Материал: Теоретические основы теплотехники 1
131
Рис. 41. Схема, p-v и T-s диаграммы воздушной холодильной установки
Удельное количество теплоты,
быть определено по соотношению
q |
c |
pm |
1 |
|
переданное охлаждающей воде, может
T2 T3 , |
(313) |
удельное количество теплоты, отведенное от воздуха в холодильной камере,
по формуле
q2 |
|
cpm T1 T4 , |
(314) |
|
а удельная работа цикла при условии постоянства теплоемкости рабочего те-
ла ( c pm idem ) может быть рассчитана из выражения
l |
l |
l |
q |
q |
2 |
c |
pm |
T T T T |
|
|||
ц |
1,2 |
3,4 |
1 |
|
|
2 |
3 |
1 |
4 |
|
||
(315)
или, поскольку для адиабатных процессов (1–2) и (3–4) справедливы следу-
ющие соотношения температур:
T1 T2 T4 T3 ; |
T1 T4 T2 T3 , |
(316) |
определена по формуле
lц
132
|
T |
|
|
c pm ( T2 T1 ) ( 1 |
3 |
). |
|
T |
|||
|
|
||
|
2 |
|
(317)
При использовании соотношений (314), (317) холодильный коэффици-
ент воздушной холодильной может быть определен из формулы
t
q |
2 |
l |
|
ц |
|
|
|
|
|
T |
( T |
T |
) /[( T |
T |
) ( 1 |
3 |
1 |
4 |
2 |
1 |
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
)] |
T |
|
1 |
||
|
||
T |
T |
|
2 |
1 |
.
(318)
Следует отметить, что вследствие малого значения теплоемкости воз-
духа, удельная холодопроизводительность воздушных холодильных устано-
вок достаточно низкая.
Аборбционная холодильная установка
Иногда для осуществления цикла холодильной машины целесообразнее расходовать не механическую работу, как это было в рассмотренных типах холодильных машин, а теплоту, отбираемую, к примеру, от уходящих про-
дуктов сгорания газотурбинных установок. Холодильные машины, в которых для понижения температуры тел до температуры ниже температуры окружа-
ющей среды используется теплота отработавших продуктов сгорания, назы-
ваются абсорбционными холодильными установками (рис. 42).
Абсорбционные холодильные установки используют в качестве рабо-
чего тела хладоагенты и их растворы. В качестве хладагента в абсорбцион-
ных холодильных установках может быть использован аммиак, а в качестве растворителя (абсорбента) – вода.
133
Рис. 42. Схема и идеализированная T-s диаграмма абсорбционной холодильной установки
Схема абсорбционной установки показана на рис. 42. В генераторе (1) к
водоаммиачному раствору подводится теплота от внешнего источника (отра-
ботавшие продукты сгорания) при давлении p1 . Подводимая теплота qг идет на испарение рабочего тела: в этом процессе образуется пар с высокой кон-
центрацией аммиака и с температурой T2 . Пар из генератора (1) поступает в конденсатор (2), где конденсируется при температуре T5, передавая теплоту охлаждающей воде qк.
Конденсат проходит через дроссельный вентиль (3), на выходе из кото-
рого рабочее тело имеет давление p2 и температуру T6 , значение которой меньше, чем температура в холодильной камере. В испарителе (4) раствор испаряется за счет подвода теплоты q0 от охлаждаемого объема (5). Из испа-
рителя пар поступает в абсорбер (6), где поглощается при температуре T3 аб-
сорбером, поступающим из генератора через вентиль (8), отдавая теплоту аб-
сорбции qа охлаждающей воде, проходящей через змеевик. Вследствие по-
глощения пара, концентрация хладагента (аммиака) в растворе повышается.
Насосом (7) раствор из абсорбера (6) подается в генератор.
При идеализации работы цикла рассматриваемой установки (полная обратимость процессов, полное выпаривание хладагента из абсорбера) рабо-
134
чий процесс в ней можно представить в виде совокупности прямого (1-2-3-4)
и обратного (5-6-7-8) циклов Карно. Эффективность работы абсорбционной машины можно оценить тепловым коэффициентом
q0 
qг
.
(319)
Следовательно, чем больше отбирается удельной теплоты от охлажда-
емого объема при фиксированном количестве подведенной теплоты в генера-
торе, тем выше экономичность холодильной установки. Действительный цикл абсорбционной холодильной установки характеризуется необратимо-
стью процессов, что приводит к некоторому снижению теплового коэффици-
ента абсорбционной холодильной машины .
13. Циклы двигателей внутреннего сгорания
Термодинамические циклы тепловых двигателей имеют следующие
особенности:
все процессы являются обратимыми и протекают с одним и тем же коли-
чеством рабочего тела;
химический состав рабочего тела постоянен;
процессы сжатия и расширения рабочего тела являются адиабатными;
подвод теплоты к рабочему телу осуществляется от горячего источника;
теплота от рабочего тела передается к холодному источнику;
теплоемкость рабочего тела не зависит от температуры;
рабочее тело - идеальный газ.
Характеристиками термодинамических циклов тепловых двигателей
являются:
степень сжатия;
степень повышения давления;
135
степень предварительного расширения;
соотношение давлений сжатия.
Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
Анализ круговых процессов показывает, что термический КПД цикла -
основная характеристика эффективности двигателя, зависит от средней тем-
пературы рабочего тела в процессе подвода теплоты. Поэтому в качестве ра-
бочего тела в двигателе используются продукты сгорания, полученные при сжигании жидкого или газообразного топлива. Поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС) называются двигатели, в которых топливо сжи-
гается в цилиндрах, где возвратно-поступательно двигается поршень.
Несмотря на то, что цикл Карно имеет наивысший КПД, в реальных машинах он не реализуется. Дело в том, что цикл Карно, будучи сильно рас-
тянутым в координатах р–v, связан с весьма большими значениями удельного объема и давления (рис. 43).
Рис. 43. Цикл Карно в координатах p-v