Холодильные циклы обратные тепловые циклы и процессы. Холодильные установки icon

Холодильные циклы обратные тепловые циклы и процессы. Холодильные установки


1 чел. помогло.
Смотрите также:
Лекция Обратные термодинамические циклы и холодильные установки. Термодинамика получения холода...
Рабочая программа по дисциплине сд...
Реферат по дисциплине Экономика Тема: «Экономические циклы в рыночной экономике»...
Реферат
Хладагенты, хладоносители и холодильные масла ностальгия о будущем...
Мировой финансовый кризис и циклы Кондратьева...
Лабораторная работа Устройство...
Темы занятий: по специальности «Холодильные машины и установки»...
Рабочая программа по дисциплине дс 06. 01, дс 06. 02 «Холодильные машины и установки»...
Рабочая программа по дисциплине «Холодильник машины и установки»...
Монтаж, эксплуатация и ремонт холодильного оборудования...
Теплосиловые газовые циклы циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания...



ХОЛОДИЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ


Обратные тепловые циклы и процессы.

Холодильные установки.

Охлаждение тел до температуры, лежащей ниже температуры окружающей среды, осуществляется с помощью холодильных установок, работающих по обратному тепловому циклу (цикл, в котором работа сжатия превышает работу расширения и за счет подведенной работы тепло передается от нижнего источника тепла к верхнему).

Холодильная установка включает в себя устройство для сжатия (компрессор или насос) и расширения рабочего тела - хладагента. Расширение рабочего тела может происходить с совершением полезной работы (в поршневой машине или турбомашине) и без ее совершения. Машины, применяемые в холодильных установках для охлаждения рабочего тела в процессе его расширения с совершением работы, называются детандерами.



Для характеристики эффективности цикла холодильной установки применяется так называемый холодильный коэффициент ε:

(1)

q2 -тепло, отбираемое из холодильного источника;




q1 -тепло, отдаваемое горячему источнику;



-средняя температура отвода и подвода тепла.

- изменение энтропии между крайними точками цикла.

Таким образом уравнение (1) может быть представлено в виде



Чем выше значение холодильного коэффициента, тем более эффективен цикл: чем он выше, тем меньшую работу lц нужно затратить, чтобы отвести от охлаждаемого тела одно и то же количество тепла q2.

Холодильные установки по виду хладагентов делятся на две основные групп:

1) газовые (в частности воздушные) холодильные установки;

2) паровые холодильные установки (хладагент - пары различных веществ):

а) парокомпрессионные;

б) пароэжекторные;

в) абсорбционные.


^ Цикл воздушной холодильной установки

Воздушная холодильная установка была одним из первых типов холодильных установок, применяемых на практике.



Хладагент (воздух) расширяется в детандере ^ 1 от давления р1 до давления р2, совершая работу, отдаваемую детандером внешнему потребителю. Воздух, охлажденный от температуры Т1 до Т2, поступает в охлаждаемый объем 2, из которого он отбирает тепло. Этот процесс происходит при постоянном давлении. Затем воздух направляется в компрессор 3, где его давление повышается от р2 до р1 (при этом температура воздуха возрастает от Т3 до Т4). Сжатый компрессором воздух поступает в охладитель 4. процесс в охладителе происходит при постоянном давлении воздуха (р1=const).

Цикл воздушной холодильной установки в р, v - диаграмме изображен на рис.3.

^ 1-2 - адиабатный процесс расширения воздуха в детандере, 2-3 - изобарный процесс отвода тепла из охлаждаемого объема, 3-4 - процесс сжатия в компрессоре, 4-1 - изобарный процесс охлаждения воздуха в охладителе.

^ 3-4-1 - линия сжатия воздуха, а 1-2-3 - линия расширения. Работа, затрачиваемая на привод компрессора, изображается площадью m-4-3-n-m, а работа, производимая воздухом в детандере - m-1-2-n-m. Следовательно, работа, затрачиваемая в цикле воздушной холодильной установки, lц, изображается площадью 1-2-3-4-1.


Цикл компрессионной холодильной установки

Осуществить в холодильной установке подвод и отвод тепла по изотермам удается в том случае, если в качестве хладагента используется влажный пар какой-либо легкокипящей жидкости (жидкость, температура кипения которой при атмосферном давлении ts≤0°С).

Схема холодильной установки, осуществляющей цикл с влажным паром, представлена на рис.4.



Сжатый в компрессоре 3 до давления р1 влажный пар поступает в охладитель (конденсатор) 4, где за счет отдачи тепла охлаждающей воде происходит конденсация пара. Этот процесс происходит по изобаре-изотерме 4-1, так что из конденсатора выходит жидкость в состоянии насыщения, соответствующем точке 1 на Т, S-диаграмме.

