柱的高度, -任意溫度壓力下水銀柱的高度； -承壓玻璃管內(nèi)徑頂端刻度。 五、具體實(shí)驗(yàn)步驟 1、按照實(shí)驗(yàn)原理圖裝好實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)本體上的日光燈； 2、將蒸餾水注入恒溫器內(nèi)，注到水面離頂蓋2～3㎝為止。檢查并接通電路，開(kāi)動(dòng)電動(dòng)泵，使水循環(huán)流動(dòng)； 3、使用恒溫器調(diào)節(jié)溫度； 1）轉(zhuǎn)動(dòng)電接點(diǎn)溫度計(jì)頂端的帽形磁鐵，調(diào)節(jié)凸輪示標(biāo)，使其上端面與所要調(diào)定的溫度要一致。調(diào)好后要將帽形磁鐵用橫向鏍釘鎖緊，以防轉(zhuǎn)動(dòng)； 2）視水溫情況開(kāi)關(guān)加熱器，當(dāng)水溫未達(dá)到所要調(diào)定的溫度時(shí)，恒溫器指示燈亮；當(dāng)指示燈滅時(shí)表明水溫已達(dá)到所需設(shè)定的恒溫； 3）觀察玻璃水套上的兩個(gè)溫度計(jì)，若二者讀數(shù)相同，且恒溫器的溫度計(jì)與電接點(diǎn)溫度計(jì)標(biāo)定的溫度一致（或基本一致）時(shí)，則可認(rèn)為承壓玻璃管內(nèi)CO2的溫度處于所標(biāo)定的溫度。 4）當(dāng)需要改變?cè)囼?yàn)溫度時(shí)，重復(fù)1）～3）即可。 4、加壓前的準(zhǔn)備 1) 由于壓力臺(tái)的油缸容量比主容器的容量小，需要多次從油杯里抽油，再向主容器充油，才能在壓力表上顯示壓力讀數(shù)。壓力臺(tái)抽油、充油的操作過(guò)程非常重要，若操作失誤，則不僅加不上壓力，還會(huì)損壞試驗(yàn)設(shè)備，所以務(wù)必嚴(yán)格按照操作步驟進(jìn)行： 2）關(guān)閉壓力表及進(jìn)入本體油路的兩個(gè)閥門，開(kāi)啟壓力臺(tái)的油杯進(jìn)油閥； 3）搖退壓力臺(tái)上的活塞螺桿，直至螺桿全部退出，這時(shí)壓力臺(tái)油缸中就充滿了油； 4）先關(guān)閉油杯閥門，然后開(kāi)啟壓力表，搖進(jìn)螺桿，使壓力表中的讀數(shù)與二氧化碳空間中的壓力相近后，再開(kāi)啟進(jìn)入本體油路的閥門； 5）搖進(jìn)活塞螺桿，給本體充油，如此交替直到壓力表有壓力讀數(shù)為止。 6）再次檢查油杯閥門是否關(guān)好，壓力表及本體油路閥門是否開(kāi)啟，若均已穩(wěn)定即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 7）由于壓力較低時(shí)，實(shí)驗(yàn)本體中的水銀柱液面還位于下面，無(wú)法讀數(shù)，因此需要預(yù)先施加一定的壓力，使得水銀柱到達(dá)可讀數(shù)的區(qū)域，一般壓力大約在35～40atm時(shí)即可讀取水銀液面的高度。 5、實(shí)驗(yàn)中原始數(shù)據(jù)的記錄 1) 設(shè)備數(shù)據(jù)的記錄（儀器的名稱、型號(hào)、規(guī)格、量程、精度）； 2) 常規(guī)數(shù)據(jù)的記錄（室溫、大氣壓、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等）； 3) 實(shí)驗(yàn)相關(guān)的其它初始數(shù)據(jù)的記錄； 6、需測(cè)定的數(shù)據(jù) （詳見(jiàn)八） 1) 測(cè)定低于臨界溫度時(shí)的定溫線（℃），并記錄下該溫度下的飽和點(diǎn)數(shù)據(jù)； 2) 測(cè)定℃、℃時(shí)飽和點(diǎn)數(shù)據(jù)； 3) 測(cè)定臨界溫度t=31.1℃時(shí)的等溫線及臨界參數(shù)，并觀察臨界現(xiàn)象； 4) 測(cè)定高于臨界溫度時(shí)的等溫線（=50℃） 7、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)： 1) 做各條定溫線時(shí)，實(shí)驗(yàn)壓力p≤100atm，實(shí)驗(yàn)溫度t≤50℃； 2) 一般情況下壓力間隔可取為2~5atm，但在接近飽和狀態(tài)及臨界狀態(tài)時(shí)，壓力間隔應(yīng)取得較小些，可取為0.5atm。