化工壓縮與制冷基礎(chǔ)知識考試題庫及答案1.單選題1.1在理想單級蒸氣壓縮制冷循環(huán)中，若蒸發(fā)溫度不變而冷凝溫度升高，則制冷系數(shù)COP的變化趨勢是A.增大?B.減小?C.不變?D.先增后減答案：B解析：COP=q?/w，其中q?為蒸發(fā)器單位質(zhì)量制冷量，w為壓縮機(jī)單位質(zhì)量耗功。冷凝溫度升高使冷凝壓力升高，壓縮機(jī)壓比增大，w顯著上升；同時(shí)由于節(jié)流閥前液體溫度升高，q?略有下降，因此COP必然減小。1.2氨（R717）與R134a相比，在相同蒸發(fā)與冷凝溫度下，理論循環(huán)的COP通常A.氨高?B.R134a高?C.兩者相等?D.無法比較答案：A解析：氨的汽化潛熱約為R134a的2.3倍，單位容積制冷量q?大，因此在相同制冷量下氨循環(huán)的質(zhì)量流量小，壓縮機(jī)耗功低，COP高。1.3螺桿壓縮機(jī)最常用的內(nèi)容積比調(diào)節(jié)方式是A.滑閥?B.柱塞閥?C.變頻?D.進(jìn)氣節(jié)流答案：A解析：滑閥沿轉(zhuǎn)子軸向移動，可連續(xù)改變有效工作長度，從而無級調(diào)節(jié)內(nèi)容積比，同時(shí)實(shí)現(xiàn)10%~100%負(fù)荷調(diào)節(jié)。1.4離心壓縮機(jī)發(fā)生喘振的根本原因是A.冷凝壓力突降?B.流量低于喘振點(diǎn)導(dǎo)致葉道失速?C.吸入過熱度過高?D.轉(zhuǎn)速過高答案：B解析：當(dāng)體積流量減至喘振邊界以下，氣流在葉輪入口產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速，壓升突降，系統(tǒng)出現(xiàn)周期性的倒流與正流，形成喘振。1.5兩級壓縮一級節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)與單級循環(huán)相比，其最主要優(yōu)勢是A.降低高壓級排氣溫度?B.降低低壓級壓縮比?C.提高COP并降低排氣溫度?D.減少系統(tǒng)充注量答案：C解析：中間冷卻使高壓級吸氣溫度降低，壓縮過程趨近等溫，功耗下降；同時(shí)高壓級壓比減小，排氣溫度顯著下降，COP提高8%~15%。1.6在帶經(jīng)濟(jì)器的螺桿制冷系統(tǒng)中，經(jīng)濟(jì)器最佳補(bǔ)氣壓力約等于A.蒸發(fā)壓力?B.冷凝壓力?C.幾何平均壓力√(p????·p?????)?D.算術(shù)平均壓力答案：C解析：補(bǔ)氣壓力取幾何平均值可使高壓級與低壓級壓比相等，理論功耗最小，系統(tǒng)效率最高。1.7采用過冷器將液體制冷劑過冷5℃，理論上可使COP提高約A.1%?B.3%?C.5%?D.8%答案：C解析：每過冷1℃約提高q?0.8%~1%，5℃過冷對應(yīng)COP提升4%~5%，且與工質(zhì)無關(guān)。1.8下列關(guān)于制冷劑臨界點(diǎn)的說法正確的是A.臨界溫度必須低于冷凝溫度?B.臨界壓力必須高于蒸發(fā)壓力?C.循環(huán)最高溫度應(yīng)低于臨界溫度15℃以上?D.臨界點(diǎn)與COP無關(guān)答案：C解析：若排氣溫度接近臨界溫度，制冷劑物性急劇惡化，壓縮過程偏離理想氣體，COP下降，可靠性降低。1.9離心壓縮機(jī)采用進(jìn)口導(dǎo)葉(IGV)調(diào)節(jié)時(shí)，其調(diào)節(jié)本質(zhì)是改變A.葉輪轉(zhuǎn)速?B.預(yù)旋速度三角形?C.冷凝壓力?D.擴(kuò)壓器角度答案：B解析：IGV產(chǎn)生預(yù)旋，改變?nèi)~輪入口絕對速度圓周分量，從而改變理論能量頭，實(shí)現(xiàn)20%~100%無級調(diào)節(jié)。