Цикли холодильних машин і теплових насосів

 

Термотрансформатор—пристрій призначений для передачі теплоти від нижнього джерела з меншим тепловим потенціалом до верхнього з більшим тепловим потенціалом і з підведенням ззовні роботи для здійснення цього циклу.

Усі термотрансформатори розділяють на холодильні машини і теплові насоси. Принципи дії холодильних машин і теплових насосів, їх конструкція, особливості подібні. Відмінність лише полягає в температурному діапазоні нижнього і верхнього джерел теплоти холодильної машини і теплового насоса. Наприклад для холодильної машини -20—+20 °С, для теплових насосів +20°С—60°С. Ці відмінності в температурних діапазонах відповідно впливають на деякі особливості конструкції елементів і вибір робочого тіла.

Принципова схема холодильної машини парокомпресійного типу і цикл

в PV і TS- координатах.

1—дросельний вентиль;

2—випарювач;

3—компресор (двигун-компресор);

4—конденсатор.

Робочі тіла—фреони, аміак, вугільна кислота, сірчаний ангідрид і т.д. в PV і TS-координатах цикл холодильної машини і теплових насосів зображають проти годинникової стрілки тому, що їх метою є не отримання зовнішньої корисної роботи, а виробництво холоду (холодильна машина) і вищого теплового потенціалу q₁ (тепловий насос), для чого необхідно затратити, підвести роботу із зовні.

5-1—ізобарно-ізотермічний підвід теплоти q₂ від нижнього джерела до термодинамічної системи для випаровування робочого тіла в випарювачі 2;

1-2—адіабатний стиск робочого тіла в компресорі 3 з підводом із зовні роботи для стиску;

2-3 і 3-4 відповідно ізобарний та ізобарно-ізотермічний відводи теплоти q₁ від робочого тіла до оточуючого середовища (верхнього джерела теплоти) в конденсаторі 4;

4-5—дроселювання робочого тіла в дросельному вентилі 1 для зниження температури і тиску.

Ефективність оцінюється холодильним коефіцієнтом з рівняння

 

де холодильна потужність холодильної машини, Дж/кг; робота, підведена із зовні для забезпечення холодильної потужності q₂, Дж/кг.

може бути .

Ефективність роботи теплових насосів оцінюється коефіцієнтом перетворення теплоти , який завжди більший від одиниці і для сучасних теплових насосів дорівнює 4—12 і підраховується з рівняння

де теплова потужність теплового насоса, Дж/кг; робота, що затрачена із зовні для забезпечення цієї теплової потужності, Дж/кг.

Лекція 14

 

Основні поняття і визначення теорії теплообміну. Передача теплоти теплопровідністю, конвекцією і тепловим випромінюванням. Складний теплообмін. Теплопровідність. Основні поняття і визначення. Закон Фур’є. Коефіцієнт теплопровідності. Механізм передачі теплоти в твердих тілах. Диференційне рівняння теплопровідності. Теплопровідність при стаціонарному режимі. Теплопровідність одношарової і багатошарової плоскої, циліндричної стінок при граничних умовах першого роду.

 

Теорія тепломасообміну (теплопередача)

Теорія тепломасообміну (теплопередача)—наука про закономірності процесів розповсюдження теплоти в просторі з різнорідними полями температур. Якщо є тіла з різними температурами, то починається передача теплоти від тіл з вищою температурою до тіл з нижчою довільно до вирівнювання температур цих тіл.

Теплота розповсюджується в просторі трьома способами:

1. Теплопровідність—перенос теплоти безпосередньо при дотику елементарних частинок тіл з різними температурами. У чистому вигляді теплопровідність властива твердим тілам, але має місце при переносі теплоти в газах і рідинах.

2. Теплова конвенція—передача теплоти шляхом переміщення в просторі об’ємів середовища з різними температурами.

3. Теплове випромінювання—складне явище, що поєднує випромінювання теплової енергії тілом, розповсюдження її в просторі з допомогою електромагнітних хвиль та поглинання іншими тілами.

Теплопередача—передача теплоти від одного рухомого середовища до іншого через нерухому стінку.

Тепловіддача—передача теплоти від рухомого середовища до нерухомої стінки або навпаки. Щодо тепловіддачі розрізняють внутрішню задачу—тепловіддача від рухомого середовища до внутрішньої поверхні труби і зовнішню задачу—тепловіддача від зовнішньої поверхні труби до оточуючого середовища.

Складний теплообмін—обмін теплотою між тілами трьома способами в рівновеликих долях.