Lektsii_Lavrova_NOK (1) (1171797), страница 7
Текст из файла (страница 7)
.0,9=> ∆̅ > ∆̅дПоскольку из0 < 0 ,то целесообразней вести работу по улучшениюкомпрессора. Компрессор в подавляющем большинственизкотемпературных установок является наиболее энергозатратным илюбые улучшения компрессора приводят к максимальномуповышению эффективности установки.В данном курсе будет рассматриваться процесс изотермическогосжатия в компрессоре, как наиглавнейший.Изотермическое сжатие в компрессоре.Рисунок 63.
Изотермическое сжатие в компрессоре.ℎ1 + сж = ℎ2 + сжсж = сж − (ℎ1 − ℎ2)0 = 1 = 2 => сж = 0(1 − 2 )Соотношение между теплотой и работой сжатия зависит отсоотношений энтальпий в начале и в конце процесса изотермическогосжатия.Положение изоэнтальп на T-S диаграмме реального газа.Рисунок 64. Изоэнтальпы азота в T-S координатах. Криваяинверсии проведена пунктиром.Кривая инверсии делит газовую область на две части:- выше линии инверсии изоэнтальпа имеет положительный уголнаклона с осью энтропий- ниже линии – отрицательный- на самой линии угол равен нулюВ области малых давлений <0,1 атм газ ведёт себя как идеальный, иизоэнтальпа совпадает с изотермой.Поэтому при рассмотрении изотермического сжатия газа вкомпрессоре и определении соотношения между L и Q необходимоучитывать, где относительно линии инверсии проходит процессизотермического сжатия.1) Сжатие ниже линии инверсии.Рисунок 65.
Сжатие ниже кривой инверсии.h1>h2сж = 0(1 − 2) − (ℎ1 − ℎ2 )сж < сж = 0(1 − 2)2) Сжатие выше линии инверсии.Рисунок 66. Сжатие выше кривой инверсии.h1<h2сж = 0(1 − 2) − (ℎ1 − ℎ2 )сж > сж = 0(1 − 2)Графическое отображение и сравнение работ при сжатиивыше и ниже кривой инверсии.Рисунок 67. Графическое отображение работ сжатия: а) нижекривой инверсии; б) выше кривой инверсии.Рассмотрим случай когда сж = сж = ℎ1 − ℎ2Это возможно в двух случаях:1.
Если газ – идеальный, и изоэнтальпы совпадают сизотермами.2. Если сжатие началось под кривой инверсии, а закончилосьвыше кривой инверсии, попав на ту же изоэнтальпу.Рисунок 68. Работа сжатия равна отведённой теплоте: а)идеальный газ; б) реальный газ.Изоэнтропное сжатие в компрессоре.В реальных условиях осуществить изотермическое сжатие вкомпрессоре невозможно, поэтому реальный процесс состоит изизоэнтропного сжатия и изобарного охлаждения.Рисунок 69. Работа изоэнтропного сжатия: а) ниже кривойинверсии; б) выше кривой инверсии.Обычно после изоэнтропного сжатия в компрессоре газ охлаждается вконцевом теплообменнике.Рисунок 70.
Схема изоэнтропного сжатия.сж = ℎ2 − ℎ3==сж> сж==сж> сжв подавляющем большинстве случаевПоэтому условно идеальным процессом сжатия газа в компрессореявляется изотермическое сжатие, поскольку затрачиваемая в нёмработа минимальна и все остальные процессы сжатия сравниваются сизотермической через изотермический КПД компрессора.Лекция 13Процессы расширенияВ подавляющем большинстве низкотемпературных установок вкачестве основного процесса понижения температуры используетсярасширение газа или жидкости (уменьшение давления)Поэтому используется компрессор, характеризующийся работой иизотермическим КПД, для сжатия газа. а в качестве расширения чащевсего используется процесс дросселирования.Дросселирование.Данный процесс был исследован Джоулем и Томпсоном.Дросселированием называется изоэнтальпный процесс расширениягаза в адиабатных условиях, при его движении через гидравлическоесопротивление.
При этом не совершается и не выделяется никакаявнешняя работа, и скоростной напор на входе и выходе израсширительного устройства остаётся неизменным.(последнее справедливо на некотором удалении от местарасширения)Дросселирование – необратимый процесс, характеризующийсяпотерями, которые можно вычислить через величину производстваэнтропии.Рисунок 71. Схема процесса дроселлирования.Устройства для реализации процесса дросселирования.В микрохолодильных установках для осуществления процессадросселирования используется калиброванное отверстие, обычнонаходящееся на конце трубопровода.Рисунок 72. Микрохолодильные дроссельные устройства.В бытовых холодильниках используется капиллярная трубка, вкоторой происходит процесс распределённого дросселирования.Рисунок 73.
