teplotekhnika (852911), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Плавление водного льда широкоиспользуют для охлаждения тела температурой выше 0 °С. Смешивание раздробленного льда или снега с солью снижает температуру таяния смеси.Наибольшее применение в холодильной технике получили смесихлористого натрия (МаСІ) и хлористого кальция (СаСІ2) со льдом. В зависимости от процентного содержания солеи в смесях их температураплавления может быть снижена соответственно до -21,2 и -55 °С.383Температура плавления определяется давлением и остается постоянной в период перехода тела из твердого состояния в жидкое.
Количествотеплоты о", кДж, поглощенное І кг твердого тела при переходе его в жидкое состояние, называется теплотой плавления. Теплота плавления льдосоляной смеси при снижении температуры плавления уменьшается. Так,теплота плавления чистого водного льда 335 кДж/кг, а смеси 28%-й поваренной соли и льда 222 кДж/кг.Кипение - процесс интенсивного образования пара во всей массе жидкости при ее нагревании.
В отличие от кипения образование пара при испарении происходит только с поверхности жидкости. Количество теплоты,которое необходимо подвести к І кг жидкости, доведенной до температурыкипения, чтобы при постоянном давлении превратить ее в сухой насыщенный пар, называется удельной теплотой парообразования г, кДж/кг.Процесс кипения происходит при определенной для данного давления температуре жидкости, называемой температурой кипения и равнойтемпературе насыщения. Температура кипения любой жидкости остается неизменной в течение всего времени кипения.При уменьшении давления температура кипения снижается. Например, вода при нормальном атмосферном давлении кипит при 100 °С.
Если в емкости с водой снизить давление до 0,001 МПа, то вода закипитпри 4 °С. Хладагент К22 при давлении 0,1 МПа кипит при температуре-40,8 °С, с уменьшением давления до 0,06 МПа температура кипенияснизится до -50 °С. Если емкость с хладагентом 822 поместить в помещение и соединить с атмосферой, то жидкость в емкости будет кипетьпри температуре -40,8 °С. Так как температура в помещении выше температуры кипения жидкости, то теплота парообразования будет отводиться от воздуха помешения, охлаждая его.
Образовавшиеся при кипении пары будут выходить в атмосферу.Охлаждаюший эффект может быть получен за счет интенсивного испарения воды, теплота парообразования которой при 0 °С равна 2500кДж/кг. Испарительное охлаждение водой применяют при относительновысокой температуре кипения хладагента. Температура кипения и плавления хладагента изменяется соответственно с изменением давления.Сублимация (возгонка) - процесс перехода тела из твердого состояниянепосредственно в парообразное.
Количество теплоты, поглошаемое1 кг твердого тела при постоянной температуре перехода его в парообразное состояние, называется удельной теплотой сублимации ос, кДж/кг. Водный лед в атмосферных условиях сублимирует при температуре ниже 0 °С.Углекислота в тройной точке имеет температуру -56,6 °С и давление0,52 МПа. Температура сублимации твердой углекислоты при атмосферном давлении -78,9 °С. Теплота сублимации ос равна сумме теплоты плавления о" и парообразования г, вследствие чего процесс дает большийхолодильный эффект.384Для получения низких температур используют жидкости с низкойтемпературой кипения при нормальном атмосферном давлении, это сжиженные воздух (температура кипения -І92 °С), кислород (-183 °С) иазот (-196 °С).Способы охлаждения, основанные на использовании фазовых превращений веществ, возможны только при неограниченном запасе охлаЖдающих тел. Непрерывное получение холода при использовании одного и того же количества охлаждающего вещества возможно, если послеполучения холодильного эффекта оно возвращается в начальное состояние.
Это осуществляется с помощью холодильных машин.Охлаждение при расширении газов. Процесс адиабатного расширениясжатого газа сопровождается снижением температуры. Связь между давлением и температурой для идеального газа в адиабатном процессе выра-жается соотношением Т2/ ТІ = (р2/р1)(*")/*, где Іс - показатель адиабаты.В адиабатном процессе расширения теплообмен с окружающей средой отсутствует, поэтому вся внутренняя энергия полностью преобразуется в механическую работу.При расширении реального газа затрачивается дополнительная работа на преодоление внутренних сил притяжения его молекул и выполнение внешней работы.Если воздух, сжатый до 9,5 МПа при ІІ = 20 °С, адиабатно расширяется до 0,1 МПа, то при Іс = 1,4 его конечная температура 12 = -І93,4 °С.Принудительное расширение газов, сопровождающееся понижениемих температуры, осуществляется в расширительных машинах - поршневых детандерах и турбодетандерах (рис.
