книги из ГПНТБ / Основы теплотехники и гидрогазодинамики учеб. пособие

Холодильный коэффициент цикла в этом случае будет равен

Для повышения холодильного коэффициента, а главное :.олодопроизБОдптельмостн машины прежде всего в качестве холод' Ш- ных агентов выбирают вещества с малой теплоемкостью жидкой фазы, а следовательно, и с большой крутизной левой пограничной кривой (линия 53), что обеспечивает снижение затрат работы (уменьшение пл. 3543) и соответствующее увеличение холодспропзводительностп (уменьшение ил. 54376).

В этих же целях применяются компрессоры только с сухи, хо­ дом (расширенный цикл), у которых точка / перемещается на .давую пограничную кривую (до полного испарения жидкости в испа­ рителе (см. рис. 9.6. в). В результате этого холодопропзводпгельность машины повышается на величину ^q'x, соответствующую пло­ щади Г11091'. Поэтому суммарное количество холода в рассмат­ риваемом цикле может быть не только не меньше цикла Карп, но даже значительно превышать его.

Наконец, потерн работы от дросселирования и соответственно снижение холодопропзводительностп могут быть также несколько снижены путем переохлаждения сконденсированного холодильно­ го агента (участок 33' на рис. 9.6,а), в результате чего количество вырабатываемого холода увеличивается на Л<7"х, соответствующею площади 66'786.

С учетом всего сказанного реальный цикл компрессорной холо­

220

Тепло, отдаваемое 1 кг холодильного агента охлаждающей сре­ де ь конденсаторе,

ЦИКЛ ПАРОЭЖЕКТОРНО И ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

Основное отличие пароэжекторной холодильной машины от парокомпрессорной заключается в том, что здесь для сжатия холо­ дильного агента используется не механическая работа, а кинети­ ческая энергия струи рабочего пара. В качестве рабочего тела в пароэжекторных установках могут применяться пары различных веществ, в том числе и самого холодильного агента.

Принципиальная схема пароэжекторной холодильной установ­ ки показана на рис. 9.7, а.

о)

Рис. 9.7. Принципиальная схема и термодинамический цикл паро­ эжекторной холодильной машины:

а — п р и н ц и п и а л ь н а я с х е м а ; б— т е р м о д и н а м и ч е с к и й ц и к л ; / - э ж е к т о р ; 2 —к о н д е н с а ­ т о р ; 3 - р е г у л и р у ю щ и й в е н т и л ь ; 4— и с п а р и т е л ь ; п и т а т е л ь н ы й н а с о с ; 5 — к о т е л .

В котле 6 под действием подводимого тепла qi происходит ис­ парение рабочей жидкости. Образующийся пар поступает пз котла с давлением р\ в сопло С эжектора /, где, расширяясь до давления ■р„, приобретает большую скорость. Проходя через камеру смеше­ ния эжектора, струя рабочего пара захватывает с собой пар холо­

221

дильного агента, поступающий пз испарителя 4. После смешения пары рабочего вещества н холодильного агента направляются в

В испарителе конденсат, выполняющий роль холодильного аген­ та, отнимает тепло от охлаждаемого тела и, превратившись в пар, вновь проходит в эжектор 1.

Таким образом, в рассматриваемой холодильной машине необ­ ходимая для сжатия рабочего тела энергия получается за счет энергии рабочего пара, который в свою очередь приобретает эту энергию за счет затраты тепла q\ в котле 6.

Термодинамический цикл пароэжекторной холодильной маши­

гулирующем вентиле; 69 — испарение холодильного агента в испа­ рителе; 57 — подогрев жидкости в котле до темпертауры кипения; 71 — испарение жидкости в котле.

