Термодинамические основы холодильных машин Основные понятия термодинамики

Термодинамическая система – это совокупность веществ, находящихся во взаимодействии между собой и окружающей средой. Различают несколько видов термодинамических систем: изолированные (закрытые), адиабатические, термомеханические и др. Холодильные машины в целом и их отдельные части рассматриваются как термомеханические системы, которые характеризуется двумя видами взаимодействия: тепловым и механическим.

Измеряемые параметры состояния и функции состояния – физические величины, характеризующие состояние системы. Изменение этих параметров приводит к изменению состояния системы. Некоторые параметры состояния можно измерить (давление, температура, объем и др.). Другие можно только рассчитать, используя зависимости и законы, включающие эти параметры. Такие параметры называют расчетными или функциями состояния системы (тела). К ним относятся: внутренняя энергия, энтальпия, энтропия и др. функции.

Термодинамический процесс – это процесс, при котором меняется хотя бы один параметр состояния рабочего тела.

Для изображения и исследования термодинамических процессов, применяют графические методы, в которых по осям координат откладывают значения параметров состояния и получают зависимости этих параметров в виде графиков. Эти графики называют диаграммами состояния системы (тела).

Термодинамические диаграммы состояния

Для анализов процесса теплопереноса и определения параметров хладагента, необходимых для расчета холодильных машин, используют термодинамические диаграммы. Для хладагентов используют в основном диаграммы T-s и lgp-i, т.к. ими легко пользоваться при расчетах холодильных машин. На диаграммах выделены области различного состояния рабочего тела и указаны значения постоянных параметров: линии изобары (p=const), изотермы (t=constк, Дж/кг∙К), изоэнтропы (s=const), изоэнтальпы (i=const), изохоры (v=const).

При подводе теплоты к жидкости при неизменном давлении, идет ее подогрев до температуры насыщения, а затем превращается в пар. При кипении образуется насыщенный влажный пар, имеющий температуру кипящей жидкости и содержащий капельки жидкости. При дальнейшем нагревании насыщенный пар становится сухим, а затем - перегретым.

Линии отходящие от критической точки К (пограничные) разделяют диаграмму на отдельные области. Левая пограничная кривая разделяет области переохлажденной жидкости и насыщенного влажного пара, правая - области насыщенного влажного пара и перегретого пара. Точки левой пограничной кривой характеризуют состояние насыщенной жидкости, точки правой – состояние сухого насыщенного пара. Состояние влажного пара характеризуется степенью сухости X. Для жидкости X=0, для сухого пара X=1.

Превращение жидкости в пар или пара в жидкость при постоянном давлении, протекает без изменения температуры, поэтому на диаграмме линии постоянного давления и температуры в области влажного пара совпадают.

Параметры процессов, проходящих по пограничным кривым, можно определить по диаграмме или по таблицам приложений в литературе для соответствующего хладагента, другие параметры определяются по диаграммам.

В изобарных процессах при p=const количество подведенной или отведенной теплоты выражается разностью энтальпий в конце и начале процесса

.

В процессе адиабатического сжатия работа холодильной машины выражается также разностью энтальпий на границах процесса . В связи с этим в диаграмме lgp-I теплоту или работу можно выразить отрезком на оси абсцисс, соответствующим разности энтальпий на границах процесса.

Процесс дросселирования происходит при i=const и в диаграмме lgp-i выражается вертикальной линией.

Процесс адиабатического сжатия происходит при s=const и в диаграмме lgp-I – выражается пологой кривой наклоненной вправо.