Идеальные холодильные циклы и установки



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Идеальные холодильные циклы и установки



Термодинамич. совершенство реального (необратимого) цикла оценивается сравнением его параметров с параметрами идеального (обратимого) цикла. Отношение холодильного коэф. реального цикла к холодильному коэф. соответствующего идеального цикла наз. термодинамическим коэффициентом цикла
Известны схемы и параметры ряда идеальных циклов: охлаждения, термостатирования, конденсации, сжижения и др.

Идеальный цикл охлаждения.Схема установки, работающей по этому циклу, и его изображение в координатах Т -S показаны на рис. 2 (здесь и далее точками 1, 2, 3,..., п обозначены стационарные характерные состояния рабочего тела, а изменения его параметров, отвечающие происходящим в установке процессам, изображены линиями 1-2 и т.д.). Хладагент изотермически сжимается в компрессоре K1 от давления р1 до давления р2(процесс 1-2), при этом теплота сжатия q0 отдается в окружающую среду. Затем происходит адиабатич. расширение рабочего тела вдетандере (процесс 2-3, S = const), где за счет совершения работы lд хладагентом его т-ра понижается до Тx3. Втеплообменнике ТО рабочее тело нагревается (процесс 3-4) до т-ры Т4 путем подвода к нему теплоты qxот охлаждаемого тела (процесс 4'-3') и адиабатически сжимается (процесс 4-1) в компрессоре К2 до начальных параметров (точка 1). Процесс в ТО характеризуется отсутствием гидравлич. потерь, а также равенством т-р охлаждаемого и рабочего тел во всех сечениях аппарата. Т-ра охлаждаемого тела уменьшается, а затрачиваемая работа lц = lK1 + lK2 - lд = q0 - qx, где lK1 и lK2 - работы изотермич. и адиабатич. сжатия хладагента в компрессорах.

Рис. 2. Идеальный цикл охлаждения.

В тепловых расчетах холодильных циклов удобно использовать связь между изменением энтальпии di хладагента и изменениями его теплоты и рабочих параметров, выражаемую ур-нием: di = dq + Vdp. Отсюда для наиб. распространенного на практике изобарного охлаждения имеем: qx = i4 - i3 и lц = T0(S1 - S2) - (i4 - i3), гдe i3 и i4 -энтальпии рабочего тела. На рис. 2 работе lц эквивалентна площадь 12341, кол-ву отведенной теплоты q0 - площадь 12ab1, кол-ву подведенной к хладагенту или отведенной от охлаждаемого тела теплоты qx - площадь аb43а (здесь и далее заштрихована). В общем случае обратимый процесс 3-4 м. б. не только изобарным, тогда

где С - теплоемкость хладагента.

Рис. 3. Идеальный цикл термостатирования.

Этот цикл принимается в качестве идеального для воздушных холодильных, а также криогенных газовых и рефрижераторных установок (см. ниже).

Идеальный цикл термостатирования(рис. 3). Установка отличается от описанной выше тем, что вместо ТО имеется второй детандер, в к-ром рабочее тело изотермически расширяется при т-ре Тх с совершением работы lД2 и подводом теплоты qx от термостатируемого объекта. Холодопроизводительность установки:

Кол-во теплоты, отводимой в окружающую среду:

Работа цикла:

Этот цикл, часто наз. также обратным циклом Карно, принимается как идеальный для большинства холодильных и криогенных установок (включая газовые), а также установок кристаллизации. Холодильный коэф. цикла не зависит от св-в хладагента и определяется только т-рами окружающей среды (T0) и термостатирования (Тх), т. е.

В идеальных условиях для получения холода на разл. температурных уровнях примерный миним. расход энергии составляет: для достижения qx = 1 Вт на уровне 1 К - ок. 300 Вт, на уровне 200 К - всего 0,5 Вт. Реальные затраты энергии значительно выше, особенно в области низких т-р.
В случае протекания всех процессов в области влажного пара при равновесии жидкость - пар (рис. 4; здесь и далее под кривой KLM)изотермы T0, Тхи изобары p1, p4 совпадают. Схема холодильной установки упрощается: она включает только компрессор и детандер для изоэнтропийного сжатия (процесс 4-1) и расширения (процесс 2-3), а также теплообменник (конденсатор) ТК и теплообменник (испаритель) ТИ, обеспечивающие обратимые процессы передачи теплоты.

Рис. 4. Идеальный цикл термостатирования в области влажного пара.

Рис. 5. Идеальный цикл сжижения газов.

Приведенные выше ф-лы для данного случая также справедливы. По такой принципиальной схеме работает большинство установок умеренного холода.

Идеальный цикл сжижения газов(рис. 5). Рабочее тело изотермически сжимается в компрессоре К от давления p1до давления р2, расширяется в детандере Д до состояния чистой жидкости [точка 3(f)] и направляется втеплообменник ТО. В нем жидкий хладагент в результате кипения (процесс 3-4) превращается в пар (точка 4), к-рый затем нагревается до начальной т-ры Т0 (точка 1). Одновременно сжижаемое в-во подвергается обратным изменениям: охлаждается (процесс 1'-4') от Т0до т-ры Тx, при к-рой конденсируется (процесс 4'-3') до получения чистой жидкости [точка 3'(f)]. Поскольку все процессы данного цикла обратимы, работа его равна:

Общее кол-во теплоты, отведенной от сжимаемого газа в изобарном процессе 1-4-3(f), составляет: qx = qoxл + qконд = i1 - if, а холодильный коэф.

где if - энтальпия чистой жидкости.
Показатели этого цикла используются как базовые в установках сжижения газов.



Последнее изменение этой страницы: 2016-04-07; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.236.214.19 (0.007 с.)