10.4. Методические указания

Почему в теплотрансформаторах осуществляются обратные циклы? Это можно понять, если сравнить назначение теплотрансформаторов с назначе­нием тепловых двигателей. В теплотрансформаторах теплота передается от холодного тела к горячему и этот процесс требует затраты работы. Назначе­ние тепловых двигателей - получить полезную работу за счет тепла горячего источника; не превращенное в работу тепло самопроизвольно переходит к холодному источнику.

Важно разобраться с коэффициентами, оценивающими эффективность циклов теплотрансформаторов (ε, μ, k, η_ЭКС). Коэффициенты ε, μ, к зависят от температур источников тепла и не могут использоваться для сравнения по эффективности одноименных теплотрансформаторов, работающих в разных температурных интервалах. Показателем термодинамического совершенства любых теплотрансформаторов является эксергетический КПД (η_ЭKC).

Необходимо понимать особенности работы и применения газовых (воз­душных) и парокомпрессионных холодильных установок:

• почему в газовых холодильных установках не применяется дроссель­ ный вентиль вместо громоздкого детандера;

• почему термодинамическая эффективность циклов парокомпрессионных холодильных установок существенно выше, чем газовых;

• в каких установках больше расходы ХА и почему;

• как можно увеличить холодопроизводительность парокомпрессион­ ных холодильных машин и т.д.

10.5. Задачи

1. В цикле воздушной холодильной установки параметры воздуха на входе в компресс p₁ = 1 бар, t = -10 °С, параметры воздуха на входе в де­тандер р₃ = 5 бар, t₃ = 15 °С.

Определить удельную холодопроизводительность (q_x), затрачиваемую работу (/), холодильный коэффициент (s_t) и эксергетический КПД (η_Экс,) об­ратимого цикла.

Теплоемкость воздуха принять постоянной согласно молекулярно-кинетической теории газов.

Решение

Схема и обратимый цикл воздушной холодильной установки приведены на . 10.2-10.4.

Рассчитываются температуры в узловых точках цикла Т₂ и Т₄ по уравне­нию (4.48). (Для воздуха - двухатомный газ - показатель адиабаты k=1,4):

Затрачиваемая работа при условий постоянной теплоемкости

определяется по формуле

Удельная холодопроизводительность

Холодильный коэффициент обратимого цикла

Холодильный коэффициент цикла Карно

Эксергетический КПД обратимого цикла

=1,72/10,52 = 0,163.

Ответы: q_x= 81,2 кДж/кг, l = 47,3 кДж/кг, ε_t = 1,72, η_ЭКС = 0,163.

2. Компрессор аммиачной холодильной установки всасывает мокрый пар при давлении p₁ =1,9 бар, степени сухости x₁ = 0,9 и сжимает его адиабатно до давления р₂ = 8,57 бар, при этом пар становится сухим насыщен­ным.

Определить холодопроизводительность (q_х), отводимое в конденсаторе тепло (q_о), работу компрессора (l_k), внутренний относительный КПД ( ), холодильный коэффициент и эксергетический КПД действительного цикла ( ).

Решение

Действительный цикл (1-2 -3-4), осуществляемый в аммиачной холодильной установке, представлен на . 10.9.

Энтальпии (h) в узловых точках цикла определяются с помощью таблицы насыщенного пара аммиака (табл.3 Приложения). Энтальпия и энтропия аммиака на входе в компрессор (h₁,s₁) рассчитываются по формулам (5.2), (5.4). Параметры h′, s′, h″, s″ берутся из табл.3 при p₁=1,9бар:

h₁=1655,9·0,9+(1-0,9)·327,4=1523 кДж/кг,

кДж/кг·К

При p₂=8,57 бар из табл.3 находятся значения h =h″=1699,4 кДж/кг, h₃=h₄=h′=512,5кДж/кг.

Степень сухости x₂ рассчитывается по формуле (5.7) через энтропию s₂=s₁:

энтальпия h₂ – рассчитывается по формуле (5.2):

h₂=1699,4·0,978+(1-0,978)·512,5=1673,3 кДж/кг

Удельная холодопроизводительность

кДж/кг.

Теплота, отводимая в конденсаторе,

кДж/кг.

Работа компрессора

кДж/кг.

Внутренний относительный КПД компрессора

Холодильный коэффициент действительного цикла

По давлениям p₁ и p₂ из табл.3 находятся t_x=-20 ^оС, t_ос=20 ^оС. рассчитывается холодильный коэффициент обратного цикла Карно (по формуле (10.2))

и эксергетический КПД дeйcтвительного цикла