- •Техническая тЕрмодинамика
- •Содержание
- •Введение
- •Основные понятия и определения
- •Предмет технической термодинамики и ее методы
- •Рабочее тело. Основные параметры состояния.
- •Термодинамическая система и окружающая среда.
- •Уравнение состояния
- •Термодинамический процесс. VP-диаграмма и термодинамические процессы в ней /равновесные и неравновесные, обратимые и необратимые, круговой процесс/.
- •Теплота и работа как формы передачи энергии.
- •Идеальные и реальные газы
- •2.1 Определения и основные законы идеальных газов.
- •Уравнение состояния идеальных газов. Газовая постоянная.
- •Газовая постоянная одного килограмма газа:
- •Смеси идеальных газов
- •Основные определения. Способы задания газовых смесей
- •Вычисление параметров состояния смеси
- •Реальные газы
- •Первый закон термодинамики
- •Сущность первого закона термодинамики
- •Основные формулировки 1 закона
- •3.2 Внутренняя энергия. Аналитическое выражение 1 закона термодинамики.
- •3.3 Энтальпия. Энтропия.
- •4 Теплоемкость газов
- •4.1 Основные определения. Массовая, объемная и молярная теплоемкости
- •4.2 Теплоемкость при постоянном давлении и при постоянном объеме. Уравнение Майера.
- •Теплоемкость смеси газов
- •Основные термодинамические процессы идеальных газов.
- •Общие принципы исследования термодинамических процессов.
- •Вычисление энтропии идеального газа.
- •Изохорный процесс
- •Изобарный процесс
- •Изотермический процесс
- •Адиабатный процесс
- •Политропный процесс
- •6. Второй закон термодинамики
- •Термодинамические циклы тепловых машин. Прямые и обратные циклы, обратимые и необратимые
- •Термический кпд и холодильный коэффициент циклов
- •Прямой и обратный циклы Карно и их свойства
- •Прямой цикл Карно
- •Обратный цикл Карно
- •Аналитическое выражение iIзакона термодинамики.
- •Определение термического кпд цикла через среднеинтегральные температуры.
- •Методы сравнения термических кпд обратимых циклов
- •Обобщенный цикл Карно
- •Водяной пар
- •Фазовые переходы веществ
- •Диаграммы воды и водяного пара в vPиvTкоордината. Пограничные кривые. Критические точки
- •7.3 Определение параметров состояния воды и водяного пара
- •Основные параметры сухого насыщенного пара
- •Основные параметры перегретого пара
- •Основные параметры влажного насыщенного пара
- •Диаграмма sTдля водяного пара
- •7.8 Термодинамические процессы изменения состояния водяного пара
- •7.8.1.1Изохорный процесс
- •Изобарный процесс
- •Изотермический процесс
- •7.8.4Адиабатный процесс
- •8.Влажный воздух
- •Основные понятия и определения
- •Расчет основных параметров влажного воздуха
- •Течение газов
- •Уравнения движения
- •Уравнение первого закона термодинамики для потока газа
- •Располагаемая работа газа в потоке
- •Уравнение неразрывности
- •Скорость истечения
- •Секундный расход идеального газа через сопло
- •Истечение газа из сосуда неограниченной емкости
- •Основные условия течения идеального газа по каналам переменного сечения
- •Сопло Лаваля
- •При дозвуковом и сверхзвуковом течении
- •Истечение газов и паров с учетом трения
- •Дросселирование газов и паров
- •Дросселирование водяного пара
- •Компрессоры
- •Классификация и принципы действия компрессоров
- •Одноступенчатый поршневой компрессор
- •Ротационный (пластинчатый) компрессор
- •10.1.3 Центробежный компрессор
- •Компрессора
- •10.2 Теоретическая индикаторная диаграмма поршневого компрессора
- •Компрессора
- •10.3 Влияние процесса сжатия на величину работы одноступенчатого компрессора
- •В компрессоре в зависимости от способа сжатия:
- •Действительная индикаторная диаграмма компрессора
- •Многоступенчатое сжатие
- •Охлаждением рабочего тела
- •Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания (двс)
- •1Цикл двс с подводом теплоты при постоянном объеме (цикл Отто)
- •Теплоты при постоянном объеме:
- •С подводом теплоты при и
- •11.2 Цикл двс с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля)
- •С подводом теплоты при постоянном давлении:
- •Цикл со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера)
- •Сравнение циклов двс
- •Сравнение циклов поршневых двс с подводом теплоты при и
- •При одинаковой степени сжатия
- •С различной степенью сжатия .
- •При и регенерацией теплоты:
- •Циклы паросиловых установок
- •Обратные термодинамические циклы
- •14.1 Цикл воздушной холодильной установки
- •14.2 Цикл парокомпрессорной холодильной установки
- •Список использованной и рекомендуемой литературы
Обратные термодинамические циклы
Холодильный цикл – обратный круговой процесс, предназначенный для передачи теплоты от тел менее нагретых к телам более нагретым при помощи холодильных установок или тепловых насосов. Для охлаждения можно применять воздушную или паровую компрессорные холодильные установки.
