Холодильных установок
Циклы воздушной и парокомпрессорной
Раздел 5. Циклы холодильных и теплонасосных установок
Вопросы для самопроверки
1. В чем заключаются преимущества установок с МГД -генератором?
2. Каким образом повышается электропроводность плазмы в канале МГД -генератора?
3. Опишите принцип действия топливного элемента.
4. В чем заключается принципиальное преимущество установок прямого преобразования энергии по сравнению с современными теплосиловыми установками?
Раздел содержит две темы, практическое занятие (№ 6) и контрольную работу (зад. № 16, 17). А также вопросы для самопроверки и контрольный тест из десяти вопросов (№ 5). Максимально возможное число баллов по этому разделу составит 30 баллов для очно-заочной и заочной форм обучения.
Холодильный коэффициент. Коэффициент трансформации теплоты. Обратный цикл Карно. Схема и цикл воздушной холодильной установки. Термодинамические свойства рабочих тел парокомпрессионных трансформаторов теплоты. Схема, цикл и холодильный коэффициент парокомпрессорной холодильной установки. Схема и принцип работы абсорбционной холодильной установки.
По теме выполняется практическое занятие (№ 6) и контрольная работа (зад. № 16, 17). Лабораторные работы не предусмотрены.
После изучения теоретического материалы следует ответить на вопросы для самопроверки по этой теме. Ответы можно найти в учебниках [1,3].
Холодильными установками или холодильными машинами называются машины предназначенные для понижения температуры охлаждаемого тела ниже температуры окружающей среды и непрерывного поддерживания заданной низкой температуры в течение определенного времени.
Отводимая при охлаждении теплота воспринимается холодильным агентом, температура которого должна быть еще более низкой.
Охлаждающий эффект получается в результате ряда физических процессов:
- при фазовых превращениях - кипении жидкостей, плавлении твердых тел и др.;
- при адиабатическом и политропном расширении тел с производством внешней работы;
- в процессе дросселирования, за счет потери внутренней энергии рабочего тела;
- в результате термоэлектрических явлений, происходящих в полупроводниковых охлаждающих устройствах и т.д.
Искусственный холод применяется при замораживании грунта, сжижении технических газов, в пищевой промышленности и т.д.
Наиболее экономичным и совершенным с позиции термодинамики является обратный цикл С.Карно следующего вида, рис. 5.1.
Рис. 5.1
По линии 1-2 происходит изотермическое расширение (Т2 = const) в результате которого холодильный агент отводит от охлаждаемого тела теплоту «q2» = пл. 1-2-s2-s1-1 при температуре Т2.
Затем холодильный агент сжимается по адиабате 2-3 и его температура повышается до «Т1», равной температуре окружающей среды. В дальнейшем холодильный агент в процессе изотермического сжатия 3-4 отдает окружающей среде теплоту «q1» = пл. 3-4-s1-s2-3, после чего холодильный агент адиабатно расширяется по линии 4-1 с понижением температуры до «Т2». В результате цикл завершается и далее повторяется.
Для совершения такого цикла затрачивается механическая работа l, эквивалентная площади 1-2-3-4-1 (заштрихован) и равна разности работ расширения и сжатия холодильного агента
(5.1)
Характеристикой эффективности цикла холодильной машины служит холодильный коэффициент
(5.2)
А также холодопроизводительность – количество теплоты, отводимой в единицу времени от охлаждаемого тела (объекта), и удельная холодопроизводительность – количество теплоты, отводимое от охлаждаемого объекта одним кг холодильного агента.
По виду применяемого холодильного агента холодильные установки делятся на две группы:
- воздушные, в которых холодильный агент – воздух;
- паровые, в которых холодильный агент – пары, низкокипящих веществ (аммиак – NH3, ~ tкип = -70 оС, сернистый ангидрид – SO2, tкип = -50 оС, фреон и т.д.).
Такие установки подразделяются на парокомпрессионные, пароэжекторные, абсорбционные.