Цикл парокомпрессионной холодильной установки и ее исследование.

16.

17. Фазовый переход из твердой фазы в газообразную, происходящий при очень низких давлениях, называют с у б л и м а ци е й

Переход из жидкой фазы в паровую –кипение. Обратный процесс –конденсацией.

Переход из твердого состояния в жидкое –плавление.О обратный процесс- затвердевание

Влево от линии АОВ расположена область

твердого состояния вещества. Справа от линии KОВ расположена область газо-

образного состояния вещества, а между линиями ОА и ОK — область жидкого

состояния. диаграммы следует, что линия ОВ представляет собой кривую сублимации

вещества, линия ОА — кривую плавления (затвердевания), а линия ОK — кривую кипения (конденсации). Кривую кипения обычно называют кривой (или линией) насыщения. Точка О представляет собой тройную точку, в которой вещество сосуществует в трех агрегатных состояниях. Линия насыщения ОK оканчивается в точке K, называемой к р и т и ч е с к о й т о ч к о й .

18. находящейся под давлением р и имеющей температуру О °С, изобразится на диаграмме точкой ао.Состояние жидко-

сти, доведенной до температуры кипения,

изображается на диаграмме точкой а'.

В цилиндре теперь находится двухфазная среда — смесь воды

и пара, называемая влажным насыщенным паром.

последняя капля воды превращается в пар, и цилиндр

оказывается заполненным только паром,

который называется сухим насыщенным.

Состояние его изображается точкой а".

Точка а изображает состояние перегретого пара- называется

пар, температура которого превышает

температуру насыщенного пара того же

давления.

Т. К –критическая точка- в которой удельные объемы жидкости и пара сравняются.

-тройная точка, единственное состояние, в котором могут одновременно находиться в равновесии пар, вода и лед

19. Влево от нижней пограничной кривой располагается

область жидкости, между пограничными

кривыми — двухфазная область влажно-

го насыщенного пара, вправо и вверх от

верхней пограничной кривой — область

перегретого пара.

За начало координат принято состоя-

ние воды в тройной точке.

Обл. жидкости в h-s – диаграмме не показывается.

В h-s наносятся:

1.) Изобара, p=const (черные л.)

2.) Изотерма, T=const (коричневые, бурые)

3.) Изохоры, v=const (красные)

4.) Линии пост. Степени сухости (голубые 0,67) шаг 0,01=∆х

Х=1 – линия сухого насыщенного пара,

она отделяет ВП от ПП

- Область существования ВП

20.

21. Изобарный процесс -это процесс, происходящий в физической системе при постоянном давлении (p = const). кривая процесса называется изобарой.

А) газ с постоянно теплоемкостью

1.

2.

3dq = dh – vdp.

dp=0

dq = dh= ,

4.

5.

Б) реальный газ

1. нельзя пользоваться

Для расчета процесса в различных диаграммах состояния строится изобара реального газа

p = const

2.

3.dq = dh

4.

5.δCp<= 0.1%

23.Процесс, протекающий без подвода и отвода теплоты, т.е при отсутствии теплообмена рабочего тела с ОС, наз-т адиабатным, а кривая этого процесса- адиабата. Необходимым и обязательным условием этого процесса является dq=0 и, значит, q=0.

А)ид.газ с постоянной теплоемкостью

1.

2.

3.q=0

4.∆s=0

5. ; .

Б)реальный газ

1. пользоваться нельзя

2. ,

,

,

,

3.q=0

4.∆s=0

5. ;

25.Эффект падения давления струи рабочего тела в процессе протекания через

сужения в канале называетсяд р о с с е л и р о в а н и е м .

в результате адиабатного дросселирования значения энтальпий рабочего тела до мест-

ного сопротивления и после него одинаковы : h1 = h2.

Эффе́ктом Джо́уля — То́мсона называется изменение температуры газа при адиабатическом дросселировании — медленном протекании газа под действием постоянного перепада давлений сквозь дроссель (пористую перегородку). Данный эффект является одним из методов получения низких температур.

к о э ф ф и ц и е н т а д и а б а т н о г о д р о с с е л и р о в а н и я

С помощью элементарных преобразований можно получить выражение для этого коэффициента:

16. (1) обратимый процесс

(2) необратимый процесс

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9) –аналитическое выражение 2-ого закона термодинамики справедливого для любого необратимого процесса. (10) – справедливо для любой системы, в которой протекают обратимые процессы.

25.Дросселирование - процесс уменьшения давления струи рабочего тела, в процессе протекания через сужение в канале, в итоге которого нет ни увеличения кинетической энергии, ни совершения технической работы.

Рассмотрим течение рабочего тела сквозь пористую перегородку. Приняв, что дросселирование происходит без теплообмена с окружающей средой, рассмотрим изменение состояния рабочего тела при переходе из сечения 1 в сечение 2.