1.10在復(fù)疊式深冷循環(huán)中，高溫級與低溫級工質(zhì)的選擇首要考慮A.臨界溫度匹配?B.ODP值?C.粘度?D.價(jià)格答案：A解析：高溫級臨界溫度須高于低溫級冷凝溫度10℃以上，確保高溫級能在低溫級冷凝器內(nèi)冷凝。2.多選題2.1下列措施可同時(shí)降低螺桿壓縮機(jī)排氣溫度與提高COP的有A.經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣?B.液噴冷卻?C.變頻調(diào)節(jié)?D.滑閥減載答案：A、B解析：經(jīng)濟(jì)器與液噴均直接降低高壓級吸氣溫度或壓縮過程溫度，減少耗功；變頻與滑閥主要調(diào)節(jié)負(fù)荷，對排氣溫度無直接冷卻作用。2.2關(guān)于離心壓縮機(jī)相似定律，下列說法正確的有A.流量與轉(zhuǎn)速一次方成正比?B.壓頭與轉(zhuǎn)速二次方成正比?C.功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比?D.馬赫數(shù)不變答案：A、B、C解析：相似定律基于雷諾數(shù)足夠大、氣體可壓縮性相似，馬赫數(shù)近似不變僅當(dāng)介質(zhì)與溫度相同。2.3采用雙級壓縮中間不完全冷卻時(shí)，與完全冷卻相比A.高壓級吸氣過熱度增大?B.COP略低?C.系統(tǒng)簡單?D.排氣溫度更高答案：A、B、C、D解析：不完全冷卻無中間冷卻器，高壓級吸氣為過熱蒸氣，導(dǎo)致功耗增加、COP下降，但省去換熱器，系統(tǒng)簡化，排氣溫度升高。2.4制冷劑GWP值與下列哪些因素相關(guān)A.大氣壽命?B.紅外吸收波段?C.分子量?D.臭氧消耗潛能答案：A、B解析：GWP取決于輻射效率與大氣壽命，與分子量無直接關(guān)系；ODP與GWP為獨(dú)立指標(biāo)。2.5下列屬于容積型壓縮機(jī)的有A.渦旋?B.滾動活塞?C.單螺桿?D.離心答案：A、B、C解析：離心為速度型，其余均為容積型。3.判斷題3.1對于任何制冷劑，降低蒸發(fā)溫度總是使COP下降。答案：正確解析：蒸發(fā)溫度降低導(dǎo)致壓比增大，單位容積制冷量q?下降，壓縮機(jī)容積效率降低，COP單調(diào)下降。3.2螺桿壓縮機(jī)的內(nèi)容積比固定后，系統(tǒng)在不同工況下仍能保持最高效率。答案：錯(cuò)誤解析：內(nèi)容積比固定時(shí)，若外壓比變化，將產(chǎn)生欠壓縮或過壓縮，產(chǎn)生附加損失，效率下降。3.3在復(fù)疊系統(tǒng)中，低溫級必須采用沸點(diǎn)低于?80℃的工質(zhì)。答案：錯(cuò)誤解析：取決于目標(biāo)溫度，若蒸發(fā)溫度僅?60℃，R404A亦可勝任。3.4離心壓縮機(jī)采用可轉(zhuǎn)擴(kuò)壓器(DGV)可拓寬喘振線向左下方移動。答案：正確解析：DGV改變擴(kuò)壓器入口角度，抑制旋轉(zhuǎn)失速，使喘振流量下移10%~15%。3.5氨因可燃有毒，故不能用于任何商業(yè)制冷系統(tǒng)。答案：錯(cuò)誤解析：大型工業(yè)系統(tǒng)可采用氨，通過嚴(yán)格密封、通風(fēng)、自動檢測與噴淋吸收等措施安全運(yùn)行。4.填空題4.1理想單級循環(huán)中，單位質(zhì)量制冷量q?=h??h?，其中h?為_________焓值，h?為_________焓值。答案：蒸發(fā)器出口飽和蒸氣；節(jié)流閥前飽和液體解析：1點(diǎn)為蒸發(fā)器出口，4點(diǎn)為節(jié)流閥入口，兩者壓強(qiáng)不同但處于同一等壓線。4.2離心壓縮機(jī)相似換算中，當(dāng)介質(zhì)由R134a改為R1233zd(E)時(shí)，若保持葉輪周速不變，則新介質(zhì)下轉(zhuǎn)速應(yīng)乘以_________。