5.1.3. Цикл із стисканням робочої речовини по правій граничній кривій

Схема машини та цикл в T-s показано на рис.5.3. Стискання (процес 1-2) відбувається так, що за рахунок упорскування в порожнину циліндра компресора КМ рідкої робочої речовини, що йде з конденсатора КД, стискана пара увесь час залишається в стані сухого насичення. Припустимо, що через випарник В проходить 1 кг пари, тоді щоб відібрати теплоту перегрівання, через дросель РВ2 повинна пройти деяка кількість робочої речовини – у. Таким чином, на 1 кг робочої речовини, що потрапляє у випарник, у конденсаторі повинно конденсуватися (1+y) кг робочої речовини. При цьому в компресорі в процесі стискання кількість робочої речовини зросте від 1 до (1+y) кг.

Рис.5.3. Схема та цикл ХМ із стисканням робочої речовини по правій граничній кривій

Рівняння балансу теплоти, за допомогою якого може бути знайдена необхідна для упорскування кількість робочої речовини матиме вигляд:

. (5.11)

де – теплоємність сухої насиченої пари (прийнята позитивною); q_0y– питома холодопродуктивність при температурі Т_у: .

Ентальпія сухої насиченої пари може бути подана в залежності від Т_у рівнянням:

, (5.12)

де – середнє значення теплоємності насиченої рідини (на відрізку 0-3); h₀– значення ентальпії насиченої рідини при T_у; r_0y - теплота паротворення при Т_у.

У загальних курсах термодинаміки приведені емпіричні рівняння, що із достатньою для практики точністю виражають залежність теплоти паротворення від температури, наприклад, у виді полінома

, (5.13)

де а, b, c - постійні величини. Тоді

.(5.14)

Позначаючи відомі величини

, , (5.15)

одержимо

. (5.16)

Підставляючи значення, отримане для q_0у, у рівняння (5.11) будемо мати:

,

, (5.17)

.

Змінюючи верхні межі інтегрування, можна одержати відповідні значення у на будь-якій ділянці процесу 1-2. Для визначення ефективності циклу зі стисканням пари по правій граничній кривій (цикл 1-2-3-4), порівняємо його з циклом 1-a-3-4 з адіабатним стисканням у компресорі. Робота циклу 1-2-3-4 визначається виразом, що випливає з теплового балансу холодильної машини,

. (5.18)

На рис.5.4. показана залежність холодильних коефіцієнтів циклу зі стисканням по правій граничній кривій і циклу 1-а-3-4. Проведені розрахунки показали, що ефективність циклу зі стисканням пари по правій граничній кривій залежить від безрозмірної величини:

, , (5.19)

де с_р - теплоємність в ізобарному процесі.

Рис.5.4. Залежність

Оскільки , то .

Тоді . (5.20)

Таким чином, величина П, від якої залежить ефективність циклу зі стисканням по правій граничній кривій, буде мати вигляд:

. (5.21)

На рис.5.5 показана залежність . Для таких робочих речовин, як R11, R12, R22, що мають значення П= 0,0340,086, енергетичний ефект від циклу зі стисканням по правій граничній кривій невеликий, він дорівнює 2-5%. Для аміаку (П=0,15) він досягає істотної величини і складає 12,5%, відповідно до (5.21).

Рис.5.5 Залежність

В даний час такий цикл не застосовується. Це пов'язано з тим, що при упорскуванні рідкої робочої речовини в циліндр поршневого компресора виникає небезпека гідравлічного удару. Цей цикл перспективний для холодильних машин із гвинтовими компресорами, що надійно працюють при потраплянні в порожнину стискання краплинної рідини; при цьому значно поліпшуються енергетичні й об'ємні коефіцієнти компресора.