- •Теплотехника
- •Введение
- •1. Техническая термодинамика.
- •1.1. Предмет и основные понятия
- •1.2. Параметры состояния
- •1.3. Уравнение состояния и термодинамический процесс
- •1.4 Первый закон термодинамики Теплота и работа
- •Внутренняя энергия
- •Первый закон термодинамики
- •1.5.Теплоемкость газа
- •1.6. Уравнение состояния идеального газа
- •Смесь идеальных газов
- •1.7. Второй закон термодинамики Основные положения второго закона термодинамики
- •1.8. Термодинамические процессы
- •Политропный процесс
- •1.9. Термодинамика потока Первый закон термодинамики для потока
- •Критическое давление и скорость. Сопло Лаваля
- •Дросселирование
- •1.10. Сжатие газов Объемный компрессор
- •17.2. Лопаточный компрессор
- •3.10.Реальные газы. Водяной пар. Влажный воздух Свойства реальных газов
- •Уравнения состояния реального газа
- •Водяной пар
- •Характеристики влажного воздуха
- •1.12. Термодинамические циклы Циклы паротурбинных установок (пту)
- •Циклы двигателей внутреннего сгорания (двс)
- •Циклы газотурбинных установок (гту)
- •2.Основы теории теплообмена
- •2.1. Основные понятия и определения
- •2.2. Теплопроводность
- •2.3. Теплоотдача
- •2.4. Теплообмен при конденсации насыщенных паров
- •2.5. Теплообмен при кипении жидкостей
- •2.6. Лучистый и сложный теплообмен
- •2.5.Теплопередача Теплопередача через плоскую стенку
- •Теплопередача через цилиндрическую стенку
- •2.6. Теплообменные аппараты
- •Расчет теплообменных аппаратов
- •3.Теплоэнергетические установки
- •3.1. Энергетическое топливо. Состав топлива
- •Характеристика топлива
- •Моторные топлива для поршневых двс
- •3.2. Котельные установки Котельный агрегат и его элементы
- •3.3. Вспомогательное оборудование котельной установки
- •3.4. Тепловой баланс котельного агрегата
- •3.5. Топочные устройства
- •3.6. Сжигание топлива
- •Теплотехнические показатели работы топок
- •Физический процесс горения топлива
- •Определение теоретического и действительного расхода воздуха на горение топлива
- •Количество продуктов сгорания топлива
- •Вопросы экологии при использовании теплоты
- •18.1. Токсичные газы продуктов сгорания
- •18.2. Воздействия токсичных газов
- •18.3. Последствия парникового эффекта
- •4. Холодильные установки лекция № 1
- •Термодинамические основы рабочих тел
- •Лекция № 2
- •Способы получения низких температур
- •Плавление
- •Кипение
- •Охлаждение расширением газов
- •Охлаждение дросселированием
- •Охлаждение вихревым эффектом
- •Термоэлектрический эффект
- •Лекция № 3
- •Термодинамические основы холодильных машин
- •Обратный цикл Карно
- •Лекция № 4
- •Обратимые и необратимые процессы
- •Работа компрессора
- •Лекция № 5
- •2. Структура термодинамической диаграммы состояния. Тепловая диаграмма
- •Лекция № 6
- •Лекция № 7
- •1.Циклы и схемы одноступенчатых компрессионных холодильных машин.
- •Паровая холодильная компрессионная машина работающая по регетативному циклу
- •Лекция № 8
- •Хладагенты и хладаносители
- •Свойства хладагентов
- •Теплопроводность
- •Растворимость хладагента в воде
- •Характеристики хладагентов
- •Применение хладагентов
- •Хладоносители
- •Литература
Лекция № 3
ПЛАН
1. Термодинамические основы холодильных машин
2. Обратный цикл Карно
Термодинамические основы холодильных машин
Холодильной машиной - называется комплекс механизмов и аппаратов осуществляющих цикл холодильного обмена.
Холодильную машину с устройствами для распределения холода по охлаждаемым обьектам с изоляционными конструкциями называют холодильной установкой.
Схема простейшей холодильной машины
ТК РК ТОКР
К
РВ А
А - компрессор
К - конденсатор
РВ
- регулирующий вентиль (дроссель)
И - испаритель
Б - камера с
изоляцией
И
QO
ТO
PO
ТОКР
Б
Температура кипения и конденсации жидкости зависит от давления, чем оно ниже, тем ниже температура кипения и конденсации холодильного агента.
