Ибраев а.М.,Сагдеев а.А. Теоретическиеосновыхолодильнойтехники

МОНОГРАФИЯ

2012

УДК621.56

И 15

Печатаетсяпорешению редакционно-издательскогосоветаНижнекамскогохимико-технологическогоинститута(филиал)ФГБОУВПО«КНИТУ».

Рецензенты:

Гумеров Ф.М.,зав.кафедройтеоретическихоснов теплотехникиКНИТУ,доктортехнических наук, профессор, академикМАХ;

Вафин Д.Б.,доктортехническихнаук, профессоркаф.физикиНХТИКНИТУ,заслуженныйдеятель наукииобразования

Теоретическиеосновыхолодильнойтехники:монография/А.М.Иб-раев,А.А.Сагдеев.–Нижнекамск:Нижнекамскийхимико-технологическийинститут(филиал)ФГБОУВПО «КНИТУ»,2012.–124с.

Вмонографииприведеныосновныетермодинамическиепонятияиза-коны,изложенытермодинамическиепринципыработыхолодильныхмашин.Рассмотреныфизическиепроцессыиявления,используемыедляполучениянизкихтемператур.Данатеорияидеальныхитеоретическихобратныхтермо-динамическихциклов, применяемыхвразличныхвидаххолодильныхмашин.

Предназначенадлястудентов,обучающихсяпонаправлениям140100–

«Теплоэнергетикаитеплотехника»,140700–«Ядернаяэнергетикаитеплофи-зика»,141200–«Холодильная,криогеннаятехникаисистемыжизнеобеспече-ния»,изучающихдисциплины«Теоретическиеосновынизкотемпературнойтехники», «Основытеплохладотехники».

ПодготовленанакафедраххолодильнойтехникиитехнологииКНИТУитехникиифизикинизкихтемпературНХТИ.

УДК621.56

©Ибраев А.М.,СагдеевА.А..,2012

©Нижнекамскийхимико-технологическийинститут(филиал)ФГБОУВПО«КНИТУ,2012

Оглавление

Введение 5

Краткийисторическийобзор 5

Классификацияхолодильнойтехникипоуровнюдостигаемых 10

температур

Классификацияхолодильнойтехникипородупотребляемойэнергии 10Классификацияхолодильныхмашинпоцелиприменения 10

1. Термодинамическиеосновыхолодильнойтехники 11

1.1.Основныезаконыиположения 11

Термодинамическая система.Уравнениесостояния идеальногогаза.Законсохранениямассы.Законсохранения энергии. Механическая ра-бота. Внутренняя энергия. Теплоемкость. Энтальпия. Энтропия.Вто-ройзаконтермодинамики.

2. Основныетермодинамическиепринципыработыхолодильной 17

машины

Внутреннийтеплообменвобратномтермодинамическомцикле

2. Дваспособапонижениятемпературытермодинамическоготела 20

ЗаконНернста

2. T–S–Диаграмма 21

3. Основныетеоретическиетермодинамическиепроцессы 22

Изохорныйпроцесс.Изобарныйпроцесс. Изотермическийпроцесс.Адиабатныйпроцесс.Политропныйпроцесс

2. Техническаяработакомпрессораирасширительноймашины 26

2. Различныефизическиеявления,используемыедляполученияохла- 29

ждающегоэффекта

1. Использованиетеплотыфазовыхпереходов веществ 29

Диаграммыфазовыхсостояний. УравнениеКлапейрона–Клаузиуса

1. Использованиетеплотыпроцессапарообразования. 33

Поверхностноеиспарениеикипение. Парокомпрессионная холодильнаямашина.Пароэжекторнаяхолодильнаямашина

2. Использованиекипениясмесейвеществ 39

Способыразделение смесей.Азеотропные смеси. Абсорбционнаяхо-лодильная машина

3. Использованиетеплотыплавления 45

4. Использованиетеплотысублимации 46

1. Расширениепорциигазаилигазовогопотока 46

   1. Изоэнтропноерасширениегаза 46

   2. Дросселирование 50

Доказательствоизоэнтальпностипроцессадросселирования.Диффе-ренциальныйэффект Джоуля–Томсона.Состояниеинверсиипридрос-селировании. Особенностиадиабатногорасширенияреальногогаза

3. Холодопроизводительность, обеспечиваемаяпроцессами 55

расширениягаза

4. Выхлопгаза 56

5. Вихревоерасширениегаза.ЭффектРанка–Хилша. 58

Физикапроцессавихревогорасширения

6. Холодильныемашины, использующиепроцессрасширения 63

газа

Газовая холодильная машина,использующая процессизоэнтропногорасширения газа.Газовая холодильная машина,использующая процессдросселирования. Газовая холодильная машина, использующая процессвыхлопа. Газовая холодильная машина,использующаяпроцессвихревогорасширения газа

3. Термоэлектрическоеохлаждение 69

1. Термодинамическиециклыхолодильныхмашин 75

   1. Классификацияобратныхтермодинамическихциклов 75

   2. Идеальныециклыхолодильныхмашин 77

      1. Обратимостьтермодинамическогопроцессаицикла. 78

Тепловоеимеханическое условиеравновесиявтермодинамическойси-стемепривыполненииобратимогопроцесса

2. Цикл Карно 81

ЦиклКарновобластигаза. ЦиклКарновобластивлажногопара

3. Цикл Лоренца 86

РегенеративныйциклЛоренца

4. Сравнениецикла Лоренцаицикла Карно 88

5. Цикл Эриксона 90

6. Цикл Стирлинга 92

7. Цикл Клода 94

8. Произвольныйобратимыйцикл. Условиеобратимостицик- 96лахолодильноймашины

3. Теоретическиециклыхолодильныхмашин 98

УравнениеГюи-Стодолы.

1. Теоретическиециклыпарокомпрессионнойхолодильной 99

машины

ТеоретическийциклПХМсдросселированием.ТеоретическийциклПХМсперегревом.ТеоретическийциклПХМстеплообменомприко-нечнойразницетемператур.ОбобщенныйтеоретическийциклПХМ

2. Теоретическийцикл Лоренца 110

3. Теоретическийцикл Клода 111

4. Рабочиевеществахолодильныхмашин 113

   1. Холодильныеагентыпарокомпрессионныххолодильныхмашин 113

   2. Холодильныеагенты низкотемпературныхсистем 116

      1. Некоторыеособенностисвойствкриоагентов 118

Списокиспользованнойлитературы 123