Крутов В.И. - Техническая термодинамика (1062533), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Если циклы составлены из равновесных процессов, то такой перенос осуществляется обратимо, т. е. без потери работоспособности переносимой теплоты. В общем случае термотрансформатор (рис. 148) может работать а двумя источниками теплоты: «силовой» источник 1 е температурой Тп служит для совершения прямого цикла и получения работы, а «тепловой» источник 4 с т4мпературой Тп, поставляет основное количество теплоты, подлежащей трансформацйи, т', е. переносу на другой температурный уровень. В конкретных схемах источник 4 может отсутствовать, в этих случаях трансформируемая теплота отбирается от силового источника (Ти, = Ч',) или от окружающей среды (Тпа = То) 342 Во всех случаях трансформации теплоты'полезным эффектом.явля.
>тся теплота Я„полученная потребителями, а затраченным эффектом— голичества теплоты (,>„и ()и„подведенные к термотрансформатору >т источников, имеющих температуры Ти и Тиа более высокие, чем емпература окружающей среды Т,. Эффективность циклов термотрансформатора характеризуется зна>ением коэффициента преобразования теплоты для термотрансформа. ора, определяемого в виде >тношеии я Т >Р = Япl Ми + Яиа) (71!) Тл Если вторым источником >)» еплоты служит окружающая >риродная среда, зо отбираегая от нее теплота Яа не учи- Е е ывается в затратах. и Наибольшая термодинами- а„г >еская эффективность циклов лил л лз ермотрансформации достиается в том случае, когда как >рямой, так и обратный цик- Рнс. !49, !(нилы карно дли поаысительного >ы термотрансформатора яв- трансформатора >яются обратимыми циклами <арно (рис.
149). Чтобы определить значение коэффициента преобра,ования для этого случая, необходимо теплоты выразить через абаз >ютные значения изменения кэнтропии в прямом гаЯ р и обратном 13,б циклах и через соответствующие температуры. В этом случае Г,= ТпМ,б, сЕи = ТпЬБ,р, Я„а =. Т„або,б. Тогда ф 'сп То Д Об п (712) >7и+>7и> Ти Длпр+Тиадооб Ти Допр/Дооб+Тиа Т„ 7»г Так как Е в прямом и обратном циклах равны по абсолютному ,начению, то Д~прЕД~об = (7'п — 3'и а)l (Ти — То) ' (713) Подстановка отношения (713) и (712) дает Т Т вЂ” Т > — Т(Т Ти Тп — Тиа Та~Та ! — Тл Типl(Ти Тп> Если траисформируемая теплота отбирается от окружающей среды > ие входит в знаменатель выражения (7!1), то фк = Т, (Ти — Тау (Т, (Т, — Тл)>. (715) ПРи Тик ~ Т, (Рис.
149) пРоисходит тРансфоРмациЯ темпеРатУР- юго потейциала теплоты к более высокому значению, в результате >его за счет затраты большего количества ниэкопотенциальной тепюты можно получить меньше теплоты более высокого потенциала. .раисформатор, передающий теплоту на более высокий температур- 34 3 ный уровень, называется п о в ы с н т е л ь ц ы м т е р м о т р а и сф о р м а т о р о м. Коэффициент преобразования повыснтельиого термотрансформатора меньше единицы. При Т„в =Т„) То (рис.
!50) происходит обратимая передача теплоты на более низкий температурный уровень. Такие термотрансформаторы называют и о н и з и те л ь и ы м и, Коэффициент преоб. разования теплоты для понизительных термотранформаторов больше единицы, т. е. потребитель получает больше теплоты, чем ее отдает источник. Дополнительное количество теплоты передается потребителю от окружающей среды в обратном цикле теплового насоса. Имеются также схемы расщепляющих термотрансформаторов, когда за счет теплоты источника, имеющего некоторую среднюю температуру, производится тент ' .:((„, . в„ лоснабженне различных Ги потребителей, одни нз ко!а торых имеют температуру !» ' выше (повысительная Ф часть), а другие — ниже, чем у источника теплоты 1ц (поннзительная часть тер!р мотрансформатора).
