Методические указания. Задача термодинамического анализа холодильных машин, основанного на первом и втором законах термодинамикиЗадача термодинамического анализа холодильных машин, основанного на первом и втором законах термодинамики, состоит в том, чтобы выяснить предельно возможную эффективность циклов холодильных машин и указать на те элементы машины, улучшение которых способно больше всего повлиять на рост общей эффективности. Первый закон термодинамики устанавливает принцип эквивалентности в термодинамических процессах преобразования тепла в механическую работу , где: – количество тепла, сообщенное системе, Дж; – значение внутренней энергии в конечном состоянии, Дж; – значение внутренней энергии в начальном состоянии, Дж; – работа, совершаемая системой над другими телами, Дж. Второй закон термодинамики указывает на направление процесса переноса тепла указывает, который говорит, что тепло само собой переходит лишь от тела более нагретого к телу менее нагретому, но не наоборот. Переход тепла от тела с меньшей температурой возможен только с затратой работы: , где: – количество тепла, переданное нагретому телу, Дж (источнику высокой температуры); – количество тепла, отнятое от холодного тела, Дж (отводится от источника низкой температуры), Дж; – работа, затраченная на передачу тепла (тепловой эквивалент энергии, подведенной извне), Дж. Обратный круговой термодинамический процесс – цикл, в результате которыого теплота переходит от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой за счёт затраты работы. Холодильный цикл – обратный термодинамический процесс, в котором теплота от источника низкой температуры (охлаждаемого объекта) передается окружающей среде. Холодильная машина, работающая по холодильному циклу, служит для охлаждения какой-либо среды или поддержания низкой температуры в охлаждаемом помещении. Цикл теплового насоса – обратный термодинамический процесс, в котором теплота от окружающей среды передается источнику с более высокой температурой (нагреваемому объекту). Холодильная машина, работающая по циклу теплового насоса, служит для нагрева какой-либо среды. Комбинированный цикл – цикл холодильной машины, в котором теплота от источника низкой температуры передается источнику высокой температуры. Термодинамическая эффективность · холодильного цикла характеризуется холодильным коэффициентом: ; · цикла теплового насоса определяется отопительным коэффициентом: ; · комбинированного цикла оценивается холодильным и отопительным коэффициентами и . Процесс называют обратимым, если после его завершения тела, принимавшие участие, могут быть возвращены в первоначальное состояние и при этом какие-то дополнительные изменения не возникнут. Процессы, которые не удовлетворяют этим условиям, называются необратимыми. Источниками необратимости холодильных машин являются: · внутреннее трение частиц рабочего тела, трение в элементах машины; · дросселирование; · диффузия; · передача теплоты, происходящая при конечной разности температур; · неравновесные фазовые превращения; · смешение различных компонентов. Необратимость может быть внутренняя и внешняя. Внутренне обратимым процессом можно считать процесс, в котором соблюдаются условия равновесия внутри тела, отсутствуют внутреннее трение и диффузия, не происходит смешения и химических реакций. В том случае, когда выполняются условия равновесия между рабочим телом и окружающей средой, процесс называется внешне обратимым. Все без исключения процессы, происходящие в элементах холодильной машины, осуществляющей обратный круговой процесс необратимы как внутренне, так и внешне. Степень термодинамического совершенства определяется коэффициентом обратимости: , где: – минимальная работа, работа обратного обратимого идеального цикла; – работа реального цикла; – суммарное увеличение работы цикла, вызванное необратимостью процессов. Вопросы для самопроверки 1. В чем заключается сущность термодинамического анализа холодильных машин. 2. По какому циклу работают холодильные машины? 3. Графическое изображение циклов. 4. Дайте определение основных параметров, оценивающих термодинамическую эффективность холодильных машин.
|