在實(shí)際操作過(guò)程中，可參照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)曲線來(lái)具體確定。（在汽液共存區(qū)，由于壓力變化很小，這時(shí)可按水銀柱位置的變化來(lái)適當(dāng)取數(shù)據(jù)間隔。） 3) 實(shí)驗(yàn)中讀取水銀柱液面高度h時(shí)要注意，應(yīng)使視線與水銀柱半圓形的液面中間平齊。 4) 實(shí)驗(yàn)中要特別注意：加壓與降壓過(guò)程一定要緩慢進(jìn)行，并請(qǐng)思考這是為什么？特別是降壓過(guò)程必須嚴(yán)格操作規(guī)程，按照與加壓相反的順序，逐漸將壓力降下去，操作中嚴(yán)格禁止違反操作規(guī)程。 六、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)要求：詳細(xì)閱讀本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，達(dá)到 1）熟悉本實(shí)驗(yàn)?zāi)康募盎驹恚宄裁词琴|(zhì)面比方法 2）清楚實(shí)驗(yàn)的基本操作步驟 3）清楚本實(shí)驗(yàn)要測(cè)定哪些參數(shù) 七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量及現(xiàn)象觀測(cè) （一）測(cè)定低于臨界溫度時(shí)的定溫線（℃） 1、使用恒溫器調(diào)定溫度，并保持恒溫 2、壓力記錄從40atm開(kāi)始，當(dāng)玻璃管內(nèi)水銀柱升起來(lái)后，應(yīng)足夠緩慢地?fù)u進(jìn)活塞螺桿，以保證定溫條件，否則來(lái)不及平衡，讀數(shù)不準(zhǔn)； 3、按照適當(dāng)?shù)膲毫﹂g隔取值，直到P=100atm；（注：在汽液共存區(qū)，由于壓力變化很小，這時(shí)可按水銀柱位置的變化來(lái)適當(dāng)取數(shù)據(jù)間隔。） 4、由于在℃時(shí)需要測(cè)定質(zhì)面比，參照表2中二氧化碳液體比容的數(shù)據(jù)，測(cè)定相應(yīng)壓力下的所需要數(shù)據(jù)。 5、注意加壓后CO2的變化，特別注意飽和溫度與飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，液化、汽化等現(xiàn)象。要將所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象一并填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告中； （二）測(cè)定℃及℃時(shí)飽和溫度與飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系； （三）測(cè)定臨界等溫線及臨界參數(shù)，并觀察臨界現(xiàn)象（31.1℃） 1、依照上述（一）中所述方法測(cè)定臨界等溫線，并在該曲線拐點(diǎn)處找出臨界壓力及臨界比容，并將數(shù)據(jù)填入數(shù)據(jù)表中； 2、臨界現(xiàn)象觀測(cè)： 1）整體相變現(xiàn)象： 在臨界溫度以下時(shí)的等溫線測(cè)定實(shí)驗(yàn)中我們可以看到，相變表現(xiàn)為一個(gè)逐漸積累的漸變過(guò)程，需要一定的時(shí)間。