В охлаждаемом помещении или аппарате расположен испаритель который представляет собой систему труб, в которых кипит холодильный агент при низком давлении Ро и соответствующей ему температуре кипения То .
Поскольку температура кипения (То) ниже температуры помещения (Тпом) , то тепло Qo поступает в испаритель и поглощается кипящим холодильным агентом в виде скрытой теплоты кипения.
Низкое давление паров холодильного агента в исп
арителе непрерывно поддерживается в результате отсасывания их в компрессором.
Пары, отсасываемые от испарителя, сжимаются компрессором до давления РК и соответствующая ему температура ТК, и подается в конденсатор, в котором сжижаются, отдавая теплоту конденсации окружающей среде (воде, воздуху).
Жидкий холодильный агент из конденсатора поступает в испаритель через регулирующий вентиль (РВ), дросселирующий (производящий мятие) его с давления РК до давления РО и процесс повторяется снова.
Таким образом, всякая паровая машина в ростейшем виде должна состоять из четырех частей:
испарителя, забирающего тепло из охлаждаемого помещения;
конденсатора, отдающего тепло окружающей среде;
компрессора, переводящего тепло на более высокий температурный уровень;
регулирующего вентиля или расширительного цилиндра.
Все эти части похожи в различных машинах, различающихся в основном принципом действия и конструкцией компрессора.
Обратный цикл Карно
Наиболее выгодным циклом для получения энергии при переносе тепла с высшего на нисший температурный уровень является цикл Карно.
Этот цикл состоящий из 2 изотерм (процесс при Т = const), по которым тепло забирается и отводится и двух адиабат (процесс без подвода и отвода тепла), по которым тепло переводится с одного температурного уровня на другой.
Такой цикл, относящийся к тепловому двигателю называется прямым циклом Карно.
В отличии от него теоритический цикл холодильной машины (перенос тепла с нисшего температурного уровня на высший, с затратой работы) называется обратным циклом Карно.
Адиабатический процесс сжатия в цикле Карно осуществляется в компрессоре с затратой работы на расширение в расширительном цилиндре.
В теоритическом цикле Карно:
ТКОНДЕНСАЦИИ = ТОКРУЖ.СРЕДЫ
ТПОМЕЩЕНИЯ = ТИСПАРИТЕЛЯ
Аl
Т
q
ТК ∆К г
Теплопередача
через изоляцию
ТОКР
ТПОМ
ТО а
∆О
S1 S2 S
Количество тепла, подведенного испарителем к одному кг холодильного агента, циркулирующего в системе, выражается в S(T) площадью абS2S1 , соответственно:
(1-1)
Количество тепла отведенного от 1кг холодильного агента в конденсаторе площадью гвS1 - S2:
(1-2)
Разность между q и qo представляет собой работу, затраченную в холодильной машине на передачу тепла с одного уровня на другой.
Площадь абвг - работа.
(1-3)
А=1 / 427 ккал / кг · м = 1/ 102 кДж / кг · м
где: A - тепловой эквивалент механической энергии
- количество тепла, отданное в конденсаторе в окружающую среду равно сумме количества тепла поступившего в испаритель от охлаждаемого помещения, и теплового эквивалента работы компрессора.
Экономичность холодильной машины определяется величиной холодильного коэффициента Е, представляющей собой отношение холодильной производительности к затраченной работе:
, q o - холодопроизводительность
Для обратного цикла Карно холодильный коэффициент с учетом уравнений (1-1,1-3) равен:
(1-5)
Из (1-5) следует, что холодильный коэфициент увеличивается с повышением температуры кипения То холодильного агента и понижение температуры конденсации Тк .
Для повышения экономичности холодильной машины надо работать с возможно низкой температурой конденсации.
ТК > ТОКР. СРЕДЫ
Экономичность теплового насоса определяется коэфициентом преобразования μ, который представляет собой отношение количества тепла, получаемого в конденсаторе к затраченной работе.
(1-6),(1-7)
Величина μ в обратном цикле всегда будет больше 1.
Из уравнения (1-3) видно, что работа, затраченная на перенос тепла с низшего температурного уровня на высший равно произведению разности этих температур на приращение энтропии.
Всякая затрата энергии равна произведению разности потенциалов на приращение некоторой величины (энтропии)
Энтропия является таким же параметром состояния вещества, как и температура, давление, энтальпия и т.п.
Для определения изменения состояния тела имеет значения только разность энтропии в начальном и конечном состоянии тела, а не абсолютная величина.
Дифференциал энтропии равен отношению бесконечно малого количества сообщенного телу тепла к абсолютной температуре.