Термодинамічний принцип машинного охолодження. Холодильні агенти

Лекція 1. Термодинамічний принцип машинного охолодження. Холодильні агенти.

План

1. Зворотній термодинамічний цикл.

2. Ідеальний цикл парової компресійної холодильної машини.

3. холодильні агенти.

1. Конспект лекції

Природним шляхом тепло переходить тільки від тіл з високою температурою до тіл з більш низькою температурою. При машинному охолодженні потрібно відводити тепло від охолоджуваного середовища й передавати його більштеплому середовищу, наприклад, оточуючому повітрю чи водопровідній воді.

Рис. 1. Зворотній термодинамічний цикл в v, p - діаграмі

Відповідно до другого закону термодинаміки тепло може бути перенесе з холодного середовища в тепле шляхом витрати ззовні механічної або теплової енергії. Для цього  здійснюють     спеціальні термодинамічні цикли, які називають холодильними циклами. Холодильні цикли – це цикли, у яких тепло переноситься з нижнього температурного рівня на більш високий за допомогою якого-небудь робочого тіла. Такі тіла називають робочими речовинами.

Найпростіший з холодильних циклів у ,v, р - координатах показаний на рис.1. У процесі 1 – а – 2 цього циклу робоче тіло розширяється, а в процесі 2 – в – 1  стискається. Розширення протікає при температурі більше низькій, ніж температура навколишнього середовища, тому остання охолоджується, а робоче тіло нагрівається; стискається робоче тіло при більш високій температурі і під час стиску тепло відводиться в навколишнє середовище — у повітря або воду. На здійснення циклу витрачається зовнішня механічна робота, що в v, р - діаграмі зображається площею, обмеженою процесами, що утворюють цикл. Тепло, еквівалентне цій роботі, сприймається робочим тілом і передається ним разом з теплом, отриманим від охолоджуваного середовища, у навколишнє (більш теплу) середовище. Якщо в розглянутому циклі робоче тіло сприймає від охолоджуваного середовища q₀ тепла, а на стиск тієї ж кількості робочого тіла витрачається l роботи, то в навколишнє середовище відповідно до закону збереження енергії від нього повинно відводитися тепло в кількості q=q₀+l. У дійсності цикли холодильних машин значно складніші, ніж розглянутий.

Холодильна машина – це комплекс технічних пристроїв, за допомогою яких здійснюється холодильний цикл.

Робочим тілом холодильних циклів можуть служити різні речовини. За своїм фізичним станом ці речовини під час роботи можуть бути у вигляді газу або пари. У зв'язку із цим холодильні машини ділять на газові та парові.

У газових холодильних машинах робоче тіло протягом усього циклу не змінює свого агрегатного
 стану. У парових холодильних машинах воно переходить в окремих процесах циклу з пароподібного стану в рідкий або навпаки — з рідкого в пароподібний.

Із газоподібних речовин в якості робочого тіла в холодильних машинах застосовують лише повітря. Тому практично газовими холодильними машинами являються повітряні холодильні  машини.

ІДЕАЛЬНИЙ ЦИКЛ ПАРОВОЇ КОМПРЕСІЙНОЇ ХОЛОДИЛЬНОЇ МАШИНИ

За ідеальний цикл холодильних машин прийнятий зворотний цикл Карно. Цей цикл складається із двох адіабатичних і двох ізотермічних   процесів.   Графічне зображення його в s, Т-діаграмі показане на рис. 2.

Рис. 2. Зворотний цикл Карно в s, T – діаграмі.

В ізотермічному процесі 4 - 1 робоче тіло сприймає тепло від охолоджуваного середовища, а по ізотермі 2 - 3 воно віддає його в навколишнє більш тепле середовище. При цьому кількість тепла q₀  в узятій системі координат зображується площею 1 – 4 – а – b - 1 і може бути визначене з рівняння

q₀=T₀(s₂ - s₁),

а тепло q,щовідводиться від 1кг   робочого   тіла в навколишнє середовище, зображується площею 2 – 3 – а – b - 2 і виражається рівнянням

q = T(s₂ — s₁).

В адіабатичному процесі 1 - 2робоче тіло піддається стиску, внаслідок чого температура його підвищується від Т₀ до Т. Процес 3 – 4 - адіабатичне розширення робочого тіла зі зниженням температури від Т до Т₀