然而在臨界點(diǎn)時(shí)，由于汽化潛熱等于0，飽和汽線與飽和液線合于一點(diǎn)，所以此時(shí)汽液的相互轉(zhuǎn)變是個(gè)突變過(guò)程，當(dāng)壓力稍有變化時(shí)，汽、液以突變的形式相互轉(zhuǎn)化。 2）汽液兩相模糊現(xiàn)象 處于臨界點(diǎn)時(shí)CO2具有共同參數(shù)（p，v，t），因而此時(shí)CO2氣、液兩相的差別消失。下面就用實(shí)驗(yàn)來(lái)證明這個(gè)結(jié)論。因?yàn)榇藭r(shí)處于臨界溫度，如果按等溫過(guò)程使CO2壓縮或膨脹，那么管內(nèi)什么現(xiàn)象也看不到的。現(xiàn)在我們按絕熱過(guò)程來(lái)進(jìn)行。首先在壓力等于76atm附近，突然降壓，CO2狀態(tài)點(diǎn)由等溫線沿絕熱線降到液相區(qū)，管內(nèi)CO2出現(xiàn)了明顯的液面。這就說(shuō)明，如果這時(shí)管內(nèi)的CO2是氣體的話，那么這種氣體離液相區(qū)很接近，可以說(shuō)是接近液態(tài)的氣體；當(dāng)我們?cè)谂蛎浿?，突然壓縮CO2時(shí)，這個(gè)液面又立即消失了，這就告訴我們CO2液體離氣相區(qū)也是非常近的，可以說(shuō)是接近氣態(tài)的液體。既然此時(shí)的CO2即接近氣態(tài)又接近液態(tài)，所以只能處于臨界點(diǎn)附近。即在臨界點(diǎn)附近出現(xiàn)飽和汽、液兩相分界不清的現(xiàn)象。這就是臨界點(diǎn)附近飽和汽液模糊不清的現(xiàn)象。 （四）測(cè)定高于臨界溫度的等溫線（℃），將數(shù)據(jù)填入報(bào)告中。 八、數(shù)據(jù)處理及思考題 （一）數(shù)據(jù)處理及分析 1、仿照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)曲線（圖1），在p-v圖中繪出所測(cè)得和三條等溫線；并在圖中標(biāo)出所測(cè)得的幾個(gè)飽和點(diǎn)； 2、將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的等溫線與圖1所示的標(biāo)準(zhǔn)等溫線相比較，分析二者間的差異及產(chǎn)生差異的原因； 3、在p-T圖中繪出飽和溫度與飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 4、將實(shí)驗(yàn)測(cè)定的臨界比容與按理想氣體狀態(tài)方程及范德瓦爾方程所得理論值進(jìn)行比較，并分析差異的原因； （二）思考題 1、實(shí)驗(yàn)中為什么要保持加壓和降壓過(guò)程緩慢進(jìn)行？ 2、若要精確測(cè)出CO2的絕對(duì)壓力，還應(yīng)考慮裝置中水銀柱和油柱的高度，試寫出考慮這兩個(gè)因素后，CO2絕對(duì)壓力的計(jì)算公式，并請(qǐng)簡(jiǎn)要繪出示意圖。 九、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容及格式 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 3、實(shí)驗(yàn)裝置 4、實(shí)驗(yàn)原理（測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖） 5、實(shí)驗(yàn)步驟 6、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（包括實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、處理圖形、主要關(guān)系式和有關(guān)程序） 7、思考題解析 《車輛制冷與空調(diào)》第二次作業(yè)參考答案 《車輛隔熱壁》、《制冷方法與制冷劑》、《蒸汽壓縮式制冷》 一．