发布时间 : 星期二 文章制冷与低温技术复习资料及答案 - 61641436317169137更新完毕开始阅读cd47c8140a4e767f5acfa1c7aa00b52acfc79c5c
制冷与低温技术复习题及答案
一、判断题（每题2分）
（1）最后一种被液化的气体是氦气 （√） （2）制冷系统的COP一定小于1 （×） （3）逆卡诺循环是由两个等温过程与两个等熵过程组成的 （√） （4）基于热力学原理，要获得低于常温的冷量就必须通过向系统作功等方式进行补偿 （√） （5）对蒸汽压缩式制冷循环来说，吸气过热会使制冷量会减少 （×） （6）冰箱采用的制冷方法属于相变制冷 （√） （7）当制冷温度升高时，蒸汽压缩式制冷装置的蒸发温度会下降 （×） （8）吸附从机理上可以分为物理吸附和化学吸附 （√） （9）当制冷温度下降时，压缩机吸入的制冷剂密度下降 （×） （10）当制冷温度升高时，蒸汽压缩式制冷系统的制冷系数会增加 （√） （11）理论蒸气压缩制冷循环中，蒸发器内进行的是等温吸热过程 （√） （12）当环境温度升高时，蒸汽压缩式制冷装置的冷凝温度会降低 （×） （13）实际制冷循环中，压缩机工作的压比反而比理想循环小 （×） （14）高温制冷剂对应的是高压制冷剂 （×） （15）理想气体等熵膨胀后温度不变 （×） （16）理想气体等焓节流后只会产生冷效应 （×） （17）气体液化的理论最小功是基于逆卡诺循环计算出来的 （×） （18）水可以用作制冷剂 （√） （19）R12和R11对臭氧层都有较大的破坏 （√） （20）普冷也称为冷冻，低温也称为深冷 （√） （21）空气的最大转化温度高于0℃ （√） （22）在天然气液化工艺中，级联式工艺通常采用3级循环相互复叠 （√） （23）其它条件不变，原料天然气压力越高，其液化的理论最小功越大 （×） （24）饱和液体线和饱和蒸汽线相交于临界点 （√） （25）零效应点的连线称为转化曲线 （√） （26）单位气体的压缩功通常比单位气体的液化功大 （×） （27）临界温度高于环境温度的气体，可以只增加压力使之液化 （√） （28）轻烃回收可以采用冷凝法、油吸收法和固定床吸附法 （√） （29）其它条件不变，原料天然气温度越高，其液化的理论最小功越大 （√） （30）在复叠式制冷循环中，低沸点工质适于应用在高温级的循环 （×） 二、简答题（每题10分）
（1）什么ODP？什么是GWP？请列举2种ODP较高的制冷工质
ODP指Ozone Depletion Potential，即臭氧衰减指数，是以R11为基准考察物质的气体逸散到大气中对臭氧层破坏的潜在影响程度。R11和R12是两种ODP较高的制冷工质。
GWP指Global Warming Potential，即温室指数，是以R11或CO2为基准考察物质的气逸散到大气中对大气变暖的直接潜在影响程度。
（2）什么是COP？对于热机、制冷机和热泵，COP的定义具体是什么？
COP即coefficient of perforance，指性能系数，表征循环收益与付出代价比值的参数，对于热机、制冷机和热泵，其定义分别为：
热力系数?t?制冷系数??收获w
?付出q1收获q2
?付出w收获q1
?付出w热泵（供热）系数??（3）什么是吸附？什么是解吸？什么是物理吸附？什么是化学吸附？
气体与固体接触时，在固体表面或内部将会发生容纳气体的现象，称为固体对气体的吸附。己被吸附的原子分子重新回到气相中，称为解吸或脱附。
物理吸附是气体分子靠分子间作用力(范德华力)吸附在固体吸附剂上，类似于蒸气的凝聚和液化，被吸附分子的表面的化学性质都不变。化学吸附的作用力与化合物中原子之间的作用力相似，吸附后气体分子与固体表面原子形成新的分子。
（4）蒸汽压缩式制冷循环的四个主要部件是什么？并请叙述蒸汽压缩式制冷循环的工作过程。
压缩机、蒸发器、冷凝器以及节流元件。在制冷循环中，低压冷剂先进入压缩机提升压力，之后进入冷凝器与外界换热，冷剂被冷凝成液化，进入节流装置节流，压力降低同时温度也降低。低温的冷剂液体进入蒸发器进行蒸发，获得冷量，自身被加热气化，回到压缩机完成循环。
（5）制冷有哪些方法？
相变制冷（又分为液体相变制冷和固体相变制冷）、吸收式制冷、吸附式制冷、热电制冷（温差电制冷）和绝热放气制冷。 （6）林德循环的组成和工作过程
简单林德循环，也称为一次节流液化循环，汉普逊循环，或林德—汉普逊循环。其系统由压缩机、冷却器、换热器、J-T阀以及气液分离器构成。
在此循环中气体首先被等温压缩，然后在换热器（回热）内被返流气体等压冷却到3点，然后经J-T阀节流降温进入气液两相区，并进行气液分离，所到的液体作为产品输出，未液化的气体温度仍很低，返流回换热器提供冷量。一次节流林德循环避免了直接液化压力和压比过高难以实现的问题，流程简单，但液化效率和能量效率很低。
（7）在蒸汽压缩式制冷循环中，什么是液体过冷？其对循环有哪些影响？
冷凝器中被冷凝为液体的制冷剂经再冷却，使之温度低于冷凝温度的过程称之为液体过冷。采用液体过冷后，冷凝器出口温度降低，因此节流元件出口（即蒸发器入口）处干度减少，制冷量增加，而压缩机功耗不变，因此制冷系数增加，循环效率也随之增加。 （8）什么是有效过热？什么是有害过热？它们对制冷循环分别有什么样的影响？
在蒸汽压缩式制冷循环的吸气管路中，如果过热发生在蒸发器后部，或冷却空间的管路上，则称为有效过热；如果过热发生在冷却空间以外，则称为有害过热。
对有效过热，吸气过热使制冷量增加，同时也使功耗增加；对有害过热，吸气过热不会使制冷量增加，但会使功耗增加，并使制冷系数降低。
（9）从热力学原理来说，要实现源源不断的制冷，两个基本条件是什么？ 一是为了实现制冷，使热量能从低温热源向温度热源传递，必须从外界向制冷装置输入功或以其它形式进行补偿；二是为了持续地获得冷量，必须采用热力学上的逆向循环来实现制冷。 （10）什么是J-T效应？什么是热效应、冷效应和零效应？
制冷工质绝热经过狭窄的通道(小孔，毛细管，多孔塞，阀门等)后，压力明显下降，温度一般会发生变化，这一现象称为焦耳—汤姆逊效应(简称J—T效应)。
节流后工质温度上升，称为热效应；节流后工质温度不变，称为零效应；节流后工质温度下
降，称为冷效应；
（11）什么是制冷剂？什么是载冷剂？什么是蓄冷剂？请给出2种可以用作制冷剂的物质 制冷剂：制冷系统中为实现制冷循环的工作介质，也称为制冷工质，简称工质。例如R50，R12、氨。 载冷剂：间接冷却装置中，冷量通过一种中间介质传给制冷系统，这种中间介质称为载冷剂，也称为第二制冷剂。例如水、盐水。
蓄冷剂：蓄冷系统中用于储存冷量的工作介质。
（12）请叙述克劳德循环的组成，并说明其中用到哪些制冷元件？
