teplotekhnika (852911), страница 73
Текст из файла (страница 73)
В том случае, когда через цепь двух разнородных материалов пропускается постоянный ток, один из спаев начинает нагревать387Источник низкой температуры00НННННТщи ,к щц1ггОкружающая средаИіРис. 15.36. Схема полу-+І|ся, а другой охлаждаться. Это явление носит название термоэлектрического эффекта или эффекта Пельтье. Таким образом, при прохожденииэлектрического тока через цепь, составленную из разнородных полупроводников, в местах контактов (спаев) выделяется или поглощается теп-лота.На рис.
15.36 изображен термоэлемент, состоящий из двух различныхполупроводниковых элементов с электронной (-) и дырочной (+) проводимостями. Материалом полупроводников служат соединения висмута, сурьмы, селена с добавлением присадок. Широко распространенысплавы висму'га, селена, теллура (с электронной проводимостью) и висмута, теллура, свинца (с дырочной проводимостью). Термоэлементыобъединяют последовательно в батареи с помошью медных пластин І,которые образуют спаи. К электронному полупроводнику 2 подключенплюс источника питания, к дырочному 3 - минус. При прохождении потермоэлементу постоянного тока температура верхнего спая понизитсядо їх , и холодный спай будет поглощать теплоту Оо от охлаждаемой среды.
На нижнем спае температура повысится до (г, при этом горячий спайбудет отдавать теплоту ОК окружающей среде. Температура спая снижается вследствие того, что под воздеиствием электрического поля электроны, двигаясь из одной ветви термоэлемента в другую, переходят в новоесостояние с более высокой энергией.
Энергия электронов повышается засчет кинетической энергии, отбираемой от атомов ветвей термоэлемента в местах их сопряжений, в результате чего этот спай (верхний) охлаждается. При переходе с более высокого энергетического уровня на низкий энергетический уровень электроны отдают часть своей энергии атомам нижних спаев термоэлемента, которые начинают нагреваться. Перепад температур между горячими и холодными спаями достигает 60 °С.Термоэлектрическое охлаждение применяют в холодильных шкафах,кондиционерах и т.д.
Холодопроизводительность выпускаемых батарейтермоэлементов не превышает 100 Вт.388Охлаждение десорбцией. Охлаждающий эффект методом десорбцииполучают следующим образом. Сначала происходит адсорбция гелия активированным углем: процесс сопровождается выделением теплоты.При адсорбции в емкости поддерживается возможно низкая температура, т.е. емкость охлаждается. После насыщения угля гелием емкость изолируется. Затем гелий откачивают из емкости. При десорбции гелия из угля температура в емкости быстро снижается. Так, в одном из опытов 15 гактивированного угля адсорбировали 8 л газообразного гелия при-260 °С и давлении 0,13 МПа. При десорбции гелия из угля была полученатемпература ниже -269 °С. Охлаждение газов методом десорбции применяют в основном в лабораторной практике для получения температу-ры, близкой к абсолютному нулю.Основные понятия, используемые при рассмотрении рабочих процессовхолодильных машин.
Теоретические основы работы холодильных машинприведены в подразд. 1.6, 5.6. Рассмотрим некоторые понятия и определения, используемые в холодильной технике.Прежде всего, необходимо остановиться на понятии холод. Такого понятия в термодинамике нет. Это условный термин, который следует понимать как создание потенциальной возможности восприятия соответствующего количества теплоты на температурном уровне ниже окружающей среды.
Другими словами, холод - это теплота, температурныйуровень которой ниже температуры окружающей среды.В обратных ци клах всегда существуют два источника теплоты: источник низкой температуры (ИНТ) и источник высокой температуры(ИВТ). Источник высокой температуры - это тело или среда, от которыхтеплота отводится. К ИНТ можно отнести: охлаждаемый продукт или вещество в технологическом процессе; промежуточный теплоноситель(хладоноситель, хладагент), например раствор соли в воде (рассол); воз-дух в охлаждаемой камере и т.д. Температура ИНТ при отводе от него теплоты может быть постоянной или переменной. Источник низкой тем-пературы - это тело или среда, к которым теплота подводится.
К ИВТотносятся нагреваемое тело или промежуточный теплоноситель, окружающая среда и т.д. Температура ИВТ также может быть постоянной(например, температура окружающей среды) или переменной (например, температура нагреваемой воды).В термодинамической теории большое значение имеет понятие окружающая среда. Окружающая среда характеризуется, прежде всего, тем,что ее параметры не зависят от работы холодильной машины или какойлибо системы.
