Тема 6.2. Холодильные машина и агрегаты Термодинамические основы машинного охлаждения.

Все, что относится к понятию «холодильная техника», неразрывно связано с такими параметрами, как температура и теплота. Для того чтобы охладить какое-либо тело, т.е. понизить его температуру, необходимо отвести от тела определенное количество теплоты (энергии). Мерой отведенной энергии тела (вещества) является температура. Энергия может передаваться от одного тела к другому или превращаться в другие виды энергии.

Термодинамикой называется наука о законах превращения одних видов энергии в другие.

В реальных условиях энергии в форме теплоты передается от более нагретого тела к менее нагретому. Это естественный процесс и здесь не требуется дополнительных мер для его организации. Рассматривая процессы холодильной техники, чаще всего отталкиваются с обратной картиной – необходимостью передачи теплоты от менее нагретого тела к более нагретому. Это охлаждение воздуха в холодильной камере, охлаждение и замораживание продуктов перед хранением, холодильное хранение продуктов.

Обоснование передачи теплоты с более низкого температурного уровня на более высокий дает второй закон термодинамики, одна из формулировок которого гласит: «Теплота не может переходить сама собой от более холодного тела к более горячему. Для передачи теплоты нужны специальные искусственные условия – организация цикла с затратой работы». Передача теплоты с низкого уровня на более высокий связана с наличием термодинамической системы (посредника), совершающей цикл с процессом превращения работы в теплоту.

Термодинамическим циклом (или круговым процессом) называется процесс, при котором термодинамическая система, выйдя из первоначального состояния по завершении цикла, вновь возвращается в это же состояние. Различают прямые и обратные циклы. В обратном цикле теплота передается от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой. Но для осуществления этого процесса требуется затрата энергии.

Основы теплопередачи.

При охлаждении или замораживании происходит передача теплоты (энергии) от одного тела к другому. Для передачи теплоты от одного тела к другому обязательным условием является разность температур тел, причем теплота передается от тела с более высокой температурой к телу с более низкой. Тело с более высокой температурой получило название источника теплоты, а тело с более низкой температурой – приемника теплоты (теплоприемника). Передача теплоты может осуществляется тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Теплопроводность. Процесс передачи теплоты от одной частицы тела к другой или от одного тела к другому, когда эти тела соприкасаются друг с другом, называется теплопроводностью. Нагрев любого тела с одной стороны приводит к тому, что через некоторое время холодильная часть тела начинает нагреваться. Молекулы нагретой части тела имеют скорость большую, чем молекулы холодной части. Перемещаются они на большее расстояние и при столкновении с молекулами холодной части тела передают им часть своей энергии. Увеличение энергии молекул холодной части тела приводит к повышению температуры.

Теплопроводностью теплоты может предаваться не только внутри однородного тела. Если два тела плотно соприкасаются друг с другом, то через контакт этих тел передается теплота. Теплопроводностью теплота может передаваться и через жидкие и газообразные тела.

Конвекция. Передача теплоты может осуществляется не только в виде передачи энергии от одной молекулы к другой, но и перемещением молекул в пространстве. Если поток среды (газа или жидкости) и температура потока в разных местах различна, то такой способ передачи теплоты называется конвекцией.

Движение газовой или жидкой среды под действием разности температур может быть естественным, без специальных устройств, перемещающих среду. Примером такого движения может служить система охлаждения холодильных камер. Охлажденный воздух имеет большую плотность и опускается в нижнюю часть холодильной камеры. Такой способ конвективного теплообмена получил название естественной конвекции.

Движение среды при конвективном теплообмене может осуществляется принудительно (вентилятор для воздуха, мешалка для жидкости). Теплообмен в этом случае называется вынужденной (или принудительной) конвекцией.

Излучение. Если два тела имеют разную температуру и между ними отсутствуют среда для передачи теплоты теплопроводностью или конвекцией, то переданное количество теплоты теплообменном излучением.

В этом случае перенос энергии от более нагретого тела к менее нагретому осуществляется в виде электромагнитных колебаний. Тепловое излучение может проходить сквозь материал, отражаться и поглощаться.