克劳特循环组成：压缩机、冷却器、膨胀机、J-T阀、换热器1、换热器2、换热器3、气液分离罐。
其中用到的制冷元件有两个，分别是膨胀机和J-T阀。
三、请综合分析制冷温度变化和环境温度变化对蒸汽压缩式制冷循环的影响。
环境温度升高则冷凝温度升高，冷凝压力升高，从而使压缩机工作压比增大，质量比功增大，排气温度升高。因为压比升高因此压缩机容积效率下降，实际输气量减小。同时单位质量的制冷量下降，因此制冷能力下降，COP减小，系统运行经济性变差。
如果所需制冷温度下降，则蒸发温度降低，同样会使压缩机压比升高，质量比功增大，排气温度升高。同时单位质量制冷量减小，单位容积制冷量明显减小，COP下降，系统运行的性能系数下降。同时吸气压力降低，容积效率下降，实际输气量也减小。
四、天然气液化的三类液化工艺分别是什么？对三类液化工艺的特点和应用进行对比。
分别为级联式液化工艺、混合制冷剂液化工艺以及膨胀机液化工艺。
其中级联式液化工艺是指分别以丙烷、乙烯和甲烷为冷剂，依次制冷，逐级获得可以使天然气液化的低温冷量。混合制冷剂液化工艺即MRC（Mixture Refrigerant Cycle)工艺，是以C1~C5及N2中的几种组分的混合物为冷剂，通过使混合制冷剂逐级分离或一次蒸发，使获得冷量与液化所需冷量在温位上匹配，从而降低能耗的一种液化工艺。膨胀机液化工艺是采用膨胀机作为制冷元件，利用膨胀机中的等熵膨胀过程高效获得冷量的一种液化工艺，一般会同时采用J-T阀和膨胀机两种元件。
级联式液化工艺流程复杂，工艺设备多，因而投资也高。但是其制冷原理简单，技术成熟且能耗低，操作运行工作量较大但并不复杂。在早期大型LNG工厂中应用较多，70年代之后采用这一工艺建设的工厂相对较少。
混合制冷剂工艺流程较简单，工艺设备较少，因而投资较低，同时效率高，能耗低，运行成本低。但这一工艺操作运行较为复杂，技术要求相对较高，是目前主流的工艺技术，在大、中、小型液化工厂中均得到了广泛的应用。
膨胀机工艺流程简单，设备少。但是能耗较高，并在一定程度上减弱了其投资上的优势，但是操作运行快捷方便，启动快，适于在小型液化工厂和装置中采用。 五、请详细叙述制冷与低温技术在油气储运工程领域中的应用。 （一）天然气液化技术
天然气是当前主要能源之一，当它降温至零下162度左右时变成液体，体积缩小约640倍，从而便于运输，大型运输液化天然气的船泊可装运125，000m3(5万吨级)。天然气的液化是当前规模最大的制冷装置，也是最大的低温工程。在天然气液化工厂中广泛采用级联式液化工艺、混合制冷剂液化工艺以及膨胀机液化工艺。 （二）天然气的预处理技术
常压下天然气液化需要降低温度到接近-162℃，为此必须脱除天然气中的硫化氢、二氧化碳、重烃、水和汞等腐蚀介质和在低温过程中会使设备和管道冻堵的杂质，然后进入循环制冷系统并分离重烃。天然气在管输之前，也需要进行一定的处理。
常用的天然气脱水方法有冷却法、吸附法、和吸收法等。通常脱酸采用吸收法，而脱水可以采用冷凝法、吸收法和吸附法。天然气中的饱和含水量取决于天然气的温度，压力和组成。一般来说，天然气中的饱和含水量随压力升高，温度降低而减少。冷却脱水就是利用一定的压力下，天然气含水量随温度降低而减少的原理来实现天然气脱水。 （三）凝液回收技术