ам-ам . р„;а„ Техническая реализация термотрансформаторных схем оказывается экорнс 150. Циклы Карно для яоннвнтельнык тер- комически наиболее целе. мотрансформаторов с одинаковыми аначеннямн сообразной, если имеются коэффициента преобразования . источники дешевой теплоты при температуре, незначительно отличающейся от температуры потребителей теплоты. Такими источниками являются, например, отходящие газы технологических печей или двигателей, горячая, но загрязненная в производстве вдды (так называемые вторичные тепловые ресурсы), геотермальные воды и т. и.
Обычно при этом располагаемый температурный перепад между таким источником теплоты и окружающей средой недостаточен для создания экономичного теплового двигателя. В таких случаях как прямой, так и обратный циклы термотрансформатора целесообразно осуществлять в так называемых абсорбционных установках. Тл $43$. Газовые холодильные машины Одним из первых типов холодильных установок была газовая (воз'душная) холодильная машина (рис. !5), а), состоящая из холодильной камеры 1, компрессора !1, теплообменника 111 н пневматического двигателя (детаидера) 1)т. В теплообмеинике Ш газ, сжатый в компрессоре !1, охлаждается проточной водой, температура которой при этом повышается от Т,'. (иа входе) до Т, "(на выходе).
Компрессор !1 всасывает газ их холодильной камеры 1 и после адиабатного сжатия 1-2 (рис. (5), б, в) подает его в теплообменник Ш. В процессе 1-2 температура рабочего тела возрастает на Та —. Т,, При этом работа, за- раченная на привод компрессора, эквивалентна пл. а12Ь (рие, 151, б),1 ~ Тв) Т (рис.
1б!, в). В изобарном процессе 2-3 газ отдает охлаждающей воде удельную еплотУ г)х. Его темпеРатУРа и Удельный объем падают, достигаЯ зна1ений Т, и оа. В детандре г"ьг после адиабатного расширения 3-4 темгеРатУРа Рабочего тела падает До Тв более низкой, чем темпеРатУРа Рис. 15!. Газовая холодильная машина: а — Ехенв; б — цикл газовой хололнльной мвшнкм в коордннлтвх о, рл в — цннл гвзовой холоднльной мвшнны в ноордннвтвх з. Т холодильной камеры Т, „.
Совершаемая при этом работа эквивалент-' «а пл. Ь34а. Работа детандера отдается внешнему потребител1о;. например электрогенератору. В холодильной камере протекает изобарный процесс 4е1г в котором аз воспринимает от окружающей среды теплоту г)й. В этом процессе гемпература и удельный объем рабочего тела возрастают до значений, Т„о„после чего -цикл повторяется.
Затраченная на цикл удельная работа эквивалентна пл. !2341. Пе- . реданная охлаждающей воде удельная теплота,д, измеряется пл. с3211 Мб и равна 47» + („ СледовательнО, хОлОдильный НОэффициент РассмОТ- ренного цикла ч Вз Чз з (т,— тб ! е з — з (7 Тз) г>з(тз тз! !'з т з)1(~' Так как для адиабатных процессов 1-2 и 3-4 Тз>Т> = (р,>р,)<» — »1»! Т.(Т = (Р»1Р>)'» '><», Т»1Т< = Т,(Т„то выражение для е можно представить в следу>ошей 9!Орма< ! ! ! (716) — — (р <р >м — <>ы — ! Таким образом, чем блеже к единице отношение абсолютных тем' ператур Т,1Т, нли Т,(Т„чем выше акономичность цикла газовой холодильной машины.
. Понижение уровня температуры охлаждающей воды в теплообменнике !11 (и-п на'рис. 151, в) при неизменных прочих условиях приводит к увеличению е,. Более ииакне значения Т, 'и Т", (например, в зимнее время) позволяют понизить р„, которое необходимо поддерживать на выходе из компрессора, а это приводит к уменьшению ра. боты, затрачиваемой на привод компрессора.
