Мухачёв Г.А. Щукин В.К. - Термодинамика и теплопередача (1013614), страница 34
Текст из файла (страница 34)
15.4 в конденсатор 2, в котором вначале происходит охлаждение при р=сопз1 перегретого пара (процесс 4-5), а затем полная конденсация пара (процесс 5-1). Жидкость при температуре Т1 и соответствующем давлении насыщения направляется к дроссельному вентилю 1, где происходит процесс дросселирования (процесс 1-2). Из дроссельного вентиля выходит влажный пар. Поступая затем в испаритель 4, влажный пар воспринимает теплоту, а содержащаяся в нем жидкость испаряется (процесс 2-3). Из испарителя пар направляется снова в компрессор. Холодильный коэффициент этой установки а=дфч.
(15.15) Количество теплоты дз, воспринимаемое паром в испарителе (процесс 2-3), Чз йз йз" (15.16) Работа, затрачиваемая в цикле, равна работе компрессора (Расширение в дросселе идет без отдачи внешней работы и Ьг —— =Ьз): (15.17) 1Н 1гч ~~д' 177 Подставляя значения дз и 1„в уравнение (15.15), получим а=("з АзУ(ггпу — "з). (15.18) Значение этого холодильного коэффициента отличается на 15 ...
20с!, от холодильного коэффициента в, цикла Карно и значительно вы. ше, чем у воздушных холодильных машин. Таким образом, парокомпрессорная холодильная машина по сравнению с воздушной холодильной установкой имеет более вы. сокое значение в, а также холодопроизводительность. В качестве хладоагентов применяют аммиак ХНз, диоксид углерода СОз, хлористый метил СНзС! и так называемые фрео. ны — фторхлорпроизводные простейших предельных углеводородов (СРО СС!Рз, СС!зРз и т. п.). 8 15.3. ЦИКЛ ТЕПЛОВОГО НАСОСА В процессе работы холодильной установки теплота иерекачивагтся к горячему ясточнику, повышая его температуру. Таким обрааом, холодильный цикл можно использовать в целях отоплении. Работающая таким образом холоднль. ная установка представляет собой тепловой насос.
Тепловой насос забирает теплоту не из охлаждаемой емкости, а из окружающей среды. За счет затраты работы в обратном цикле температура тенлоиосителя повышается. Эффективность теплового насоса оценивается отопительным коэффициентом т = гугов (15.19) где д1 — количество теплоты, сообщаемое нагреваемому объекту; 1„ — работа, подводимая в цикле. Если в целях отопления используют определенную холодильную машину с холодильным коэффициентом е, то 9~=да+1к, я= =да/1ч.
Тогда (15.20) Следовательно, чем выше холодильный коэффициент, тем выше и отопительный коэффициент. Так как в тепловом насосе д1)1к, то и у>1. Значение отопительного коэффициента в реальных тепловых насосах равно 3 ...5. Если бы тепловой насос работал по циклу Карно, то с учетом формул (15.2) и (15.20) Т= т,)(т, — т,). При постоянной температуре нижнего источника теплоты Та эф. фективность теплового насоса будет зависеть от температуры, прк которой рабочее тело отдает теплоту в отопительную систему.
Этой температурой и нужно руководствоваться при выборе теплоносителя. 178 ГЛАВА !З МАКСИМАЛЬНАЯ РАБОТА. ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИИ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ Если рабочее тело не находится в термодинамическом равновесии с окружающей средой, то максимальная работа будет получена при обратимом равновесном процессе перехода в состояние равновесия с окружающей средой. Для определения максимальной работы рассмотрим расширенную изолированную систему, состоящую из рабочего тела (источника работы) и окружающей среды. Для того чтобы рабочее тело (система) пришло в равновесие со средой, необходимо изменить внутреннюю энергию за счет отвода или подвода теплоты или же за счет совершения работы, так как, по первому закону термодинамики, Подвод теплоты внешней среде (нли отвод) происходит при постоянной температуре, равной температуре окружающей среды уь Если процесс обратим, то рабочее тело получит и отдаст теплоту при этой же температуре.
Тогда, по второму закону термодинамики, Н=Т 63. Определим максимальную работу, которая складывается из той работы, которую совершит замкнутая термодинамическая система, и работы ррд1/, пошедшей на преодоление давления рр окружающей среды. Элементарная максимальная работа Я,„=т,т — би — р,т нли после интегрирования У..„=(и, — и,) — Р,Я,— Ч1) — т,(~.,— Я„) (16.2) где индексы 1 и 2 характеризуют состояние рабочего тела (системы) вначале и после приведения его в состояние равновесия с окружающей средой; разность 0~ — Ур представляст собой работу системы в адиабатном пРоцессе изменениЯ состоиниа; Рр(У~— — Рр) — работу системы над окружающей средой; То(оо,— оо,)— теплоту, переданную от источника работы окружающей среде и Пошедшую на приращение энтропии среды.
При обратимом изменении состояния расширенной системы изменение энтропии равно нулю: (ю„— з.,)„,+(ю,— з,)=о (16.3) Аоарр=(80, — Юо,)абр=51 оз=Оэ (16.4) 179 где 5а,— 5е,— изменение энтропии окружающей среды; 5е — 5, изменение энтропии рабочего тела (системы).
Тогда максимальная полезная работа, произведенная изолиро. ванной системой, т. е. работоспособность амза=Я! — (7з) — Роуз — (т!) — Та(5! — 5з). (16.5) Из уравнения (16.5) следует, что максимальная работа, которую можно получить от рассматриваемой системы (рабочего тела), будет определяться начальным состоянием рабочего тела в процессе производства работы, но не будет зависеть от характера процесса изменения состояния рабочего тела. Следовательно, максимальная работа представляет собой функцию состояния системы. При необратимом изменении состояния расширенной системы, когда (5., — 5.,)+(5, — 5,) > О; (16.6) А5нееб (5ае 5а,) (51 5т)е (16.7) где кь5яееа увеличение энтропии системы в результате протекающих в ней необратимых процессов.
Работа системы в случае необратимости протекающих в ней процессов — полезная работа: ~тех Тай5еееа (16.8) где Тоб5„„а — потеря работоспособности системы. Уравнение ат =Тед5 и (16.9) называют уравнением Гюи — Стодолы. Задача определения Л5 „а должна решаться отдельно для каждого реального процесса.
Метод исследований, основанный на анализе потерь работоспособности в процессах, называют энсергетическим. $18.!. ПОТЕРИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ В ЦИКЛАХ Свойство увеличеияя энтропии системы может быть использовано для определения потерь, возникающих вследствие необратимых явлений в процессах, н в частности в процессах преобразования теплоты н работы, т.
е. в циклах. Работа в необратимом цикле будет меньше, чем в обратимом, и уменьшение работы, совершаемой в цикле, так же как н увеличение энтропии, может служить 'мерой необратимости процессов, происходящих с рабочим телом цикла. Максимальное количество полезной работы в цикле при данных источниках теплоты называется работоспособностью, или э к с е р г и е й, теплоты. Очевидно, максимальную работу в цикле Карно можно получить за счет теплоты, отводимой от горячего источника с темпе. ратурой Т, и используя окружающую среду в качестве холодного 180 источника с температурой Тс. Пусть источник выделил бесконечно малое количество теплоты дЯ, при этом в работу превратится лишь часть теплоты (1 — Тс/Т)дЯ, остальная часть (Тс(Т)ос) будет передана окружающей среде.
Таким образом, максимальное количество работы от теплоты дЯ с температурой Т бТ, „=(1 — Тс~т) Ц. (16.10) Следовательно, прн постоянной температуре горячего источника й.„=а (1 — Т,!Т). (16.11) Таким образом, качество теплоты, т. е. ее ценность, зависит от температуры и определяется коэффициентом качества теплоты, равным (1 — Тс(Т). Коэффициент качества теплоты определяет, какая часть ее может быть превращена в работу. Эксергия (работоспособность) теплоты при температуре окружающей среды равна нулю. В случае переменной температуры горячего источника в Т..„=д Т, ~ — =а — Т,а, (16.12) ае л где пЯ вЂ” уменьшение энтропии горячего источника; Т,ЬЯ вЂ” теплота, не превращенная в работу. В отличие от цикла Карно А-В-С-0 (рис.
16.1) в произвольном необратимом цикле а-Ь-с-и' будут происходить потери теплоты вследствие того, что: температура горячего источника ' больше температуры рабочего тела; А Ф температура рабочего тела больше температуры холодного источника; в рабочем теле протекают необратимые процессы связанные с увели- Т.г Чением энтропии (трение в рабочем ~ г Р~ теле в процессах сжатия ~1-а и расширения Ь-с)„ Первые два вида потерь связаны с 35 5 процессом теплообмена при конечной Разности температур. При этом в ра- Рис.
16.1 бочем теле не будет равновесного состояния во всей его массе и цикл будет внешне необратимым. (Прн внешне необратимых процессах состояние рабочего тела в «аждой точке мало отличается от равновесного и характеризуется определенными значениями термодинамических параметров так Же, как в равновесных процессах.) Изменение энтропии в неравновесных процессах теплообмена вследствие подвода (отвода) теплоты к рабочему телу может быть определено по формуле (16.7). Изменение энтропии вследст- 1В! вие трения может быть определено по количеству теплоты, выде.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
