Студопедия — ПРОИЗВОДСТВА ИСКУССТВЕННОГО ХОЛОДА
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ПРОИЗВОДСТВА ИСКУССТВЕННОГО ХОЛОДА






ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Первый закон термодинамики, являющийся частным выражением всеобщего закона сохранения энергии, устанавливает принцип эквивалентности теплоты и механической энергии.

Часть теплоты, подведенной извне к замкнутой термодинамической системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы, а другая часть расходуется на совершение внешней механической работы.

Рассматривая второе слагаемое правой части уравнения как часть теплоты, затрачиваемой на получение механической работы, можем написать

где

L - механическая работа, Н • м;

А - термический эквивалент механической работы.

В Международной системе единиц СИ 1 Дж теплоты равен 1 Дж работы (1 Дж = 1 Н • м). Поэтому А = 1 и не имеет размерности В дальнейшем в наших уравнениях мы не будем учитывать А

Поделив уравнение на массу рабочего тела М кг, получим уравнение первого закона термодинамики для удельных, отнесенных к 1 кг рабочего тела энергий:

Обратный цикл Карно. Известной демонстрацией первого закона термодинамики является термодинамический цикл Карно (рис. 6.19, а), в котором рабочее тело при подводе к нему теплоты q расширяется по изотерме 7-2, совершая полезную работу 7 при максимально возможном КПД. Дальнейшее расширение рабочего тела совершается за счет внутренней энергии по адиабате 2-3. Увеличение объема рабочего тела вызывает перемещение поршня слева направо. Затем от рабочего тела отводится теплота q что ведет к уменьшению объема в изотермическом процессе 3-4. Далее тело сжимается в адиабатическом процессе 4-1. Уменьшение объема рабочего тела вызывает перемещение поршня справа налево.

Необходимое условие работы цикла - наличие надежного источника теплоты q на одной стороне двигателя Карно и источника холода, поглощающего теплоту q0, на другой стороне.

Заметим, что изменение объема рабочего тела в изотермическом процессе сопровождается фазовыми превращениями. Так, в процессе 1-2 жидкое рабочее тело кипит, превращаясь в пар, а в процессе 3-4 пар конденсируется, уменьшая объем.

Полезная удельная работа, полученная в цикле в результате затраты теплоты q, пропорциональна площади криволинейного четырехугольника 1-2-3- 4и равна:

В дальнейшем удельную теплоту и удельную работу будем обозначать малыми буквами (q и l) и в тексте их будем именовать для краткости просто теплотой и работой.

Если теплоту q0 подводить в изотермическом процессе испарения рабочего тела 4-3 (рис. 6.19, б), а теплоту q отводить в изотермическом процессе конденсации 2-1, осуществится обратный цикл Карно.

Подобный цикл реализуется в холодильных машинах и носит название холодильного цикла.

Холодильную машину можно рассматривать как некий тепловой насос, перекачивающий теплоту от источника с низкой температурой к источнику с более высокой температурой.

В отличие от прямого цикла Карно, где была совершена работа l за счет подвода теплоты q, в обратном цикле все происходит наоборот. Теплота q отводится, если на это затрачивается работа в процессах сжатия 3-2 и 2-1. Последнее полностью согласуется со вторым законом термодинамики:

Теплота не может сама собой (без затраты работы) переходить от тела с низкой температурой к телу с высокой температурой.

Процессы в прямом и обратном цикле Карно необратимы, т.е. не могут совершаться самопроизвольно, без подвода энергии извне. Для обратного цикла Карно справедливо уравнение:

где

qо - количество теплоты, отбираемое от охлаждаемой среды 1 кг рабочего тела и называемое удельной холодопроизводительностью, Дж/кг.

Соответственно величину Q0 (Дж) будем называть холодопроизводителъностъю.

Простейшая холодильная машина изображена на рис. 6.20. В охлаждаемой камере расположен испаритель, представляющий собой систему оребренных труб, в которых кипит и выпаривается рабочее тело - хладагент. Кипение происходит при низком давлении рисп и соответствующей этому давлению температуре Тисп.

Для поддержания процесса парообразования кипящей жидкости необходимо непрерывно сообщать теплоту, количество которой зависит от величины скрытой теплоты парообразования для данного хладагента в данных условиях. Эта теплота отбирается от воздуха и тел, находящихся в камере и имеющих температуру выше, чем температура кипения хладагента в испарителе. Т.О. и происходит охлаждение тел в холодильной камере.

Низкое давление в испарителе поддерживается компрессором, который непрерывно отсасывает пары хладагента, сжимает их до давления ркон и подает в конденсатор. В конденсаторе при охлаждении воздухом или водой отводится теплота q и при давлении Ркон и температуре Ткон происходит конденсация паров хладагента.

Жидкий хладагент поступает из конденсатора в испаритель через регулирующий вентиль, и цикл повторяется. Регулирующий (дроссельный) вентиль поддерживает необходимый перепад давления Рkoнисп. Изменяя перепад давления, можно регулировать температуру кипения в испарителе Tисп и, следовательно, изменять температуру в холодильной камере.

Заметим, что в терминологии, традиционно принятой в холодильной технике, имеется некоторая несогласованность с принятыми нами понятиями и терминами. Процесс выпаривания хладагента, сопровождаемый кипением, неправильно называют испарением. Чтобы не вступать в противоречия с многочисленной литературой по холодильной технике, и мы условно будем называть выпаривание хладагента испарением.

Всякая паровая холодильная машина должна иметь четыре основные части: испаритель, отбирающий теплоту из охлаждаемого помещения; конденсатор, отдающий теплоту в окружающую среду; компрессор, засасывающий пары хладагента и сжимающий их; устройство, обеспечивающее поддержание разности давления в конденсаторе и испарителе, регулирующий вентиль.