В холодильных установках, использующих в качестве хладагентов влажные пары легкокипящих жидкостей, как правило, детандеры не применяются и вместо процесса расширения с отдачей внешней работы используется процесс расширения без отдачи внешней работы, т. е. процесс дросселирования. Процесс дросселирования влажного пара всегда происходит с понижением температуры.




Жидкость при давлении р1 и температуре Т1 (точка 1) направляется в дроссельный (редукционный) вентиль 1 (рис.4), где она дросселируется до давления р2. из редукционного вентиля выходит пар при температуре Т2 и с малой степенью сухости. Необратимый процесс дросселирования в редукционном вентиле изображен на рис. 5 линией 1-2 по выходе из редукционного вентиля влажный пар направляется в помещенный в охлаждаемом объеме испаритель 2 (рис.4), где за счет тепла, отбираемого от охлаждаемых тел, содержащаяся во влажном паре жидкость испаряется; степень сухости влажного пара при этом возрастает. Изобарно-изотермический процесс подвода тепла к хладагенту в испарителе от охлаждаемого объема изображается на рис. 5 линией 2-3. Давление р2 выбирается таким образом, чтобы соответствующая этому давлению температура насыщения была несколько ниже температуры насыщения охлаждаемого объема. Из испарителя пар высокой степени сухости направляется в компрессор, где он адиабатно сжимается от давления р2 до давления р1. в процессе адиабатного сжатия (линия 3-4, рис.5)степень сухости папа возрастает, так что из компрессора выходит сухой насыщенный пар. Затем пар направляется в конденсатор 4 и цикл замыкается.

Такого вида установка называется парокомпрессионной, так как в ней сжатие влажного пара происходит при помощи компрессора. Рассмотренный цикл отличается от цикла Карно только тем, что охлаждение хладагента от Т1 до Т2, вместо обратимой адиабаты расширения в детандере (1-А на рис. 5), происходит по необратимой адиабате расширения в дроссельном вентиле 1-2. процесс дросселирования приводит к уменьшению холодопроизводительности цикла по сравнению с обратным циклом Карно. В самом деле, из рис.5 видно, что количество тепла q2, отбираемого от холодного источника в цикле парокомпрессионной холодильной установки, изображается площадью а-2-3-b, тогда как количество тепла q2 в обратном цикле Карно изображается большей площадью с-А-3-b.


Понятие о цикле абсорбционной холодильной установки

Еще одной разновидностью холодильных циклов, в которых используется хладагент в виде влажного пара, является цикл абсорбционной холодильной установки. От других циклов паровых холодильных установок он отличается способом сжатия пара, выходящего из испарителя.

В рассмотренной установке используется явление абсорбции (поглощение вещества всем объемом поглощающего тела) пара жидким раствором. В отличие от чистых веществ растворы обладают способностью абсорбировать (поглощать) пар раствора одного состава жидким раствором другого состава даже в том случае, когда температура жидкости выше температуры пара. Именно это свойство раствора и используется в абсорбционных холодильных установках.



Температура кипения бинарного раствора при постоянном давлении зависит от состава раствора. При этом она будет тем выше, чем больше в растворе доля компонента с более высокой температурой кипения. Зависимость температуры кипения бинарного раствора при постоянном давлении от состава раствора изображается кривой кипения (сплошная линия) в Т, С - диаграмме (рис.6), где С- весовая доля высококипящего компонента. Характерной особенностью растворов является то, что пар, получающийся при кипении раствора, имеет иной состав, чем находящийся с ним в равновесии жидкий раствор: пар более богат низкокипящим компонентом. Кривая пара - линия составов пара, находящегося в равновесии с жидкостью, изображена пунктирной линией. Как видно из рис. 6 при температуре Т1 в равновесии с жидким раствором состава СМ находится пар раствора СN, а при Т2 жидкому раствору Сm соответствует пар состава Сn. Если теперь пар состава Сn, имеющий температуру Т2, привести в соприкосновение с жидким раствором состава СМ при температуре Т1, по отношению к которому пар состава Сn является переохлажденным, то очевидно, что пар будет конденсироваться (абсорбироваться жидким раствором). Давление жидкости и пара в этом процессе одно и то же. Теплота парообразования, выделяющаяся в процессе абсорбции при температуре Т1, отводится из раствора. В результате абсорбции получается раствор состава С, причем СmN.

Схема абсорбционной холодильной установки изображена на рис. 7.



В качестве одного из возможных хладагентов в такой установке используется влажный пар аммиака. Жидкий насыщенный аммиак дросселируясь в редукционном вентиле 1 от давления р1 до давления р2, охлаждается от температуры Т1 до температуры Т2. затем влажный пар аммиака поступает в испаритель 2, где степень сухости пара увеличивается до х=1 за счет притока тепла q2 от охлаждаемого объема. Сухой насыщенный пар аммиака при температуре Т2 поступает в абсорбер 3, куда подается также раствор аммиака в воде, имеющий температуру Т1. поскольку при одном и том же давлении вода кипит при значительно более высокой температуре, чем аммиак, то легкокипящим компонентом в этом растворе является аммиак. Этот раствор абсорбирует пар аммиака; тепло абсорбции qабс, выделяющееся при этом, отводится охлаждающей водой. Концентрация аммиака в растворе в процессе увеличивается и, следовательно, из абсорбера выходит обогащенный раствор (при температуре Т2III и давлении р2). С помощью насоса 4, повышающего давление этого обогащенного раствора от р2 до р1, раствор подается в генератор аммиачного пара 5, где за счет тепла qпг, подводимого к раствору от внешнего источника, происходит испарение раствора. Выделяющийся при этом пар значительно более богат аммиаком, чем раствор, из которого он получается. Этот аммиачный пар при температуре Т1 и давлении р1 поступает затем в конденсатор 6, где он конденсируется и жидкий аммиак в состоянии насыщения направляется в редукционный вентиль 1. А бедный аммиаком раствор, выходящий из парогенератора 5, дросселируется в редукционном вентиле 7от давления р1 до давления р2 и затем поступает в абсорбер 3, где обогащается аммиаком за счет аммиачного пара. При дросселировании температура этого бедного раствора практически не изменяется (ТI=TII).

Из приведенной схемы установки видно, что абсорбционный узел установки, состоящий из абсорбера 3, генератора аммиачного пара 5, насоса 4 и редукционного вентиля 7, служит в конечном итоге для сжатия аммиачного пара о давления р2 на выходе из испарителя до давления р1 конденсатор. В случае абсорбционной установки насос 4 повышает давление жидкости, причем затрата работы на привод этого насоса пренебрежимо мала по сравнению с затратой работы в компрессоре. Конечно, выигрыш в работе компенсируется затратой тепла в генераторе аммиачного пара 5; это тепло затем отводится охлаждающей водой в абсорбере 3, так что qабс=qпг.

Коэффициент теплоиспользования абсорбционной холодильной установки определяется отношением




^ Принцип работы теплового насоса

В процессе работы всякой холодильной установки тепло отбирается из охлаждаемого объема и сообщается среде с более высокой температурой. Следовательно, результатом осуществления холодильного цикла является не только охлаждение теплоотдатчика, но и нагрев теплоприемника.

Это позволило Кельвину в 1852 г. выдвинуть предложение об использовании холодильного цикла для отопления помещений, т. е. о создании так называемого теплового насоса.

Тепловым насосом называется холодильная установка, используемая обычно для подвода тепла к нагреваемому объему. Она как бы «перекачивает» тепло из холодного источника в горячий; в горячий источник поступает тепло q1, равное сумме тепла q2, отобранного от холодного источника, и работы lц, подводимой извне для осуществления этого холодильного цикла.

Эффективность теплового насоса оценивается величиной так называемого отопительного коэффициента, представляющего собой отношение количества тепла q1, сообщенного нагреваемому объему, к величине работы lц, подведенной в цикле,

(1)

(2)

(3)

Из соотношения (3) следует, что чем выше холодильный коэффициент, тем выше и отопительный коэффициент цикла.

На осуществление любого холодильного цикла расходуется подводимая от внешнего источника работа lц. эта работа затрачивается на привод компрессора или другого аппарата, осуществляющего сжатие хладагента.

Поскольку в тепловом насосе всегда q1> lц, то, следовательно, всегда εотоп>1; это видно из уравнения (3).

Обычно величина отопительного коэффициента обратимых циклов тепловых насосов значительно больше единицы. Так, например, если в тепловом насосе осуществляется обратный цикл Карно, то в том случае, если температура охлаждаемого пространства Т2=0°С, а температура нагреваемого помещения Т1=25°С, отопительный коэффициент такого насоса определяется

(4)

Т. е. в этом случае в отапливаемое помещение подается тепло, количество которого в 11,9 раза превышает величину работы, затраченной в цикле.

Уменьшение εотоп в реальных установках вызывается также неизбежными потерями вследствие необратимости процессов в различных элементах установки. Отопительный коэффициент реальных тепловых насосов может составлять 3,4 и более.

В тепловых насосах используются циклы воздушных, парокомпрессионных и термоэлектрических холодильных установок.




Скачать 94.98 Kb.
оставить комментарий
Дата12.10.2011
Размер94.98 Kb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

плохо
  1
отлично
  5
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх