10.4. Методические указания

Почему в теплотрансформаторах осуществляются обратные циклы? Это можно понять, если сравнить назначение теплотрансформаторов с назначением тепловых двигателей. В теплотрансформаторах теплота передается от холодного тела к горячему и этот процесс требует затраты работы. Назначение тепловых двигателей – получить полезную работу за счет тепла горячего источника; не превращенное в работу тепло самопроизвольно переходит к холодному источнику.

Важно разобраться с коэффициентами, оценивающими эффективность циклов теплотрансформаторов ( ). Коэффициенты зависят от температур источников тепла и не могут использоваться для сравнения по эффективности одноименных теплотрансформаторов, работающих в разных температурных интервалах. Показателем термодинамического совершенства любых теплотрансформаторов является эксергетический КПД ( ).

Необходимо понимать особенности работы и применения газовых (воздушных) и парокомпрессионных холодильных установок:

• почему в газовых холодильных установках не применяется дроссельный вентиль вместо громоздкого детандера;

• почему термодинамическая эффективность циклов парокомпрессионных холодильных установок существенно выше, чем газовых;

• в каких установках больше расходы ХА и почему;

• как можно увеличить холодопроизводительность парокомпрессионных холодильных машин и т.д.

10.5. Задачи

1. В цикле воздушной холодильной установки параметры воздуха на входе в компрессор p₁ = 1 бар, t = -10 ⁰С, параметры воздуха на входе в детандер p₃ = 5 бар, t₃ = 15 ⁰С.

Определить удельную холодопроизводительность (q_x), затрачиваемую работу (l), холодильный коэффициент (_t) и эксергетический КПД ( ) обратимого цикла.

Теплоемкость воздуха принять постоянной согласно молекулярно-кинетической теории газов.

Решение

Схема и обратимый цикл воздушной холодильной установки приведены на рис. 10.2-10.4.

Рассчитываются температуры в узловых точках цикла T₂ и T₄ по уравнению (4.48). (Для воздуха - двухатомный газ - показатель адиабаты

k = 1,4):

Затрачиваемая работа при условии постоянной теплоемкости

определяется по формуле

.

Удельная холодопроизводительность

.

Холодильный коэффициент обратимого цикла

.

Холодильный коэффициент цикла Карно

.

Эксергетический КПД обратимого цикла

.

Ответы: q_x = 81,2 кДж/кг, l = 47,3 кДж/кг, _t = 1,72, = 0,163.

2. Компрессор аммиачной холодильной установки всасывает мокрый пар при давлении p₁ =1,9 бар, степени сухости x₁ = 0,9 и сжимает его адиабатно до давления p₂ = 8,57 бар, при этом пар становится сухим насыщенным.

Определить холодопроизводительность (q_x), отводимое в конденсаторе тепло (q₀), работу компрессора (l_k), внутренний относительный КПД ( ), холодильный коэффициент и эксергетический КПД действительного цикла (_д, ).

Р ешение

Действительный цикл (1-2д-3-4), осуществляемый в аммиачной холодильной установке, представлен на рис. 10.9.

Энтальпии (h) в узловых точках цикла определяются с помощью таблицы насыщенного пара аммиака (табл. 3 Приложения). Энтальпия и энтропия аммиака на входе в компрессор (h₁, s₁) рассчитываются по формулам (5.2), (5.4). Параметры берутся из табл.3 при p₁ = 1,9 бар:

При p₂ = 8,57 бар из табл.3 находятся значения h_2д = h = 1699,4 кДж/кг, h₃ = h₄ = h = 512,5 кДж/кг.

Степень сухости x₂ рассчитывается по формуле (5.7) через энтропию s₂ = s₁:

,

энтальпия h₂ рассчитывается по формуле (5.2):

Удельная холодопроизводительность

.

Теплота, отводимая в конденсаторе,

.

Работа компрессора

.

Внутренний относительный КПД компрессора

.

Холодильный коэффициент действительного цикла

.

По давлениям p₁ и p₂ из табл.3 находятся t_x = - 20 ⁰С, t_оc = 20 ⁰С, рассчитывается холодильный коэффициент обратного цикла Карно (по формуле (10.2))

и эксергетический КПД действительного цикла

.