Физические методы переработки и использования газа: Учебное пособие, страница 64

Уравнение первого нача­ла термодинамики для цик­ла


(VI. 1)

где Qi — теплота, подведен­ная на верхнем температур-


Рис.   VI. 1. Круговой   цикл в координатах р—Р


137


ном уровне Тх\ Q2 — теплота, отведенная   на нижнем температурном уровне Т2.

Коэффициент полезного действия цикла

*     ' Qi                    Qi '

В 1824 г. французский инженер С. Карно опублико­вал работу, ставшую впоследствии основой теории теп­ловых двигателей. Обратимый цикл Карно дает макси­мальное количество работы, получаемой из данного ко­личества теплоты, при его переходе между двумя задан­ными температурными уровнями. Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат (рис. VI.2).

Если в прямом цикле Карно все процессы осуществ­лять в обратном направлении (на рис. VI.2 пунктирные линии), то будет осуществлен холодильный цикл, смысл которого заключается в перенесении теплоты Q2 с уров­ня низкой температуры Т2 на уровень высокой темпе­ратуры Т\. Этот процесс перенесения теплоты не идет самопроизвольно, для его осуществления необходимо затратить работу L.

На Т—5 диаграмме теплоту, отнимаемую от охлаж­даемого тела рабочим веществом, т. е. холодопроизво-дительность Qo, определяют площадью а34б, теп­лоту, передаваемую рабочим веществом охлаждающей среде Q, определяют площадью а2—/—б, а затрачи-



р

т,


/!

1    Изотерма


Рис. VI.2. Цикл Карно в координатах р—V и ТS 138


ваемую работу Q4 — площадью 1234. Таким обра­зом, энергетический баланс цикла Карно будет

 (VI .3)

Обратный круговой цикл (см. рис. VI.2) осуществля­ют при условии, что энтропия системы остается посто-янной, т. е. ф£Ю = ф^- = О.- Следовательно, уменьшение энтропии охлаждаемого тела на Qo/T2, происхо­дящее при испарении рабочего вещества, должно быть равно увеличению энтропии охлаждающей среды на Qo + QiV^i, происходящему при конденсации сжатого па­ра рабочего вещества. Из этого следует, что работа, за­трачиваемая при осуществлении теоретического холо­дильного цикла Карно

L^Q0^^-.                                                  (VIA)

1

Из уравнения (VI.4) видно, что теоретическая рабо­та, необходимая для обеспечения заданной холодопро-изводительности, не зависит от природы рабочего ве­щества и зависит только от значения температур Т2 и Ту (температуры конденсации и кипения). Из данного уравнения следует также, что работа будет тем мень­ше, чем ниже температура кипения х) и чем выше температура испарения.

Энергетическая экономичность холодильных устано­вок характеризуется холодильным коэффициентом, т. е. величиной отношения холодопроизводительности к за­траченной работе:

Для теоретического холодильного цикла Карно

•   о     =_______ 1*________________ (VI 6)

ьтеор      гр     гр   •                                                   \vw/

l i— i a

Все действительно осуществляемые процессы и цик­лы необратимы. Для необратимых циклов во всех слу­чаях справедливы основные неравенства:

-f-<0  и  §dS>0.

139


§ 2. ЦИКЛПАРОКОМПРЕССИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙУСТАНОВКИ

Осуществить в холодильной установке подвод и от­вод теплоты по изотермам удается в том случае, если в качестве хладоагента используют влажный пар ка­кой-либо легкокипящей жидкости, т. е. жидкости, у ко­торой температура кипения при атмосферном давлении ts<O°C.

Установка, осуществляющая цикл с влажным паром (рис. VI.3), состоит из испарителя 2, компрессора 3, конденсатора 4 и дросселя 1.

Испаритель служит для испарения жидкого хладо­агента при низкой температуре с соответствующим дав­лением. При этом от охлаждаемого тела отнимается теплота.

Компрессор служит для сжатия пара хладоагента, отсасываемого из испарителя. Сжатие пара сопрово­ждается повышением его температуры.