簡(jiǎn)答題 1. 什么是隔熱壁的傳熱系數(shù)？它的意義是什么？ 答：隔熱壁的傳熱系數(shù)指車內(nèi)外空氣溫度相差1℃時(shí)，在一小時(shí)內(nèi)，通過(guò)一平方米熱壁表面積所傳遞的熱量?？梢愿爬閱挝粫r(shí)間、單位面積、單位溫差傳遞的熱量。 它可以表示出車體隔熱壁允許熱量通過(guò)的能力，愈大，在同樣的傳熱面積與車內(nèi)外溫差的情況下，通過(guò)的熱量就愈大，隔熱性能就愈差。 2. 熱量是如何從隔熱壁一側(cè)的空氣中傳至另一側(cè)空氣的？ 答：熱量從隔熱壁一側(cè)的空氣中傳至另一側(cè)的空氣中，其傳熱過(guò)程可以分為： 1）表面吸熱——熱量從一側(cè)的空氣中傳至隔熱壁的一側(cè)表面； 2）結(jié)構(gòu)透熱——熱量從隔熱壁的一側(cè)表面?zhèn)髦亮硪粋?cè)表面； 3）表面放熱——熱量從隔熱壁另一側(cè)表面?zhèn)髦亮硪粋?cè)的空氣中。 3. 如何改善隔熱壁的性能？ 答：（1）盡可能減少熱橋；（2）不同材料必須完全密貼；（3）減少漏泄；（4）選用隔熱性能較好的材料。 4. 蒸汽壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)主要由哪些部件組成，各有何作用？ 答：在蒸汽壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)中，蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)和節(jié)流閥是制冷系統(tǒng)中必不可少的四大件。 蒸發(fā)器是輸送冷量的設(shè)備。制冷劑在其中吸收被冷卻物體的熱量實(shí)現(xiàn)制冷。 壓縮機(jī)是心臟，起著吸入、壓縮、輸送制冷劑蒸汽的作用。 冷凝器是放出熱量的設(shè)備，將蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機(jī)功所轉(zhuǎn)化的熱量一起傳遞給冷卻介質(zhì)帶走。 節(jié)流閥對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用、同時(shí)控制和調(diào)節(jié)流入蒸發(fā)器中制冷劑液體的數(shù)量，并將系統(tǒng)分為高壓側(cè)和低壓側(cè)兩大部分。 實(shí)際制冷系統(tǒng)中，除上述四大件之外，常常有一些輔助設(shè)備，如電磁閥、分配器、干燥器、集熱器、易熔塞、壓力控制器等部件組成，它們是為了提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，可靠性和安全性而設(shè)置的。 5. 蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的汽化過(guò)程是蒸發(fā)嗎？蒸發(fā)與沸騰有什么區(qū)別？ 答：是。蒸發(fā)是汽化的一種形式，只在液體表面發(fā)生，而沸騰是汽化的又一種形式是在液體內(nèi)部和表面同時(shí)發(fā)生的。 液體蒸發(fā)在任何溫度下都能進(jìn)行,且只在液體表面進(jìn)行。 液體沸騰是在一定溫度下發(fā)生的劇烈的汽化現(xiàn)象。液體沸騰時(shí)要吸熱，但液體溫度保持不變。 6. 制冷劑在蒸汽壓縮制冷循環(huán)中，熱力狀態(tài)是如何變化的？ 答：制冷劑蒸汽由蒸發(fā)器的末端進(jìn)入壓縮機(jī)吸氣口時(shí)，壓力越高溫度越高，壓力越低溫度越低。制冷劑蒸汽在壓縮機(jī)中被壓縮成過(guò)熱蒸汽，壓力由蒸發(fā)壓力P0升高到冷凝壓力Pk。