3.2. Простой регенеративный цикл

Исходный воздух (рис. 3.1.)изотермически сжимается от давления до в компрессионном агрегате К и охлаждается холодообменнике Х при постоянном давлении (за счет обратного потока холодного воздуха). Затем сжатый воздух дросселируется в вентиле Др до давления . Полученная парожидкостная смесь поступает в сепаратор С, оттуда жидкость (сжиженный газ) отводится из системы в количестве Х, а газ в количестве (1-Х) возвращается в холодообменник, забирая теплоту у потока сжатого газа, идущего на дросселирование.

Заметим давление , как правило , -атмосферное: свежий воздух забирается из атмосферы; жидкий воздух хранится и транспортируется в сосудах Дьюара, где зона хранения соединена с атмосферой.

В диаграмме T-s стадии процесса изображаются следующим образом:

1-2 – изотермическое ( ) сжатие 1 кг воздуха

2-3 – изобарическое ( ) охлаждение в холодильнике

3-4 – дросселирование (h = const)

4 0 - изобарическая ( ) сепарация (с выводом потока Х жидкого воздуха)

5-1 – изобарическое нагревание потока (1-Х) воздуха (с присоединением потока Х свежего воздуха и направлением 1 кг смеси на сжатие в компрессор).

Далее стадии повторяются.

а б

Рис.3.1. Простой регенеративный цикл Линде

а – принципиальная схема, б – диаграмма T-s.

К – компрессионный агрегат, Х- холодообменник,

Др - дроссельный вентиль, С- сепаратор.

Технологический расчет цикла

Связь производительностей по сжимаемому и G и жидкому G_ж воздуху определяется формулой

, (3.2.1)

Степень ожижения называется теоретической, , если она определяется в предположении об отсутствии потерь холода в окружающую среду и о полной рекуперации теплоты в холодильнике ( ).

В расчете на 1 кг рабочего тела (воздуха, сжимаемого в компрессоре):

(3.2.2)

(3.2.3)

где - удельная холодопроизводительность установки (теплота отбираемая у 1 кг изотермического сжимаемого рабочего тела в компрессорном агрегате К с холодильниками), - количество холода (отнимаемой теплоты), необходимого для полного охлаждения 2 кг исходного воздуха.

Реальная степень ожижения Х отличается от теоретической по двум основным причинам

1) существует приток теплоты из окружающей среды к холодному рабочему телу, хотя установка изолирована. Его трактуют как потери холода в окружающую среду, обозначают символом и относят к 1 кг исходного сжимаемого в компрессоре газа.

2) предположение о выравнивании температур и в холодообменнике Х может быть реализовано только при его бесконечно большой пропускной способности KF→∞, т.е. в случае балансовой задачи теплообмена. На практике холодный воздух нагревается не до температуры (точка 1), а только до несколько меньшей , соответствующей точке . Это означает, что холодный (нагреваемый) поток не весь свой холод отдает встречному (охлаждаемому) потоку, т.е. в холодообменнике не происходит полной рекуперации теплоты. Такой эффект называется недорекуперацией и обозначается символом , его также относят к 1 кг сжимаемого воздуха. Каждый кг холодного потока недодает холода. Удельный холодный поток равен (1- х); поэтому в расчете на каждый кг сжимаемого воздуха, охлаждаемый поток недополучает от холодного холода (недоотнимает теплоты).