Lektsii_Lavrova_NOK (1) (1171797), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Обычнодроссельные циклы используются для криогенных установокмалой производительности и для большинства холодильныхустановок любой производительности.2) Детандерные циклы – используются в криогенных установкахкрупной и средней производительности, а также втурбохолодильниках, работающих на воздухе.3) Циклы с внешним (промежуточным) охлажденим. В нихдополнительная теплота отводится из цикла при температурениже температуры окружающей среды внешним источником«холода» (холодильные машины или ввод внешнейкриогенной испаряющейся жидкости) Обычно используютсядля криогенных установок крупной и среднейпроизводительности.4) Комбинированные циклы.Исторически циклы классифицируются по виду криоагента,используемого в циклахфреоновыйаммиачныйвоздушныйкислородныйнеоновыйводородныйгелиевыйТакже циклы можно характеризовать по состоянию рабочихвеществ, используемых в низкотемпературных циклах газовые жидкостные твёрдотельныеЛекция 10Минимальная работа термостатированияМинимальная работа термостатирования ( снятия теплоты припостоянной температуре нагрузки) это такая работа, совершаемая втаком обратимом низкотемпературном идеальном цикле, дляреализации требуемого процесса, которая минимальна по сравнениюс работами, совершаемыми в других идеальных циклах дляреализации требуемого процесса.Обратный цикл Карно.Рисунок 37.
Обратный цикл Карно.T0 – температура отвода теплоты q0 из цикла, обычна равнатемпературе окружающей среды.0 = 0(1 − 2)0 ~площадь "12ба1" = (4 − 3) ~площадь "43ба4" = = 0 − = (0 − )(1 − 2) ~площадь "12341"Рисунок 38. Схема идеальной установки для реализацииобратного цикла Карно.1-2 изотермическое сжатие в первом компрессоре с отводом теплотысжатия2-3 изоэнтропное расширение в первом детандере без подвода илиотвода теплоты3-4 изотермическое расширение во втором детандере с подводомполезной теплоты4-1 изоэнтропное сжатие в компрессоре без подвода или отводатеплотыПрактически данный цикл реализоваться не может из-заневозможности изоэнтропного и изотермического процессарасширения и сжатия.
= = подв − отв = (1 + 2 ) − (дет1 + дет2 )Цикл термостатирования характеризуется холодильным коэффициентом:= (1 − 2 )== (0 − )(1 − 2) (0 − ) =(0 − )Холодильный коэффициент цикла Карно зависит только оттемпературы теплого и холодного источников.Помимо холодильного цикла Карно существуют и другие циклытермостатирования, где всё процессы необратимы и дают те жеэнергетические характеристики, что в цикле Карно: циклы Эриксона иСтирлинга.Идеальные циклы охлаждения.А) Изобарное охлаждение газаРисунок 39. Изобарное охлаждение в T-S диаграмме. ~площадь 1231Рисунок 40.
Схема изобарного охлаждения. = − дет = ℎ1 − ℎ20 = 0(1 − 3 ) = 0 − = 0(1 − 3 ) − (ℎ1 − ℎ2 )Рисунок 41. Процесс изобарного охлаждения.Задача.Определить минимальную работу охлаждения воздуха, находящегосяпри постоянном давлении 0,1 МПа от начальной температуры 300 Кдо конечной температуры 100 К.Дано:н = 0 = 300 К2 = = 100 КРабочее вещество – воздух = 0,1 МПаНайти: −?Решение:кДжкДж; 1 = 6,871кгК ∙ кгкДжкДжℎ2 = 98,3; 2 = 5,759кгК ∙ кгℎ1 = 300,3 = 0(1 − 2) − (ℎ1 − ℎ2 ) = 300 ∙ (6,871 − 5,759 ) − (300,3 − 98,3 )кДж= 131,6кгРисунок 42.
