Трансформаторы_тепла_2013_ЭГиТ Володин

Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет»

Кафедра энергосбережения, гидравлики и теплотехники

Володин В. И.

Трансформаторы тепла

Лекции – 22 часа Практические занятия – 12 часов

Зачет

Минск 2012

© В.И.Володин

1

Литература

1.Мааке, В. Учебник по холодильной технике / В. Мааке, Г.Ю.Эккерт, Ж.Л.Кошпен. – М.: Изд-во МГУ, 1998. – 1142 с.

2.Холодильные машины: Учебник для студентов втузов / А.В. Бараненко [и др.]; под общ. ред. Л.С. Тимофеевского. – СПб.: Политехника, 1997.

–992 с.

3.Янтовский, Е.И. Промышленные тепловые насосы / Е.И. Янтовский, Л.А. Левин. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 128 с.

4.Рей, Д. Тепловые насосы / Д. Рей, Д. Макмайкл.

–М.: Энергоиздат, 1982. – 224 с.

1. Основы

трансформации тепла

Введение

Классификация энергии

4

Консервативная энергия

•топливо (уголь, дрова, газ, нефть и т.п.);

•ядерная энергия;

•энергия микроструктуры;

•энергия механическая движения атомов и молекул;

•энергия механическая макроструктур и др.

5

Низкопотенциальная энергия

Теплота окружающей среды:

•атмосферного воздуха;

•грунта;

•водных источников.

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР):

• тепловые (0–70 оС).

6

Высокопотенциальная энергия

Потенциал выше, чем у потребителя (бытовые и

производственные устройства потребляющих энергию из вне):

•(температура, давление, уровень электромагнитных полей);

•энергия Солнца, ветра, перепада высот уровня рек, геотермальная энергия.

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР):

• тепловые (>150 оС).

7

Трансформатор тепла

Устройства, служащие для переноса теплоты от теплоотдатчика – источника низкой температуры (ИНТ) Тх к теплоприемнику – источнику высокой температуры (ИВТ) Тг, называются трансформаторами тепла.

Чтобы осуществить такое преобразование тепла, необходимо затратить внешнюю энергию: механическую, электрическую, химическую и др.(температура, давление, уровень электромагнитных полей).

Классифицируются по температурному уровню по отношению к температуре окружающей среды:

•холодильные (криогенные);

•теплонасосные;

•комбинированные.

8

Классификация трансформаторов тепла

Физические основы трансформации тепла

Принципы трансформации тепла

В основе трансформации тепла лежат процессы понижения (повышения) температуры рабочего вещества в обратном (холодильном) цикле, основанные на:

•дросселировании (эффект Джоуля-Томсона);

•расширении с совершением работы;

•вихревом эффекте (эффект Ранка-Хильша);

•термоэлектрическом эффекте (эффект Пельтье);

•фазовых превращениях рабочего вещества: при подводе теплоты испарение и десорбция, при отводе теплоты – конденсация и абсорбция.

Данные процессы лежат в основе работы компрессорных, газовых, теплоиспользующих и термоэлектрических трансформаторов тепла.

10

Компрессорные трансформаторы тепла

Для работы компрессорных трансформаторов тепла используется процесс дросселирования.

Дросселирование (эффект Джоуля-Томсона) – понижение

давления рабочего вещества в процессе протекания его через сужение в канале или какое либо местное сопротивление без совершения полезной работы. Физически падение давления в

процессе дросселирования обусловлено диссипацией энергии потока, расходуемой на преодоление местного сопротивления. Таким местным сопротивлением может быть диафрагма, вентиль, пористая среда, капилляр и др.

Компрессорные трансформаторы тепла используют механическую работу. Одним из элементов этих машин является компрессор, сжимающий (повышающий давление) и перемещающий паро- и газообразное рабочее вещество.

11

Компрессорные трансформаторы тепла

А – камера с испарителем.

В – компрессор.

С – дроссель.

D – конденсатор.

12

Дросселирование газа или пара

13

Устройства для дросселирования

14

Дросселирование

Первый закон термодинамики для потока

dqвн + dqтр = dh + сdс + gdy + dlтех + dlтр ,

если

dqвн = 0, gdy = 0, dlтех = 0; dqтр = dlтр , с1 с2 ,

то

h1 = h2.

16

Изменение температуры рабочего вещества при дросселировании

Дифференциальный дроссель эффект (коэффициент дросселирования)

αh = (∂T∂р)h . Знак зависит от (∂v∂Т )р и Тv .

Интегральный дроссель эффект

р2

(Т2 −Т1 )= òαhdp.

р1

17

Изменение температуры рабочего тела при дросселировании

18

Изменение температуры рабочего тела при дросселировании

19

Кривая и температура инверсии

Состояние рабочего вещества, при котором αh = 0, называется точкой инверсии эффекта дросселирования, а

геометрическое место точек инверсии на диаграмме состояния называется кривой инверсии.

Температура при которой αh для данного газа меняет знак, называется температурой инверсии.

20