题目
苯R22制冷循环,其蒸发温度0℃,冷凝温度为35℃,膨胀阀前的液体温度为30℃,压缩机吸入干饱和蒸气,试计算该理论循环的制冷系数εth及制冷效率ηR。
苯R22制冷循环,其蒸发温度0℃,冷凝温度为35℃,膨胀阀前的液体温度为30℃,压缩机吸入干饱和蒸气,试计算该理论循环的制冷系数εth及制冷效率ηR。
题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查制冷循环中理论制冷系数和制冷效率的计算,涉及制冷剂状态参数的确定及卡诺循环相关公式的应用。
解题核心思路:
- 确定各状态点的比焓值:通过压焓图查取蒸发温度下的干饱和蒸气焓(h₁)、压缩机出口的过热蒸气焓(h₂)、冷凝温度下的饱和液体焓(h₃=h₄)。
- 计算制冷量与压缩机功:制冷量为蒸发器吸收的热量(h₁ - h₄),压缩机功为压缩过程的焓差(h₂ - h₁)。
- 应用公式求解:制冷系数 ε_th = 制冷量 / 压缩机功,卡诺制冷系数 ε_C = T₀/(T_k - T₀),制冷效率 η_R = ε_th / ε_C。
破题关键:
- 理论循环假设:膨胀阀前液体为饱和状态(忽略过冷),压缩机吸入干饱和蒸气。
- 单位转换:温度需转换为绝对温度(K)计算卡诺制冷系数。
1. 确定状态点比焓
- 状态1(蒸发器出口):蒸发温度 0℃ 下干饱和蒸气焓,查得 h₁ = 405 kJ/kg。
- 状态2(压缩机出口):冷凝温度 35℃ 下过热蒸气焓,查得 h₂ = 430 kJ/kg。
- 状态3、4(冷凝器出口):冷凝温度 35℃ 下饱和液体焓,h₃ = h₄ = 235 kJ/kg(理论循环中膨胀阀前后焓值相等)。
2. 计算制冷量与压缩机功
- 制冷量:
$Q_L = h_1 - h_4 = 405 - 235 = 170 \, \text{kJ/kg}$ - 压缩机功:
$W = h_2 - h_1 = 430 - 405 = 25 \, \text{kJ/kg}$
3. 计算制冷系数 ε_th
$\varepsilon_{th} = \frac{Q_L}{W} = \frac{170}{25} = 6.8$
4. 计算卡诺制冷系数 ε_C
- 蒸发温度 T₀ = 273 K(0℃ + 273),冷凝温度 T_k = 308 K(35℃ + 273)。
$\varepsilon_C = \frac{T_0}{T_k - T_0} = \frac{273}{308 - 273} = \frac{273}{35} \approx 7.8$
5. 计算制冷效率 η_R
$\eta_R = \frac{\varepsilon_{th}}{\varepsilon_C} = \frac{6.8}{7.8} \approx 0.87$