Минимальная работа изобарного охлаждения приT1<T0.Минимальная работа при T1<T0: ~площадь 14321Рисунок 43. Схема изобарного охлаждения при Т1<Т0. = 0(1 − 2) − (ℎ1 − ℎ2 )T1>T0Рисунок 44. Схема изобарного охлаждения при Т1>T0.Рисунок 45. Изобарное охлаждение при T1>T0.Минимальная работа изохорного охлаждения.Рисунок 46. Изохорное охлаждение.Рисунок 47. Схема изохорного охлаждения.Разомкнутый процесс, реализовывать цикл невозможно. Определимминимальную работу для реализации этого процесса (изохорногоохлаждения.В качестве функции, определяющей состояние закрытой системыиспользуется величина внутренней энергии.1 + = сж + дет + 2 = − дет = 0(1 − 2) − (1 − 2 )ЗадачаОпределить минимальную работу охлаждения воздуха визохорическом процессе.Дано:Тн=300 КТк=100 КPн=0,1 МПаLmin-?Решение:кДжкДжм3ℎн = 300,3; н = 6,671; = к = 0,861кгкг ∙ К нкгПо к и Тк:ℎк = 99,3кДжкДж; к = 6,0645; = 0,04 МПакгкг ∙ К 2 = − дет = 0(1 − 3) − (1 − 3 )Определим внутренние энергии:н = ℎн − н нк = ℎк − к к = 0(1 − 3) − (ℎн − н н − ℎк + к к ) = 92,61кДжкгС формальной точки зрения работа в изохорическом процессе должнабыть больше, чем в изобарическом, поскольку v(p1-p2)>0, но вреальности эта работа меньше, чем для изобарического процесса,поскольку для реальных веществ изохора идёт более круто, чемизобара в ТS координатах и параметры точки окончания процессаразные в этих процессах.Рисунок 48.
Сравнение минимальной работы изобарного иизохорного процессов.Лекция 11Системы ожижения. Минимальная работаожижения.Открытая система.Минимальная работа изобарического процесса.Рисунок 49. Открытая система ожижения. = − дет + ℎ1 = сж + дет + ℎ2 = сж − (ℎ1 − ℎ2 )сж = 0(1 − 2) = 0(1 − 2) − (ℎ1 − ℎ2 )ЗадачаОпределить минимальную работу ожижения воздуха, если в началепроцесса воздух находится при температуре окружающей среды 300 Ки при давлении 0,1 МПа.Lmin-?T1=300 К, p1=0,1 МПаh1=300,3кДжкг; 1 = 6,871кДжкг∙КЖидкость при 0,1 МПаТж=78,78 К; hж=-127,4кДжкг; ж = 2,974кДжкг∙К = 300(6,871 − 2,974) − (300,3 + 127,4 ) = 741,4кДжкгРисунок 50.
Ожижение воздуха.Минимальная работа ожижения некоторых газов 1 = 300 К; 1 = 0,1 МПаВеществокДж ,кгАзот769,6Кислород638,4Водород11900Гелий6850Минимальная работа ожижения в изохорическом процессе.Рисунок 51. Изохорное ожижение. = − дет + 1 = сж + дет + 2 = сж − (1 − 2 ) = 0(1 − 2) − (1 − 2 )ЗадачаНайдём минимальную работу ожижения в закрытой системе длявоздуха находящегося при температура Т=300 К и давлении p=0,1МПа.1 = 0,1 МПа;1 = 300 К;м31 = 0,861;кгРисунок 52.
Т-S диаграмма задачи.В данном случае жидкости в процессе изохорного охлажденияполучить невозможно, т.е. задача не имеет решения.Поэтому решим обратную задачу, определим давление p1, прикотором реально достичь состояния насыщенной жидкости придавлении 0,1 МПа.Дано1 = 300 К2 = 78,78 К2 = 0,1 МПа1 −?Рисунок 53. Изохорное ожижение.1) По p2 и линии кипения определяем v2=1,141*10-32) По Т1=300 К им3v1=v2=1,141*10-3кгм3кгp1=300 МПаПроцессы изохорного охлаждения и ожижения невозможнореализовать на практике, хотя они имеют меньшую минимальнуюработу по сравнению с изобарическими процессами охлаждения иожижения. Это является следствием двух факторов:1) Невозможность организовать замкнутый цикл в случаеизохорного охлаждения и ожижения2) Огромный перепад давлений рабочего вещества в начале иконце процессов охлаждения и ожижения.Невозможность реализации циклов с минимальной работой.В идеальных циклах происходит изотермическое сжатие до точки 3.Величина давления в точке 3 крайне велика.
Например, видеальном ожижительном цикле для воздуха величина этогодавления достигает 45000 МПа, аналогичные давлениядостигаются и в цикле Карно.Помимо этой существуют необратимые процессы приизотермическом сжатии, которые невозможно реализовать.Рисунок 54. Реализация процесса изотермического сжатия.Невозможно осуществить процесс изоэнтропного расширения вдетандере.Рисунок 55.
Реальное расширение в детандере.Необратимость вследствие реального теплообмена втеплообменном аппарате (недорекуперация)Сравнение идеального цикла ожижения и эквивалентного емуцикла Карно.Циклы являются эквивалентными, если имеют одинаковоеколичество отводимой теплоты.Рисунок 56. Сравнение цикла Карно и изобарическогоожижения.В цикле Карно теплота отводится на самом нижнем температурномуровне.В идеальном цикле ожижения – в интервале температур оттемпературы окружающей среды до температуры жидкости,поэтому для сравнения этих циклов необходимо, чтобы = (1 − 2) = ℎ1 − ℎ3Построим цикл Карно с тем же количество отводимой теплоты, чтои в идеальном цикле ожижения.Рисунок 57. Наложение цикла Карно на идеальныйожижительный цикл.ид = ℎ1 − ℎ3 ~площадь 153ав1к = (1 − 2)~площадь 43а24Найдём работу цикла Карно и сравним ей величину с работой видеальном цикле ожижения.
= (0 − )(1 − 2)~площадь 1к2341к = 0 (1 − 3) − (ℎ1 − ℎ3 )~площадь 12351 − ~площадь 1к1541к = ℎ1 − ℎ3 (0 − )0(ℎ1 − ℎ3 ) = (ℎ1 − ℎ3 ) − (ℎ1 − ℎ3 )==0 − (ℎ1 − ℎ3 ) = ид = к = (4 − 3)Определение s4 = 0(4 − 3) − (ℎ1 − ℎ3 ) = 0(4 − 6 − 3 + 6 ) − (ℎ1 − ℎ3 ) = 0 (4 − 6 ) + 0 (6 − 3 ) − (ℎ1 − ℎ3 ) = 0 (1 − 1 ) + 0 (1 − 3 ) − (ℎ1 − ℎ3 ) = 0 (1 − 1 ) + = + ∆ = 0 (4 − 3 ) (для ид. газа) = 0 (1 − 2 ) − (ℎ1 − ℎ3 )∆ = − = 0 (4 − 3 ) − 0 (1 − 2 ) + (ℎ1 − ℎ3 ) = ℎ1 − ℎ3 = 0(4 − 2) = + − Задача.Азот при температуре 300 К и давлении 0,1 МПа. Сравнить минимальнуюработу ожижения с работой эквивалентного цикла Карно.2= 769,6кДжкгкДжкгкДж2 = + ∆ = 1249кг∆ = 300 ∙ 1,598 = 479,42= 61,62 %Лекция 12Минимальная работа разделения газовыхсмесейРисунок 58. Схема газоразделительной установки.∑ = 1≔1 = 0 (см − ∑ ) − (ℎсм − ∑ ℎ )≔1≔1 затрачивается на увеличение давления каждого компонентагазовой смеси от парциального давления смеси до давления смеси.0 ≈ ∑ 0 ln ( )≔1Полное равенство справедливо для идеального газа.Необходимость использования идеальных циклов сминимальной работой.Реальные циклы имеют некоторую затрачиваемую работу, и присравнении этих циклов друг с другом для одинаково поставленнойзадачи их сопоставляют с идеальным циклом, работа которогоминимальна.Для этого используют понятия степени термодинамическогосовершенства цикла: =действЧем выше степень термодинамического совершенства, тем болееэнергоэффективен цикл.Для циклов термостатирования, для которых идеальным являетсяцикл Карно, и данную формулу можно преобразовать: === = =действ действ0 − Задача по определению целесообразности работы поувеличению изотермического КПД компрессора и изоэнтропногорасширения детандера.Сжатие в компрессоре.Рисунок 59.
Идеальное сжатие в компрессоре.Рисунок 60. Реальное сжатие в компрессоре.из =издействИдеальный газ: из = 0ln( 2 )1Расширение в детандере.Рисунок 61. Реальное и идеальное расширение в детандере. = ℎ1 − ℎ2действ = ℎ1 − ℎ2из =действ<1Реальный холодильный коэффициент.Рисунок 62. Схема машины термостатирования.сж ==изиз; дет = дет из ==сжиз0 = из0 0изУвеличение каждого на КПД на 1 % = 0 (из0 + 0,01)д = из0 (0 + 0,01) − 0 0,010 0,01∆̅ ===0из0из0 0из∆̅д =д − 0 0,01=00из0 = 0,5. .0,70 = 0,7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
