- •Тема 16. Котельные установки……………..………………………………149
- •Тема 17. Использование вэр и охрана окружающей среды………..…..170
- •Введение
- •Часть 1. Термодинамика
- •Тема 1. Основные понятия и определения
- •Предмет и метод термодинамики
- •Объект изучения термодинамики
- •1.3 Параметры состояния термодинамической системы
- •1.4 Уравнение состояния идеального газа. Понятие об идеальных и реальных газах
- •1.5 Газовые смеси
- •1.6 Термодинамический процесс
- •Тема 2. Первый закон термодинамики
- •2.1 Аналитическое выражение первого закона термодинамики. Частные случаи закона
- •2.2 Внутренняя энергия системы
- •2.3 Работа расширения и pv-диаграмма для изображения работы
- •2.4 Работа и теплота
- •2.5 Теплоемкость газов
- •2.6 Энтальпия
- •Тема3. Второй закон термодинамики
- •3.1 Общая характеристика
- •3.2 Энтропия и математическое выражение второго закона
- •3.3 III начало термодинамики
- •3.4 Т,s диаграмма для изображения теплоты
- •3.5 Физический смысл энтропии
- •3.6 Основное уравнение термодинамики и вычисление энтропии
- •Тема. 4 термодинамические процессы идеальных газов в закрытых системах
- •4.1 Изохорный процесс
- •4.2 Изобарный процесс
- •4.3 Изотермический процесс
- •4.4 Адиабатный процесс
- •4.5 Политропный процесс
- •Тема 5. Термодинамические циклы
- •5.1 Круговые процессы
- •5.2 Термодинамическая схема теплового двигателя
- •5.3 Прямой цикл Карно
- •5.4 Обратный цикл Карно
- •Тема 6. Циклы паросиловых, холодильных установок и теплового насоса
- •6.1 Циклы паросиловых установок. Цикл Ренкина
- •6.2 Циклы холодильных установок
- •6.3 Цикл теплового насоса
- •6.4 Эксергия. Эксергический анализ
- •Тема7. Теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания
- •7.1 Цикл Отто
- •7.2 Цикл Дизеля
- •7.3 Цикл Тринклера (или Сабатэ)
- •Тема8. Термодинамика потока газов и паров
- •8.1 Уравнение первого закона термодинамики для потока
- •8.2 Истечение газов и паров
- •8.3 Дросселирование. Температура инверсии
- •Часть 2. Теория тепло и массообмена
- •Тема 9. Основы теории теплообмена
- •9.1 Введение. Теплопроводность
- •9.2 Закон Фурье – основной закон теплопроводности
- •9.3 Теплопроводнсть плоской однородной, однослойной стенки
- •9.4 Теплопроводность многослойной стенки
- •9.5 Теплопроводность цилиндрической стенки.
- •Тема10. Конвективный теплообмен
- •10.1 Понятие теплообмена. Закон Ньютона Рихмана
- •10.2 Критерии подобия
- •10.3 Теплоотдача при вынужденном движении теплоносителя
- •10.4 Теплоотдача при свободном движении теплоносителя
- •10.5. Теплоотдача при кипении
- •10.6 Теплоотдача при конденсации пара
- •Тема11. Теплопередача чарез стенку
- •11.1 Понятие теплопередачи, теплопередача через плоскую стенку.
- •11.2 Уравнение теплопередачи.
- •11.3 Теплопередача через цилиндрическую стенку
- •Тема12. Лучистый теплообмен
- •12.1 Понятие лучистого теплообмена
- •12.2 Законы лучистого теплообмена
- •12.3 Теплообмен излучением системы тел в прозрачной среде
- •Тема13. Водяной пар
- •13.1 Процесс парообразования в pv-координатах
- •13.2 Ts и hS диаграмма водяного пара
- •13.3 Параметры состояния жидкости и пара
- •Тема14. Влажный воздух
- •14.1 Понятие влажного воздуха, его характеристики
- •14.3 Сушка материала
- •Тема15. Топливо
- •15.1 Классификация топлива
- •15.2 Состав топлива
- •15.3 Характеристики топлива.
- •15.4. Примеры твердого, жидкого, газообразного топлива.
- •15.5 Процесс горения топлива
- •15.6 Состав и объем продуктов сгорания.
- •15.7 Нефтяные топлива.
- •15.8 Понятие детонации, октанового числа и цетанового числа.
- •Тема16. Котеьные установки
- •16.1 Понятие котла и котельной установки
- •16.1 Паровой котёл и его основные элементы
- •16.3 Паровые и водогрейные котлы
- •16.4 Вспомогательное оборудование
- •16.5 Топка, топочные устройства
- •16.6 Котлы утилизаторы
- •16.7 Тепловой баланс горения
- •Тема17. Использование вэр и охрана окружающей среды
- •17.1 Понятия вэр
- •17.2 Классификация вторичных энергетических ресурсов в промышленности
- •17.3 Использование вторичных энергетических ресурсов промышленности
- •17.4 Расчет вэр на экономическую эффективность
- •Заключение.
6.2 Циклы холодильных установок
Холодильные установки служат для искусственного охлаждения тел ниже окружающей среды. Рабочее тело в холодильных машинах совершает обратный круговой процесс, в котором в противоположность прямому циклу затрачивается работа извне и отнимается теплота от охлаждаемого тела.
Идеальным циклом холодильных машин является обратный цикл Карно. В результате осуществления этого цикла затрачивается работа l0 и тепло q0 от холодного тела переносится к более нагретому телу.
Отношение отведенной от охлаждаемого тела теплоты q0 (произведенного холода) к затраченной работе q–q0 носит название холодильного коэффициента и является характеристикой экономичности холодильной машины:
. (6.3)
Количество теплоты, отводимой от охлаждаемого тела за единицу времени (за час), называется холодильной мощностью холодильной установки.
