05 семестр / Лекции и семинары / Лекции

171

28.2.цикл в PV и TS-диаграмме с изобарным

иизохорным подводом теплоты

степень повышения давления

= степень сжатия.

Из соотношений следует, что цикла ГТУ с P=const определяется для данного рабочего тела степенью повышения давления или степенью сжатия, т.е. только характеристиками компрессора. Обычно . Это связано с ростом температуры пара перед турбиной, минимум которой ограничивается жаростойкостью материалов, из которых изготовлены лопатки.

172

Наряду с изобарным подводом теплоты в ГТУ возможно осуществлять подвод теплоты при V=const. Схема такой ГТУ не отличается от приведенной, но конструкция камеры другая. С помощью системы клапанов рабочий объем камеры сгорания периодически отключается от турбины и компрессора, образуя замкнутый объем, в котором происходит сгорание при V=const.

Параметрами цикла являются степень повышения давления ; степень

сжатия в компрессоре ; степень дополнительного повышения давления

Эффективный кпд ГТУ с больше чем эффективный кпд ГТУ с .

Конструкция ГТУ с сильно усложнена из-за камеры сгорания и системы управления клапанами. Поэтому преимущественное распространение в промышленности и на транспорте получили ГТУ с .

174

воспринимает теплоту отработавших газов. Вследствие этого для получения заданных параметров рабочего тела перед турбиной в камере сгорания нужно меньше подвести теплоты, а следовательно, меньше сжечь топлива. В этом и заключается положительный эффект регенерации.

Для осуществления регенерации тела необходимо условие при 100% идеальной регенерации отработавшие газы охлаждаются в регенераторе от температуры до температуры :

Действительные процессы переноса тепла необратимы и 100% регенерация невозможна.

175

Для оценки совершенства процессов в регенераторе вводится понятие степени регенерации

действительное количество теплоты, передаваемое в регенераторе от газов к

воздуху

количество теплоты, которое может быть передано от газов к воздуху в идеальных условиях, т.е. в регенераторе с бесконечно большой поверхностью теплопереноса.

176

В реальных установках степень регенерации обычно не превышает значений

Циклы с многоступенчатом сжатием в компрессоре и многоступенчатом расширением рабочего тела в турбине представлены в специальной литературе.

29.Холодильные машины и тепловые насосы

29.1. Определения

Согласно второму закону термодинамики передача теплоты от тел менее нагретых к телам более нагретым может выполняться лишь при соответствующей компенсации. На таком принципе основано действие холодильных машин и тепловых насосов.

По принципу действия холодильные машины подразделяются на компрессионные и абсорбционные.

Вкомпрессионной и холодильной машине полезный холодильный эффект, т.е. величина тепла отнимаемая от менее нагретой среды, выполняется за счет механической работы, затрачиваемой в компрессоре.

Вабсорбционной холодильной установке получение холодильного эффекта достигается за счет затраты тепла без потребления внешней механической работы, а за счет химической энергии раствора двух взаимнорастворимых жидкостей с различными температурами кипения.

177

29.2. Воздушная компрессионная холодильная машина

179

; соответственно:

В заданных условиях холодильный коэффициент идеальной машины Карно имел

холодильной машины Карно много выше экономичности воздушной компрессионной машины.

29.3. Тепловой насос

На рисунке приведена схема теплового насоса для отопления здания.

Элементы схемы: компрессор 1, компрессор 2, регулирующий вентиль 3 и испаритель 4 - составляют обычную компрессионную холодильную установку.

Испарение холодильного агента в испарителе происходит посредствам холодной воды из какого-либо находящегося поблизости от отапливаемого здания водоема 8. Подача воды в испаритель производится насосом 5. Охлажденная в испарителе вода сбрасывается обратно в водоем. Конденсация вытолкнутого из компрессора холодильного агента происходит в конденсаторе водой из обратной линии системы отопления. Подогретая в конденсаторе вода направляется в приборы отопления 9 (радиаторы), расположенные в отапливаемом здании 7. Циркуляция воды в системе отопления осуществляется насосом 6.

180

Если количество теплоты, пошедшее на выпаривание 1кг холодного агента в испарителе, равное теплоте, отобранной от холодной воды в водоеме; затраченная работа на всасывание, сжатие и выталкивание 1кг холодного

агента в компрессоре, и теплота, выделяющаяся при конденсации 1кг агента в конденсаторе и восприятия водой в системе отопления, то:

, холодильный коэффициент.

Отопительный коэффициент:

Из этих выражений следует, что всегда

и

Выгоду от применения теплового насоса для отопления можно наглядно оценить сравнивая эту систему с системой, в которой для отопления использовался электрообогрев. Так как в электронагревателях электроэнергия целиком превращается в теплоту, то очевидно, что теплота в таких установках, отданная систему отопления равна

,

а коэффициент преобразования в соответствии с его выражением равен единице

Величина холодильного коэффициента всегда больше единицы и зависит от температурных условий в которых работает тепловая машина. Определяющим является соотношение температуры холодной воды в водоеме и в магистрали отопительной системы. Для средних условий это соотношение равно 3