Теоретичні основи теплотехніки (стр. 19 из 35)
19. Цикли холодильних установок
Холодильні установки використовують в харчовій промисловості і побуті, при заморожуванні ґрунту в будівництві тунелів і каналів, в хімічній і газовій промисловості приспалюванні газу, кондиціюванні повітря
Холодильні установки працюють по поротних циклах.
19.1 Цикл повітряної холодильної установки
Повітря з холодильника 1 (рис. 19.1.1), яке охолоджує приміщення 5 всмоктується в циліндр компресора 2 (процес й-1), де стискується (процес 1-2) (рис 19.1.2). При стискуванні температура повітря підвищується від Т1, до Т2 (процесі -2). Стиснуте повітря виштовхується з циліндра компресора (процес 2-b) в теплоприймач 3, де ізобарно охолоджується до температури Т3, віддаючи теплоту охолоджуючій воді q=Cрm1(Т2- Т3)
Охолоджене повітря прн тиску Р3 поступає в щліндр розширювальної машннн 4 (процес в-3). Тут проходить процес його адіабатнчного розширення від Р3 до Р4 = Р1 з виконанням роботи.
При адіабатичному розширенні повітря температура його знижується до 203...21K.
Охолоджене повітря з цнлівдра розширювальної машннн виштовхується в холодильник 1 (процес 4-1), де ізобарно нагрівається (4-1), забираючи від середовища приміщення кількість теплоти з, q1= Cрm2 (Т1- Т4). Площа а12bа показує роботу компресора lk площа b34аb - роботу розширювальної машннн lр, а площа 12341 рівна різниці площ - роботу, яка витрачається в установці, тобто роботу циклу lk = lk - lр.
З іншої сторони, робота циклу lk=q1-q2- Холодильний коефіцієнт установки визначаємо наступним чином:
(19.1)Приймаємо Cрm1= Cрm2 і поділимо чисельник і знаменник дробу на (Т1- Т4).. Одержимо:
(19.2)З адіабат 1-2 і 3-4 слідує,що
а
Оскільки
р2 =р3 і р4=р1,
то
Т2/Т1 = Т3/Т4 ; Т4/Т1= Т3/Т2
Тоді:
Підставляємо в рівняння (19.2). Одержима
(19.3)Порівняємо між собою холодильні коефіцієнти циклу повітряної установки і зворотного циклу Карно, взятих в одному і тому ж інтервалі граничних температур холодильника і теплоприймача
При ізотермічних процесах підводу і віддачі теплоти в зворотному щклі Карно гранична температура холодильника повинна бути рівна Т1, анагрівача -Т3. Тоді холодильнийкоефіцієнгзворотногоциклу Карно:
Т3< Т2 то чпл<чкХолодильний коефіцієнт називають також питомою холодопродуктивністю qо, яка показує кількість відібраної від холодильного джерела теплоти на одиницю затраченої роботи.
Цикл повітряної холодильної установки малоефективний. Крім того повітря має малу теплоємність, в результаті чого потрібний його великий об'єм.
19.2. Цикл парової холодильної установки
Відношення маси аміаку до маси розчинника називається масовим відношенням аміаку.
Коли t
-34 обидва компоненти знаходяться в рідкому стані. Якщо розчин підігрівати, аміак випарується і в кінці масове відношення рівне 0. Пара буде чистий аміак, а рідина - вода. охолоджуюча 
Рис. 19.4.1. Схема абсорбційної холодильної установки.
На рнс.19.4.1. показана схема найбільш простої абсорбційної установки. В кип’ятильнику 1, який містить водно-аміачний розчин при тиску рк і міцності ζк, проходить випарювання з розчину аміаку за рахунок теплоти, яка поступає з гарячим теплоносієм. На випарювання витрача ється теплота в кількості q1,.
Одержані таким чином пари аміаку направляються в конденсатор 2, де, віддаючи теплоту охолоджуючій воді (навколишньому середовищу), конденсується при рк = const. В результуючому вентилі 3 тиск рідкого аміаку знижується до тиску в абсорбері 6 ра< рк, в якому міцність розчину підтримується ζк > ζa. При такому тиску аміак поступає у випарник 4 і перетворюється в пару за рахунок теплоти q2, яка відводиться від охолоджуючих тіл в холодильній камері 5. Потімпаранаправляєгьсяв паровий простір абсорбера 6, в якому знаходиться випарений із розчину аміак, що має в зв'язку з цим Яльш високу температуру, ніж пара, яка поступила із випарювача. Ця хол одна парапоглннається розчином. Виділена при поглинанні теплота виводиться із абсорбера охолоджуючою водою.
Для того, щоб масове відношення розчинів в котлі і абсорбері запишалось весь час постійним, проводять перекачування насосом 7 розчину з більшим масовим відношенням з абсорбера в котел, а розчин з меншим масовим відношенням поступає з котла в абсорбер. В результаті того, що тиск в котлі вищий, чим в абсорбері, розчин по шляху в абсорбер проходить через дросельний клапан 8.
20. Тепловий насос
Тепловий насос - це машина призначена для поглинання теплоти з навколишнього середовища і передачі її об'єкту з ошьш високою темпер атурою.
На рис. 20.1. показана схема теплового насосу. Основними елементами є: компресор 1, конденсатор 2, регулюючий вентиль 3 і випарник 4, які складають звичайну компресійну холодильну установку. Вигарювання холодильного агенту в випарнику проходить за рахунок холодної води з жого-небудь водоймища. Подача водив випарник проходить за допомогою насосу 5. Охолоджена в випарнику вода скидається далі в водоймище. Конденсація виштовхнутого із компресора агента здійснюється в конденсаторі водою із зворотньої лінії системи опалення Підігріта в конденсаторі вода направляється в прилади опалювання 9, розміщені в опалюваному приміщенні 7. Циркуляція водив системі огвленняздійснюєтьсянасосом 6.
Рис 20 1 Тепловий насос
Ефективність теплового насосу оцінюється опалювальним коефіцієнтом
де q1 - питома теплота, яка виділяється при конденсації холодильного агенту в конденсаторі;
l0 - питома робота, яка затрачається на привід компресора.
ОСНОВИ ТЕПЛООБМІНУ
Основні види теплообміну.
Теорія теплообміну вивчає закони поширення і передачі теплоти між тілами
Розрізняють три види тепло обміну: теплопровідність, конвекція і променистий тепп ообмін.
21. Теплопровідність
Якщо у твердому тіш, нерухомій рідині або газі температура в різних точках не однакова, то теплота буде переходити від ділянки тіла з більшою
температурою до ділянки тіла з меншою температурою. Такий процес передачі теплоти називається теплопровідністю. Теплота при цьому передається за рахунок руху і взаємодії ел ементарних частинок - електронів.
Необхідною умовою процесу теплопровідності є різниця температури в різних точках тіла. В загальному випадку температура є функціао координат і часу:
t=f(x,y,z,τ) (21.1)
Сукупність значень температури для всіх точок простору в даний момент часу називається температурним полем.
Якщо температура тіла не змінюєтьсяв часі, то таке температурне поле називається стаїі онарннм, якщо змінюється - не стаціонарним.
Температура може бути функцією однієї, двох або трьох координат. Відповідно цьому температурне поле може бути одновимірним, двовимірним і тривимірним.
Рис. 21.1. До визначення температурного градієнту і теплового потоку.
При довільному температурному полі в тілі можна знайти точки з однаковою температурою. Геометричне місце таких точок утворює ізотермічну поверхню (рис. 21.1). Очевидно, що передача теплоти може відбуватися тільки від поверхні з більшою температурою до іншої з меншою температурою. Кількість переданої теплоти буде залежати від різниці температур між цими ізотермічнимиповерхнямиі від віддалі міжними.
Границя відношення зміни температур ∆t між двома ізотермічними поверхнями до віддані між ними ∆n взятій по нормалі називається темпер атурним градієнтом.
(21.2)Температурний градієнт є вектором, направленим по нормані до ізотермічної поверхні в сторону збільшеннятемператури.
Теплота поширюється в сторону гротиггежну градієнту температури, тобто в сторону меншої температури. Кількість теплоти, яка ператосить ся через будь-яку ізотермічну поверхню за одиницю часу називається тепловим потоком Q[Вт]
Тепловий потік віднесений до одиниці площі називається густиною теплового потоку
. Густина теплового потоку величина векторна і направлена в сторону поширення тепла.21.1 Закон Фур’є
Фур'є експериментатгьно встановив, що кількість переданої теплоти пропорційна падінню температури, часу і площ січення, перпендикулярно направленого напряму поширення теплоти,