Произвольный обратимый холодильный цикл
Основная трудность в практической реализации холодильной машины, работающей по обратному циклу Карно, заключается в осуществлении изотермических процессов подвода (4–1) и отвода (2–3) теплоты. Если эти процессы не являются изотермическими, они в общем случае должны осуществляться так, чтобы в процессе подвода тепла от холодильной камеры к холодильному агенту температура этого последнего была ниже температуры в холодильной камере на всём протяжении процесса. В процессе же отвода тепла в окружающую среду температура хладагента должна быть постоянно выше температуры окружающей среды (см. рис. 14.3).
Холодильный коэффициент будет тогда вычисляться через среднеинтегральные температуры подвода и отвода тепла
Учитывая, что , получаем
,
т.е. холодильный коэффициент обратного цикла Карно является максимальным в заданном интервале температур.
Следует отметить, что холодильный коэффициент ε может , согласно определению, принимать произвольные значения, как меньшие, так и большие единицы. В реальных холодильных машинах ε обычно больше единицы и может достигать значений порядка 5…7.
Р14.Т2 | Цикл воздушной холодильной установки | 0.7 часа |
Исторически вначале были сконструированы холодильные установки, холодильным агентом в которых являлся атмосферный воздух. Схема такой установки следующая.
Условные обозначения:
Д – детандер;
К – компрессор;
Охл. – охладитель;
Х.К. – холодильная
камера;
Воздух с температурой T1 (немного меньшей темпе-ратуры в холодильной ка-мере) поступает в порш-невой компрессор, где он адиабатически сжимается и, следовательно, нагревается до температуры T2 , превы-шающей температуру окружающей среды. Этот сжатый и нагретый воздух поступает в теплообменник (охладитель), где он изобарно охлаждается до температуры T3 (немного превышающей температуру окружающей среды), отдавая теплоту (в единицу времени). Затем воздух поступает в расширительный цилиндр (детандер Д), где он совершает работу в адиабатическом процессе и охлаждается до температуры T4 значительно меньшей температуры в холодильной камере. Поступая затем в холодильную камеру воздух с низкой температурой отнимает в изобарном процессе необходимое для поддержания в ней заданной температуры количество теплоты (в единицу времени). Тепловая мощность носит название холодопроизводительность. В диаграмме T – s идеальный цикл воздушной холодильной установки выглядит следующим образом (см. рис. 14.4).
С помощью такой установки, используя многоступенчатое охлаждение, в начале XX века были достигнуты весьма низкие температуры, что позволило (1911 г., Камерлинг-Оннес) наблюдать уже в то время такие экзотические явления, как сверхпроводимость и сверхтекучесть, объяснение которым было дано только после развития квантовой теории.
При термодинамическом расчёте холодильных машин обычно считаются заданными:
– температура в холодильной камере Tхол ;
– давление хладагента , протекающего через холодильную камеру p1;
– степень повышения давления в компрессоре ;
– холодопроизводительность установки, т.е. количество теплоты, отводимое от холодильной камеры в единицу времени , кДж/с;
– температура окружающей среды Tокр ;
– относительные внутренние КПД компрессора и детандера .
Термодинамический расчёт холодильной установки включает в себя:
– вычисление параметров рабочего тела (хладагента) в характерных точках цикла;
– вычисление удельной холодопроизводительности ;
– вычисление отводимой в цикле удельной теплоты ;
– вычисление удельной затрачиваемой работы ;
– вычисление холодильного коэффициента ε ;
– вычисление расхода хладагента G;
– вычисление мощности компрессора и детандера .
Согласно приведённой схеме и заданным условиям произведём термодинамический расчёт воздушной холодильной установки. (Обратим внимание на то, что цикл холодильной установки без учёта потерь полностью совпадает с циклом газотурбинной установки ГТУ p=const с точностью до обозначений и направления процессов).
Таблица 14.1
Расчёт параметров в характерных точках воздушного холодильного цикла
Пара- метры | Характерные точки цикла | |||
Здесь принимается и введено обозначение
Исходя из определений внутренних относительных КПД, находим параметры воздуха за компрессором и на выходе из детандера
Удельная холодопроизводительность
отведённая в цикле удельная теплота
затрачиваемая удельная работа цикла
Здесь принимается, что работа детандера используется в цикле, что уменьшает внешние затраты на привод компрессора.
Массовый расход холодильного агента
затрачиваемая на работу установки мощность внешних источников (мощность компрессора за вычетом мощности детандера)
холодильный коэффициент
В отсутствие потерь ( , ) холодильный коэффициент равен
где есть термический КПД прямого цикла (цикла ГТУ) при тех же параметрах установки.
Дата добавления: 2015-12-22; просмотров: 1105;