В качестве рабочих тел (холодильных агентов) применяют воздух я жидкости с низкими температурами кипения: аммиак, углекислоту, сернистый ангидрид и фреоны.
Принципиальная схема паровой компрессионной холодильной установки изображена на рисунке 6.3. На этом же рисунке приведен ее цикл в Ts–координатах (цифры на схеме соответствуют точкам, указанным на Ts–диаграмме).
Установка работает следующим образом. Из рефрижератора Р влажный насыщенный пар со степенью сухости х1 при давлении p1 и температуре Тн1 всасывается компрессором КМ и сжимается адиабатно (процесс 1–2) до давления р2 и температуры Т2. Из компрессора пар подается в конденсатор К, где, охлаждаясь водой или окружающим воздухом, при постоянном давлении p2 превращается вначале в сухой насыщенный пар (процесс 2–3), а затем полностью переходит в жидкость (процесс 3–4). Теплота qкн, отданная рабочим телом в конденсаторе, равна с учетом масштаба диаграммы площади 2–3–4–5–5'–1'–2. На выходе из конденсатора жидкое рабочее тело, проходя через клапан Д, дросселируется (на диаграмме этот процесс изображен линией 4–5). При дросселировании h4 = h5, а давление падает от р3 до p2. Поскольку в данном случае коэффициент адиабатного дросселирования а > 0, то температура рабочего тела падает до Тн1. В точке 5 пар влажный насыщенный (степень сухости x5).
КМ–компрессор; Р – рефрижератор; Д – дроссельный клапан; К – конденсатор
Рис. 6.3 – Схема компрессионной паровой холодильной установки и графическое изображение цикла в Ts–координатах
После дроссельного клапана пар поступает в рефрижератор. В результате подвода теплоты q0 (эквивалентной площади 5–1–1'–5'–5) пар испаряется до состояния, изображаемого точкой 1 (процесс 5–1).
Затраты работы в компрессоре при адиабатном сжатии определяются по формуле:
. (6.4)
Холодопроизводительность 1 кг холодильного агента q0 определяется из уравнения:
, (6.5)
где r – теплота парообразования, а х1 и х2 – соответственно степень сухости пара после испарителя и после дроссельного клапана.
Тепловая нагрузка конденсатора определяется по формуле:
, (6.6)
где l0 – работа затраченная в цикле.
. (6.7)
Расход холодильного агента:
, кг/с, (6.8)
где Q0 и q0 – соответственно холодопроизводительность установки и холодопроизводительность 1 кг холодильного агента в кДж/с и кДж/кг.
Теоретическая мощность, необходимая для привода компрессора,
, кВт. (6.9)
Холодильный коэффициент этой установки:
. (6.10)
Учитывая, что , получим:
, (6.11)
Цикл абсорбционной холодильной установки. В некоторых случаях для повышения давления рабочего тела в цикле холодильной установки целесообразно расходовать не механическую энергию, а теплоту, например пара, электронагревателя, солнечного излучения. В таких холодильных установках в качестве рабочего тела используется бинарная смесь веществ, имеющих разную температуру кипения при одном и том же давлении. Одно из веществ, имеющее более низкую температуру кипения, является хладоагентом, а другое – абсорбентом. Обычно в качестве хладоагента используется аммиак, а в качестве абсорбента – вода.
Схема абсорбционной холодильной установки приведена на рисунке 6.4. В генераторе 1 находится концентрированный водоаммиачный раствор под давлением p2. За счет подвода теплоты q1 извне (например, через змеевик 10 подается горячи пар) происходит испарение хладоагента. Вследствие этого в генераторе остается раствор малой концентрации. Образующийся пар с высокой концентрацией хладоагента направляется в конденсатор 2, где охлаждается водой, проходящей через змеевик 3, и конденсируется. Конденсат проходит через дроссельный клапан 4, в результате чего давление снижается от p2 до p1, а затем поступает в испаритель 5.
1 – генератор, 2 – конденсатор, 3, 6, 10 – змеевик, 4, 9 – дроссельный клапан, 5 – испаритель, 7 – абсорбер, 8 – насос (рефрижератор)
Рис. 6.4 – Схема абсорбционной холодильной установки
В испарителе в результате подвода теплоты в количестве q2 происходит испарение влажного насыщенного пара. Из испарителя пар направляется в абсорбер 7, где он абсорбируется слабым раствором (абсорбентом), поступающим из генератора.
При этом теплота абсорбции qабс отводится с охлаждающей водой, циркулирующей в змеевике 6. Так как в генераторе 1 давление p2 выше давления в абсорбере 7 p1, то между ними устанавливается дроссельный клапан 9. В процессе абсорбции концентрация хладагента в растворе, находящемся в абсорбере, повышается. Насыщенный раствор подается насосом 8 из абсорбера в генератор 1.
Таким образом, в абсорбционной холодильной установке вместо сжатия хладагента в компрессоре происходит процесс десорбции, т.е. выделения из раствора при постоянном избыточном давлении хладагента (аммиака) за счет подводимой теплоты q1.
Отношение теплоты q2, отнятой от охлаждаемого вещества в испарителе к затраченной теплоте q1 называется коэффициентом теплоиспользования, или тепловым коэффициентом абсорбционной холодильной установки.
. (6.12)
Абсорбционные холодильные установки имеют сравнительно низкую термодинамическую эффективность, но вследствие простоты устройства (отсутствие компрессора) и надежности в эксплуатации нашли широкое распространение. Особенно перспективны в сельском хозяйстве гелиоабсорбционные холодильные машины, работающие за счет даровой солнечной энергии.