15.34).Изменение энтальпии (без учета утечек и теплопритоков) при детандированииаДар]іібЁр21; ї Ё,і:ТАРис. 15.34. Схемы детандирова-ния в поршневом детандере (а) итурбодетандере (б):І- 25 - адиабатное расширение; 1-2 -7;12*действительное расширение385где 11Ѕ - адиабатный КПД детандера, для поршневых детандеров обычно11Ѕ = 0,7 + 0,9; для турбодетандеров 115 = 0,65 + 0,87.Процессы детандирования очень широко применяются в криогеннойтехнике и сравнительно редко в холодильной.Охлаждение с помощью дросселирования. Дросселированием называется снижение давления жидкости или газа при проходе через любое суженное отверстие (диафрагму, клапан). При быстром снижении давления внешняя работа не совершается и теплообмена с внешней средойпрактически не происходит. _Энтальпия в этом процессе не изменяется, аэнтропия возрастает из-за расхода внутренней энергии потока на преодоление трения, что указывает на необратимость процесса.За суженным отверстием в зависимости от свойств и состояния реального газа внутренняя энергия может быть больше или меньше либоравной внутренней энергии до суженного отверстия.
В зависимости отхарактера изменения внутренней энергии конечная температура реального газа может быть выше, равна или ниже начальной.Изменение температуры вещества при дросселировании называетсяэффектом Джоуля - Томпсона, его применяют в технике глубокого охлаждения реальных газов. Дросселирование жидкости сопровождаетсязначительным снижением температуры. Это вызвано тем, что при дросселировании жидкости (особенно насыщенной) происходит парообра-зование в результате превращения работы сил трения в теплоту и передачи ее жидкости.
При этом увеличивается объем и совершается большаяработа по преодолению сил взаимного притяжения молекул. Если теплообмен с окружающей средой отсутствует, работа по преодолению силпритяжения будет сопровождаться уменьшением внутренней энергии, аследовательно, и температуры парожидкостной смеси. Процесс дросселирования жидкости широко используется для получения умеренно низких температур.Вихревой эффект охлаждения.
Охлаждение воздуха этим способом(эффект Ранка-Хильша) осуществляется с помощью вихревой трубы.Устройство вихревой трубы, в которой происходит температурноеразделение потока воздуха, чрезвычайно просто (рис. 15.35). Воздух притемпературе окружающей среды и давлении 0,3-0,5 МПа поступает вЦилиндрическую трубу 111 через сопло І по касательной к внутренней поверхности трубы. Поступивший в трубу воздух совершает вращательноедвижение, одновременно перемещаясь от сопла І к дроссельному клапану ІІ. При этом воздушный поток, вышедший из сопла по касательной квнутренней поверхности трубы, образует свободный вихрь, угловая скорость которого велика около оси и уменьшается по мере удаления от нее.При движении к дроссельному клапану ІІ угловая скорость между слоями потока выравнивается вследствие трения между ними (скорость внутренних слоев снижается, внешних - возрастает), при этом кинетиче386,ІІІІ/І/І/І/І/Ід'.'ІІ/ІІ/І/І/(І/І/І/І/І/І/Д'65ч!Ё.Іх,ІІ/ІІ/І/ІІІІІІ/І/І/І/І/І/І/І."ІІ/І/ІІІ/ІЛ111 ,Т'п/Рис.
15.35. Схемы прямоточной (а) и противоточной (б) вихревых трубская энергия внутренних слоев передается периферийным слоям. В результате наружные слои воздуха оказываются более нагретыми, внутренние - холодными, т.е. через диафрагму І У (или трубу меньшего диаметра) выходит холодный воздух, а через клапан ІІ по периферии трубы горячий. Температура холодного воздуха на 3070 °С ниже начальнойтемпературы воздуха, выходящего из сопла.В вихревой камере температурное расслоение воздуха происходитзначительно быстрее, чем устанавливается термическое равновесие.
Придавлении воздуха 0,3 0,5 М Па образуется холодный поток с температурой -ІО-50 °С и горячий - с температурой 100 130 °С.Большие необратимые потери при расширении воздуха в вихревойтрубе предопределяют сравнительно большие энергетические затраты,которые значительно превышают затраты при изоэнтропном расширении с совершением внешней работы. Однако не всегда результат энергетического сопоставления может быть решающим при оценке холодильных систем.Исключительная простота и надежность вихревой трубы делают ее внекоторых случаях более предпочтительной, например, при периодической потребности в охлаждении на различных предприятиях при необходимости малой холодопроизводительности выгоднее применять простую и надежную вихревую трубу.Термоэлектрическое охлаждение. В технике широко известен эффектвозникновения термоЭДС в спаянных проводниках, контакты (местаспаев) между которыми поддерживаются при различных температурах(эффект Зеебека).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