При адиабатном дросселировании рабочего тела его энтальпия остаетается постоянной, давление падает, объем увеличивается. Для идеальных газов в соответствии h2 — h1 = Cp (t2 — t1), поэтому в результате дросселирования температура идеального газа остается постоянной, вследствие чего u1 = u2 и p1v1=p2v2. При дросселировании реального газа температура меняется (эффект Джоуля — Томсона). Знак изменения температуры (dT/dp)h для одного и того же вещества может быть положительным ((dT/dp)h>0, газ при дросселировании охлаждается) и отрицательным (a=(dT/dp)h<0, газ нагревается) в различных областях состояния.a - -коэф.адиабатного дросселя.

Из диаграммы видно, что при адиабатном дросселировании кипящей воды она превращается во влажный пар (процесс 3—4), причем чем больше падает давление, тем больше снижается температура пара и увеличивается степень его сухости. При дросселировании пара высокого давления и небольшого перегрева (процесс 5—6) пар сначала переходит в сухой насыщенный, затем во влажный, потом снова в сухой насыщенный и опять в перегретый, причем температура его в итоге также уменьшается.

Дросселирование является типичным неравновесным процессом, в результате которого энтропия рабочего тела возрастает без подвода теплоты. Как и всякий неравновесный процесс, дросселирование приводит к потере располагаемой работы. В этом легко убедиться на примере парового двигателя. Для получения с его помощью технической работы мы располагаем паром с параметрами р1 и t1.

26.Компрессор - устройство, предназначенное для сжатия и перемещения газов. Принцип действия поршневого компрессора таков (рис. 5.8): при движении поршня слева направо давление в цилиндре становится меньше давления р1 открывается всасывающий клапан. Цилиндр заполняется газом. Всасывание изображается на индикаторной диаграмме линией 4-1. При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается, и газ сжимается по линии 1-2. Давление в цилиндре увеличивается до тех пор, пока не станет больше р2. Нагнетательный клапан открывается, и газ выталкивается поршнем в сеть (линия 2-3). Затем нагнетательный клапан закрывается, и все процессы повторяются.

1. цилиндр

2. поршень

3.всасывающий клапан

4. нагнетательный клапан

Индикаторную диаграмму не следует смешивать с р,v-диаграммой, которая строится для постоянного количества вещества. В индикаторной диаграмме линии всасывания 4-1 и нагнетания 2-3 не изображают термодинамические процессы, так как состояние рабочего тела в них остается постоянным — меняется только его количество.

1,2^’-изотерма,1,2^”-политропа,1,2^”’-адиабата,pvⁿ=const,pv¹=const,pv^K=const.

Анализ процессов сжатия газа в компресоре осуществляется с

помощью индикат.диаграмм

представляют собой зависимость давления газа полости цилиндра

от величины переменного объема или отхода поршня.V=F*S

,где -техническая работа цикла

компресора<0

-техническая работа сжатия.

Многоступенчатое сжатие.получения газа высокого

давления применяют многоступенчатые компрессоры,

в которых процесс сжатия осуществляется в нескольких

последовательно соединенных цилиндрах с проме-

жуточным охлаждением газа после каждого сжатия.

27. Цикл Ренкина.

3,4-адиабатное сжатие жидк.воды в насосе бq=0 от р2 до р1

4,5-изобарный нагрев до кипения,

5,6-изопроцесс парообразования,

6,1-перегрев пара,

1,2-адиабатное расширение.

ПП в парвовой турбине ∆q=0, 2,3-изобарный отвод теплоты от рабочего тела (влажного пара) 1234561-обратимый цикл Ренкина

техническая работа насоса

работа цикла

H_1-энтальпия перегретого пара на выходе из параперегревателя и на входе в паровую турбину

H₁=f₁(P₁,t₁), p_1,t₁-начальные параметры пара силовой установки,h₁-энтальпия влажного пара с паровой турбины и на входе в конденсатор

H₂=f₂(P₂,x₂) p₂-конечный параметр пара силовой установки, h₃-энтальпия кипящей жидкостина входе в насос, h₃=h₃^’=h₂^’=f₃(p₂), h₄-энтальпия жидкой воды на выходе из насоса и на входе в паровой котел, h₄=f₄(p₁t₄)

Теплофикация.

Теплофикация - комбинированная выработка тепловой электрической энергии. Паровые турбины – теплофикационные. ПСУ → ПТУ →ТЭС

ТЭС: КЭС(электрическая энергия), ТЭЦ(тепловая и электрическая)

Экономичность работы ТЭЦ характеризуется не КПД, а специальной характеристикой – коэффициентом использования теплоты.

q₂ – теплота передана потребителю; q^P_H - теплота сгорания

B –часовой расход топлива (кг/с);

Холодильные циклы.

Охлаждение тел до температуры ниже температуры окружающей среды осуществляется с помощью холодильных установок, работающих по обратному тепловому циклу.

обратный цикл - в котором работа сжатия превышает работу расширения и за счет подведенной работы теплота передается от холодного источника к горячему. q_{1(отводимая от рабтела к ГИ)}, q_{2(подведенная к раб.телу от ХИ)}, l - _{работа,затраченная в цикле} (кДж/кг) -уравнение баланса.