14.1 Цикл воздушной холодильной установки
Принцип действия воздушной холодильной установки основан на расширении предварительно сжатого и охлажденного воздуха. На рис. 14.1 изображена принципиальная схема воздушной холодильной машины.
Рис. 14.1. Принципиальная схема воздушной холодильной установки
Воздух из холодильной камеры 3 поступает в компрессор 2. После сжатия до давления(рис. 14.2) он с температуройпоступает в теплообменник1 (холодильник), охлаждается в нем проточной водой до температуры окружающей среды, определяемой точкой 3. Затем воздух поступает в детандер 4, где расширяется от давления до давления . При этом температура воздуха понижается до (-60…-70)С. Холодный воздух направляется в холодильную камеру 3, где нагревается, отбирая теплоту у охлаждаемых тел. После этого цикл повторяется вновь.
Цикл холодильной машины в идиаграммах (рис. 14.2) состоит из следующих процессов:1-2 – сжатие воздуха в компрессоре; 2-3 - отвод теплоты от воздуха в теплообменнике при постоянном давлении; 3-4 – расширение воздуха в детандере; 4-1- процесс подвода теплоты при постоянном давлении к воздуху в холодильной камере.
Рис. 14.2. Цикл воздушной холодильной машины:
а- в vP – диаграмме; б - в sT – диаграмме.
Удельное количество теплоты, отданное охлаждающей воде:
, (14.1)
а удельное количество теплоты, отобранное охлажденным воздухом от охлаждаемого объема:
. (14.2)
Удельная работа, совершенная воздухом в холодильной установке при постоянном значении теплоемкости:
,
или
Холодильный коэффициент:
. (14.3)
Вследствие малого значения теплоемкости воздуха удельная холодопроизводительность воздушных холодильных установок низка.
14.2 Цикл парокомпрессорной холодильной установки
Хладоагентами паровой холодильной установки являются пары легкокипящих веществ таких, как NH3, углекислота CO2, сернистый ангидрид SO2, хлорметан CH3Cl, фреон. Наибольшее применение получили аммиак и фреоны. В парокомпрессорных холодильных установках, в отличие от воздушных, вместо детандера применяется дроссельный (редукционный) вентиль, при помощи которого регулируют температуру в охлаждаемом объеме изменением степени открытия редукционного вентиля. Процесс адиабатного дросселирования сопровождается ростом энтропии дросселируемого вещества, при этом энтальпия вещества не изменяется.
Рис. 14.3. Принципиальная схема паровой холодильной машины
Парокомпрессорная холодильная установка работает следующим образом. Сжатый в компрессоре 3 (рис.14.3) до давления влажный (сухой) пар поступает в конденсатор (охладитель) 2, где за счет отдачи теплоты охлаждающей среде происходит полная конденсация пара (изобарно-изотермический процесс 4-1, рис. 14.4). Жидкость из конденсатора при давлениии температурепроходит через дроссельный вентиль 1, где она дросселируется до давления. Давлениевыбирается таким, чтобы соответствующая этому давлению температура насыщениябыла несколько ниже температуры охлаждаемого объема. Процесс дросселирования в вентиле 1 является необратимым и на- диаграмме изображается условной линией 1-2. После дроссельного вентиля влажный пар направляется в испаритель 4, где за счет теплоты, отбираемой от охлаждаемых тел, содержащаяся в нем жидкость испаряется, степень сухости влажного пара при этом возрастает (изобарно-изотермический процесс 2-3). Из испарителя пар высокой степени сухости направляется в компрессор 3, где адиабатно сжимается от давлениядо давления. В зависимости от состояния пара, выходящего из компрессора, возможны следующие циклы: на насыщенном паре (рис. 14.4,а); на влажном паре (рис. 14.4,б); на перегретом паре (рис. 14.4,в). Из компрессора пар направляется в конденсатор 4 и цикл замыкается.
а |
б |
в |
Рис. 14.4. Цикл паровой компрессорной холодильной машины
В цикле Карно 1А34 процесс охлаждения хладоагента от температуры до температурыпроисходит по обратимой адиабате 1-А в детандере. Количество теплоты , отбираемое от холодного источника, в цикле парокомпрессорной установки изображается пл.а23b, а количество теплоты , отбираемого в цикле Карно, - пл.сА3b. Из рисунка видно, что пл. сА3b пл. а23b. Потеря хладопроизводительности от замены детандера редукционным вентилем определяется пл.А2ас. Количество теплоты (пл.412аb), переданное в конденсаторе охлаждающей среде при постоянном давлении:
.
Теплота (пл.23bа), подводимая к хладоагенту в охлаждаемом объеме:
.
В цикле парокомпрессорной холодильной установки работа, затрачиваемая на привод компрессора 3:
.
Поскольку в процессе дросселирования , то работа, затрачиваемая в цикле, равна работе компрессора, то есть:
.
Подставляя значения ив выражение (14.3), получим:
. (14.4)