Примеры решения задач по физике

ЦИКЛЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК И ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

В холодильных установках и тепловых насосах полезным продуктом является теплота низкого или высокого температурного уровня. В таких установках теплота передается от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой. В соответствии со вторым законом термодинамики это возможно только при дополнительном компенсационном процессе, например за счет совершения работы [1].

18.1. Цикл воздушной холодильной установки (ВХУ)


В качестве рабочего тела в холодильных установках можно использовать обычный воздух. При адиабатном расширении воздуха от температуры внешней среды Тос практически можно снизить температуру воздуха до - 60 оС. Этот принцип получения рабочего тела с низкой температурой применяется в воздушной холодильной установке (ВХУ). Схема ВХУ и ее цикл в T,s- диаграмме представлены на рис. 18.1 и 18.2.

Воздух с температурой Тхт, необходимой для охлаждаемого тела (например, эскимо на камере охлаждения рис. 18.1), поступает в компрессор и адиабатно сжимается до температуры Т2, большей температуры окружающей среды (процесс 1-2).

Из компрессора воздух поступает в охладитель, где он изобарно охлаждается до температуры окружающей среды Тос (процесс 2-3), предавая теплоту q1 во внешнюю среду. Из охладителя воздух поступает в воздушную турбину – детандер. В детандере воздух расширяется до первоначального давления р1 (процесс 3-4), в результате чего его температура становится ниже температуры холодного тела (Т4<Тхт) и создаются условия для отвода теплоты от охлаждаемого тела.

 


Детандер, реализуя процесс адиабатного расширения воздуха, частично компенсирует затраты работы на привод компрессора. Из детандера воздух поступает в холодильную камеру, где он изобарно нагревается (процесс 4-1) за счет отвода теплоты от охлаждаемого тела.

Методика расчета ВХУ

Одной из характеристик ВХУ является степень повышения давления воздуха в компрессоре . Используя эту характеристику, определяются температуры в характерных точках обратимого цикла ВХУ в соответствии с уравнением

. (18.1)

Необратимость в реальном цикле ВХУ характеризуется адиабатным коэффициентом компрессора

 (18.2)

и внутренним относительным КПД детандера

. (18.3)

Удельная работа компрессора ВХУ

. (18.4)

Удельная теплота, отводимая от рабочего тела в охладителе, рассчитывается как

. (18.5)

Удельная работа детандера определяется выражением

. (18.6)

Удельная теплота, подводимая к рабочему телу от охлаждаемого тела в холодильной камере,

. (18.7)

Удельная работа, затраченная на реализацию обратимого цикла ВХУ,

. (18.8)

Холодильный коэффициент, характеризующий тепловую экономичность необратимого цикла ВХУ, соответствует выражению

. (18.9)

Кроме холодильного коэффициента эффективность ВХУ определяет ее холодопроизводительность:

. (18.10)

 

 

 

18.2. Цикл парокомпрессорной холодильной установки

Возможность приблизить экономичность холодильной установки к экономичности цикла Карно в интервале температур холодного тела и окружающей среды появилась с получением рабочих тел, имеющих низкие температуры фазового перехода из жидкости в пар. К таким веществам относятся фреоны. Для таких веществ можно осуществить холодильный цикл в области влажного насыщенного пара (рис. 18.3).

Однако реализация цикла 1-2-3-а, соответствующего циклу Карно, невозможна по причине технического ограничения адиабатного процесса расширения рабочего тела при его фазовом переходе из жидкости в пар. Поэтому адиабатный процесс расширения рабочего тела (3-а) в парокомпрессорных холодильных установках (ПКХУ) заменили процессом дросселирования (3-4) и вместо детандера установили редуктор (дроссельный клапан) (рис. 18.4). Установка получается простой, надежной и достаточно экономичной.

 


Методика расчета цикла ПКХУ

Удельная работа компрессора ПКХУ

, (18.11)

где  – адиабатный коэффициент компрессора.

Удельная теплота, отводимая от рабочего тела в охладителе,

. (18.12)

Удельная теплота, подводимая к рабочему телу от охлаждаемого тела в холодильной камере, рассчитывается исходя из процесса 4-1 в холодильной камере:

. (18.13)

Удельная работа, затраченная на реализацию реального цикла ПКХУ, равна работе компрессора:

. (18.14)

Холодильный коэффициент реальной ПКХУ соответствует выражению

. (18.15)

Определение холодопроизводительности ПКХУ выполняется так же, как для любой холодильной установки .

18.3. Парокомпрессорный цикл теплового насоса

Парокомпрессорный цикл можно использовать для получения теплоты высокого температурного потенциала. В таком цикле в качестве рабочего тела используется аммиак или обычная вода. Поскольку в таком цикле за счет совершения внешней работы теплота перебрасывается с низкого температурного уровня на высокий, а полезным продуктом является теплота высокого температурного потенциала, то его назвали циклом теплового насоса.

Схема простейшего теплового насоса и его цикл в T,s- диаграмме представлены на рис. 18.5 и 18.6.

В данной схеме в качестве холодного источника теплоты выступает внешняя среда (вода в реке), а теплота высокого температурного потенциала используется для целей теплоснабжения (отопление жилого помещения).

 


Методика расчета цикла парокомпрессорного

теплового насоса

Удельная работа компрессора

, (18.16)

где  – адиабатный коэффициент компрессора.

Удельная теплота, отводимая от рабочего тела в теплообменнике (полезный продукт цикла),

. (18.17)

Удельная теплота, подводимая к рабочему телу со стороны внешней среды (из реки), рассчитывается исходя из процесса 1-4:

. (18.18)

Удельная работа, затраченная на реализацию реального цикла теплового насоса, равна работе компрессора:

. (18.19)

Эффективность цикла теплового насоса характеризуется отопительным коэффициентом

. (18.20)

Этот коэффициент всегда больше единицы, т.е. полезной теплоты всегда получается больше, чем затрачено работы на реализацию цикла.

Кроме отопительного коэффициента эффективность цикла теплового насоса характеризуется его тепловой мощностью:

. (18.21)

гидра онион ссылка;Салфетка-автозагар bronzeada либридерм отзывы. Автозагар для лица гарньер отзывы.;Колоноскопия в центре проктологии. Центр проктологии гончарный проезд 6 отзыв.
Математика, сопротивление материалов, электротехника лекции, задачи