pк |
k |
∆TS = Tн − TкS = Tн − pн |
k−1 |
|
2) Основные холодопроизводящие процессы. Определение полезной и полной холодопроизводительности цикла
Холодопроизводящие процессы.
Процесс в низкотемпературном цикле, при котором понижается энтальпия рабочего вещества в результате теплового или энергетического воздействия с внешними источниками теплоты или энергии называется холодопроизводящим процессом.
Дроссельные циклы.
Основным холодопроизводящим процессом в дроссельных циклах является изотермическое сжатие в компрессоре ниже линии инверсии.Поскольку в большинстве случаев изотермическое сжатие происходит при температуре окружающей среды, то в дроссельных циклах в качестве рабочих веществ не используют Ne, H2 ,иHe .
1) Простой дроссельный цикл Рефрижераторный режим
|
– полная |
|
|
= ∆ |
1 |
− |
∆ |
+ |
|
||
∆ 1 |
|
|
|
|
5 |
н |
о.с. |
|
|||
|
холодопроизводительность |
|
|
|
|||||||
|
|
– потери |
|
|
|
|
|
|
|||
5 |
∆ н + о.с. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
– теоретическая холодопроизводительность |
|
|||||||
Холодопроизводящий процесс – изотермическое сжатие в компрессоре, если оно происходит ниже линии инверсии.
Поскольку изотермическое сжатие обычно происходит при о.с., то цикл простого дросселирования не пригоден для трёх рабочих веществ: Ne, H2, He.
Ожижительный режим
Данный цикл предназначен для ожижения криогенных газов, кроме Ne, H2, He. Обычно используется для установок малой производительности поскольку наименее эффективен по сравнению с другими циклами. Аналогичные рассуждения и длярефрижераторного режима.
|
4) ;∆ 1 |
− о.с. + 5 |
∆н |
|
Характеристиками цикла являются: |
||||
|
= |
5 − |
|
|
5) ° кгкДжжидк. – работа, затрачиваемая на получение кг жидкости;
6) степень термодинамического совершенства
Г = °
3) Дроссельный цикл с предварительным охлаждением
В данном цикле первым основнымхолодопроизводительным процессом является охлаждение сжатого газа в ванне< с кипящей внешне криогенной жидкостью, либо отвод теплоты при о.с. внешним источником "холода"
– парокомпрессионные машины, либо газовые холодильные машины.
Вторым холодопроизводительным процессом может быть изотермическое сжатие в компрессоре ниже линии инверсии.
Парокомпрессионный цикл.
Рисунок 122. Парокомпрессионный цикл.
Цикл называется парокомпрессионным, так как на всасывание компрессору подаётся пар рабочего вещества.
Основными характеристиками данного цикла являются: |
= 4 − 2 равная |
4. Полезная холодопроизводительность х = 4 − 3 |
теплоте, подводимой к испарителю машины.сж5=. сж=– работа1 − 4 сжатия в компрессоре
= сжх – холодильный коэффициент
Теорема о полной холодопроизводительности цикла.
В цикле есть холодопроизводящие процессы, в результате которых энтальпия рабочих веществ уменьшается на величину ∆h . Теоретической холодопроизводительностью цикла называется арифметическая сумма холодопроизводительностей всех холодопроизводящих процессов.
Qх.теор. = ∑n Gi∆hi [кВт], где Gi – массовый расход криоагента
i=1
Полной холодопроизводительностью цикла называется разность между теоретической холодопроизводительностью и потерями.
n |
m |
Qх =Qх.теор. −∑Qпотерь = ∑Gi∆hi −∑Qпотерьj |
|
i=1 |
j=1 |
3) Термоэлектрические процессы Термоэлектрический эффект Пельтье.
При подведении постоянного электрического тока к проводнику, состоящему из двух разных материалов, на одном спае происходит понижение температуры, на другом повышение.
Тг
2 мат.
1 мат. |
Тх |
|
Тх <То.с. Тг >То.с.
Рисунок 118. Эффект Пельтье.
Теплота, которая может быть подведена к холодному концу спая определяется по следующей форме
Qх.о. = (α1 −α2 )ITх , где α1,α2 – величины термоэдс на теплом конце и холодных
спаях
Данная величина Qх.о. является теоретической. Реальная холодопроизводительность меньше на величину потерь Qх =Qх.о. −(QДж −Qλ ) ,где QДж – Джоулева теплота, Qλ – теплопритоки от теплопроводности.
Q |
Дж |
= 1 |
I 2R |
|
|
|
Q |
= k(Т |
г |
−Т |
к |
), k = λ |
S |
|||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
2 |
|
; |
|
|
λ |
|
|
|
|
|
l |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Q |
х |
= (α −α |
)IТ |
х |
− 1 I2R−k(T −Т |
х |
) |
|
||||||||
|
|
|
1 2 |
|
2 |
|
|
г |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆Т, К
∆Т =То.с. −Тх
60
Qх = 0
40 |
|
Qх =1Вт |
|
Qх = 2Вт
20
Qх = 3Вт
I, А
40 80
Рисунок 119. Зависимость перепада температур от тока.
1)С падением полезной холодопроизводительности увеличивается температурный перепад.
2)Величина силы тока имеет оптимальное значение, при котором достигается максимум перепада температур.
3)Величина силы тока для термоэлектрического элемента имеет достаточно большие значения, т.е. для работы термоэлектрического элемента требуется специальный источник постоянного тока.
Материалы – полупроводники: Bi(Висмут),Te(Теллур),Sb(Сурьма).
Основной недостаток – постоянный перепад температур между горячим и холодным спаем.
Для уменьшения тока и увеличения перепада температур используются многоступенчатые батареи термоэлемента. С помощью такого способа можно получить температуру порядка 180К. Холодильный коэффициент термоэлектрических холодильников крайне невелик – не более 15% для одноступенчатого холодильника.