При анализе работы поршневого компрессора, как и при анализе прямого и обратного циклов Карно, мы пользуемся рv диаграммой. Для анализа и расчета циклов холодильных машин удобнее пользоваться sT и pi диаграммами.

Энтропия является мерой интенсивности тепловой энергии:

Энтропия наравне с давлением, удельным объемом и температурой является функцией состояния рабочего тела. Она изменяется с изменением всех или некоторых из этих параметров. Чем меньше изменение энтропии в процессе, тем совершеннее процесс.

В диаграмме по оси ординат откладывают температуру Т в градусах Кельвина, а по оси абсцисс - удельную энтропию s в Дж/К.

Поле диаграмм (рис. 6.21, а, б) разделено на три области двумя пограничными кривыми, сходящимися в верхней критической точке К, соответствующей критической температуре.

При температуре сверх критической перегретый пар (газ) не может быть обращен в жидкость ни при каком увеличении давления.

Левая пограничная кривая х=0 отделяет область влажного пара (под кривой) от области переохлажденной жидкости (над кривой). Здесь х - степень сухости пара - показывает, какое количество сухого пара содержится в 1 кг влажного пара.

Правая пограничная кривая х = 1 разделяет область влажного пара (под кривой) и область перегретого пара (над кривой).

Между двумя пограничными кривыми находится область влажного пара, для которой горизонтальные изотермы совпадают с изобарами. В области перегретого пара, лежащей за пределами кривой х = 1, изобары круто поднимаются вверх. На кривой х = 0 лежат точки, характеризующие состояние жидкости, а на кривой х = 1 - точки, характеризующие состояние сухого насыщенного пара.

Идеальный холодильный цикл в диаграмме. Процесс испарения хладагента при подводе теплоты q0 в диаграмме (см. рис. 6.21, а) изображается горизонтальной прямой 4-1, совпадающей с изотермой Tисп, а процесс конденсации при отводе теплоты q изображается прямой 2-3, совпадающей с изотермой Tкон. Вертикальная прямая 7-2 соответствует процессу адиабатического сжатия влажного пара в компрессоре, а прямая 3-4 - адиабатическому расширению хладагента перед испарением.

Количество теплоты q0, подведенной к 1 кг хладагента в испарителе соответствует уравнению:

Количество теплоты q, отведенной от 1 кг хладагента в конденсаторе и определяется по уравнению:

Удельная работа, совершенная в идеальном холодильном цикле равна:

и изображается в -диаграмме площадью 1-2-3-4.

Эффективность холодильного цикла оценивается холодильным коэффициентом - отношением холодопроизводительности к затраченной работе:

Анализ уравнения показывает, что холодильный коэффициент возрастает с увеличением температуры кипения Тисп и с понижением температуры конденсации Ткон, что необходимо учитывать при выборе хладагента.

Идеальный холодильный цикл в ip -диаграмме. На оси ординат -диаграммы (см. рис. 6.21, б) откладывают давление p (Па), а на оси абсцисс - энтальпию i (Дж/кг). Процесс адиабатического сжатия влажного пара хладагента в компрессоре изображается в -диаграмме кривой 1-2. Горизонтальная прямая 2-3 соответствует изотермическому процессу конденсации пара. Кривая 3-4 изображает адиабатическое расширение. Горизонтальная прямая 4-1 - испарение при кипении хладагента. Удельные количества теплоты и работы на -диаграмме пропорциональны горизонтальным отрезкам - разностям соответствующих энтальпий. Удельная холодопроизводительность идеального цикла qо пропорциональна отрезку 4-1 или

,

а удельная теплота q, отводимая в конденсаторе, пропорциональна отрезку 2-3, или

Удельная работа, совершаемая в компрессоре (без учета работы, получаемой при адиабатическом расширении хладагента), пропорциональна разности длин отрезков 2-3 и 4-1, или

Холодильный коэффициент идеального цикла

В расчетной практике оказалось удобнее пользоваться диаграммой, на оси ординат которой вместо давления р откладывают lg p. Эта математическая интерпретация не изменяет формы диаграммы, характера линий, изображающих цикл, не влияет на физический смысл отрезков в диаграмме. Изменяется при этом только масштаб диаграммы по оси ординат. Поэтому все рассуждения, сделанные в iр- диаграмме, справедливы и для lgp-i -диаграммы.







Дата добавления: 2015-09-07; просмотров: 627. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...

Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Экспертная оценка как метод психологического исследования Экспертная оценка – диагностический метод измерения, с помощью которого качественные особенности психических явлений получают свое числовое выражение в форме количественных оценок...

В теории государства и права выделяют два пути возникновения государства: восточный и западный Восточный путь возникновения государства представляет собой плавный переход, перерастание первобытного общества в государство...

Закон Гука при растяжении и сжатии   Напряжения и деформации при растяжении и сжатии связаны между собой зависимостью, которая называется законом Гука, по имени установившего этот закон английского физика Роберта Гука в 1678 году...

Методика исследования периферических лимфатических узлов. Исследование периферических лимфатических узлов производится с помощью осмотра и пальпации...

Роль органов чувств в ориентировке слепых Процесс ориентации протекает на основе совместной, интегративной деятельности сохранных анализаторов, каждый из которых при определенных объективных условиях может выступать как ведущий...

Лечебно-охранительный режим, его элементы и значение.   Терапевтическое воздействие на пациента подразумевает не только использование всех видов лечения, но и применение лечебно-охранительного режима – соблюдение условий поведения, способствующих выздоровлению...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.009 сек.) русская версия | украинская версия