Высшее образование
Расчет цикла холодильных машин
жүктеу/скачать 4.17 Mb. Pdf көрінісі
|
| 2.2. Расчет цикла холодильных машин
В изотермическом процессе 4— 1 (см. рис. 2) каждый килограмм циркулирующего холодильного агента получает от охлаждаемого тела теплоту д 0 , которая называется удельной массовой холодопроизводительностью холодильного агента, выражается площадью а— 4—1 — b и равенством q 0 = T H (S b – S a ). (1) В адиабатическом процессе 1—2 при затрате работы / к холодильный агент сжимается и его температура повышается от Т н до Т ос . В изотермическом процессе 2— 3 каждый килограмм циркулирующего холодильного агента отдает окружающей среде теплоту q, измеряемую площадью а — 3 — 2—b: q = T o.c (S b - S a ). (2) В заключительном адиабатическом процессе 3— 4 холодильный агент расширяется с получением l K , в результате температура его понижается с Т ос до Т н . Работа l превращается в теплоту, подводимую к холодильному агенту, и определяется как разность работ: работы l к , затраченной на сжатие холодильного агента, и работы l р , полученной при его расширении: l = l k – l p . (3) В соответствии с первым началом термодинамики сумма энергии, подведенной к холодильному агенту, должна быть равна сумме энергии, отведенной от него: q = q 0 + l. (4) Отсюда l = q – q 0 . (5) В S— T - диаграмме работа цикла выражается площадью 1—2— 3--4. 12 Отношение теплоты, полученной холодильным агентом от охлаждаемого тела q 0 , к работе цикла l называется холодильным коэффициентом, который характеризует эффективность осуществления холодильного цикла: ε = q 0 / l. (6) С учетом равенств (1) и (2) холодильный коэффициент можно выразить через температуры: ε = T H / (T oc – T H ). (7) Из этого следует, что при температуре окружающей среды Т ос затраты работы на единицу отведенной теплоты будут тем боль ше, чем ниже температура Т н . Совокупность технических устройств, обеспечивающих осуществление холодильного цикла, называется холодильной машиной. Обратимый цикл теплового насоса также может быть представлен циклом Карно 5— 6— 7— 8 (см. рис. 2). В этом случае теплота q 0 , полученная 1 кг холодильного агента от окружающей среды, соответствует площади с— 8— 5— d, а теплота q b , отданная телу с высокой температурой Т в , выражается площадью с— 7—6—d. Работа цикла l = q b – q 0 соответствует площади 5— 6— 7— 8. Эффективность цикла теплового насоса определяется отношением полученной теплоты к затраченной работе: μ = q b / l или через температуру: μ = Т B / (Т В – Т o.c ). (8) Это отношение называется коэффициентом преобразования теплоты μ. Как следует из этого выражения, величина μ всегда больше единицы. Это свидетельствует о том, что с энергетической точки зрения для отопления целесообразно применять цикл теплового насоса, а не электрический нагреватель. Но при этом надо учитывать, что стоимость холодильного оборудования выше, чем теплового. Работа комбинированного обратного цикла соответствует площади 9— 10— 11— 12, а отведенная от охлаждаемого тела теплота — площади е—12— 9—f. По такому циклу могут работать машины, одновременно охлаждающие (например, пищевые продукты) и нагревающие (воду или воздух) для технологических либо бытовых целей. В случаях, когда температура охлаждаемого тела переменна, а окружающей среды постоянна, надо иметь в виду, что холодильный коэффициент цикла Карно будет меньше, чем холодильный коэффициент соответствующего обратного цикла при неизменной температуре охлаждаемого тела. Реальные циклы необратимы вследствие необратимости действительных процессов, происходящих при их осуществлении: теплообмена при конечной разности температур, расширения и сжатия при наличии трения, дросселирования. Термодинамическое совершенствование цикла определяется сопоставлением его с обратимым циклом, имеющим ту же величину удельной массовой холодопроизводительности, и оценивается коэффициентом обратимости η, равным отношению их холодильных коэффициентов: η = ε / ε обр = l обр / l, (9) 13 где ε, ε обр — холодильный коэффициент соответственно реального и обратимого циклов; l обр , l — работа соответственно реального и обратимого циклов. Холодильный коэффициент обратимого цикла Карно ε обр больше холодильного коэффициента любого из циклов, осуществляемых в тех же температурных пределах, поэтому ε < ε обр и η < 1. Чем больше необратимость (приращение энтропии) цикла, тем большую работу надо затратить для получения одного и того же полезного эффекта. жүктеу/скачать 4.17 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|