Удельные характеристики циклов, холодильный коэффициент.

Обратный цикл Карно

Для непрерывного охлаждения машинными способами помимо охлаждаемого тела и приемника теплоты требуется третье тело, переносящее теплоту от первого ко второму. Это третье тело называется рабочим телом или холодильным агентом.Холодильный агент, претерпевая ряд изменений, должен возвращаться в первоначальное состояние, непрерывно участвуя в круговом процессе, или цикле. Подобный цикл называется термодинамическим. В отличие от прямого цикла (цикл тепловой машины), когда работа производитсяпри переходе теплоты от более нагретого тела к менее нагретому, круговой процесс, в котором для передачи теплоты от менее нагретого тела к более нагретому необходимо подводить энергию (или теплоту), называется обратным циклом. Различают три вида обратного цикла(рис.1):

Рис.1. Обратные циклы Карно

1).Холодильный 1-2-3-4, в котором теплота переносится от охлаждаемого тела с температурой Тн к окр.среде с температурой Тос;

2).Теплового насоса 5-6- 7- 8, в котором теплота переносится от окр.среды к телу с более высокой температурой Тв;

3).комбинированный 9- 10-11-12, состоящий из двух первых.

Если при осуществлении процессов, образующих обратный цикл, у взаимодействующих тел не наблюдаются остаточные изменения, т.е. эти процессы обратимы, то и обратный цикл обратим. На осуществление обратимого цикла требуется минимум работы или теплоты, поэтому он является эталоном. Обратимый холодильный цикл 1-2-3-4, приведенный на рис.1, показан на S-Т -диаграмме, где S -энтропия; Т- абсолютная температура.

Энтропия S- это отношение ничтожно малого количества теплоты Δq, сообщенной телу (или отнятой у него) в процессе изменения его агрегатного состояния, к абсолютной температуре Т, при которой происходит это приращение теплоты, т.е. S = Δ q / Т (Дж/К).Энтропию в тепловых процессах можно рассматривать как термический заряд, который не меняется в идеализированных обратимых циклах. Как видно из рис., цикл должен состоять из двух изотермических и двух адиабатических процессов. Такой цикл называется циклом Карно. При этом холодильный агент должен получать теплоту от охлаждаемого тела и передавать ее окружающей среде при постоянных температурах. Температуры холодильного агента и окружающей среды должны отличаться друг о т друга на бесконечно малую в еличину, т.к. разность температур необходима для осуществления теплообмена. Точно так же обмен работой между холодильным агентом и окружающей средой должен происходить при бесконечно малой разности давлений.

 

25.Мощность, энергетические потери. Коэффициент обратимости В случаях, когда температура охлаждаемого тела переменна, а окружающей среды постоянна, надо иметь в виду, что холодильный коэффициент цикла Карно будет меньше, чем холодильный коэффициент соответствующего обратного цикла при неизменной температуре охлаждаемого тела..Реальные циклы необратимы вследствие необратимости действительных процессов, происходящих при их осуществлении: теплообмена при конечной разности температур, расширения и сжатия при наличии трения, дросселирования.Термодинамическое совершенствование цикла определяется сопоставлением его с обратимым циклом, имеющим ту же величину удельной массовой холодопроизводительности, и оценивается коэффициентом обратимости η, равным отношению их холодильных коэффициентов:η = ε / εобр = l обр / l, (9)где ε, εобр —холодильный коэффициент реального и обратимого циклов; l обр, l — работа соответственно реального и обратимого циклов.Холодильный коэффициент обратимого цикла Карно εобр больше холодильного коэффициента любого из циклов, осуществляемых в тех же температурных пределах, поэтому ε < εобр и η < 1. Чем больше необратимость (приращение энтропии) цикла, тем большую работу надо затратить для получения одного и того же полезного эффекта.

 

26.Крмпрессоры холодильных машин. Классификация:поршневые одно-двух ступенчатые компрессоры, ротационные, винтовые,турбокомпрессоры.Поршневые компрессоры подразделяют по холодопроизводительности, виду холодильного агента, области применения, устройству кривошипно-шатунного механизма, конструкции корпуса, расположению цилиндров, направлению движения пара в последних, числу степеней сжатия, степени герметичности.По холодопроизводительности поршневые компрессоры подразделяют на малые (Q₀ до 12 кВт), средние (Q₀ 12—120 кВт) и крупные (Q₀ более 120 кВт).По виду холодильного агента различают аммиачные, хладоновые (фреоновые) и универсальные компрессоры.В зависимости от области применения компрессоры подразделяют на стационарные, транспортные и др.По устройству кривошипно-шатунного механизма различают компрессоры крейцкопфные, или ползунковые (двойного действия), и бескрейцкопфные (простого действия).Крейцкопфные компрессоры бывают в основном одноцилиндровые,горизонтальные, сальниковые, непрямоточные. По конструкции корпуса компрессоры подразделяют на блок-картерные (общая отливка блока с картером) и разъемные (блок цилиндров и картер представляют собой отдельные детали).По типу привода различают компрессоры с ременной передачей; непосредственно соединенные с электродвигателем муфтой; с электродвигателем, ротор которого насажен на вал компрессора.