為絕熱壓縮過(guò)程。外界的能量對(duì)制冷劑做功，使得制冷劑蒸汽的溫度再進(jìn)一步升高，壓縮機(jī)排出的蒸汽溫度高于冷凝溫度。 過(guò)熱蒸汽進(jìn)入冷凝器后，在壓力不變的條件下，先是散發(fā)出一部分熱量，使制冷劑過(guò)熱蒸汽冷卻成飽和蒸汽。飽和蒸汽在等溫條件下，繼續(xù)放出熱量而冷凝產(chǎn)生了飽和液體。 飽和液體制冷劑經(jīng)過(guò)節(jié)流元件，由冷凝壓力Pk降至蒸發(fā)壓力P0，溫度由tk降至t0。為絕熱膨脹過(guò)程。 以液體為主的制冷劑，流入蒸發(fā)器不斷汽化，全部汽化變時(shí)，又重新流回到壓縮機(jī)的吸氣口，再次被壓縮機(jī)吸入、壓縮、排出，進(jìn)入下一次循環(huán)。 7. 制冷劑在通過(guò)節(jié)流元件時(shí)壓力降低，溫度也大幅下降，可以認(rèn)為節(jié)流過(guò)程近似為絕熱過(guò)程（即與外界沒(méi)有熱量交換），那么制冷劑降溫時(shí)的熱量傳給了誰(shuí)？用于干什么？ 答：這個(gè)過(guò)程中熱量傳給了自身，使部分制冷劑液體汽化成蒸汽。 8. 單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)有哪些假設(shè)條件？ 答：理論循環(huán)假定： ① 假設(shè)進(jìn)入壓縮機(jī)的為飽和蒸汽，進(jìn)入節(jié)流閥的為飽和液體； ② 假設(shè)壓縮過(guò)程是等熵過(guò)程，節(jié)流過(guò)程是等焓過(guò)程； ③ 假設(shè)蒸發(fā)與冷凝過(guò)程無(wú)傳熱溫差； ④ 假設(shè)除兩大換熱器外，系統(tǒng)與外界無(wú)熱交換； ⑤ 假設(shè)制冷劑無(wú)流阻損失。 9. 什么叫液體過(guò)冷？液體過(guò)冷對(duì)循環(huán)各性能參數(shù)有何影響？、 答：過(guò)冷液體：當(dāng)冷凝劑在冷凝器中被冷凝成液體后，如果液體繼續(xù)向外放熱，制冷劑的溫度就會(huì)低于飽和溫度（對(duì)應(yīng)于冷凝壓力的冷凝溫度），低于飽和溫度的制冷劑液體稱為過(guò)冷液體。 液體過(guò)冷對(duì)循環(huán)各性能參數(shù)的影響： ① 使單位制冷量增大； ② 使單位容積制冷量增大； ③ 單位功保持不變； ④ 使制冷系數(shù)增大。 總之，制冷劑液體的過(guò)冷有利于制冷循環(huán)，可提高制冷循環(huán)經(jīng)濟(jì)性。 10. 試寫出制冷劑R11、R115、R32和R12、Rl2B1的化學(xué)式。 答：R11: CFCL3 R115: C2F5CL (注意區(qū)分：R1150：C2H4) R32: CH2F2 R12: CF2Cl2 Rl2B1：CF2CLBr 11. 試寫出CF3Cl、CH4、CHF3、C2H3F2Cl、H2O、CO2的編號(hào)。 答： CF3CL：R13 CH4: R50 CHF3：R23 C2H3F2Cl: R142B H2O：R718 CO2：R744 12. 寫出與下列制冷劑的符號(hào)規(guī)定式相對(duì)應(yīng)的化學(xué)分子式(要求寫出過(guò)程) （1）R22 （2）R134 答：（1）R22符號(hào)規(guī)定式通式為R（m-1）（n+1）x m-1=2 n+1=2 x=2 所以m=1 n=1 x=2 符號(hào)規(guī)定式通式為：CmHnFxCIy y=2m+2-n-x=2+2-1-2=1 所以R22的符號(hào)規(guī)定式為CHCIF2 （2）R134符號(hào)規(guī)定式通式為R（m-1）（n+1）x m-1=1 n+1=3 x=4 所以m=2 n=2 x=4 符號(hào)規(guī)定式通式為：CmHnFxCIy y=2m+2-n-x=4+2-2-4=0 所以R134的符號(hào)規(guī)定式為C2H2F4 13. 