Капиллярная трубка.Для крупных и средних низкотемпературных установок используютсярегулируемые дроссельные вентили.Рисунок 74. Регулируемый вентиль.Криогенные дроссельные вентили нужно тщательно изолировать,чтобы гарантировать адиабатность процесса. Редко изолируют вбытовых холодильниках.Поскольку процесс адиабатный без подвода и отвода работы, тоэнтальпия газа постоянна. Основное назначение процессадросселирования – понизить температуру газа или жидкости.Понижение температуры при падении давления в процесседросселирования является основной характеристикойдросселирования и называется дроссель-эффектом.Три типа дроссель эффекта:1) Дифференциальный2) Интегральный3) ТепловойДифференциальный дроссель-эффектℎ = (К)ℎ [ ]ПаЗнак дроссель-эффекта определяется углом наклона изоэнтальпы сгоризонтальной осью в T-S координатах.При отрицательном угле наклона изоэнтальпы дроссель эффектположителен.Рисунок 75. Кривая инверсии.Нижняя температура и давление инверсии определяют точкупересечения линии инверсии и пограничной кривой.Верхняя температура инверсии определяет предел, выше которогодроссель-эффект не может быть положительным.
Аналогичныеразмышления относительно верхнего давления инверсии.Верхнее давление инверсии в TS координатах, определяет изобару,имеющую одну точку касания с линией инверсии.Уравнение дифференциального дроссель-эффекта. = − ℎ = + ℎ = + + ℎ = − + + = + =1ℎ − − полный дифференциалПо свойству полного дифференциала: 1( )ℎ =(− ) ℎ−(1 1 1 ()=−[()+(−)( ) ] 2 ℎ ℎ 2 ℎ ) = ( ) − ( ) ℎℎ ℎ ℎ = (() ; ℎ) = ( ) ( )ℎ ℎℎ = (() ( ) − ( ) = ( ) ( ( ) − ) ℎℎ ℎ 1) =ℎ ( (ℎ =) − ) 1 1( ) = [ ] ℎ =( − 1)Поэтому линия инверсии описывается уравнением ℎ = 0( − 1)= 0 => − 1 = 0;Знак дифференциального дроссель-эффекта определяется преждевсего коэффициентом объёмного расширения Для большинства газов > 0 (для воды для температур, близким к +4градусов Цельсия коэффициент объёмного расширения отрицателен)Для идеального газа ℎ = 0 (всегда) = ==1 1 1( ) = ( )= 1( − 1) ( − 1) (1 − 1)ℎ ====0Значение верхней температуры инверсии для газовиспользуемых в криогенной технике.газвинв,Кислород Аргон Воздух Азот Водород Гелий-477176565060920446Гелий-339Для всех криогенных газов за исключением неона, водорода и гелияверхняя температура инверсии выше температуры окружающейсреды, т.е.
при изотермическом сжатии до давления меньшеверхнего давления инверсии энтальпия сжатого газа будетуменьшаться, а для неона, водорода и гелия будет увеличиваться.Поэтому реализация простейшего дроссельного цикла, состоящегоиз изотермического сжатия в компрессоре и подвода полезнойнагрузки можно осуществить для всех газов, кроме неона, водородаи гелия.Рисунок 76. Простой дроссельный цикл.Рисунок 77. Простой дроссельный цикл для неона, водорода,гелия.Для водорода, неона, гелия происходит повышение температуры впроцессе дросселирование, если изотермическое сжатие вкомпрессоре осуществляется при температуре окружающей среды.Для того, чтобы понизить температуру в процессе дросселированиянеобходимо осуществлять изотермическое сжатие ниже верхнейтемпературы инверсии.Зависимость понижения температуры при дросселированииот давления и температуры.Для практических целей используется интегральный дроссельэффект, показывающий изменение температуры при уменьшениидавления от начального до конечного:к∆ℎ = ∫ ℎ н[К]Рисунок 78.
Интегральный дроссель-эффектРисунок 79. Зависимость интегрального дроссель-эффекта оттемпературы при фиксированном начальном и конечномдавлениях.Пример:2 ; н = 10 МПа; к = 0,1 МПа;590500300200160140120н , К 1000 700-2,203184482,76 62,76 42,76∆ℎ , К -6,3С понижением температуры интегральный эффект дросселированияувеличивается, а затем начинает уменьшаться.Увеличение связано с переходом дросселирования от температуры стемпературы выше верхней температуры инверсии до температурыниже верхней температуры инверсии.Уменьшение связано с попаданием конца дросселирования в парожидкостную область.В газовой области с понижением температуры интегральный эффектдросселирования увеличивается.Рисунок 80. Зависимость интегрального дроссель эффекта отначального и конечного давления.Рисунок 81. Зависимость интегрального дроссель эффекта отначального и конечного давления.При увеличении перепада давлений интегральный эффектдросселирования сначала увеличивается, а потом уменьшается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