Следует иметь в виду, что изображение цикла на рис. 9.7, б, в координатах Т — х является в определенной степени условным, по­ скольку здесь обе части цикла (для рабочего пара п для холодиль­ ного агента) построены для одного и того же количества вещества (1 кг). В действительности количества холодильного агента и ра­ бочего пара различны. Если считать, что из парового котла в эжек­ тор поступает 1 кг пара, а пз испарителя засасывается g кг, то в диффузоре будет сжиматься (1+g) кг пара, а дросселироваться в распределительном вентиле будет только g кг. Для того чтобы определить в этом случае количество вырабатываемого холода, нужно площадь 9610139 на диаграмме умножить на величину g , а количество тепла, соответствующего работе, затрачиваемой на сжа­ тие смеси в диффузоре, будет соответствовать площади 34583, ум­ ноженной на ( l +g) кг. Очевидно, это тепло должно быть равно теплоте, эквивалентной работе истечения газов в сопле, прибли­ женно соответствующей площади 12871.

Эффективность пароэжекторных установок, где для охлаждаю­ щего действия затрачивается энергия не в виде механической ра­ боты, а в виде тепла высокого потенциала, оценивается коэффи­ циентом использования тепла у

222

Схематически абсорбционная холодильная установка изобра­ жена на рис. 9.8.

Рис. 9.8. Принципиальная схема обсорбционной холодильной машины:

/ — г е н е р а т о р ; 2 — к о н д е н с а т о р ; 3—д р о с с е л ь н ы й в е н ­ т и л ь ; 4— х о л о д и л ь н а я к а м е р а ; 5 — а б с о р б е р ; 6 — н а с о с ; 7 — д р о с с е л ь .

В генератор 1 подается концентрированный раствор рабочего вещества, где оно нагревается от внешнего источника тепла (под­ водится тепло qг) и кипит при постоянном давлении, выделяя при этом пар легкокипящего вещества (холодильного агента). Обра­ зующийся пар направляется в конденсатор 2 и, охлаждаясь там проточной водой пли другим теплоносителем, конденсируется, вы деляя при этом количество тепла q\ при еще относительно высокой температуре Т{. Конденсат холодильного агента из конденсатора проходит через дроссельный вентиль 3, где в результате снижения давления он частично превращается в пар с соответствующим по­ нижением температуры. Получившаяся парожидкостная смесь хо­ лодильного агента проходит в холодильную камеру (испаритель) 4. В холодильной камере , отнимая тепло от охлаждаемого тела, хо­ лодильный агент при постоянных давлении и температуре превра­ щается полностью в пар, который отводится затем в абсорбер 5 и поглощается абсорбентом.

Поглощение паров холодильного агента абсорбентом сопровож­ дается повышением температуры и снижением поглотительной спо­ собности. Для того чтобы поглотительная способность раствора не уменьшалась, в абсорбер постоянно добавляется из генератора / через дроссель 7 чистый абсорбент. Образующийся в абсорбере

224

концентрированный раствор подается в генератор насосом 6 п весь процесс повторяется в уже рассмотренном порядке.

Эффективность абсорбционных холодильных установок оцени­ вается, как и в пароэжекторных установках, коэффициентом ис­ пользования тепла

для которого остаются в силе уравнения 9.16 и 9.17. Достоинством абсорбционных холодильных установок является

их простота и сравнительно низкая стоимость, а основным недо­ статком— сравнительно низкое термодинамическое совершенство, связанное с малыми значениями холодильного коэффициента и ко­ эффициента использования тепла вследствие большой необратимо­ сти процессов.

15 Заказ X'j 636

Г л а в а 10. ЦИКЛЫ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Под тепловыми двигателями, как уже указывалось ранее, пони­ маются машины, в которых тепловая энергия преобразуется в ме­ ханическую работу.

Последовательное изменение состояния рабочего тела в замк­ нутом процессе, в результате которого в тепловом двигателе тепло­ вая энергия преобразуется в механическую работу, носит название цикла двигателя.

Схематически обратимый цикл теплового двигателя можно представить в виде некоторого кругового процесса абвг (рис. 10.1). К рабочему телу от бесконечно большого числа теплоотдатчпк.ов с различной температурой подводится количество тепла

226

Степень использования тепла в обратимых циклах оценивается термическим к. п. д., представляющим собой отношение использо­ ванного за цикл тепла ко всему подведенному от теплоотдатчпков в течение цикла теплу. Применительно к принятым обозначениям на рнс. 10.1

Из рассмотренного примера следует, что в самом общем случае осуществление рабочего цикла в тепловых двигателях не ограни­ чивается какими-то строго определенными термодинамическими процессами. Для получения полезной работы в цикле необходимо лишь, чтобы работа расширения рабочего тела превышала работу, затрачиваемую на возвращение его в исходное состояние. Поэтому теоретически циклы тепловых двигателей могут представлять со­ бой сочетание различных термодинамических процессов и осущест­ вляться различными путями.