С понижением р, уменьшаются отношении Т,(Т, и Тз(Т». Чем выше требуемая температура в холодильной камере(Т„ „)„ тем выше температурь< Т, и Тз, больше д„ меньше („ и, следовательно, больше холодильный коэффициент е,. Холодильный коэффициент е„ газовой холодильной машины существенно отличается от холодильного коэффицивцта обратного цикла Карно.
Цикл Карнз можно было бы осуществить обратимо, отнимая теплоту в холодильной камере при Т, = Т„ „ и обратимо отдавая теплоту охлаждающей воде при Тз — Т,', На риф 151, в обратный цикл Карно 1-2-3-4-1 показан пунктиром. Сопоставляя нл. с4'И пл. с4И и пл, 12'34' с пл. 1234, легко убе диться в том, что экономичность реального цикла газовой холбдиль. ной машйиь! значительно ниже экономичности соответствующего цикла Карно. Сравним эти циклы для следующих условий: пусть циклы осуществляются в интервале температур от 291 до 265 К, при этом в цикле газовой холодильной машины Т, = 291 К; р, = 0,490 МПа; р4 —— 0,098 МПа.
В обратном цикле Карно 1-2'-3-4'-! '(рис. 151, в) Т, =. 291 К; Тз = Т> = 265 К. Принимая й = 1,4, находим темпера туру в цикле газовой холодильнои машины: Я) = Тз (Р41Р») <»» >» = 291 (981490)< ' 4 — '> < о 4 = 183 7 К В цикле газовой холодильной машины в соответствии с формулой (716) е„= Т,1 (Тз — Т,) = 183,71 (291 — 183,7) = 1,71; в обратном цикле Карно е„*„= Т,1 (Тз — Т,) = 2651(291 — 265) = 10,2. Из полученных результатов следует, что в рассл<атриваемых условиях при одной и той же затрате работы холодопроизводительность газовой холодильной машины в шесть раз ниже холодопроизводительности машины. в которой осуществляется обратный цикл Карно.
Вследствие низкой экономичности для газовых холодильных машин характерны большие расходы рабочего тела. В связи с этим в настоящее время получили распространение газовые (воздушные) холоднльные машины с турбокомпрессорамн, Экономичность этих машин можно повысить прнмененнем цикла с регенерацией. $ $32. Парокомпрессионные холодильные машины В качестве рабочего тела (хладоагента) можно использовать влажный пар какой-либо жидкости с температурой кипения, не превышаю. щей О' С (прнетмосферном давлении).
В этом случае холодильный цикл можно осуществить с нзотермным подводом н отводом теплоты н тем 'самым приблизить его к обратному циклу Карно. На рнс. 152, а прнве)йена схема такой компресснонной холоднльной машины, в которой осуществляется цикл с нзотермным подводом теплоты н частично нзотермным отводом теплоты.
Холодильный агент в виде влажного нлн сухого насьпценного пара прн отрнцательной температуре н давлении выше атмосферного (точка 1) нз нсяарнтеля !11 поступает в компрессор П. После аднабатного ду дюше г йа й" й'й й й Рис. 152. Парокомнресснонная холодильная мантииа: о — схема; у — охлвждаемак камера П вЂ” компрессор: ЬЧ вЂ” вспарательт Ш конденсатор; и — рстулнруюмнй (дроСсельный) вентнль; б — пвракомпрессноп- ный канл в коорднкатех т, 7' сжатия в компрессоре П (процесс 1-2 на рнс. 152, б) температура пара становится выше температуры охлаждающей воды Т"„которая в рао. сматрнваемых условиях играет роль окружающей среды. Сжатый нар поступает в охладнтель (конденсатор) ЛГ, где за счет отдачи теплоты охлаждающей воде прн р = сопз( происходят конденсация пара.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
