Упрощенный действительный цикл паровой компрессионной холодильной машины

5-1 – сжатие паров от Т_исп. до Т_п.п.;

1-2-3 – пар конденсируется и выделяется тепло q₁, превращаясь в жидкость (х = 0);

q₁ = q₂ + ℓ_к при Р₁ = Р₂;

3-4 – дросселирование жидкости и превращение в пар (х₄ > 0) при Р₄ < P₃; t₄ < 0 ºC; t₄ < t_х.к.;

4-5 – испарение жидкого фреона, находящегося в паре (в испарителе), забирает тепло q₂, уменьшая t_х.к., пар становится сухим ( х = 1).

Хол. коэффициент: .

5-1 – (в компрессоре PV^k = const, dq = 0);

1-2-3 – (в конденсаторе Р = const, T = const);

3-4 – (в дросселе);

4-5 – (в испарителе Р = const, T = const). q₁ > q₂

Холодопроизводительность

Хол. коэффициент можно записать:

(1)

т.е. ε_х – зависит от Т₂ и температуры окружающей среды Т₁.

Для определения работы, необходимой для осуществления обратного цикла, надо знать холодопроизводительность, т.е. количество тепла отводимого от охлаждаемого тела в единицу времени:

(2)

Q – кДж/сек.

или , кДж/сек (3)

, кВт (4)

Принцип работы тепловых насосов и коэффициент преобразования

В холодильной машине тепло перекачивается к горячему источнику, т.е. холод. цикл можно использовать в целях отопления. В этом случае испаритель должен находиться на улице с t_возд., а конденсатор в комнате с t_комн. Тогда тепло, взятое на улице повысит температуру комнаты, несмотря на t_возд.< t_комн., очевидно t_исп. < t_возд. Такая установка называется тепловым насосом.

Эффективность теплового насоса оценивается относительным коэффициентом φ.

φ = (5)

q₁ – количество тепла, сообщаемое нагреваемому объекту;

ℓ_ц – работа, подводимая в цикле; q₁ = q₂ + ℓ_ц

ℓ_ц =q₁-q₂; q_1 = q₂+ ℓ_ц

φ (6)

Вопросы для самоконтроля

1. По какому циклу работают холодильные машины?

2. Какие существуют холодильные установки?

3. Какими физическими свойствами должны обладать холодильные агенты (хладоагенты)?

4. Что такое холодопроизводительность?

5. Что такое холодильный коэффициент?

6. Что такое тепловой насос?

Раздел II теория теплообмена

Тема: ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

[ 6, с. 52-67; 8, с. 209-243]

1. Основные понятия и определения.

2. Теплопроводность для одно- и многослойных плоскостей различных конфигураций.

3. Основной закон теплопроводности. Закон Фурье.

Теория теплопередачи представляет собой науку, излагающую законы распространения и передачи тепла между телами. Различают три вида теплообмена.

1. Теплопроводность (кондукция).

2. Конвекция.

3. Излучение.

Теплопроводность – явление переноса тепла путем соприкосновения между частицами тела.

Конвекция – явление переноса тепла путем перемещения и перемешивания между собой более и менее нагретых частиц жидкости (газа).

Излучение – явление переноса энергии в виде электромагнитных волн между излучающими поверхностями.

В теплообменных аппаратах наблюдаются различные виды теплообмена.

Совокупность значений температуры в каждый момент времени для всех точек рассматриваемого пространства называется температурным полем:

f = (x,y,z,τ)

x, y, z –координаты точки;

τ – время.

Если температура во времени не меняется, то поле называется стационарным, если меняется, то – нестационарным.

Температурное поле бывает:

t = f(x,y,z) – трехмерным;

t = f(x,y) – двухмерным

t = f(x) – одномерным.

Все точки пространства, имеющие одинаковую температуру, образуют изотермическую поверхность. Наиболее резкое изменение температуры получается в направлении (n) нормали к изотермическим поверхностям.

Предел отношения изменения температуры Δt к расстоянию между изотермами по нормали (Δn) при условии, что Δn→0 называется температурным градиентом:

⁽¹⁾

Температурный градиент-вектор за положительное направление которого, считается направление в сторону возрастания температуры.

Температурный градиент, взятый с обратным знаком, называется падением температуры (тепловой поток).

Количество переносимого тепла в единицу времени называется тепловым потоком.

Q = Дж/с (вт)

Тепловой поток, отнесенный к единице поверхности тела, называется плотностью теплового потока.

(2)

q – вектор, противоположный вектору температурного gradt, т.к. тепловая энергия распространяется в сторону убывания температуры.

т. к. , то

(3)

λ – коэффициент теплопроводности.

(3) – Основной закон распространения тепла путем теплопроводности (закон Фурье).

λ – мощность теплового потока, проходящего через 1 м² при градиенте 1 град/м²:

λ - различное для материалов. Материалы теплопроводностью менее 0,25 вт/м∙К – теплоизоляторы. λ газов идеальных:

(4)

λ₀ – коэффициент теплопроводности при Т = 273 К.