С термодинамической точки зрения также не имеет значения, каким образом подводится тепло к рабочему телу: от внешних теплоотдатчиков или от источников тепла, находящихся в самом рабо­ чем теле (например, выделение тепла в результате химической ре­ акции окисления топлива внутри рабочего тела и т. п.).

Наконец, в реальных двигателях различными способами может реализоваться и полученная в течение цикла полезная работа. По­ этому теоретически возможны тепловые двигатели различных принципиальных схем. Однако непосредственное практическое зна­ чение, очевидно, могут иметь только те из них, в которых вводимое тепло будет использоваться с наибольшей эффективностью.

Из всех теоретически возможных циклов тепловых двигателей наибольшим коэффициентом полезного действия обладает уже рассмотренный ранее (гл. 4) обратимый цикл Карно. Представляя собой прообраз циклов различных тепловых двигателей, этот цикл определяет тот предел использования тепловой энергии, который теоретически может быть достигнут в условиях наибольшего пере­ пада температур теплоотдатчпков и теплопрнемников в каждом из циклов.

Термический к. п. д. цикла Карно

Значения термического к. п. д., равные термическому к. и. д. цикла Карно, могут быть при определенных условиях достигнуты и в некоторых других обратимых циклах. Пусть, например, имеется обратимый цикл 1234 (рнс. 10.2), состоящий из двух изотермиче­

ку 2 рабочее тело поглощает некоторое количество тепла.

В силу эквидистантности линий 12 и 34 очевидно, что пл. 126 =

тепла, отводимое от рабочего тела в процессе 34, подвести к нему в процессе 1 2 , то рассмотренный цикл может быть приведен к цик­

Использование тепла, выделяющегося на одном из участков цикла, для осуществления процесса на другом участке, имеющем одинаковые с ним температуры, называется регенерацией тепла. Таким образом, путем регенерации тепла некоторые произвольные обратимые циклы могут быть приближены к циклу Карно и могут иметь в пределе равный с ним термический к. п. д.

Необходимо иметь в виду, что регенерация тепла может быть осуществлена не во всяком цикле, а лишь только в таких циклах,

228

з которых имеются участки, соответствующие подводу и отводу тепла при одинаковых температурах.

Так, например, в цикле (рис. 10.3, а) с двумя изоэнтропаыи 12 и 34 тепло к рабочему телу подводится на участке 23, а отводится на участке 41. Поскольку эти два участка не имеют точек с оди­ наковыми температурами, то регенерация тепла в таком цикле не­ возможна.

а)

S

Рис. 10.3. Примеры циклов, в которых невозможна и возможна регенерация тепла:

£?— ц и к л , в к о т о р о м н е в о з м о ж н а р е г е н е р а ц и я т е п л а ; б- - ц и к л с в о з м о ж н о й р е г е н е ­ р а ц и е й т е п л а .

В цикле (см. рис. 10.3, б) тепло к рабочему телу подводится на участке 22'3, а отводится на участке 44'1. Как следует из рисунка, подвод тепла на участке 22' и отвод тепла на участке 44' осущест­ вляются при одинаковых температурах, благодаря чему тепло, отво­ димое на участке 44', может быть использовано для осуществления процесса на участке 2 2 ', т. е. здесь возможна регенерация тепла. При этом, если кривые 22'3 и 44'1 будут эквидистантными, то про­ цесс 2 2 ' может быть полностью осуществлен за счет тепла, выделя­ ющегося на участке 44', и подвод тепла к рабочему телу необхо­ димо будет начинать не с точки 2, а с точки 2'. Поэтому количество подводимого к рабочему телу тепла в регенеративном цикле опре­ делится как

229