Холодильный агент – раб.тело в холодильной установке.

Для определения фиктивности холодильных циклов вводят спец.характеристику - холодильный коэффициент.

ε> 0.

Холодопроизводительность – колич. теплоты, отбираемое от охлаждаемого объема в 1 времени.

Q [кДж/с = кВт] Удельная холодопроизводительность – колич. теплоты, отбираемое 1 кг холодного агента от объема.

Q=mq₂ (кДж/кг). По виду холодильного агента, холодильные установки бывают: газовые (ВХУ), паровые, парокомпрессорные (ПХУ), пароэжекторные, абсорбционные.

Цикл парокомпрессионной холодильной установки и ее исследование.

1,2 –процесс адиабатного дросселирования (Ϭq=0, h₁=h₂)

2,3 – изотермич.(изотермо-изобатный подвод теплоты к раб.телу или к хол.агенту от охлажденного объема)

3,4 – адиабатное сжатие холодного агента в компрессор при I=const.

4,1 – изотермо-изобарный отвод теплоты от хол.агента в окр.среду.

Польза q₂=T₂(S₃-S₂) ; q₁=h₄-h₁ ; q₂=h₃-h₂ ;

Значения h₁ и h₂ находятся по табл. Состояния насыщения.

Энтальпия h₃=h₃''x₃(1+x₂)h₃'

L_ц=l_k= h₄-h₃ (кДж/кг). Мощность компрессора N=ml_k=m(h₄-h₃) (кВт)

Влажный воздух.

В сушильной технике в качестве рабочего тела широко используют влажный воздух, представляющий собой смесь сухого воздуха и водяного пара.

Смесь сухого воздуха и насыщенного водяного пара называется насыщенным влажным воздухом. Смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара называется ненасыщенным влажным воздухом. Температура, до которой необходимо охлаждать ненасыщенный влажный воздух, чтобы содержащийся в нем перегретый пар стал насыщенным, называется температурой точки росы. Масса пара в 1 м3 влажного воздуха, численно равная плотности пара рп при парциальном давлении рn, называется абсолютной влажностью. Отношение действительной абсолютной влажности воздуха рn к максимально возможной абсолютной влажности ps при той же температуре называют относительной влажностью и обозначают через ср: f = pп/ps = pn/ps.

Отношение массы водяного пара М„, содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого воздуха М, называется влагосодержанием воздуха и измеряется в килограммах на килограмм: d = Мп/Мв.

Теплопередача.

Согласно второму закону термодинамики самопроизвольный процесс переноса теплоты в пространстве возникает под действием разности температур и направлен в сторону уменьшения температуры.

3 способа переноса теплоты:

1.теплопроводность

2.конвекция.

3.излучение.

1.Во всех веществах теплота передается теплопроводностьюза счет переноса энергии микрочастицами. Молекулы, атомы, электроны и другие микрочастицы, из которых состоит вещество, движутся со скоростями, пропорциональными их температуре. За счет взаимодействия друг с другом быстродвижущиеся микрочастицы отдают свою энергию более медленным, перенося таким образом теплоту из зоны с высокой в зону с более низкой температурой.

2. В жидкостях перенос теплоты может осуществляться еще и за счет перемешивания. При этом уже не отдельные молекулы, а большие, макроскопические объемы горячей жидкости перемещаются в зоны с низкими температурами, а холодная жидкость попадает в зоны с высокими температурами. [Перенос теплоты вместе с макроскопическими объемами вещества носит название конвективного тепло переноса, или просто конвекции.

Вынужденныйтеплообмен – если дв. рабочего тела принудительно.

Свободный – если дв. раб. тела обусловлено разностью плотностей в результате нагревания.

3. Третьим способом переноса теплоты является излучение. Излучением теплота передается через все лучепрозрачные среды, в том числе и через вакуум, например в космосе, где это единственно возможный способ получения теплоты от Солнца и потери ее в межзвездное пространство.

Теплопроводность.

Теплоемкостью тела - количество теплоты, необходимой для нагрева тела на один градус.

Температурное поле — это совокупность значений температуры во всех точках тела и данный момент времени. –трехмерное ТП.

Изотермическая поверхность - это геометрическое место точек, температура в которых одинакова.

Градиент температуры — grad t есть вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности и численно равный производной от температуры по этому направлению.Согласно основному закону теплопроводности — закону Фурье, вектор плотности теплового потока, передаваемого теплопроводностью, пропорционален градиенту температуры: q=-l gradt, где l — коэффициент теплопроводности вещества; его единица измерения Вт/(м-К). Знак минус в уравнении указывает на то, что вектор q направлен противоположно вектору grad t, т. е. в сторону наибольшего уменьшения температуры.

З-н Фурье: , плотность - Q=- .

Коэффициент теплопроводности в законе Фурье характеризует способность данного вещества проводить теплоту.