單級(jí)蒸汽壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)有何區(qū)別？ 答：?jiǎn)渭?jí)蒸汽壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的區(qū)別： 在實(shí)際循環(huán)中存在： （1）制冷劑在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生阻力壓降； （2）蒸發(fā)器出口蒸汽過(guò)熱 （3）冷凝器出口液體過(guò)冷； （4）壓縮機(jī)壓縮空氣的過(guò)程不等熵。 與理論循環(huán)相比，實(shí)際循環(huán)單位實(shí)際壓縮功增大，而壓縮機(jī)實(shí)際輸氣量減小。 14. 什么叫有效過(guò)熱？什么叫有害過(guò)熱？有效過(guò)熱對(duì)哪些制冷劑有利，對(duì)哪些制冷劑不利？ 答：有效過(guò)熱：即吸入蒸汽的過(guò)熱量全部來(lái)自冷藏貨物間內(nèi)的吸熱。如果吸入蒸汽的過(guò)熱發(fā)生在蒸發(fā)器本身的后部，或者發(fā)生在安裝于被冷卻室內(nèi)的吸氣管道上，或者發(fā)生在二者皆有的情況下，那么因過(guò)熱而吸收的熱量來(lái)自被冷卻空間，如吸入蒸汽的過(guò)熱熱全部來(lái)自冷藏貨物間或客車室內(nèi)的西熱，因而產(chǎn)生了有用的制冷效果。這種過(guò)熱稱之為“有效”過(guò)熱。 有效過(guò)熱對(duì)R502 R600a R290 R134a等制冷劑有利，而對(duì)R22 和Nh3等制冷劑不利。 有害過(guò)熱：吸入蒸汽的過(guò)熱全部來(lái)自冷藏貨物間外。由蒸發(fā)器出來(lái)的低溫制冷劑蒸汽，在通過(guò)吸入管道進(jìn)入壓縮機(jī)前，從周圍環(huán)境中（如冷藏貨物間之外）吸取熱量而過(guò)熱，制冷劑所增加的吸熱量Δq0r并沒(méi)有對(duì)冷卻對(duì)象產(chǎn)生任何制冷效應(yīng)，即沒(méi)有提高制冷裝置的有效制冷量，習(xí)慣上稱這種過(guò)熱為“無(wú)效”過(guò)熱。在這種吸氣過(guò)熱時(shí)，過(guò)熱度越大，制冷系數(shù)和單位容積制冷量降低越多，冷凝器的熱負(fù)荷也增加越多，故稱之為有害過(guò)熱。蒸發(fā)溫度越低，有害過(guò)熱越大。 15. 什么是回?zé)嵫h(huán)？它對(duì)制冷循環(huán)有何影響？ 答：回?zé)嵫h(huán)就是讓蒸發(fā)器出來(lái)的制冷劑蒸汽和高溫制冷劑液體在熱交換器中進(jìn)行熱交換，使液體過(guò)冷，氣體過(guò)熱的循環(huán)。 回?zé)嵫h(huán)對(duì)制冷循環(huán)的影響： （1）可以保證制冷裝置的壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)安全； （2）可以減小節(jié)流熱損失。 16. 蒸汽有害過(guò)熱對(duì)循環(huán)各性能參數(shù)有何影響？減小蒸汽有害過(guò)熱的措施是什么？ 答：蒸汽過(guò)熱對(duì)循環(huán)各性能參數(shù)的影響： 單位質(zhì)量制冷量q0不變； 單位理論功增大； 制冷系數(shù)減小； 單位容積制冷量減小； 冷凝器的熱負(fù)荷增加。 減小蒸汽有害過(guò)熱的措施：吸氣管路用隔熱材料包扎起來(lái)。 17. 什么叫過(guò)冷度？什么叫過(guò)熱度？ 答：過(guò)冷度：飽和溫度與過(guò)冷液體的溫度之差稱為過(guò)冷度。 過(guò)熱度：過(guò)熱蒸汽的溫度與飽和蒸汽的溫度之差稱為過(guò)熱度。 18. 蒸汽壓縮制冷用制冷劑是如何分類的？ 