3. Физический смысл получения низких температур с помощью фазовых превращений (плавления, кипения, испарения, растворения сублимации).

Фазовые превращения сопровождаются повышением внутренней энергии участвующих в нём тел, сопровождаются большим поглощением теплоты от внешних источников. Имеется много веществ, которые при атмосферном давлении кипят при низких температурах (в т.ч. и при отрицательных) температурах. Эти факты широко используются для нужд охлаждения.

Плавление

Лёд из чистой воды тает при температуре 0°С. Растворение в чистой воде, например, солей в процессе образования льда или снега позволяет снизить температуру замерзания (таяния). При этом снижается и теплота фазового перехода жидкость — твёрдое тело. Смесь поваренной соли с водой при образовании льда позволяет получить температуру таяния -21,2°С, а хлористый кальций в составе замороженного водного раствора позволяет снизить температуру до -55°С. В холодильных технологиях используется много водных растворов, позволяющих после замораживания получить широкий диапазон температур таяния льда при атмосферном давлении.

Кипение и сублимация

Процесс парообразования является изотермическим и изобарическим. Для охлаждения целесообразно применять вещества, которые при атмосферном давлении имеют низкую температуру кипения и большую теплоту парообразования. Теплота парообразования зависит от давления и с его увеличением уменьшается.

Процесс перехода вещества из твёрдого состояния в парообразное, минуя жидкое, называется сублимацией, или вазгонкой (СО₂ «сухой лёд»). «Сухой лёд» применяется при продаже с лотков мороженого.

4.Принципиальная схема паровой компрессорной холодильной машины

. Принципиальная схема компрессорной холодильной машины: 1 — компрессор; 2— теплообменник для отвода теплоты от рабочего тела; 3 — расширитель рабочего тела; 4 — теплообменник, в котором рабочее тело забирает теплоту от охлаждаемой среды; 5 — ввод-вывод среды (газа, жидкости) для охлаждения рабочего тела; 6 — ввод-вывод охлаждаемой среды

Один из вариантов работы представленной на рис.холодильной маши­ны заключается в повторении следующих процессов.

В компрессоре 1 рабочее тело, находящееся в парообразном состоянии, сжи­мается. Сжатие сопровождается соответствующим повышением температуры. Степень сжатия определяет степень повышения температуры. После компрес­сора, таким образом, можно достичь необходимого значения температуры ра­бочего тела. В теплообменнике 2 от рабочего тела, имеющего высокую темпе­ратуру, можно отвести теплоту с помощью охлаждающей среды. В качестве охлаждающей среды могут применяться различные газы (в том числе и воз­дух) и жидкости (в том числе и вода). Температура охлаждающей среды, при­меняемой в этом теплообменнике, и определяет температуру, следовательно, и степень сжатия рабочего тела в компрессоре. Температура рабочего тела, поступающего в этот теплообменник, должна быть выше температуры охлаждающей среды.

В теории и практике холодильных машин рабочее тело называется холо­дильным агентом.

В расширителе 3 происходит снижение давления холодильного агента и понижение его температуры. Расширение может совершаться за счет переда­чи работы внешнему источнику (детандерное расширение) и за счет затрат внутренней энергии самого хладоагента. В этом случае расширение осуществ­ляется в дросселирующих устройствах. В качестве последних наиболее часто применяются регулирующие вентили и система капилляров. В теплообменном аппарате 4 холодильный агент (после снижения давления и температуры в расширителе 3)забирает теплоту от охлаждаемой среды и опять поступает в компрессор. Цикл изменения давления и температуры рабочего тела после этого повторяется.

Циркуляция холодильного агента осуществляется по замкнутому контуру, что предопределяет экономическую эффективность холодильных машин этого типа. Однажды заправленный рабочим телом герметичный контур длительное время может выполнять свои функции. При применении дорогостоящих рабо­чих тел (хладоагентов) эта особенность парокомпрессорных холодильных ма­шин оказывает существенное влияние на их экономические показатели.

В описанном выше холодильном цикле осуществляется перенос теплоты от охлаждаемой в теплообменнике 4 среды с низкой температурой к охлаждаю­щей среде теплообменника 5,которая имеет более высокую температуру. Хо­лодильная машина не производит холод. Она лишь переносит теплоту от тела с низкой температурой к телу с более высокой температурой, т.е. против есте­ственного хода процессов переноса теплоты. При этом на перенос теплоты затрачивается работа. В описанной выше машине это работа компрессора. Однако в холодильной технике устойчиво укоренился термин «холод» и «холодопроизводительность» холодильных машин.

Холодопроизводительность машины равна количеству теплоты, которое пе­редается холодильному агенту при отводе ее от охлаждаемой в теплообменнике4среды. Для описанной выше машины это количество теплоты можно рассчитать по зависимости

Q=Lρc(T_l-Т₂₎ (2.1)

где L— расход циркулирующего в цикле холодильного агента, м³/с, с

ρ, и c - объемная масса и теплоемкость холодильного агента, соответственно кг/м³ и Дж/кг-К;

T_l-Т₂— температура холодильного агента на выходе и входе в теплооб­менник