Цикл паровой холодильной машины

 

Для рассмотрения процессов и определения параметров хладагента, необходимых для расчетов холодильной машины, пользуются диаграммами и таблицами, составленными на основании опытов и расчетов (прил. 2, 3).

Для хладагентов чаще всего используют диаграммы с координатами:
S – Т (энтропия – температура) (рис. 1а) и i – l gР (энтальпия – давление) (рис. 1б). Для удобства изображения и пользования диаграммой (рис. 1б) величина давления отложена по логарифмической шкале. На диаграммах показаны области различного состояния рабочего тела и даны значения параметров состояния: давления Р, температуры t, удельного объема υ, энтальпии i и энтропии S. Критическая точка К диаграммы характеризует такое состояние, выше которого тело может быть только в состояния газа. Ниже критической точки тело может находиться одновременно в двух состояниях: жидком и парообразном, а при определенных параметрах – в трех состояниях: твердом, жидком и парообразном (тройная точка).

Для большинства хладагентов критическая точка характеризуется высокой температурой и давлением, а тройная точка – очень низкой температурой и давлением, например, хладон R12 имеет  °С, а  °С. Диаграмма хладагентов вычерчивается только для того интервала температур, в котором он используется.

В случае подвода теплоты к жидкости при неизменном давлении она подогревается до температуры насыщения, а затем превращается в пар. В процессе кипения выделяется влажный пар, имеющий температуру кипящей жидкости и содержащий капельки жидкости. При перегреве насыщенный пар становится сухим, а затем перегретым.

На диаграмме линии, отходящие от критической точки К, являются пограничными кривыми, разделяющими диаграмму на отдельные области. Левая пограничная кривая разделяет области переохлажденной жидкости и влажного пара. Точки, лежащие на ней, характеризуют состояние насыщенной жидкости. Правая пограничная кривая разделяет области влажного пара и перегретого. Точки, лежащие на правой пограничной кривой, характеризуют состояние сухого насыщенного пара. Состояние влажного пара характеризуется степенью сухости, которая изменяется от 0 до 1. Для насыщенной жидкости Х = 0, для насыщенного пара X = 1.

Превращение жидкости в пар (или пара в жидкость) при неизменном давлении протекает без изменения температуры, поэтому в диаграммах линии постоянных давлений в области влажного пара совпадают с линиями постоянных температур.

Линии постоянных давлений – изобары (Р = const) – в диаграмме i – l gP изображаются горизонтальными прямыми, параллельными оси абсцисс, а в диаграмме S – T – ломаными линиями. В области влажного пара (S – Т - диаграмма) линии давлений изображаются горизонтальными прямыми, совпадающими с соответствующими линиями постоянных температур, в области перегретого пара – это восходящее кривые линии, в области жидкости – спадающие кривые, которые практически совпадают с левой пограничной кривой, и только вблизи к критической точке изобары проходят на некотором расстоянии от нее. Поэтому в S – Т - диаграмме линии Р в области жидкости не наносятся, эта область практически сливается с левой пограничной кривой. В диаграммах давление дано в мегапаскалях (МПа).

Линии постоянных температур – изотермы (t = const) – в S–T - диаграмме изображаются горизонтальными прямыми, параллельными оси абсцисс, а в i – l gP - диаграмме – ломаными линиями (штрихпунктирными). В области влажного пара i – l gP - диаграммы – это прямые, совпадающие с изобарами, в области перегретого пара – круто падающие кривые, а в области жидкости – круто поднимающиеся кривые. Значение температуры в диаграммах дано по шкале Цельсия.

Рис. 1. Построение диаграмм:

а) S – Т диаграмма; б) i – l gР диаграмма

Линии постоянных удельных объемов – изохоры (υ = const) – в обеих диаграммах изображаются пунктирными линиями, имеющими излом на правой пограничной кривой. Вблизи левой пограничной кривой линии постоянных объемов не нанесены, так как удельный объем жидкости мал по сравнению с объемом пара, и в масштабе диаграмм его показать невозможно. Поэтому значения удельных объемов для жидкости можно определить только по таблицам насыщенных паров. В диаграммах удельный объем пара выражен в кубических метрах на килограмм (м³/кг).

Линии постоянных энтропий – адиабаты (S = const) – в диаграмме S – Т изображаются вертикальными прямыми, а в диаграмме i – l gP – наклонными линиями. В диаграммах удельная энтропия измеряется в килоджоулях на килограмм-кильвин (кДж/(кг · К)).

Линии постоянных энтропий – изоэнтальпы (i = const) – в диаграмме i – l gP изображаются вертикальными прямыми, в диаграмме S – Т – это кривые линии, имеющие разный наклон. Для перегретого пара – это пологие кривые, для жидкости – более крутые. В диаграммах энтальпия измеряется в килоджоулях на килограмм (кДж/кг).

Параметры точек, лежащих на пограничных кривых, могут быть определены как по диаграммам, так и по таблицам насыщенных паров хладагентов (соответственно по температуре или давлению насыщения).

Параметры точек, лежащих в области перегретого пара, могут быть определены по таблицам перегретых паров.

Абсолютные значения сложных параметров состояния (энтальпия, энтропия) в расчетах не используются. Характерным является только изменение этих параметров в процессах.

 

Варианты заданий

В табл. 1 приведены варианты заданий для самостоятельной работы студентов.

 

Таблица 1

Варианты заданий

Обозначение	Варианты
	1	2	3	4	5
Холодопроизводительность , кВт	10	20	30	40	50
Температура кипения , °С	- 5	- 10	- 15	- 20	- 25
Температура конденсации , °С	40	35	30	25	20

 

Окончание табл. 1

Обозначение	Варианты
	6	7	8	9	10
Холодопроизводительность , кВт	60	70	80	90	100
Температура кипения , °С	- 30	- 5	- 10	- 15	- 20
Температура конденсации , °С	15	40	35	30	25

 

Обозначение	Варианты
	11	12	13	14	15
Холодопроизводительность , кВт	110	120	130	140	150
Температура кипения , °С	- 25	- 30	- 5	- 10	- 15
Температура конденсации , °С	20	15	40	35	30

 

Обозначение	Варианты
	16	17	18	19	20
Холодопроизводительность , кВт	160	170	180	190	200
Температура кипения , °С	- 20	- 25	- 30	- 5	- 10
Температура конденсации , °С	25	20	15	40	35

 

Обозначение	Варианты
	21	22	23	24	25
Холодопроизводительность , кВт	210	220	230	240	250
Температура кипения , °С	- 15	- 20	- 25	- 30	- 35
Температура конденсации , °С	30	25	20	15	10