答案：√(ρ_old/ρ_new)解析：周速u=πDn，聲速a=√(kRT)，馬赫數(shù)相似要求u/a不變，故n∝1/√ρ。4.3螺桿壓縮機(jī)噴油量的經(jīng)驗(yàn)值為_________kg/（kW·h）。答案：3~5解析：油帶走壓縮熱，保證排氣溫度<100℃，同時(shí)起密封與潤滑作用。4.4兩級壓縮系統(tǒng)中間壓力p?的最佳值近似為_________。答案：√(p????·p?????)解析：使高低壓級壓比相等，總功耗最小。4.5在復(fù)疊式系統(tǒng)中，高溫級蒸發(fā)溫度應(yīng)比低溫級冷凝溫度低_________℃。答案：5~10解析：確保足夠傳熱溫差，兼顧效率與尺寸。5.簡答題5.1簡述帶經(jīng)濟(jì)器的螺桿制冷系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)“準(zhǔn)雙級”效果，并給出T-s圖特征。答案：經(jīng)濟(jì)器為閃蒸罐或板式換熱器，將節(jié)流過程分兩級：主路液體過冷，次路液體閃發(fā)成中壓蒸氣，經(jīng)補(bǔ)氣口進(jìn)入螺桿齒間容積。該蒸氣與原有蒸氣混合，降低封閉腔內(nèi)溫度，實(shí)現(xiàn)中間冷卻，壓縮過程線在中壓處出現(xiàn)“臺階”，T-s圖上表現(xiàn)為從蒸發(fā)壓力斜向上，至經(jīng)濟(jì)器壓力突然降溫，再斜升至冷凝壓力，形狀類似雙級但僅一臺壓縮機(jī)，故稱“準(zhǔn)雙級”。其COP提升6%~12%，排氣溫度降低15~25℃。5.2離心壓縮機(jī)喘振在線檢測常用兩種方法，并比較其優(yōu)缺點(diǎn)。答案：方法一：監(jiān)測出口壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)差，當(dāng)σ/???>3%判定喘振。優(yōu)點(diǎn)：傳感器簡單、成本低；缺點(diǎn)：易受管網(wǎng)噪聲干擾。方法二：監(jiān)測軸振動頻譜，出現(xiàn)0.3~0.6倍轉(zhuǎn)頻的次同步分量即預(yù)警。優(yōu)點(diǎn)：提前2~3s預(yù)測；缺點(diǎn)：需高精度加速度計(jì)，成本翻倍?，F(xiàn)代系統(tǒng)常融合兩種信號，采用小波變換與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，誤報(bào)率<1%。5.3解釋為何在深冷領(lǐng)域（?80℃以下）常采用CO?復(fù)疊而非單一工質(zhì)。答案：單一工質(zhì)在深冷蒸發(fā)壓力下，常低于大氣壓，空氣滲入系統(tǒng)導(dǎo)致水分結(jié)冰、油乳化；同時(shí)冷凝壓力過高，超越常規(guī)冷卻水能力。CO?復(fù)疊中，CO?低溫級蒸發(fā)溫度?85℃時(shí)壓力仍5.2bar（絕壓），高于大氣壓，避免滲入；高溫級采用R134a或NH?，冷凝壓力15~18bar，可用冷卻水冷凝；兩級獨(dú)立，解決寬溫區(qū)物性矛盾，COP較單機(jī)雙級提高20%以上。5.4列舉三種降低螺桿壓縮機(jī)噪聲的機(jī)械設(shè)計(jì)手段，并給出降噪量。答案：1.采用5:6非對稱齒形，減少嚙合沖擊，降噪3dB(A)；2.轉(zhuǎn)子螺旋角由0°改為12°，使齒面接觸線傾斜，削弱壓力突變，降噪2dB(A)；3.排氣端設(shè)置階梯式擴(kuò)壓通道，降低氣流速度梯度，降噪4dB(A)；綜合可達(dá)8~9dB(A)。5.5說明過冷、過熱對系統(tǒng)COP的不同影響，并給出定量關(guān)系。答案：液體過冷提高q?而不改變w，每過冷1℃，COP提高約0.9%；吸氣過熱提高q?