4.2.2Хладоносители

Вкачестве промежуточного жидкого теплоносителя в испарителях

могут применяться рассолы (водные растворы солей NaCl, СаС12), вода, спирт, водный раствор этиленгликоля и др. Такие вещества называются хладоносителями4.

Основные требования к хладоносителям заключаются в следующем:

малая вязкость для снижения гидравлических потерь в трубопроводах;

большая теплоемкость для снижения расхода хладоносителя и

уменьшения необратимых потерь при теплообмене;

малая коррозионная активность по отношению к черным и цветным металлам;

химическая стойкость;

низкая токсичность, негорючесть, невзрывоопасность.

СЕВМАШВТУЗТемпература затвердевания этих растворов зависит от массовой концентрации ζ соли в растворе, т.е. от отношения массы соли к массе раствора.

При нулевой концентрации температура затвердевания tТ.Т = 0˚С. При повышении концентрации соли в растворе tТ.Т снижается. При некотором значении концентрации tкр температура затвердевания достигает минимального значения и при дальнейшем повышении концентрации снова возрастает и достигает значения температуры затвердевания чистой воды tТ.Т = 0˚С. Минимальное значение температуры затвердевания для раствора хлористого натрия (NaCl + H2O) -21,2˚C соответствует ζкр=0,231. Минимальное значение температуры затвердевания для раствора хлористого кальция (СаС12 + Н2О) -55˚С наблюдается при ζкр=0,299.

При высокой концентрации рассола (при низких температурах) повышается его вязкость, поэтому даже при больших скоростях движения режим течения жидкости будет ламинарным или переходным. Вследствие этого ухудшается теплоотдача от рассола, а соответственно увеличивается площадь теплопередающей поверхности аппарата, особенно при малых диаметрах применяемых труб.

Увеличение плотности теплового потока может быть достигнуто применением теплоносителей, имеющих меньшую вязкость (например, вязкость R30 в 20÷40 раз ниже раствора СаС12).

Данные об основных физических свойствах растворов хлористого натрия и хлористого кальция приведены в таблицах 4 и 5.

4 Термин «хладоноситель», так же как и «теплоноситель», имеет условный характер, поскольку тепло и холод не представляют собой среду, которую можно «носить».

33

Таблица 4 Основные физические свойства водного раствора хлористого кальция

34

4.2.3 Диаграммы состояния

Для понимания цикла паровой компрессионной холодильной машины необходимо тщательно изучить отдельные процессы, входящие в него, а также связи, существующие между отдельными процессами, и влияние изменений в каком-либо процессе цикла на все другие процессы данного цикла. Это изучение в значительной степени можно упростить, используя диаграммы и схемы с графическим изображением цикла (см. рис.10). Графическое изображение холодильного цикла позволяет рассматривать

одновременно различные изменения в состоянии хладагента, происходящие в течениеСЕВМАШВТУЗцикла, и влияние этих изменений на цикл без воспроизведения в памяти различных цифровых величин, связанных с циклом.

Наиболее распространенной в холодильной технике является диаграмма i–lgP5 (удельная энтальпия – давление) как наиболее удобная для последующих тепловых расчетов.

Состояние хладагента, находящегося в любом термодинамическом виде, может быть показано на диаграмме в виде точки, которая определяется двумя любыми параметрами, соответствующими данному состоянию. При этом могут быть использованы простые измеряемые параметры: температура (в ˚С или К); давление (в Па или в производных единицах: 1кПа = 103Па, 1МПа

= 106Па = 10бар), а также удельный объем υ (в м3/кг) или плотность ρ=1/υ, кг/м3.

Кроме простых измеряемых параметров, используют также сложные расчетные параметры. На диаграмме i–lgP таким (одним из основных) параметром является удельная энтальпия i, кДж/кг. Это полная энтальпия хладагента I, отнесенная к единице массы.

Энтальпия – количество энергии (тепла и механической работы), которое должно быть подведено к рабочему веществу, чтобы привести его из начального состояния в данное.

В термодинамике удельную энтальпию i представляют в виде суммы внутренней энергии u, кДж/кг, и произведения абсолютного давления P, Па, на удельный объем υ, м3/кг:

i = u + Pυ

В этом выражении произведение Pυ представляет собой потенциальную энергию давления P, которая используется на совершение работы.

Расчетным параметром является и энтропия S. В расчетах и на диаграммах используют удельное значение энтропии s, кДж/(кг·К).

Энтропия – функция состояния тела, увеличивающаяся при подводе к нему тепла. Энтропия означает «обращение внутрь» и характеризует степень

обесценивания тепловой энергии или еѐ рассеяния.

Так же, как и в случае энтальпии, для расчетов важно не значение энтропии «в точке», а ее изменение в каком-то процессе, то есть Δs=Δq/Tm,

5 Логарифмическая ось давления принимается в целях уменьшения масштаба диаграммы.

35