Высшее образование

25 
В газовых холодильных машинах холодильными агентами являются газообразные 
вещества, агрегатное состояние которых не изменяется при совершении цикла, в основном 
воздух; поэтому их называют воздушными холодильными машинами. 
Первые воздушные холодильные машины появились 100 лет назад. Однако тогда 
они не получили широкого распространения и были вытеснены с рынка 
парокомпрессионными, так как удельная массовая холодопроизводительность воздуха 
значительно меньше, чем кипящего холодильного агента в цикле паровой холодильной 
машины. При использовании воздушных холодильных машин требуется большая массовая 
подача холодильного агента, поэтому только по мере развития газотурбинной и особенно 
турбореактивной техники удалось создать воздушные турбохолодильные машины, близкие 
по экономичности в области относительно низких температур (от -80 до -120°С) к 
парокомпрессионным. Функциональная схема и идеальный цикл воздушной холодильной 
машины в S—T-диаграмме изображены на рис. 9. 
Воздух в компрессоре адиабатически сжимается от давления Р
1 
до Р
2
 
(процесс 1—2), 
нагреваясь при этом от температуры T
1
 
равной температуре охлаждаемого тела Т
о
, 
до Т
2
. 
Далее воздух охлаждается в теплообменнике ТО от температуры Т
2
 
до Т
3
 
(процесс 2—3),
Рис. 9. Функциональная схема воздушной холодильной машины и цикл
ее работы: а — схема машины; б — диаграмма работы машины
равной температуре охлаждающей среды Т
ос
, 
отдавая поглощенную теплоту внешней среде, 
например воде. После этого воздух адиабатически расширяется в детандере Д от давления Р
2
 
до Р
1
 
(процесс 3—4), совершая полезную работу, и поступает в охлаждаемый объект Об, где 
нагревается от температуры Т
4
 
до T
1
(процесс 4—1), отводя теплоту от охлаждаемого тела, 
например воздуха. Из охлаждаемого объекта воздух поступает в компрессор, и цикл 
повторяется. 
Если допустить, что воздух является идеальным газом, т.е. С
р
 = const
, и представить 
для адиабатических процессов сжатия и расширения воздуха отношение температур в виде 
T
2
 / T
1
= 
Т
3
/Т
4
 = 
(Р
2
/Р
1
)
(n – 1) / n
, (26) 
где п — показатель адиабаты, холодильный коэффициент цикла:
ε=Т
1 
/ 
(Т
2 
- 
Т
1
) = 
Т
4 
/ 
(Т
3
-
Т
4
). (27) 
Коэффициент обратимости цикла 
 
h = 
ε / ε
обр
, (28) 
где ε
обр
— 
холодильный коэффициент обратимого цикла Карно. 
Цикл воздушной холодильной машины имеет большие необратимые потери, 
поэтому термодинамически он целесообразен, если машина осуществляет комбинированный 
цикл, охлаждая и нагревая одновременно. 

26 
В воздушных холодильных машинах типа ТХМ, разработанных в нашей стране, 
охлаждение происходит благодаря расширению воздуха в расширительной машине — 
детандере с производством внешней полезной работы. Такие машины имеют 
холодопроизводительность 30 — 60 кВт и более и используются для быстрого 
замораживания эндокринного сырья (желез внутренней секреции, направляемых на 
медицинские цели), некоторых видов продуктов растительного происхождения (плодов, 
овощей, ягод), кулинарных изделий. 
Машины вихревого типа представляют собой цилиндрическую трубу, разделенную 
диафрагмой на холодную и горячую части. 
С термодинамической точки зрения процессы, протекающие в вихревой трубе, 
сводятся к тому, что слои воздуха, вращающиеся вблизи оси, отдают кинетическую энергию 
остальной (периферийной) массе воздуха и при этом охлаждаются. Другая же часть воздуха 
воспринимает эту энергию и нагревается в результате трения, на преодоление которого 
затрачивается значительная часть кинетической энергии. 
Термодинамическое совершенство воздушных холодильных машин вихревого типа 
не превышает нескольких процентов и зависит от использования теплоты потока воздуха, 
выходящего из горячей части вихревой трубы. Если эта теплота утилизируется, то общая 
эффективность повышается. Вихревые трубы просты в изготовлении и эксплуатации, 
компактны и высоконадежны. Однако область их использования ограничена вследствие 
низкой экономичности термодинамических процессов. 

жүктеу/скачать 4.17 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: