§3. Классификация трансформаторов теплоты.

Трансформаторы классифицируются:

По принципу организации работы теплового трансформатора;

По характеру протекающих в тепловом трансформаторе процессов;

По характеру протекания процессов во времени.

По принципу организации работы теплового трансформатора;

- термомеханические – наиболее распространены в промышленности

- магнитокалорические

- электрокалорические

Термомеханические: - компрессионные; - сорбционные; - струйные.

Компрессионные в зависимости от состояния и изменения состояния рабочего тела бывают:

- парожидкостные ПЖТТ, рабочее тело – пар-жидкость;

- газожидкостные ГЖТТ, газ-жидкость;

- газовые

1.2. Сорбционные:

- абсорбционные;

- адсорбционные

В этих установках давление рабочего тела изменяется в процессе сорбции (Р уменьшается) и десорбции (Р увеличивается).

В абсорбционных машинах рабочее тело поглощается жидкостью.

В адсорбционных – твердым телом.

Процессы сорбции и десорбции сопровождаются подводом и отводом тепла.

В качестве рабочего тела используется NH3-H2O, H2O-LiBr

По характеру протекающих в тепловом трансформаторе процессов;

- с повысительной трансформацией (когда подводится теплота низкого потенциала, а отводится высокого). Сюда относятся рефрижераторы, криогенные установки, тепловые насосы, кондиционеры.

- расщипительная трансформация (подводится теплота со средним потенциалом и делится на 2 потока: 1 с низким, 2 с повышенным потенциалом). Это – струйные трансформаторы – пароэжекторные машины и вихревые трубы.

По характеру протекания процессов во времени.

- циклические, когда процесс возвращается в исходную точку;

- квазициклические процессы, рабочее тело после прохода цикла покидает этот цикл. Это компрессоры, турбины, двигатели, вентиляторы.

- нециклические. Электромагнитные тепловые трансформаторы. Нет рабочего тела.

§4. Тепловые трансформаторы с циклическими процессами.

Цикл Карно со стационарными процессами.

Процессы тепловых трансформаторов описываются обратными термодинамическими циклами.

Идеальный цикл – обратный цикл Карно.

Цикл Карно со стационарными процессами включает 2 нагнетателя (компрессоры) и 2 расширителя (детандеры).

Составим энергетический баланс установки:

∑Lвх + ∑Qвх = ∑Lвых + ∑Qвых

Q4-1 + L1-2 + L2-3 = Q2-3 + L3-4 + L4-1

§5. Применение каскадных и регенеративных циклов.

Каскадный – один за другим, регенерация – восстановление.

Для работы теплового трансформатора в интервале температур tв и tн необходимо поддерживать определенный перепад давлений р1 и р3.

Чем больше эта разность температур, тем больше степень увеличения давлений.

Давление увеличивается в компрессоре и уменьшается в детандере.

Использование каскадного и регенеративного принципа позволяет уменьшить эти требования.

Каскадный принцип предложил Пихте, регенеративный – Сименс.

Каскадный метод.

Один цикл заменяется группой циклов, которые идут один за другим каскадом, при этом теплота из верхнего цикла сбрасывается в нижний.

Для каскада должна быть верхняя изотерма нижнего цикла выше нижней изотермы верхнего цикла.

Р3’ – Р1’ < Р3 – Р1

Разбивка 1 цикла на несколько позволяет добиться в итоге большей степени повышения давления, т.к. степень повышения давления в 1 ступени ограничивается 12.

Регенерация тепла.

Регенерация осуществляется путем отвода тепла от охлаждаемого потока и перебросом этого тепла нагреваемому потоку.

В итоге этот прием позволяет уменьшить степень повышения давления.

P3’ – P1 > P3 – P1

Наибольшего эффекта можно добиться в изобарной регенерации, т.е. когда т.1 и т.2 лежат на изобаре.

Можно провести регенерацию изохорно, но т.к. изобары идут круче изохор, то можно добиться максимального снижения степени повышения давления.