28Теплообменные аппараты холодильных установок:конденсаторы,испарители,воздухоохладители, устройства для охлаждения циркулирующей воды. Конденсаторы/ Различают следующие типы конденсаторов: кожухотрубные горизонт, вертикальные, кожухозмеевиковые, испарительные и воздушные. Кожухотрубные горизонт конденсаторы используют в аммиачных и хладоновых холод. установках пищевых предприятий. Они имеют цилиндрический стальной кожух, в котором Прямые трубы расположены горизонтально, концы их развальцованы в трубных решетках. Охлаждающая вода поднапором проходит по этим трубам. На конденсаторе устанавливают предох-ый клапан, указатель уровня холодил. агента, вентиль для выпуска воздуха из межтрубного пространства. Пары хладагента конденсируются в межтрубном пространстве на наружной поверхности труб. Кожухотрубные вертикальные используют в крупных аммиачных холодильных установках. Главный их недостаток — сложность равномерного распределения воды по трубам.В Кожухозмеевиковом конденсаторе отсутствует вторая трубная решетка, кожух конденсатора выполнен в виде горизонтально расположенного стакана, внутри которого водяные трубки соединены попарно. Испарительные конденсаторы В них теплота от холодильного агента передается через стенку трубы воде, стекающей тонкой пленкой по наружной поверхности труб, и далее воздуху посредством испарения части воды.Конд-р представляет собой закрытый корпус. Под конденсатором располагается водяной бак, куда вода сливается самотеком. Из водяного бака циркулирующая вода снова нагнетается насосом в водяной коллектор. Сверху вентилятором подается поток воздуха, который усиливает испарение воды и служит приемником теплоты водяного пара. Применение их позволяет уменьшить расход воды, сократить затраты на сооружение устройств для охлаждения оборотной воды.Воздуш конденсаторы представляют собой систему трубчатых змеевиков, расположенных в металлическом корпусе. Холодильный агент проходит внутри змеевиков, с наружных оребренных поверхностей которых осуществляется съем теплоты естественной или принудительной конвекцией движения воздуха ..Испарители — теплообменные аппараты, предназначенные для охлаждения промежуточного хладоносителя путем теплообмена с кипящим холодильным агентом.Испарители изготавливают с закрытой и открытой циркуляцией охлаждаемой жидкости. Испарители с закрытой циркуляцией выполняются кожухотрубными. Охлаждаемая жидкость протекает в них под напором, который создает насос. В испарителях с открытой циркуляцией трубы, по которым протекает кипящий холодильный агент, погружаются в охлаждаемую жидкость, наливаемую в баки.Испарители с открытой циркуляцией — панельные. В них жидкость перемешивается мешалкой. Панельный испаритель выполнен в виде прямоугольного бака, в который помещаются испарительные секции панельного типа. Панельные испарители поставляются в комплекте с отделителями жидкости. При применении в качестве хладоносителя ледяной воды панельные испарители можно использовать как испарители-аккумуляторы для сглаживания неравномерности тепловой нагрузки на молочных предприятиях. Охлаждающие приборы Охлаждающие приборы (батареи) подразделяют на приборы непосредственного кипения и с промежуточным хладоносителем (рассольные). Наружная поверхность труб может быть гладкой или оребренной.

Распространены воздухоохладители из оребренных труб или пластин с каналами, внутри которых кипит хладагент или циркулирует хладоноситель. Воздух продувается с помощью вентилятора. Разность температур воздуха и поверхности охлаждения может достигать 12°С. Подвесные воздухоохладители применяют в холодильных камерах молокозаводов и на мясокомбинатах для охлаждения и замораживания пищевых продуктов.

Для охлаждения камер длительного хранения мороженых грузов используют панельные батареи, представляющие собой стальные листы, к которым приваривают цельнотянутые трубы.