同時(shí)提高w，若過熱為有效過熱（在蒸發(fā)器內(nèi)完成），每過熱1℃，q?增加0.8%，w增加0.5%，COP凈增0.3%；若為無效過熱（在吸氣管內(nèi)吸熱），則w增加0.8%，COP凈降0.5%。6.計(jì)算題6.1某R290單級循環(huán)，蒸發(fā)溫度?10℃，冷凝溫度45℃，過冷5℃，壓縮機(jī)容積效率0.82，電機(jī)效率0.93，機(jī)械效率0.96，制冷量200kW。求：(1)單位質(zhì)量制冷量q?；(2)單位容積制冷量q?；(3)理論輸氣量V??；(4)電機(jī)輸入功率P_in。已知：?10℃飽和蒸氣h?=578.3kJ/kg，s?=2.315kJ/(kg·K)；45℃飽和液h?=292.4kJ/kg；5℃過冷液h?=287.1kJ/kg；45℃飽和氣h??=630.5kJ/kg（等熵壓縮終點(diǎn)）。答案：(1)q?=h??h?=578.3?287.1=291.2kJ/kg(2)蒸發(fā)溫度?10℃對應(yīng)飽和蒸氣比容v?=0.0764m3/kg，q?=q?/v?=291.2/0.0764=3812kJ/m3(3)實(shí)際輸氣量V??=Q?/q?=200/3812=0.0525m3/s，V??=V??/η?=0.0525/0.82=0.0640m3/s(4)等熵壓縮功w?=h???h?=630.5?578.3=52.2kJ/kg，質(zhì)量流量m?=Q?/q?=200/291.2=0.687kg/s，軸功率P?=m?w?/(η?·η?)=0.687×52.2/(0.96×0.93)=40.2kW，電機(jī)輸入P_in=P?/η?????=40.2/0.93=43.2kW6.2某離心冷水機(jī)組使用R134a，設(shè)計(jì)工況：蒸發(fā)6℃，冷凝36℃，流量0.4m3/s，轉(zhuǎn)速8000r/min?，F(xiàn)改用R515B，聲速提高12%，密度降低8%，要求保持馬赫數(shù)相似，求新轉(zhuǎn)速與流量。答案：馬赫數(shù)相似?n∝a/√ρ，新聲速a′=1.12a，新密度ρ′=0.92ρ，n′=n×(1.12/√0.92)=8000×1.12/0.959=9340r/min；流量相似?m?∝nρ，m?′=m?×(9340/8000)×0.92=0.4×1.1675×0.92=0.429m3/s。6.3兩級氨系統(tǒng)，蒸發(fā)?40℃，冷凝35℃，中間完全冷卻，中間壓力取最佳值，高低壓級效率均為0.80，制冷量500kW。求低壓級軸功率。已知：?40℃飽和蒸氣h?=1440.6kJ/kg，s?=6.330kJ/(kg·K)；中間壓力p?=√(0.717×13.82)=3.15bar，對應(yīng)飽和溫度?6.5℃；飽和液h?=335.8kJ/kg；飽和氣h?=1486.2kJ/kg；等熵壓縮至3.15barh??=1610.4kJ/kg。答案：q?=h??h?=1440.6?335.8=1104.8kJ/kg，m?=Q?/q?=500/1104.8=0.4526kg/s，w?=h???h?=169.8kJ/kg，w=w?/η=212.3kJ/kg，P?=m?w=0.4526×212.3=96.1kW。7.綜合應(yīng)用題7.1某石化裝置需?75℃冷量300kW，冷卻水30℃，限制冷凝壓力≤18bar，試設(shè)計(jì)復(fù)疊方案并比選工質(zhì)。答案：低溫級蒸發(fā)?75℃，冷凝?30℃；高溫級蒸發(fā)?35℃，冷凝38℃。低溫級可選CO?（臨界31℃，無法冷凝）或R1150（乙烯，臨界9.2℃，易燃）。最終選CO?/R134a復(fù)疊：CO?低溫級蒸發(fā)?75℃，壓力5.0bar；冷凝?30℃，壓力20.5bar，采用cascade冷凝器，R134a高溫級蒸發(fā)?35℃，冷凝38℃，壓力9.6bar，