§3. Классификация трансформаторов теплоты.
Трансформаторы ТТ классифицируются:
- по принципу организации работы теплового трансформатора;
- по характеру протекающих в тепловом трансформаторе процессов;
- по характеру протекания процессов во времени.
По принципу организации работы- тепловые трансформаторы бывают:
- термомеханические (наиболее распространены в промышленности);
- магнитокалорические;
- электрокалорические.
Термомеханические:
- компрессионные;
- сорбционные;
- струйные.
Компрессионные в зависимости от характера изменения состояния рабочего тела бывают:
- парожидкостные ПЖТТ( рабочее тело изменяет фазовое состояние пар-жидкость);
- газожидкостные ГЖТТ ( газ-жидкость);
- газовые.
Сорбционные. В этих установках давление рабочего тела изменяется в процессе сорбции (Р уменьшается) и десорбции (Р увеличивается). Эти установки бывают:
- абсорбционные;
- адсорбционные
В абсорбционных машинах рабочее тело поглощается жидкостью.
В адсорбционных – твердым телом.
Процессы сорбции и десорбции сопровождаются подводом и отводом тепла.
В качестве рабочих тел используются системы: NH3-H2O, H2O-LiBr
По характеру протекающих в тепловом трансформаторе процессов, они бывают:
- с повысительной трансформацией (когда подводится теплота низкого потенциала, а отводится высокого). К этому классу относятся: рефрижераторы, криогенные установки, тепловые насосы, кондиционеры.
- расщепительной трансформацией (подводится теплота со средним потенциалом и делится на 2 потока: 1 с низким, 2 с повышенным потенциалом). Это – струйные трансформаторы – пароэжекторные машины и вихревые трубы.
По характеру протекания процессов во времени.
- циклические, когда процесс возвращается в исходную точку;
- квазициклические процессы, рабочее тело после прохода цикла покидает этот цикл. Это компрессоры, турбины, двигатели, вентиляторы.
- нециклические. Электромагнитные тепловые трансформаторы. Нет рабочего тела.
§4. Тепловые трансформаторы с циклическими процессами.
Цикл Карно со стационарными процессами.
Процессы тепловых трансформаторов описываются обратными термодинамическими циклами.
Идеальный цикл – обратный цикл Карно.
Цикл Карно со стационарными процессами включает 2 нагнетателя (компрессоры) и 2 расширителя (детандеры).
Составим энергетический баланс установки:
∑Lвх + ∑Qвх = ∑Lвых + ∑Qвых
Q4-1 + L1-2 + L2-3 = Q2-3 + L3-4 + L4-1
§5. Применение каскадных и регенеративных циклов.
Каскадный – один за другим, регенерация – восстановление.
Для работы теплового трансформатора в интервале температур tв и tн необходимо поддерживать определенный перепад давлений р1 и р3.
Чем больше эта разность температур, тем больше степень увеличения давлений.
Давление увеличивается в компрессоре и уменьшается в детандере.
Использование каскадного и регенеративного принципа позволяет уменьшить эти требования.
Каскадный принцип предложил Пихте, регенеративный – Сименс.
Каскадный метод.
Один цикл заменяется группой циклов, которые идут один за другим каскадом, при этом теплота из верхнего цикла сбрасывается в нижний.
Для каскада должна быть верхняя изотерма нижнего цикла выше нижней изотермы верхнего цикла.
Р3’ – Р1’ < Р3 – Р1
Разбивка 1 цикла на несколько позволяет добиться в итоге большей степени повышения давления, т.к. степень повышения давления в 1 ступени ограничивается 12.
Регенерация тепла.
Регенерация осуществляется путем отвода тепла от охлаждаемого потока и перебросом этого тепла нагреваемому потоку.
В итоге этот прием позволяет уменьшить степень повышения давления.
P3’ – P1 > P3 – P1
Наибольшего эффекта можно добиться в изобарной регенерации, т.е. когда т.1 и т.2 лежат на изобаре.
Можно провести регенерацию изохорно, но т.к. изобары идут круче изохор, то можно добиться максимального снижения степени повышения давления.