экзамен / Otvety_po_termodinamiki_ekzamen

31. Пароэжекторная холодильная установка

Получение механической энергии в прямом цикле теплового двигателя и затрата её в обратном могут совершаться в одном агрегате – пароэжекторной холодильной машине. Принципиальная схема такой машины представлена на рисунке.

В пароэжекторной холодильной машине (ПЭХМ) пар высокого давления (Pkm), генерируемый в котле Km с помощью источника с температурой th поступает в сопло эжектора Э. При расширении в нем пара получаемая кинетическая энергия расходуется на подсос пара низкого давления Ри, выходящего из испарителя И, и на сжатие образовавшейся смеси в диффузоре эжектора до давления Рк , т.е. до давления конденсации пара в конденсаторе К. Расширение пара в сопле и затем сжатие смеси в диффузоре эжектора до давления Рк, т.е. до давления конденсации пара в конденсаторе К. Расширение пара в сопле и затем сжатие смеси в диффузоре эжектора связано с высокими энергетическими потерями. В конденсаторе К пар с давлением Рк, охлаждается внешним источником с температурой tw и конденсируется. Часть конденсата насосом Н подается в котел Кm для генерации пара высокого давления, часть дросселируется в регулирующем вентиле РВ и направляется в испаритель для охлаждения охлаждаемой среды, имеющей температуру ts. Пары, выходящие из испарителя, опять подсасываются эжектором.

Рабочим веществом ПЭХМ преимущественно является вода, в последнее время стали применяться хладоны. Вода как холодильный агент обладает высокими термодинамическими, эксплуатационными и экономическими показателями. Относительными недостатками её является высокий удельный объем и то, что возможность получения низких

температур (-100С) связана с созданием глубокого вакуума в испарителе (- 0,001 МПа). Перемещение больших масс водяного пара с помощью поршневых или радиальных компрессоров практически невозможно из-за необходимости применения поршней (рабочих колес) огромных размеров. К тому же конструкции их заметно усложняются из-за необходимости работать в условиях глубокого вакуума. Применение же эжектора в этих условиях позволяет получить относительно компактную надежную в эксплуатации машину. Однако следует отметить, что эжектор как нагнетатель имеет высокие энергетические потери и соответственно низкий КПД.

Пароэжекторные холодильные машины нашли применение в системах кондиционирования воздуха на судах с парогенераторными энергетическими установками и на предприятиях, располагающих высокотемпературными вторичными энергетическими ресурсами.

ПЭХМ представляет собой систему совмещенных неразделимых процессов прямого и обратного цикла, Котел, двигатель-эжектор, конденсатор и насос составляют элементы прямого теплового цикла пароэнергетической установки. Холодильный обратный цикл реализуется при перемещении рабочего вещества последовательно через компрессорэжектор, конденсатор, регулирующий вентиль и испаритель.

Рабочий пар из котла давлением Pkm (точка 1) расширяется изоэнтропно в насадке эжектора до давления Ри, процесс 1-2. Из испарителя

подсасывается холодный насыщенный пар с параметрами точки 9. Процесс смешения идет по линии, соединяющей точки 2 и 9. Положение точки смеси 3 определяется коэффициентом подмешивания эжектора. Точка 3 разделяет отрезок 2-9 в соотношении обратно пропорциональном массе смешивающихся потоков пара. Влажный пар, образованный смешением потоков, поступающих из сопла и от испарителя, далее сжимается в диффузоре (прцесс3-4). Конденсация пара в конденсаторе – процесс 4-5. Процесс 5-8 – дросселирование части конденсата, поступающего в испаритель. Далее осуществляется кипение хладагента в испарителе (процесс 8-9). В прямом цикле далее осуществляется сжатие рабочего вещества в насосе (процесс 5-6), а 6-7-1 – процесс нагрева и испарения рабочего вещеста в парогенераторе. Итак, прямой цикл совершается по круговому процессу 1-2-3-4-5-6-7-1, круговой процесс 9-3-4-5-8-9 является обратным (холодильным циклом).

Оценка работы ПЗХМ осуществляется с помощью показателей, которые ранее прссматривались для абсорбционной холодильной машины. Кратность циркуляции равна

Где Gkm – паропроизводительность котла;

Gи – расход пара через испаритель.

Эффективность работы прямого цикла оценивается термическим коэффициентом

Где I - работа прямого цикла;

qkm – теплота, подведенная к котлу;

hi – энтальпия в соответствующих точках цикла.

Энергетическая эффективность обратного цикла оценивается холодильным коэффициентом

Где qи – холодопроизводительность испарителя;

I0 – работа, совершаемая в обратном цикле.

