6. Контрольні питання

Наведіть приклади перетворення енергії первиннх джерел у таку, що використовується в промисловості .

Яким чином здійснюється перетворення енергії палива (теплової)на механічну за допомогою водяної пари? Пояснити цикл Ренкіна .

Пояснити, як діє перший закон термодинаміки у процесах, шо складають цикл Ренкіна .

Поясніть на прикладі цикла Ренкіна суть другого закону термодинаміки.

Як здійснити розрахунок потужності турбіни виходячи з витрати теплової енергії на паросилову установку, яка працює за циклом Ренкіна?

Як розрахувати термічний К.К.Д. циклу Ренкіна?

Лабораторна робота №3 випробування парової компресійної холодильної установки

Мета роботи: опанування методики ознайомлення з призначенням, складом, принципами дії, технічними характеристиками та іншими техніко-економічними показниками парової компресійної холодильної установки; освоєння методики проведення експерименту; вивчення конструкції холодильної установки а також процесів, які проходять в головних вузлах установки.

1.Теоретичні відомості

Існує декілька методів одержання низьких температур. Найпростіший - охолодження за допомогою льоду та снігу, розтавання 1 кг яких супроводжується поглинанням більш ніж 300 кДж теплоти. При цьому додаткового зниження температури можна одержати, додаючи в лід чи сніг різні солі або змішуючи сніг та лід з кислотами. Охолоджувати тіла можна твердою вуглекислотою (сухим льодом), температура сублімації якого 79^о С.

Машинний метод одержання низьких температур має ряд переваг: легкість автоматизації, можливість одержання більш низьких температур. Робота холодильних машин основана на різних принципах, самий розповсюджений із яких -кипіння рідких тіл. При кипінні всі тіла поглинають теплоту із навколишнього середовища. В основу машинного методу охолодження може бути також покладено адіабатне розширення стиснутого газу, температура якого при цьому значно зменшується. Холодильні установки можуть працювати з використанням маханічної енергії компресору або теплової енергії. Найширше в промисловості використовуються парові компресійні холодильні установки.

Принцип дії парової компресійної холодильної установки засновано на властивостях холодоагенту змінювати температуру кипіння (конденсації) зі зміною тиску. Щонайменше установка складається з чотирьох елементів: випаровувача, дроселя, конденсатора та компресора. Елементом, за допомогою якого поглинається теплота з охолоджуваного матеріалу (холодильної камери) є випаровувач. Одержання низьких температур у випаровувачі здійснюється за рахунок випаровування холодильного агенту, що має при даному тиску низіку температуру кипіння. Пояснимо роботу агрегату на прикладі холодоагенту фреон-12 (CF₂ Cl₂). Наприклад, при стиску холодоагенту в компресорі до тиску Р2 = 9 атм температура його зростає до Т1 = 45 ^оС ( цифри наведено орієнтовно як приклад одного з режимів роботи установки). В конденсаторі цей гарячий фреон, крізь ребристу поверхню трубок віддає тепло охолоджуючому повітрю, що подається вентилятором з приміщення ( Т =18 ^оС). При такому тиску фреон, згідно з T-S діаграмою стану, має температуру конденсації Т3 = 40 ^оС, тому він перетворюється на рідину внаслідок відведення тепла, та стікає до спеціальної ємності - ресивера. З ресивера конденсат надходить до дроселя (гідравлічного опору на шляху конденсату) та витікає у випаровувач, де тиск за рахунок опору дроселя нижчий – Р = 1,5 атм. При цьому тиску температура кипіння фреона, згідно з T-S діаграмою Т5 = - 20 ^оС. Температура холодильної камери Т= - 5 ^оС, тому холодильна камера відносно гаряча і, як наслідок, віддає крізь поверхню теплопередачі випаровувача теплоту фреонові. Фреон перетворюється на перегріту пару, яка з випаровувача всмоктується компресором та нагнітається до конденсатора, тобто цикл повторюється. Перед всмоктуванням компресором пара у теплообміннику (дві трубки одна поряд другої - теплообмінник - встановлено для поліпшення роботи установки) додатково перегрівається конденсатом, що йде з ресивера до дроселя, при тому конденсат додатково охолоджується.

Холодопродуктивність холодильної установки Q - це теплова енергія, яка вилучається з холодильної камери за одиницю часу. Експериментально її оцінюють, охолоджуючи в камері продукт. Потрібна холодопродуктивність

для охолоджування певної кількості продукту у встановлених межах визначається з використанням питомої теплоємності продукту С, кДж/кг К:

Q = Gп C (T1п - T2п), Вт, (3.1)

де Gп -продуктивність камери по охолоджуваному продукту, кг/с,

T1п, T2п - температура продукту до та після охолоджування, ^оС.

Теоретично холодопродуктивність холодильної установки орієнтовно оцінюють шляхом побудови циклу вищеописаних процесів зміни термодинамічного стану холодоагенту на Т-S діаграмі (рисунок.2.1).. Визначивши таким чином на Т-S діаграмі величини Т5 - температуру кипіння фреону у випаровувачі, ^оК , S1 та S2 - ентропію фреону до випаровувача та після, кДж/кг К, підраховують холодопродуктивність:

Q = G T5( S2 – S1 ) , Вт, (3.2)

де G - продуктивність компресора по холодоагенту, кг/с.