Воздушная холодильная установка
Для более глубокого охлаждения тел (получения более глубокого холода) используется воздушная холодильная установка (рис. 41).
Принцип действия воздушной холодильной установки основан на расширении предварительно сжатого и охлажденного воздуха. Воздух из холодильной камеры (4) под давлением p1 поступает в компрессор (1), где адиабатно сжимается (1–2) до давления p2 и температуре T2. Сжатый воздух подается в теплообменник (2), где охлаждается проточной водой до температуры T3 (2–3), и подается в турбодетандер (3), где адиабатно расширяется (3–4) до давления p1, при этом температура рабочего тела понижается до значения T4. Охлажденный воздух поступает в холодильную камеру, где нагревается до температуры T1 (4–1).
Рис. 41. Схема, p-v и T-s диаграммы воздушной
холодильной установки
Удельное количество теплоты, переданное охлаждающей воде, может быть определено по соотношению
,
удельное количество теплоты, отведенное от воздуха в холодильной камере, по формуле
,
(1)
а
удельная работа цикла при условии
постоянства теплоемкости рабочего тела
(
)
может быть рассчитана из выражения
или, поскольку для адиабатных процессов (1–2) и (3–4) справедливы следующие соотношения температур:
;
,
определена по формуле
.
(2)
При использовании соотношений (1), (2) холодильный коэффициент воздушной холодильной может быть определен из формулы
.
Вопрос №47
Холодильные установки предназначены для охлаждения тел до температуры ниже температуры окружающей среды. Чтобы осуществить такой процесс, необходимо от тела отвести теплоту и передать ее в окружающую среду за счет работы, подводимой извне.
Цикл Карно:
- работа цикла.
;
;
Холодильные машины бывают следующих видов:
Парокомпрессионные холодильные машины, в которых рабочим телом является пар, а рабочий процесс протекает в компрессоре.
Воздушные холодильные машины, в которых рабочим телом является воздух.
Абсорбционные холодильные машины, в которых идёт поглощение паров водными растворами.
Пароструйные холодильные машины, имеющие инжекторы в качестве исполнительного механизма.
Аборбционная холодильная установка
Иногда для осуществления цикла холодильной машины целесообразнее расходовать не механическую работу, как это было в рассмотренных типах холодильных машин, а теплоту, отбираемую, к примеру, от уходящих продуктов сгорания газотурбинных установок. Холодильные машины, в которых для понижения температуры тел до температуры ниже температуры окружающей среды используется теплота отработавших продуктов сгорания, называются абсорбционными холодильными установками (рис. 42).
Абсорбционные холодильные установки используют в качестве рабочего тела хладоагенты и их растворы. В качестве хладагента в абсорбционных холодильных установках может быть использован аммиак, а в качестве растворителя (абсорбента) – вода.
Рис. 42. Схема и идеализированная T-s диаграмма абсорбционной холодильной установки
Схема
абсорбционной установки показана на
рис. 42. В генераторе (1) к водоаммиачному
раствору подводится теплота от внешнего
источника (отработавшие продукты
сгорания) при давлении
.
Подводимая теплота qг
идет на испарение рабочего тела: в этом
процессе образуется пар с высокой
концентрацией аммиака и с температурой
.
Пар из генератора (1) поступает в
конденсатор (2), где конденсируется при
температуре T5,
передавая теплоту охлаждающей воде qк.
Конденсат проходит через дроссельный вентиль (3), на выходе из которого рабочее тело имеет давление p2 и температуру T6 , значение которой меньше, чем температура в холодильной камере. В испарителе (4) раствор испаряется за счет подвода теплоты q0 от охлаждаемого объема (5). Из испарителя пар поступает в абсорбер (6), где поглощается при температуре T3 абсорбером, поступающим из генератора через вентиль (8), отдавая теплоту абсорбции qа охлаждающей воде, проходящей через змеевик. Вследствие поглощения пара, концентрация хладагента (аммиака) в растворе повышается. Насосом (7) раствор из абсорбера (6) подается в генератор.
При идеализации работы цикла рассматриваемой установки (полная обратимость процессов, полное выпаривание хладагента из абсорбера) рабочий процесс в ней можно представить в виде совокупности прямого (1-2-3-4) и обратного (5-6-7-8) циклов Карно. Эффективность работы абсорбционной машины можно оценить тепловым коэффициентом
.
Следовательно,
чем больше отбирается удельной теплоты
от охлаждаемого объема при фиксированном
количестве подведенной теплоты в
генераторе, тем выше экономичность
холодильной установки. Действительный
цикл абсорбционной холодильной установки
характеризуется необратимостью
процессов, что приводит к некоторому
снижению теплового коэффициента
абсорбционной холодильной машины
.
В
опрос
№48-49
Для того, чтобы превратить теплоту в работу нужно совершить какой-то процесс (цикл).
Цикл со смешанным подводом теплоты – цикл Сабате-Тринклера.
- сжатие.
- подвод теплоты.
- расширение.
- отвод теплоты.
Цикл Отто.
- сжатие.
- подвод теплоты.
- расширение.
- отвод теплоты.
Внутренняя (внешняя) мёртвая точка, наружная мёртвая точка – крайние положения поршня.
Ход поршня – движение от внутренней мёртвой точки до наружной мёртвой точки.
Такт
– часть рабочего процесса, приходящаяся
на один ход поршня.
Двигатели внутреннего сгорания бывают следующих видов:
Двухтактные двигатели внутреннего сгорания.
Четырёхтактные двигатели внутреннего сгорания.
- давление, под которым в камеру поступает заряд.
Точка - точка закрытия впускающего клапана.
Коэффициент
заполнения
- отношение действительного количества
заряда по массе к теоретическому
количеству заряда, которое могло
поступить при данных условиях, то есть
.
Звёздочка – впрыск топлива для дизельного процесса.
- процесс сгорания в дизельном двигателе.
Точка - момент проскакивания искры между электродами свечи в карбюраторном двигателе.
Точка
- точка открытия выпускного клапана.
Точка
- точка открытия впускного клапана.
Точка - точка закрытия выпускного клапана.
Рабочий процесс.
Первый
такт – такт всасывания
.
Во время этого такта происходит окончание
выхлопа
и наполнение камеры сгорания зарядом
.
Второй
такт – такт сжатия
.
Во время этого такта происходит конец
наполнения камеры сгорания зарядом
и сжатие заряда
.
В конце процесса сжатия заряда, его
температура повышается до какой-то
.
Для дизельных двигателей эта температура
должна быть больше температуры возгорания,
то есть
,
а для карбюраторных двигателей она
должна быть меньше температуры возгорания,
то есть
.
Третий
такт – рабочий такт
,
такт расширения. Во время этого такта
происходит сгорание заряда (
для дизельных двигателей и
для карбюраторных двигателей), расширение
заряда
и начинается выпуск
.
Четвёртый
такт – выхлоп, такт очистки
.
Во время этого такта идёт выпуск
и начинается наполнение камеры сгорания
зарядом
.
Первый и четвёртый такты являются процессами газообмена. Это вспомогательные такты. Вследствие отсутствия в них термодинамики, они являются вредными.
Для двухтактного двигателя:
Р
ассмотрим
теоретический цикл.
- средняя константа,
представляющая собой отклонение от
адиабаты.
Среднее
давление
- давление, которое, действуя постоянно
во время хода поршня, совершает работу,
равную работе за цикл.
,
где
- полный объём цилиндра.
,
где
- степень сжатия.
Коэффициент заполнения теоретической диаграммы действительной диаграммой .
Среднее
индикаторное давление
- давление, характеризующее работу в
действительном цикле.
Индикаторная
работа
- работа действительного цикла.
Среднее
эффективное давление
,
где
- давление, ушедшее на механические
потери.
Эффективная
работа -
.
Механический
коэффициент полезного действия -
.
,
где
- количество оборотов,
- число тактов,
- число цилиндров.
Основными
характеристиками для выбора двигателя
внутреннего сгорания являются:
,
,
,
(
- удельный расход).
,
- количество
воздуха, теоретически необходимого для
полного сгорания топлива.
,
где
- коэффициент избытка воздуха,
.
.
Вопрос №50