答：按化學(xué)結(jié)構(gòu)分有： 無(wú)機(jī)化合物（如R717等）；碳?xì)浠衔铮≧600a、R290等）。②氟里昂（R22、R134a等）；③多元混合溶液（非共沸溶液有R407C等，共沸溶液有R502等）；按蒸發(fā)溫度和冷凝壓力分有：①高溫低壓制冷劑；②中溫中壓制冷劑；③低溫高壓制冷劑。按可然性和毒性分，分不可然、可然、易燃、低毒、高毒等組合類別。 19. 何為CFC類物質(zhì)？為何要限制和禁用CFC類物質(zhì)？ 答：CFC類物質(zhì)就是不含氫的氟里昂。CFC物質(zhì)對(duì)大氣忠的臭氧和地球高空的臭氧層有嚴(yán)重的破壞作用，會(huì)導(dǎo)致地球表面的紫外線輻射強(qiáng)度增加，破壞人體免疫系統(tǒng)。還會(huì)導(dǎo)致大氣溫度升高，加劇溫室效應(yīng)。因此，減少和禁用CFC類物質(zhì)的使用和生產(chǎn)，已經(jīng)成為國(guó)際社會(huì)環(huán)保的緊迫任務(wù)。 20. 冷凝溫度變化和蒸發(fā)溫度變化分別對(duì)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)有何影響？ 答：當(dāng)蒸溫度一定時(shí)，隨著冷凝溫度的升高，則節(jié)流損失增大，制冷量減少，而軸功率增大，制冷系數(shù)降低；冷凝溫度下降，則節(jié)流損失減小，制冷量增加，功耗減少，制冷系數(shù)提高。 當(dāng)冷凝溫度一定時(shí)，隨著蒸發(fā)溫度的下降，壓縮機(jī)制冷量減少，而軸功率與制冷系數(shù)視情況而變。也減少。冷凝溫度不變時(shí)，制冷機(jī)在不同蒸發(fā)溫度下軸功率是變化的，而且與未變化前的蒸發(fā)溫度有關(guān)。當(dāng)te由室溫逐漸下降時(shí)，制冷機(jī)的軸功率逐漸增大，te下降到一定值時(shí)，軸功率會(huì)達(dá)到最大值。如果蒸發(fā)溫度te繼續(xù)下降，軸功率逐漸減小。 二. 畫圖及說(shuō)明 １．畫出制冷系統(tǒng)的基本原理圖及單級(jí)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的理論循環(huán)壓焓圖和T-S，并說(shuō)明其循環(huán)過(guò)程。 答：制冷系統(tǒng)的基本原理圖間圖1。 壓縮機(jī)的可逆絕熱過(guò)程是等熵過(guò)程，節(jié)流過(guò)程?？煽醋鳛榈褥蔬^(guò)程，則循環(huán)可用如下P-H和Ｔ-S圖表示。圖2 為單級(jí)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的理論循環(huán)壓焓圖和T-S。 圖1 圖2 ２．畫出蒸汽壓縮制冷回?zé)嵫h(huán)的P-H圖和Ｔ－Ｓ圖。 解：?jiǎn)渭?jí)蒸汽壓縮制冷回?zé)嵫h(huán)的P-H圖和Ｔ-S圖如下圖所示： 三. 計(jì)算題 １．假定循環(huán)為單級(jí)壓縮蒸汽制冷的理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度t0=－15℃,冷凝溫度為30℃，工質(zhì)為R12，試對(duì)該循環(huán)進(jìn)行熱力計(jì)算。 （根據(jù)R12的熱力性質(zhì)圖表，查出有關(guān)狀態(tài)參數(shù)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：該循環(huán)的壓焓圖如下所示： 1 單位質(zhì)量制冷量　　　　q0=h1－h(huán)5=345.8-228.6=117.2 kJ/kg 　　2 單位容積制冷量　　　　qV= q0/ v1=117.2/0.09145=1281.6 kJ/M3 　　4 單位理論功     　 w0=h2－h(huán)1=375.1-345.8=29.3 kJ/kg 　　5 制冷系數(shù)　　　　　　　ε= q0/ w0=117.2/29.3=4.0 　　6冷凝器單位熱負(fù)荷　　　 qk=h2－h(huán)3=375.1-228.6=146.5 kJ/kg ２．