2025年制冷原理試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某蒸汽壓縮制冷循環(huán)中，制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的狀態(tài)變化為（）。A.等溫等壓汽化B.等壓升溫汽化C.等溫升壓液化D.等壓降溫液化2.與逆卡諾循環(huán)相比，實(shí)際蒸汽壓縮制冷循環(huán)中，制冷劑在冷凝器出口增加過(guò)冷度的主要目的是（）。A.提高壓縮機(jī)吸氣壓力B.減少節(jié)流損失C.降低冷凝溫度D.增加單位質(zhì)量制冷量3.采用R32作為制冷劑的制冷系統(tǒng)中，其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)（1atm下）約為（）。A.-51.7℃B.-40.8℃C.-26.5℃D.-10.0℃4.某兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)中，中間壓力的最佳選擇通?；冢ǎ?。A.高低壓級(jí)壓縮機(jī)排氣溫度相等B.高低壓級(jí)壓縮機(jī)輸氣量相等C.中間冷卻器換熱量最大D.循環(huán)COP最大5.空氣壓縮制冷循環(huán)中，若想提高循環(huán)制冷系數(shù)，最有效的措施是（）。A.增大壓氣機(jī)增壓比B.降低膨脹機(jī)進(jìn)口溫度C.減小壓氣機(jī)與膨脹機(jī)的效率損失D.提高冷卻器的冷卻介質(zhì)溫度6.制冷劑R134a的ODP（臭氧消耗潛值）為0，其GWP（全球變暖潛值）約為（）。A.1B.1300C.3200D.100007.熱力膨脹閥的感溫包通常安裝在（）。A.冷凝器出口管B.蒸發(fā)器進(jìn)口管C.蒸發(fā)器出口管D.壓縮機(jī)吸氣口8.對(duì)于跨臨界CO2制冷循環(huán)，其關(guān)鍵特征是（）。A.冷凝壓力低于臨界壓力B.蒸發(fā)壓力高于臨界壓力C.氣體冷卻器內(nèi)制冷劑處于超臨界狀態(tài)D.節(jié)流閥前后均為氣液兩相9.某制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)排氣溫度過(guò)高，可能的原因是（）。A.膨脹閥開(kāi)度太大B.蒸發(fā)器結(jié)霜嚴(yán)重C.制冷劑充注量過(guò)多D.冷凝器散熱良好10.吸收式制冷循環(huán)中，若想提高系統(tǒng)COP，應(yīng)優(yōu)先優(yōu)化（）。A.發(fā)生器加熱溫度B.吸收器冷卻溫度C.蒸發(fā)器蒸發(fā)溫度D.冷凝器冷凝溫度二、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述蒸汽壓縮制冷循環(huán)中“過(guò)熱度”對(duì)循環(huán)性能的影響。2.對(duì)比分析單級(jí)蒸汽壓縮制冷循環(huán)與空氣壓縮制冷循環(huán)的主要差異（從循環(huán)介質(zhì)、熱力過(guò)程、應(yīng)用場(chǎng)景三方面）。3.說(shuō)明制冷劑的“臨界溫度”對(duì)制冷循環(huán)設(shè)計(jì)的重要性，并舉例說(shuō)明。4.分析兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)中采用中間完全冷卻與中間不完全冷卻的適用場(chǎng)景及優(yōu)缺點(diǎn)。5.列舉吸收式制冷系統(tǒng)中溶液熱交換器的作用，并解釋其對(duì)系統(tǒng)能效的影響機(jī)制。三、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.某單級(jí)蒸汽壓縮制冷循環(huán)采用R22制冷劑，已知：蒸發(fā)溫度t?=-15℃，冷凝溫度tk=40℃，過(guò)冷度Δt_sc=5℃，吸氣過(guò)熱度Δt_sh=10℃。查R22壓焓圖（或熱力性質(zhì)表）得以下?tīng)顟B(tài)點(diǎn)參數(shù)：-蒸發(fā)器出口（壓縮機(jī)吸氣）狀態(tài)1：h?=405kJ/kg，v?=0.095m3/kg-壓縮機(jī)排氣狀態(tài)2：h?=438kJ/kg-冷凝器出口（過(guò)冷后）狀態(tài)3：h?=235kJ/kg-節(jié)流閥出口（蒸發(fā)器進(jìn)口）狀態(tài)4：h?=h?=235kJ/kg（假設(shè)節(jié)流過(guò)程等焓）（1）計(jì)算單位質(zhì)量制冷量q?；（2）計(jì)算單位理論壓縮功w_c；（3）計(jì)算制冷系數(shù)COP；（4）若壓縮機(jī)輸氣系數(shù)λ=0.85，輸氣量V_h=0.015m3/s，求系統(tǒng)制冷量Q?（kW）。2.某空氣壓縮制冷循環(huán)運(yùn)行于T?=270K（蒸發(fā)器出口）、T?=300K（冷卻器出口），壓氣機(jī)增壓比π=3.5，空氣定壓比熱容c_p=1.005kJ/(kg·K)，絕熱指數(shù)k=1.4。假設(shè)循環(huán)為理想循環(huán)（壓氣機(jī)與膨脹機(jī)效率均為100%）。（1）畫(huà)出循環(huán)的T-s圖，并標(biāo)注各狀態(tài)點(diǎn)；（2）計(jì)算單位質(zhì)量制冷量q?；（3）計(jì)算單位理論功w_net；（4）計(jì)算循環(huán)制冷系數(shù)COP。四、綜合分析題（20分）隨著“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)，低GWP制冷劑的替代成為制冷行業(yè)重點(diǎn)。某企業(yè)計(jì)劃將現(xiàn)有R410A（GWP≈2088）空調(diào)系統(tǒng)改造為R32（GWP≈675）系統(tǒng)，需考慮以下問(wèn)題：（1）對(duì)比R32與R410A的熱物理性質(zhì)差異（至少列出3項(xiàng)）；（2）分析改造過(guò)程中可能面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)（如系統(tǒng)部件匹配、安全性等）；（3）提出提高R32系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的優(yōu)化措施（至少3條）。答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.A解析：蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑在等壓（近似）下吸收熱量汽化，理想情況下為等溫過(guò)程（相變溫度不變）。2.D解析：過(guò)冷使冷凝器出口制冷劑溫度低于冷凝溫度，單位質(zhì)量制冷量q?=h?-h?，h?降低則q?增大。3.A解析：R32標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-51.7℃，R410A為-48.5℃，R134a為-26.5℃。4.D解析：中間壓力的選擇需綜合考慮高低壓級(jí)功耗分配，最佳中間壓力對(duì)應(yīng)循環(huán)COP最大。5.C解析：空氣循環(huán)效率低的主因是壓氣機(jī)與膨脹機(jī)的不可逆損失，減小損失可顯著提升COP。6.B解析：R134a的GWP約為1300，R410A約為2088，R22約為1760，R32約為675。7.C解析：感溫包感知蒸發(fā)器出口制冷劑溫度，用于調(diào)節(jié)膨脹閥開(kāi)度，控制過(guò)熱度。8.C解析：CO2臨界壓力約7.38MPa，跨臨界循環(huán)中氣體冷卻器內(nèi)壓力高于臨界壓力，制冷劑處于超臨界狀態(tài)（無(wú)相變）。9.B解析：蒸發(fā)器結(jié)霜導(dǎo)致吸熱不足，壓縮機(jī)吸氣過(guò)熱度增大，排氣溫度升高；膨脹閥開(kāi)度大則吸氣過(guò)熱度小，排氣溫度低。10.A解析：吸收式制冷COP=制冷量/驅(qū)動(dòng)熱量，提高發(fā)生器加熱溫度可增加制冷劑循環(huán)量，提升制冷量。二、簡(jiǎn)答題1.過(guò)熱度對(duì)循環(huán)性能的影響：（1）有利影響：適當(dāng)過(guò)熱度可防止液體制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)（液擊），保護(hù)壓縮機(jī)；同時(shí)，吸氣過(guò)熱度可能使壓縮機(jī)吸氣比容增大，但單位質(zhì)量制冷量q?=h?-h?，若h?因過(guò)熱升高，q?可能略有增加（需結(jié)合制冷劑特性）。（2）不利影響：過(guò)度過(guò)熱度會(huì)使壓縮機(jī)吸氣比容v?增大，輸氣量減少，導(dǎo)致實(shí)際制冷量下降；同時(shí)，吸氣溫度升高可能使壓縮機(jī)排氣溫度過(guò)高，影響潤(rùn)滑和壽命。2.主要差異：（1）循環(huán)介質(zhì)：蒸汽壓縮循環(huán)使用相變制冷劑（如R22），空氣循環(huán)使用空氣（無(wú)相變）；（2）熱力過(guò)程：蒸汽循環(huán)包含相變的等溫吸放熱（蒸發(fā)器、冷凝器），空氣循環(huán)為等壓變溫吸放熱（回?zé)崞?、冷卻器/蒸發(fā)器）；（3）應(yīng)用場(chǎng)景：蒸汽循環(huán)COP高（3-5），用于家用空調(diào)、冰箱；空氣循環(huán)COP低（0.5-1.5），但系統(tǒng)簡(jiǎn)單、無(wú)制冷劑泄漏風(fēng)險(xiǎn)，用于飛機(jī)空調(diào)等特殊場(chǎng)景。3.臨界溫度的重要性：臨界溫度Tc是制冷劑能液化的最高溫度。若Tc過(guò)低（如CO2的Tc=31.1℃），當(dāng)冷凝溫度高于Tc時(shí)，制冷劑無(wú)法在冷凝器中液化（跨臨界循環(huán)），需采用氣體冷卻器（無(wú)潛熱釋放），導(dǎo)致放熱效率降低，循環(huán)COP下降。例如，R22的Tc=96℃，遠(yuǎn)高于常規(guī)冷凝溫度（35-40℃），因此可在冷凝器中正常液化；而CO2系統(tǒng)需設(shè)計(jì)跨臨界循環(huán)，增加了系統(tǒng)壓力（可達(dá)10MPa以上）和部件強(qiáng)度要求。4.中間冷卻方式對(duì)比：（1）中間完全冷卻：適用于高壓級(jí)制冷劑為過(guò)熱蒸汽的場(chǎng)景（如氨制冷系統(tǒng)）。優(yōu)點(diǎn)是高壓級(jí)吸氣溫度低，排氣溫度低，壓縮機(jī)運(yùn)行更安全；缺點(diǎn)是需要額外的冷卻介質(zhì)（如冷卻水），系統(tǒng)復(fù)雜度高。（2）中間不完全冷卻：適用于氟利昂系統(tǒng)（制冷劑絕熱指數(shù)小，排氣溫度較低）。優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需額外冷卻介質(zhì)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是高壓級(jí)吸氣溫度較高，可能導(dǎo)致排氣溫度上升，需限制壓縮比。5.溶液熱交換器的作用及能效影響：作用：回收發(fā)生器出口高溫濃溶液的熱量，預(yù)熱吸收器出口低溫稀溶液。影響機(jī)制：減少發(fā)生器需要的加熱量（稀溶液提前預(yù)熱），同時(shí)降低濃溶液進(jìn)入吸收器的溫度（增強(qiáng)吸收效果），從而減少吸收器的冷卻負(fù)荷。兩者共同作用可提高系統(tǒng)COP（通常提升15%-30%）。三、計(jì)算題1.（1）單位質(zhì)量制冷量q?=h?-h?=405-235=170kJ/kg（2）單位理論壓縮功w_c=h?-h?=438-405=33kJ/kg（3）制冷系數(shù)COP=q?/w_c=170/33≈5.15（4）壓縮機(jī)質(zhì)量流量m=λV_h/v?=0.85×0.015/0.095≈0.1342kg/s系統(tǒng)制冷量Q?=m×q?=0.1342×170≈22.81kW2.（1）T-s圖：1（蒸發(fā)器出口，T?=270K）→2（壓氣機(jī)出口，T?s）→3（冷卻器出口，T?=300K）→4（膨脹機(jī)出口，T?s）→1（蒸發(fā)器）。（2）壓氣機(jī)出口溫度T?s=T?×π^[(k-1)/k]=270×3.5^(0.4/1.4)≈270×1.37≈369.9K膨脹機(jī)進(jìn)口溫度T?=300K，膨脹后溫度T?s=T?×(1/π)^[(k-1)/k]=300×(1/3.5)^0.2857≈300×0.73≈219K單位質(zhì)量制冷量q?=c_p(T?-T?s)=1.005×(270-219)=1.005×51≈51.26kJ/kg（3）單位理論功w_net=w_c-w_e=c_p(T?s-T?)-c_p(T?-T?s)=1.005×(369.9-270)-1.005×(300-219)=1.005×(99.9-81)=1.005×18.9≈19.0kJ/kg（4）COP=q?/w_net=51.26/19.0≈2.70四、綜合分析題（1）熱物理性質(zhì)差異：①標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)：R32（-51.7℃）低于R410A（-48.5℃），相同蒸發(fā)溫度下R32蒸發(fā)壓力更高；②臨界溫度：R32（78.1℃）高于R410A（72.5℃），高溫工況下R32更易液化；③可燃性：R32為A2L級(jí)（弱可燃），R410A為A1級(jí)（不可燃）；④密度：R32氣相密度（3.05kg/m3）低于R410A（4.82kg/m3），相同容積流量下質(zhì)量流量更小。（2）技術(shù)挑戰(zhàn)：①系統(tǒng)壓力：R32飽和壓力高于R410A（如40℃時(shí)R32冷凝壓力約2.5MPa，R410A約2.4MPa），需校核壓縮機(jī)、換熱器、管路的承壓能力；②壓縮機(jī)匹配：R32單位容積制冷量（q_v=q?/v?）與R410A不同（R32約170/0.095≈1789kJ/m3，R410A約210/0.045≈4667kJ/m3），需調(diào)整壓縮機(jī)排量或轉(zhuǎn)速；③安全性：R32可燃，需加強(qiáng)泄漏檢測(cè)（如安裝濃度傳感器）、優(yōu)化系統(tǒng)密封性（減少接口）、采用防爆電氣部件；④潤(rùn)滑油兼容性：R32與POE油的互溶性可能與R410A不同，需更換適配潤(rùn)滑油，避免油循環(huán)不良。（3）優(yōu)化措施：①改進(jìn)換熱器設(shè)計(jì)：R32傳熱系數(shù)較高