Энергетическая эффективность всей ПЭХМ оценивается тепловым коэффициентом

Так же как компрессионные и абсорбционные холодильные машины, ПЭХМ тоже имеет необратимые потери, которые особенно велики в эжекторе. Термодинамическое совершенство цикла пароэжекторной холодильной машины оценивается коэффициентом обратимости.

32. Термотрансформаторы

Устройство, позволяющее передавать теплоту от объекта с одной температурой к объекту с другой температурой, называется термотрансформатором. Термотрансформатор, предназначенный для получения теплоты при более низкой температуре, чем исходная, называется понижающим, а предназначенный для получения теплоты при более высокой температуре, чем исходная, - повышающим. Термотрансформатор, предназначенный для одновременного получения теплоты при более высокой и более низкой температурах, называется термотрансформатором смешанного типа. Итак, цикл любого термотрансформатора представляет собой сочетание прямого и обратного

циклов.

33. Цикл Ренкина

34. Циклы тепловых двигателей. Сравнение циклов Отто и Дизеля

Назначение любого теплового двигателя – превращение теплоты в работу. Необходимая для перевода в работу теплота получается при сгорании жидких, твердых или газообразных топлив. Топливо может сжигаться вне тепловой машины (паровые машины и турбины) – это так называемые двигатели внешнего сгорания. Двигатели, в которых процесс сгорания осуществляется в рабочем пространстве машины, называются двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

Рабочим телом в ДВС являются в начале воздух или смесь воздуха с топливом, а в конце– смесь газов, образовавшаяся при сгорании топлива. Теплота к рабочему телу подводится от сжигаемого топлива внутри цилиндров двигателя, в которых расширяющийся от нагревания газ перемещает поршень. Полученная газом энергия частично расходуется на совершение механической работы, остальная часть отдается окружающей

среде.
Основными	элементами	любого	поршневого		ДВС
являются цилиндр 1 с	поршнем 2, возвратно-поступательное			движение
которого преобразуется во вращательное движение коленчатого					вала 8 с
помощью кривошипно-шатунного		механизма 6,	7 (рис. 1). В		верхней
части цилиндра размещены впускной4 и выпускной5 клапаны,				приводимые
в движение от	главного	вала двигателя, а также			свеча

зажигания 3 топливной смеси (или форсунка дляраспыления топлива). Помимо этого у ДВС имеются механизмгазораспределения, системы питания топливом, зажигания, смазки, охлаждения и регулирования (на рисунке не показаны).

В возвратно-поступательном движении

поршня различают два крайних положения:
верхнее	и	нижнее,	в	которых
поршень меняет		направление		движения на
обратное.		Эти		положения

называются мертвыми точками.Расстояние между мертвыми точками называют ходом поршня S, а перемещение поршня из ВМТ в НМТ или наоборот – тактом. Внутренний объем цилиндра в пределах хода поршня называют рабочим объемом цилиндра.

Часть объема цилиндра, заключенную

между	крышкой и	торцом	поршня,
находящегося в ВМТ,		называют камерой
сгорания.

Для обеспечения наиболее полного сгорания топлива оно должно быть хорошо перемешано с воздухом.Смесь распыленного в воздухе топлива, предназначенного для сжигания, называютрабочей смесью, а процесс приготовления рабочей смеси– смесеобразованием.

По способу приготовления горючей смеси ДВС подразделяются на две группы: с внешним и внутренним смесеобразованием.

Кдвигателям с внешним смесеобразованием относятся карбюраторные и газовые двига

тели. Рабочая смесь в них приготавливается в специальном устройстве– карбюраторе (при работе на бензине или керосине) илисмесителе(при работе на газовомтопливе). В этом случае в камеру сгорания подается уже готовая рабочая смесь, которая воспламеняется принудительно от электрической искры (свечи зажигания).

Вдвигателях свнутренним смесеобраз о в а н и е м приг отовление рабочей смеси происходит внутрирабочего цилиндра, куда воздух и топливо подаются раздельно. Сначала поршень сжимает чистый воздух до давления 3-4 МПа, вследствие чего его температура в конце сжатия достигает 600-650 °С, затем в камеру сгорания через форсунку впрыскивается жидкое топливо (дизельное или моторное), которое воспламеняется при смешении с раскаленным воздухом.

По способу осуществления цикла ДВС могут быть двух- и четырехтактными. В четырехтактном двигателе рабочий цикл осуществляется за четыре хода поршня (такта), т.е. за два оборота вала, а в двухтактном двигателе – за два хода (такта) поршня, т.е. один оборот коленчатого вала.

Исследование работы реального поршневого двигателя проводят по диаграмме, в которой дается изменение давления в цилиндре в зависимости от положения поршня (объема) за весь цикл. Такую диаграмму, снятую с помощью прибора – индикатора, называют индикаторной диаграммой

(рис.2).