轻烃也称天然气凝液 ( Natur al gas liquids，NGL)，有时也称为液烃。轻烃回收是指将天然气中相对甲烷或乙烷更重的组分以液态形式回收的过程。回收天然气中的轻烃有两个主要目的，一是控制天然气中烃露点以达到商品天然气质量指标，防止管路中气液两相流的出现；二是从天然气中回收下来的轻烃可作为燃料和化工原料，带来更大的经济效益和社会效益。轻烃回收工艺主要包括吸附法、油吸收法和冷凝分离法，在 20 世纪 70 年代后已逐渐被更加经济与先进的冷凝分离法所取代。冷凝分离法是利用原料气中各烃类组分冷凝温度的不同，将原料气冷却到一定温度从而将沸点高的烃类冷凝分离出来，并经过轻烃精馏分离成合格产品的方法。该方法最根本的特点是需要提供较低温位的冷量使原料气降温，具有工艺流程简单、运行成本低、轻烃回收率高等优点，在轻烃回收技术中处于主流地位。 （四）油气回收技术
石油及其产品是多种碳氢化合物的混合物，其中的轻烃组分具有很强的挥发性。在油品生产、储运和销售过程中，不可避免地有一部分轻质液态组分汽化，排入大气，造成油品的蒸发损耗。油品蒸发不仅造成资源浪费，而且还带来环境危害和安全隐患，因而应进行回收。目前国内外油气回收技术主要有吸附法、吸收法、膜分离法和冷凝法四种。 冷凝法可以采用多级连续冷却的方法，使混合油气中的烃类各组分的温度低于凝点从气态变为液态，除水蒸汽外空气仍保持气态，从而实现油气与空气的分离。多级连续冷却过程为: 预冷段使混合油气降温至 2 ～4℃，冷凝出碳氢化合物重组份和水; 其后由复叠或自复叠的 2 ～ 3 级冷却流程（如图），逐级降温至 － 35℃，－ 75℃，－ 110℃，未被凝结的尾气浓度≤25g/m3排空。
六、请推导气体液化的理论最小功的计算式。
可逆循环可按下述方式进行：先将气体在压缩机中等温压缩到所需高压P2，既从点1沿1—2线到达点2（P2、T1）所示状态；然后，在膨胀机中等熵膨胀到初压P1，并作外功，即从点2沿2—0线到达点0（P1、T0）而全部液化。此后，液体在需要低温的过程中吸热汽化并复热到初始状态。
循环所耗的功等于压缩功与膨胀功的差值。因为压缩和膨胀过程都是可逆的，则1—2压缩过程消耗的功最小，2—0膨胀过程所做的功最大。因此，气体液化过程所需消耗的功最小，即为理论最小功
将等温压缩功wco及绝热膨胀功we的表达式代入上式可得
七、请详细叙述实际的蒸汽压缩式制冷循环与理论循环相比，有哪些区别？
1、对实际蒸汽压缩式制冷循环，换热器中存在换热温差。冷凝温度比环境温度高，冷凝压力比理想情况高；蒸发温度比冷却温度低，蒸发压力比理想情况低。
2、对实际蒸汽压缩式制冷循环，管道中的流动存在流动阻力。压缩机排出压力比冷凝压力高，压缩机吸入压力比蒸发压力低。压缩机压比和功耗较理想循环高。
3、对实际蒸汽压缩式制冷循环，压缩工质为实际气体，实际压缩过程较理想压缩过程功耗增加，效率下降；实际压缩过程冷剂流量比理想状态小，制冷量减小，制冷系数减小。 八、在带预冷的林德循环中，如果外界所提供的预冷冷量不断增加，液化率能不能一直增加？为什么？
不可以，因为受限于所提供的冷量的冷却温度，当来流原料气己经冷却到此温度值时，再增加预冷量的大小，也不能使原料气的温度进一步降低，因此也就不能使液化率进一步提
高。对于带预冷的林德循环来说，其液化率根据下式计算，，但是在
给定的预冷温度下，基于热量平衡能够提供的最大冷量为，与此对应存在着一个最大的液化率，当外界所能提供的预冷冷量超过这一数值并继续增加时，液化率将无法进一步增加了。