有一氨壓縮制冷機(jī)組，制冷能力Q0為4.0×104KJ·h-1，在下列條件工作：蒸發(fā)溫度為-25℃，進(jìn)入壓縮機(jī)的是干飽和蒸汽，冷凝溫度為20℃，冷凝過(guò)冷5℃。試計(jì)算： （1）單位重量制冷劑的制冷能力； （2）每小時(shí)制冷劑循環(huán)量； （3）冷凝器中制冷劑放出熱量； （4）壓縮機(jī)的理論功率； （5）理論制冷系數(shù)。 解：查表得到制冷劑氨在-25℃時(shí)的P0=1.51585×105 pa，20℃時(shí)的壓力為Pc=0.85737 Mpa，15℃時(shí)的壓力為0.728785 Mpa。 首先在P—H圖（或T—S圖）上按照已知條件定出各狀態(tài)點(diǎn)。 查得 H1=1430KJ·kg-1 H2=1680KJ·kg-1 冷凝出來(lái)的過(guò)冷液體（過(guò)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(méi)有影響，從狀態(tài)3沿著飽和液體線向下過(guò)冷5℃，找到3¢¢，用此點(diǎn)的焓值近似代替3¢的焓值，由于過(guò)冷度是有限的，實(shí)際上3¢和3¢¢很接近，不會(huì)造成太大的偏差。3¢¢→4仍為等焓膨脹過(guò)程， H3`=H4=270kJ·kg-1 制冷能力 q0=H1-H4=1430-270=1160KJ·kg-1 制冷劑循環(huán)量 冷凝過(guò)程即2→3¢，放出熱量Q=（H3-H2）G=34.5(270-1690)=-48645KJ·h-1 壓縮機(jī)功率 制冷系數(shù) ３.有人設(shè)計(jì)了一套裝置用來(lái)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)?℃的冷水，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98%的蒸汽被離心式壓氣機(jī)送往冷凝器中，在32℃的溫度下凝結(jié)為水。為使此設(shè)備每分鐘制成750kg的冷水，求 1) 蒸發(fā)器和冷凝器中的壓力； 2) 制冷量（kJ/h）； 3) 冷水循環(huán)所需的補(bǔ)充量； 4) 每分鐘進(jìn)入壓氣機(jī)的蒸汽體積。 解： （1） 從飽和水和飽和蒸汽表查得：蒸發(fā)器內(nèi)5℃水的飽和蒸汽壓p1=0.00872×105Pa，冷凝器的溫度為32℃水的飽和壓力p2=0.0468×105Pa （2） 本裝置依靠5℃的冷水從室內(nèi)吸熱，從而升溫至13℃來(lái)降低室溫，故本裝置的制冷量為 Q0=G2（H5－H6）=G2CP（T5－T6） =750×4.184×（13－5） =25104（kJ/min）=1506240kJ/h （3） 對(duì)蒸發(fā)器作質(zhì)量衡算 G1=G3＋G2 （1） 對(duì)蒸發(fā)器再作能量衡算 G1H5=G3H1＋G2H6 （2） 聯(lián)立方程（1）和（2）求得G3，即為冷水循環(huán)所需的補(bǔ)充量 G3= 從飽和水和飽和蒸汽表查得 H1（t=5℃，x=0.98）=2460kJ/kg，H5（t=13℃的飽和水）=54.（kJ/kg） 因此 GB==10.48（kg/min） （4） 從飽和水和飽和蒸汽表查得：5℃時(shí)的飽和蒸汽比容υg=147.12m3/kg；5℃時(shí)飽和水的比容υf=0.001m3/kg，則干度為0.98的蒸汽比容 υ=υgx＋υf（1－x）=147.12×0.98＋0.001×（1－0.98）=144.18（m3/kg） 最后得到每分鐘進(jìn)入壓氣機(jī)的蒸汽體積為 V=G3υ=10.48×144.18=1511（m3/min） 21