Таким образом, окружающая среда должна обладать такойтеплоемкостью, чтобы любое воздействие на нее вызывало бы настолькомалые изменения температуры, что ими можно пренебречь. В реальныхусловиях примерами такой среды могут служить: атмосферный воздух,вода крупных водоемов, горные породы, грунт и т.д.389Кроме того, параметры окружающей среды должны находиться вполном термодинамическом равновесии. Например, параметры атмосферного воздуха постоянно меняются, но для инженерных расчетовэтим можно пренебречь. Дополнительной характеристикой окружающей среды является возможность реализовать теплообмен между рабочим веществом обратного цикла и окружающей средой без существенных затрат.Перенос теплоты от ИНТ к ИВТ осуществляется с помощью рабочего вещества (холодильного агента).
Термодинамические и физическиесвойства рабочего вещества оказывают значительное влияние на показатели обратных циклов. Рабочее вещество совершает обратный цикл засчет механической или другого вида энергии. Различают три разновидности обратных циклов: холодильный, теплового насоса, а также комби-нированный (или) теплофикационный.Холодильная машина работает по холодильному циклу и служит дляохлаждения какой-либо среды или поддержания низкой температуры вохлаждаемом помещении в том случае, когда теплота от источника низкой температуры (охлаждаемого объекта) передается окружающей среде.Для определения энергетической эффективности холодильного цикла вводится холодильный коэффициент є (см. подразд.
5.6). Холодильный коэффициент может меняться от +<×› до О.В том случае, когда с помощью холодильной машины теплота отводится от окружающей среды и передается источнику высокой температуры, его температура повышается. Такой цикл называется циклом теплового насоса. Такая холодильная машина служит для теплоснабжения илидинамического отопления. Энергетическая эффективность цикла теплового насоса характеризуется коэффициентом трансформации теплоты ц,значения которого лежат в диапазоне от +1 до +00.Комбинированный (теплофикационный) цикл ( это цикл холодильной машины, при котором теплота от ИНТ передается ИВТ.Так как при помощи холодильной машины, работающей по комбинированному циклу, получают одновременно холод и теплоту, то энергетическая эффективность такого цикла характеризуется двумя коэффициентами - є и р.Полная холодопроизводител ьность011 = "то(15.73)где т - масса циркулирующего в цикле рабочего тела, кг/с.Полезная удельная холодопроизводительностьОпол=Ч0_2 с1пот,(1574)где 2 опт - сумма удельных потерь реально генерированного холода,приведенная к 1 кг (или 1 м3) сжимаемого рабочего тела, обусловленных390притоком теплоты а из окружающей среды, неполным теплообменом врекуператорах, утечками или натечками и другими причинами.
Потерихолода возникают также при использовании в циклах крионасосов, крионагнетателей, вследствие внутренних тепловыделений, например, приадсорбции, конверсии или окислении. При расчете холодильных установок потери холода вычисляются или принимаются по опытным данным.Для установок с существенно различающимися рабочими температурами значения потерь одного и того же вида различны.Полная полезная холодопроизводительностьО= тапол.(15.75)Сложные циклы холодильных и криогенных установок могут включать несколько ступеней охлаждения с детандерами, дросселями и предварительным охлаждением. Иногда применяются низкотемпературныеустройства одноразового действия, в которых эффект охлаждения достигается при одноразовом осуществлении процессов, сопровождающихсяпонижением температуры.
Следует иметь в виду, что тепловые эффектыпроцессов в закрытых и открытых системах различны.Изложенное дает основание ввести общую простую термодинамическую классификацию циклов холодильных и криогенных установок непрерывного производства холода и разделить их на циклы с отводомэнергии в форме работы или теплоты, а также работы и теплоты вместе.Существует классификация циклов по назначению, согласно которойразличают рефрижераторные циклы, ожижительные циклы и циклы технологических установок. Кроме того, в названии циклов и установок часто указывается род рабочето тела (хладоновые, аммиачные, гелиевые, водородные установки и циклы), уровень давления сжатия и получаемого холода (циклы высокого, среднего и низкого давлений, циклы холодильных иликриогенных установок и т.п.), а также тип расширительного устройстваили предварительного охлаждения (циклы с детандерами, дросселем,аммиачным или азотным охлаждением и т.п.) и даже способ организацииЦикла (циклы с каскадным расширением газа в детандерах, циклы с детандером на обратном потоке и т.п.).Термодинамическое совершенство реальных холодильных и криогенныхустановок.
Для работающих низкотемпературных рефрижераторных установок обычно известными являются полезная холодопроизводительность Она уровне температуры Ти потребляемая мощность А/д, для низкотемпературных технологических установок - производительность попродукту и потребляемая мощность.Эффективность низкотемпературных технологических установок,например, установок для разделения воздуха, получения газообразныхили жидких продуктов разделения, на практике часто оцениваетсяудельным расходом энергии Ед, кВтч/кг или кВтч/мз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
