Термодинамические и рабочие процессы Основы Холодильных машин


Впервые искусственным путем бы­ла получена низкая температура (—40 °С) в 1759 г. Ломоносовым, который использовал для этого смесь водного льда с азотной кисло­той. Однако холодильные машины появились намного позже.

Первая холодильная машина, парокомпресснонная на этиловом эфире, была создана в 1834 г. в Англии Джекобом Перкинсом. Через 40 лет в Германии Карл Лииде сконструировал первую ам­миачную холодильную машину, ставшую прообразом современных машин.

Холодильные машины, работа­ющие в области умеренного холода, в зависимости от вида используе­мой энергии делят на три основные группы: парокомпрессионные (ис­пользующие механическую энер­гию), абсорбционные и пароэжек — торные (теплонспользующие), термоэлектрические (использую­щие непосредственно электриче­скую энергию).

Процессы, происходящие в хо­лодильных машинах, объясняет термодинамика, являющаяся тео­ретической базой как теплотехники, так и холодильной техники.

Круговые процессы ИЛИ ЦИКЛЫ

Первый закон термодинамики как частный случай закона сохра­нения и превращения энергии гово­рит о возможности превращения теплоты в механическую работу и наоборот в определенных коли­чественных соотношениях.

Отношение теплоты к работе всегда постоянно. Его можно обозначить через константу Л:

A=*Q/L; Q=AL.

І

Константу А называют тепло­вым эквивалентом работы.

В системе единиц СИ механи­ческую работу и теплоту измеряют в Джоулях (Дж), поэтому в этой системе А = . Следовательно, Q—L.

Соотношения между единицами измерения энергии приведены в таблице.

Единица измерения эиергнм

Эквивалентные единицы

КДж

Ккал

КВт-ч

КГс-м

1 кДж 1 ккал 1 кВт-ч 1 кГс-м

1

4,19

3600 0,00981

0.239

Й60 0,00234

0.00278 0,00116 1

2.72-10—«

102.0 427 367 200 1 .

В основе действия парокомпрес — сионных, абсорбционных и паро — эжекторных холодильных машин лежит второй закон термодинамики (или второе начало), который при­менительно к холодильным маши­нам гласит;

Для передачи теплоты от менее нагретого тела (холодного) к более нагретому (горячему) необходимо затратить энергию.

На рис. І показаны принци­пиальные схемы действия теплово­го двигателя (а) и холодильной машины (б).

Обратный цикл М//М/ММ/ Т,

Термодинамические и рабочие процессы Основы Холодильных машин

Шоч№ вщес/п- Во

А1

4 Do Г,

7777777777777777 f

РИС. I. Принципиальная схема действия теплового двигателя (в) и холодильної машины (б)

В тепловом двигателе происхо-

Лрямой цикл

Iчммншм/ тг Q днт прямом круговой про­цесс или никл — последователь­ное изменение состояния рабочего вещества и возвращение его г» исходное состояние.

В прямом цикле при подводе теплоты Q от источника с высокой температурой Т2 совершается рабо та L. При этом часть теплоты —Q„ переходит к источнику с низкой температурой Г|.

Энергетическую эффективность теплового двигателя оценивают термическим КПД, показы­вающим, какой часть тепловой энергии Q превратилась в рабо — ту L:

Ъ-L/Q.

Термический КГІД всегда мень­ше 5.

В холодильной машине происхо­дит обрат н и й круговой процесс или цикл. При совер­шении работы L теплота Qn с по­мощью рабочего вещества пере­лается от источника с низкой тем­пературой Г і к источнику с более высокой температурой Г2.

Таким образом, для цикла xivio — дильнои машины можно дать сле­дующее определение:

Обратным круговым процессом

РИС. 2. Цикли холодильной машины (а), теплового насога (б) и комбинированный цикл (я) или циклом холодильной машины называется замкнутый процесс последовательного изменения со­стояния циркулирующего а ней рабочего вещества за счет затраты энергии, при атом осуществляется перенос — теплоты Q,) от охлаждае­мой среды к более теплой окружаю — щей среде — воздуху или воде.

Цикл холодильной машины по­казан на рис. 2, п.

Энергетическую эффективность холодильной машины оценивают холодильным коэффициен­том, представляющим отношение теплоты Qa к работе L, которую нужно затратить, чтобы отвести ее. от источника с низкой темпера турой: e=Q0/L.

‘Холодильний коэффициент мо­жет быть в несколько раз больше I. Он зависит от pajiincTM темпера — тур Tj—7"{. С ее увеличением он уменьшается.

Машину, в которой происходит также обратный цикл, но теплота Qо переносится от окружающей среды с температурой Tj к нагре­ваемой среде (с ограниченными размерами), имеющей температуру Гз, называют тепловым насо­сом.

Таким образом, тепловой насос предназначен дли поддержания более высокой температуры Tj по

Сравнению с температурой окру­жающей среды 7>.

Цикл теплового насоса показан на рис, 2, б.

Энергетическую эффективность теплового насоса оценивают коэф­фициентом п р е о б р а з о в а — н и я (его называют также отопи­тельным коэффициентом или коэф­фициентом трансформации тепло­ты):

»=QJL.

Так как теплота, подведенная к нагреваемой среде,

Q=Qo+L, a Q0/L=t, то ц=є-И.

Следовательно, энергетическая эффективность теплового насоса выше, чем энергетическая эффек­тивность холодильной машины.

В прямом и обратном циклах

Q=Q„-K.

Возможен также комбини­рованный цикл (рис. 2, в). В этом случае теплота Qo, отводи­мая от охлаждаемой среды с тем­пературой Т|, передается нагревае­мой среде с температурой 7*з — Осу­ществляя такой цикл, одноиремен — ио получают холод Qп и теплоту Qp.

Очепидио, что энергетическая эффективность комбинированного цикла выше, чем раздельного охлаждения и нагрева.

В реальных условиях одновре­менное получение холода и тепло­ты с помощью одной и той же машины, при взаимосвязанных ве­личинах Qo и Qr, не всегда целесо-, образно.

Posted in К холодильной технике


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *