Цикл паровой компрессорной холодильной установки кратко

Обновлено: 17.06.2024

Холодильная компрессорная установка, работающая на парах аммиака (NH3), показана на рисунке . Компрессор, Aronmoni или влажность Пар или влажность Рисунок-9 -9 -9 -9 -9 Рисунок Рисунок Рисунок Рисунок Рисунок 9 Сажа Сажа Сажа Сажа Сажа Сажа Сажа Сажа Сажа Сажа Сажа, копоть, копоть, копоть, копоть, копоть и сажа

полностью превращаются в жидкость (процесс 2-3-4). Жидкий аммиак из конденсатора проходит через дроссельный клапан, где температура и перепад давления. Затем холодный жидкий аммиак поступает в охладитель, где он получает тепло (в процессе 5-1), сжигает и охлаждает рассол, циркулирующий в охлаждаемой камере. Процесс корректировки как необратимый процесс проиллюстрирован на диаграмме условной кривой 4-5. При установке

парового компрессора не используется ли расширительный цилиндр (расширитель), а рабочая жидкость регулируется регулирующим клапаном? Замена расширительного цилиндра дросселем увеличивает энтропию, и некоторая охлаждающая способность теряется. Эта замена значительно упрощает установку, и давление пара достигается с помощью охладителя. Как процесс адиабатического расширения. Если было расширение / цилиндр, процесс следует адиабате 4-9. Потеря охлаждающей способности при замене расширительного цилиндра дроссельной заслонкой

фактическое движение, которое использует морозильную машину носорога. Как, как, как, как работать Предположим, что газ охлаждается от температуры 7 ° (точка 3, рисунок 21-10) до температуры Т2 (точка 3). Газ из состояния точки 3 сжимается изотермически (точка 4), и тепло QX = 7 \ (S3-1 S4) перемещается в окружающую среду. В результате следующего адиабатического расширения (точка I, процесс 4-1) получают сжиженный газ. По этой схеме расходуется только минимальная работа в минуту.

минимальный Я удаляю всю теплоту сжижения и т. Д. — газ и затем испарение на сумму работы, затраченной на охлаждение: ‘min ~’ s * 2 «b ‘2-1 • Эквивалентно разнице между 32143 и двумя регионами: пл. 37543 и т. Д. Минимальная работа в фига идеального цикла. Я гг 1 Денион 7 \ (57-с5) и пл. 321573 величина 2 = J -f r = -ilt * л Откуда ‘min = -3-il) * Работа, необходимая для газификации в фактическом цикле, является фактическим фактическим фактическим фактом Prolupa

Performati Matima ‘nsobr =’ arr «b T0bs, Где G0 — температура окружающей среды. Идеальный цикл на самом деле неосуществим, потому что он достигнет силы, чтобы получить состояние, -1 -1 -1 жидкость -1 жидкость 1 жидкость 1 жидкость 1 жидкость 1 жидкость 1 2 это. Поэтому рисунок 21 10 Невозможно реализовать этот цикл *. В настоящее время холодильное оборудование для сжиженного газа имеет множество различных устройств, которые используют два метода. Выполненный К. Линде, первый цикл высокого давления с

адиабатическим расширением (один дроссель газа с возвратом эффекта Джоуля Томсона) и внешняя работа, известная в технике как цикл Линде. Оборудование Линде использует принцип регенерации. Это должно непрерывно снижать температуру во время дроссельной заслонки для последующего охлаждения нового газлотия. Процесс непрерывного снижения температуры продолжается до тех пор, пока газ не начнет остывать. «На рисунке 21-11 показана простейшая схема установки высокого давления с одним дросселем для сжижения воздуха в соответствии с методом Линде. В компрессоре воздух

адиабатически сжимается от давления до P2. Температура поднимается от t ± до / 2. Сжатый воздух охлаждается до телевизора водой из холодильника 2. После теплообменника охлажденный сжатый воздух забирает тепло из воздуха высокого давления на дроссельном клапане 4 под давлением t A A A A A A A A A A A A A A A A A A B B B B B B B B Воздух после теплообменника при температуре TX возвращается в компрессор, и цикл повторяется непрерывно, а сжатый газ проходит через теплообменник к дроссельному клапану, где он непрерывно дросселируется. Наконец, охлаждение воздуха под высоким давлением очень важно. После следующего дросселя он

превращается во влажный пар, из которого можно отделить небольшую часть жидкого воздуха. Теперь, Начальный период и процесс сжижения установившегося воздуха начаты. «На рисунке 21-12 показан процесс постепенного охлаждения воздуха на диаграмме 7В. Рис. 21 12 Рис: 21-М Оно уменьшается в равной степени от состояния точки I до состояния 2 состояния 2. И, газ при более низкой температуре получают Масу бросок. Через некоторое время газ

находится в точке 8. Апертура находится в точке 9. Поскольку точка ^ 9 находится в области влажного пара, газ состоит из смеси кипящей жидкости и сухого пара. Сжиженный газ можно получить, открыв выпускной клапан. При уточнении коэффициент сжиженного газа может быть выражен следующим уравнением. ‘(Ii-hWi ~ h)’ ‘(21-5) e 7j — энтальпия газа при давлении, i2 — энтальпия газа и рг бар, / 0 — работа, используемая в энтальпии сжиженного газа при давлении 1 бар Рабочее оборудование было создано советским ученым Капицей на цикле низкого давления с использованием экспандера *.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Выработка искусственного холода и трансформация теплоты с более низкого температурного уровня на более высокий широко применяются в различных отраслях промышленности. Тепловые машины, предназначенные для понижения температуры тел ниже окружающей среды и непрерывного поддержания этой температуры, называются холодильными установками. Эти же тепловые машины, предназначенные для повышения температурного уровня теплоты окружающей среды, называются трансформаторами теплоты, или тепловыми насосами.

В зависимости от температуры, которая должна быть достигнута при охлаждении, различают холодильные установки умеренного холода (до – 70 ºС) и установки глубокого холода (до – 200 ºС и ниже).

Установки, в которых энергия для получения холода затрачивается в виде механической работы на привод компрессора, называются компрессионными, а установки, в которых энергия затрачивается в виде теплоты на термохимическую компрессию, – абсорбционными.

Холодильные установки и тепловые насосы работают по обратным (против часовой стрелки) круговым процессам, или циклам.

В заданном температурном интервале теоретически наиболее выгодным циклом холодильной установки является обратный цикл Карно.

Паровые компрессионные установки позволяют в области насыщенного пара приблизить холодильный цикл к обратному циклу Карно. Насыщенный пар низкокипящей жидкости (хладагента) всасывается компрессором и адиабатно сжимается до давления конденсации p₂ с затратой работы l_ц (процесс 1-2). После компрессора сжатый пар поступает в конденсатор, где при постоянном давлении p₂ вследствие отнятия у пара теплоты q₁ охлаждающей водой (процесс 2-2’-3) снижается температура перегретого пара (2-2’), а затем при постоянной температуре насыщенного пара осуществляется полная конденсация (2’-3).

Для дальнейшего снижения температуры хладагента можно было бы применить расширительную машину и осуществлять в ней адиабатное расширение 3-4’ (с производством внешней работы за счет убыли внутренней энергии). Однако для упрощения установки и обеспечения гибкой регулировки расширительную машину заменяют регулирующим дроссельным вентилем, в котором хладагент после конденсатора дросселируется с понижением давления и температуры (процесс 3-4). На диаграмме T-s процесс дросселирования, как необратимый, условно показан пунктиром 3-4 (h=const). После дроссельного вентиля (точка 4) образовавшаяся парожидкостная смесь (влажный пар) с низкой температурой T₂ поступает по трубам в испаритель, который находится в холодильной камере X. В испарителе при постоянных температуре T₂ и давлении p₁ происходит отбор теплоты q₂ от охлаждаемых объектов (производство холода) и за счет этого испарение (кипение) хладагента (процесс 4-1). Образовавшийся пар (точка 1) вновь засасывается компрессором, и цикл повторяется.

Количество теплоты q₂, отнятой 1 кг хладагента от охлаждаемой среды, называется удельной хладопроизводительностью q₂ = пл. |41ba4| = h₁ – h₄ = h₁ – h₃.

Количество теплоты, переданной в конденсаторе охлаждающей среде при постоянном давлении:

Отсюда следует, что ε увеличивается с повышением температуры в испарителе T₂, (чем выше расположена линия 4-1, тем больше хладопроизводительность) и понижением температуры охлаждающе среды в конденсаторе T₁ (линия 2’-2 расположена ниже, затрачиваемая работа в компрессоре меньше).

Затрата работы в компрессоре при адиабатном сжатии 1-2

что на диаграмме T-s соответствует пл. |122’34”1|.

Эффективность холодильных установок зависит от свойств хладагентов, к которым предъявляется ряд требований:

- давление насыщенного пара хладагента, соответсвующее требуемым низким температурам, должно быть выше атмосферного, так как при этом легче бороться с утечкой хладагента, чем с подсосом воздуха при вакууме; попадающий в хладагент воздух сильно ухудшает теплопередачу и содержит влагу, которая может замерзать при низкой температуре;

- теплота парообразования r должна быть по возможности большей, так как при одном и том же расходе хладагента она определяет хладопроизводительность установки;

- хладагенты не должны вредно воздействовать на здоровье человека и не должны обладать корродирующими свойствами

Наиболее распространенным хладагентом является аммиак (t_н = –33,5 ºС), позволяющий получить достаточно высокий холодильный коэффициент и относительно невысокое давление в цикле. Однако из-за токсичности аммиака в последнее время широко применяются фреоны (в частности, фреон-12). По термодинамическим свойствам фреон-12 ближе к аммиаку, хотя меньшая его теплота парообразования обусловливает большой расход хладагента.

Общая характеристика холодильных установок

Количество теплоты, переданной в конденсаторе охлаждающей среде при постоянном давлении:

Затрата работы в компрессоре при адиабатном сжатии 1-2

что на диаграмме T-s соответствует пл. |122’34”1|.

Известно, что для повышения эффективности реальной холодильной машины необходимо ее цикл максимально приблизить к холодильному циклу Карно. Для этого требуется, чтобы процессы подвода тепловой энергии Q2 К рабочему телу от холодильной камеры (низкотемпературного источника) и отвода тепловой энергии Qi от рабочего тела в окружающую среду (высокотемпературный источник) происходили изотермически. Действительно, такой циклический процесс можно осуществить, если в качестве рабочего тела (хладагента) использовать вещество, способное при определенных условиях, близких к естественным, существовать в двухфазном состоянии (жидкость — пар).

Некоторые вещества (аммиак, фреон, сернистый ангидрид и другие) при давлениях, близких к атмосферному давлению, легко кипят. При кипении
жидкости образуется влажный пар. Процесс парообразования является одновременно изобарным (р = idem) и изотермическим (Т = idem), Что соответствует процессам фазовых превращений (подводимая в форме теплоты энергия затрачивается не на повышение температуры, а только на преодоление сил притяжения между молекулами и на работу расширения пара). Пока жидкость не будет полностью превращена в пар, ее температура во время кипения изменяться не будет (она остается всегда равной температуре кипения). Когда последняя капля жидкости испарится, то при дальнейшем подводе энергии в форме теплоты температура пара будет возрастать (пар будет становиться перегретым)[8].

Основное достоинство цикла паровой компрессорной холодильной установки состоит в следующем. Теплообмен между теплоотдатчиком (холодильной камерой) и теплоприемником (окружающей средой) при осуществлении цикла будет происходить с рабочим телом, находящимся в двухфазном состоянии, поэтому изобарное протекание этих процессов для рабочего тела совпадает с изотермическим процессом. В этом случае холодильный цикл будет в большей степени приближен к обратному циклу Карно.

На рис. 8.25 показана условная схема паровой компрессионной холодильной установки.

Пар при низком давлении

Рис. 8.25. Схема паровой компрессорной холодильной машины

! Холодная Ыг* Жидкость ~~ FV^ "

Расширительный клапан

Влажный пар хладагента из испарителя засасывается компрессором и адиабатно сжимается с затратой энергии в механической форме, под
водимой из окружающей среды. В общем случае до начала сжатия пар находится во влажном насыщенном состоянии (двухфазное состояние пар-жидкость). При сжатии пара хладагента в компрессоре затрачивается энергия в механической форме W^. Температура хладагента при сжатии увеличивается, и пар последовательно переходит из влажного состояния в сухое насыщенное состояние. В дальнейшем он переходит в перегретое состояние. После компрессора рабочее тело (пар хладагента) под высоким давлением поступает в конденсатор (как правило, расположенный снаружи на задней стенке холодильника), где при постоянном давлении перегретый пар охлаждается (от него в окружающую среду отводится энергия в тепловой форме).

Дальнейший процесс отвода тепловой энергии Qi происходит не только изобарно, но и изотермически. Процесс происходит до тех пор, пока пары хладагента полностью не конденсируются, и он не перейдет в горячую жидкость.

Для снижения температуры рабочего тела до температуры Т2, соответствующей температуре, поддерживаемой в холодильной камере, можно применить расширительную машину (детандер) поршневого или лопаточного тапа.

Совершенно очевидно, что холодильный коэффициент рассмотренного цикла почти равен холодильному коэффициенту обратного цикла Карно.

Из-за сложности создания детандера поршневого или лопаточного типа, работающего на влажном паре, и малой величины получаемой работы в расширительной машине, ее (расширительную машину) заменяют регулирующим дроссельным вентилем (расширительным клапаном; рис. 8.25), в котором хладагент после конденсатора дросселируется с понижением давления и температуры.

Дросселирование пара всегда происходит с понижением температуры (Т4 Комментарии к записи Цикл паровой компрессорной холодильной установки отключены

В отличие от воздушных компрессорных холодильных установок, используемых для получения глубокого холода (с целью сжижения воздуха или быстрой заморозки продуктов), для получения умеренного холода используют холодильные установки с рабочим телом (хладагентом) с достаточно большой теплотой парообразования и невысоким давлением насыщения при всех температурах цикла. Таким требованиям удовлетворяет аммиак NH₃ и фреоны - искусственно синтезированные фторхлорпроизводные углеводородов.

Основное достоинство рассматриваемого цикла состоит в том, что между теплоотдатчиком и теплоприемником (рабочим телом) при осуществлении цикла теплообмен будет происходить с рабочим телом, находящимся в двухфазном состоянии, поэтому изобарное протекание этих процессов для рабочего тела совпадает с изотермическим протеканием процессов.

Насыщенный пар аммиака или другого рабочего тела при температуре, близкой к температуре холодильной камеры 1, всасывается компрессором 2 и адиабатно сжимается (процесс 1-2), при этом температура пара возрастает (рисунки 1.43, 1.44). Из компрессора пар поступает в конденсатор 3, где при постоянном давлении он конденсируется (процесс 2-4) вследствие отнятия у него теплоты q₁ охлаждающей водой (воздухом). Полученный жидкий аммиак поступает в редукционный вентиль 4, в котором он дросселируется (процесс 4-5), температура и давление его понижаются. Полученная смесь жидкости и небольшого количества пара поступает в испаритель 1, где превращается в сухой пар (процесс 5-1), воспринимая теплоту q₂.

Рисунок 1.43 – Схема паровой компрессорной холодильной установки:
1 – холодильная камера (испаритель); 2 – компрессор;
3 – конденсатор; 4 – редукционный вентиль

Испаритель может размещаться непосредственно в холодильной камере 1 (как в бытовых холодильниках) или в промежуточных охладителях, который циркулирует в трубах, расположенных в холодильной камере.

Работа, затраченная на осуществление цикла, определяется только работой компрессора. При адиабатном сжатии работа в компрессоре l_к = i₂ – i₁.

На рисунке 1.44 эта работа определяется площадью 1-2-3-4-5-1.

Отводимое от охлаждаемого тела количество теплоты q₂ соответствует площади а-1-5-в- а. Так как процесс 5 -1 – изобарный, то по абсолютной вели-

чине отводимая удельная теплота q₂ равна

холодильный коэффициент ε:

Рисунок 1.44 – Цикл паровой компрессорной установки

в pv- и Ts-координатах

Цикл абсорбционной холодильной установки

Цикл абсорбционной холодильной установки является разновидностью холодильных циклов, в которых используется хладагент в виде влажного пара. От цикла паровой компрессорной холодильной установки он отличается способом сжатия пара, выходящего из испарителя.

В холодильной установке абсорбционного типа используется явление абсорбции пара жидкости раствором. Абсорбция – процесс поглощения вещества всем объемом поглощающего тела. Как известно, пар чистого вещества может быть поглощен (сконцентрирован) этим веществом в жидком состоянии лишь в том случае, если жидкость имеет температуру меньшую, чем температура тела.

В отличие от чистых веществ растворы обладают способностью абсорбировать (поглощать) пар раствора одного состава даже в том случае, когда температура жидкости выше температуры пара. Именно это свойство раствора и используется в абсорбционных холодильных установках.

Температура кипения бинарного раствора при постоянном давлении зависит от состава раствора. При этом температура кипения будет тем выше, чем больше в растворе доля компонента с более высокой температурой. Зависимость температуры кипения бинарного раствора при постоянном давлении от состава раствора изображается кривой линией в Tс координатах, где с – массовая доля высококипящего компонента (сплошная линия на рисунке 1.45).

Характерной особенностью растворов является то, что пар, получающийся при кипении раствора, имеет иной состав, чем находящийся с ним в равновесии жидкий раствор. Пар более богат низкокипящим компонентом. Кривая пара – линия составов пара, находящегося в равновесии с жидкостью, изображена на диаграмме в Тs-координатах пунктирной линией. Из диаграммы видно, что при Т₁ в равновесии с жидким раствором состава с_м находится пар раствора состава с_N, а при Т₂ жидкому раствору состава с_m соответствует пар состава с_n. Если теперь пар состава с_n, имеющий температуру Т₂, привести в соприкосновение с жидким раствором состава с_м при температуре Т₁, по отношению к которому пар состава с_n является переохлажденным, то очевидно, что пар будет конденсироваться (абсорбироваться жидким раствором). Давление жидкости и пара в этом процессе одно и то же. Теплота парообразования, выделяющаяся в процессе абсорбции при Т₁, отводится из раствора. Получается раствор состава с, причем с_m

Количество теплоты, переданной в конденсаторе охлаждающей среде при постоянном давлении:

Затрата работы в компрессоре при адиабатном сжатии 1-2

что на диаграмме T-s соответствует пл. |122’34”1|.

ЛЕКЦИЯ 9

Основы теории теплообмена

Теплопередача - это процесс переноса теплоты от одного теплоносителя к другому через разделяющую стенку. Теплопередача связана с весьма сложными процессами и при ее изучении необходимо знать законы теории теплообмена и методы анализа, применяемые в физике, термодинамике, гидродинамике и химии.

Сложный процесс переноса теплоты разбивают на ряд более простых. Такой прием упрощает его изучение. Кроме того, каждый простой процесс переноса теплоты подчиняется своим законам. Существует три простейших способа передачи теплоты: теплопроводность, конвекция, излучение.

Явление теплопроводности состоит в переносе теплоты микрочастицами (молекулами, атомами, электронами и т.п.). такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур.

Конвективный теплоперенос (конвекция) наблюдается лишь в жидкостях и газах. Конвекция - это перенос теплоты вместе с макроскопическими объемами вещества. Следует иметь ввиду, что одновременно с конвекцией всегда существует и теплопроводность. Однако конвекция обычно является определяющей, т.к. она интенсивнее теплопроводности.

Конвекцией можно передавать теплоту на очень большие расстояния (например, при движении газа по трубам). Движущаяся среда (жидкость или газ), используемая для переноса теплоты, называется теплоносителем.

Третьим способом переноса теплоты является излучение. За счет излучения теплота передается во всех лучепрозрачных средах, в том числе и в вакууме. Носителями энергии при теплообмене излучением являются фотоны, излучаемые и поглощаемые телами, участвующими в теплообмене.

В большинстве случаев перенос тепла осуществляется несколькими способами одновременно. Например, конвективная теплопередача от газа к стенке практически всегда сопровождается параллельным переносом теплоты излучением.

Основные понятия и определения

Интенсивность переноса теплоты характеризуется плотностью теплового потока. Плотность теплового потока - это количество теплоты, передаваемое в единицу времени через единичную плотность поверхности, q [Вт/м 2 ].

Мощность теплового потока или просто тепловой поток - это количество теплоты, передаваемое в единицу времени через произвольную поверхность F , [Вт].

поверхность теплообмена F - это поверхность, через которую происходит передача тепла. Например, при остывании теплоносителя в трубе диаметром d и длиной l, тепло передается от горячего теплоносителя к окружающей среде через цилиндрическую поверхность трубы. В этом случае .

Перенос теплоты зависит от распределения температуры по объему тела или пространства. Температурным полем называется совокупность мгновенных значений температуры во всех точках тела или системы тел в данный момент времени. Математическое описание температурного поля имеет вид:

где t - температура;

x,y,z - пространственные координаты;

Температурное поле, описываемое приведенным уравнением, называется нестационарным. В этом случае температуры зависят от времени.

В том случае, когда распределение температуры в теле не изменяется со временем, температурное поле называется стационарным

если температура изменяется только по одной или двум пространственным координатам, то температурное поле называется соответственно одно- и двухмерным:

Температурные поля (1.2) и (1.3) называются трехмерными.

Поверхность, во всех точках которой температура одинакова, называется изотермической. Изотермические поверхности могут быть замкнутыми, но не могут пересекаться. Быстрее всего температура изменяется при движении в направлении, перпендикулярном изотермической поверхности. Скорость изменения температуры по нормали к изотермической поверхности характеризуется градиентом температуры.

где -единичный вектор, направленный в сторону возрастания температур нормально к изотермической поверхности.

Теория теплопроводности

Закон Фурье

Теория теплопроводности рассматривает тело как непрерывную среду. Согласно основному закону теплопроводности - закону Фурье - вектор плотности теплового потока, передаваемого теплопроводностью, пропорционален вектору градиента температуры:

где - коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К). Он характеризует способность вещества, из которого состоит рассматриваемое тело, проводить теплоту.

скалярная величина вектора плотности теплового потока:

Из формулы следует, что коэффициент теплопроводности определяет плотность теплового потока при градиенте температуры 1 К/м.

коэффициент теплопроводности является физическим параметром и зависит от химической природы вещества и его физического состояния (плотности, влажности, давления, температуры). Диапазоны изменения для различных материалов приведены на рисунке 9.2.

Рисунок 9.2 - Теплопроводность при стационарном режиме

- внутреннее термическое сопротивление теплопроводности стенки, (м 2 ×К)/Вт.

Распределение температур в плоской однородной стенке - линейное.

В большинстве практических задач приближенно предполагается, что коэффициент теплопроводности не зависит от температуры и одинаков по всей толщине стенки. значение находят в справочниках при средней температуре .

Тепловой поток (мощность теплового потока) определяется по формуле:

Многослойная плоская стенка

В этом случае плотность теплового потока определяется по формуле:

где n - число слоев многослойной стенки;

- полное термическое сопротивление многослойной плоской стенки.

Плотность теплового потока, проходящего через все слои, в стационарном режиме одинакова. А так как коэффициент теплопроводности l различен, то для плоской многослойной стенки распределение температур - ломанная линия.

Рассчитав тепловой поток через многослойную стенку, можно найти температуру на границе любого слоя. Для к-го слоя можно записать:

Читайте также: