Контрольные вопросы и задания

1. Что такое термотрансформатор?

2. Как классифицируются термотрансформаторы?

3. Для чего применяют рабочие тела?

4. Какие требования к рабочему телу предъявляют в тепловых насосах?

5. Что подразумевают под термодинамическими требованиями?

6. В чем состоят физико-химические требования?

7. Что подразумевают под физиологическими требованиями?

8. Что подразумевают под экономическими требованиями?

9. Как классифицируют холодильные агенты в тепловых насосах?

10. Для чего применяют тепловые диаграммы?

11. Изобразите идеальный цикл Карно?

12. Перечислите основные элементы идеального термотрансформатора ?

13. В чем принцип действия теплового насоса?

14. Для чего служит испаритель?

15. Для чего служит компрессор?

16. Для чего служит конденсатор?

17. Чем оценивается эффективность холодильного цикла?

18. Чем оценивается эффективность теплонасосного цикла?

Примеры

Пример №1.

Определить параметры точек 1, 2 и количество теплоты, подведенное к 20 кг аммиака (R-717) в процессе его кипения при температуре -20 ^оС.

Дано:

R-717

m=20 кг

t_o=-20 ^oC

Параметры точек определяем по табличным данным [приложение 1] или диаграмме lgp-i [приложение 2].

Точка №1 (лежит на линии х=0):

Р₁=1,9014·10⁵ Па=0,190 МПа; t₁=t_o=-20 ^oC; v₁=1,504*10^-3 м³/кг; i₁=408,8 кДж/кг; х=0

Точка №2 (лежит на линии х=1):

Р₁=0,190 МПа; t₂=t_o=-20 ^oC; v₂=0,6230 м³/кг; i₂=1737,5 кДж/кг; х=1

Количество теплоты, подведенное к 1 кг R-717

q=i₂-i₁=1737,5-408,8=1328,7 кДж/кг

Количество теплоты, подведенное к 20 кг R-717

Q=m*q=1328,7*20=26574 кДж

Рисунок 1.6 – Схема к задаче №1

Пример №2.

Построить обратный цикл Карно (холодильный цикл) в диаграмме Т-s, определить параметры точек, определить эффективность цикла, если известно, что температура кипения составляет -10 ^оС, а конденсации +50 ^оС, рабочее тело R-134a.

Дано:

R-134a, t_o=-10 ^oC, t_к=+50 ^oC

ε -?

Построение цикла осуществляем следующим образом. Проводим изотерму t_к=+50 ^oC, в точке пересечения изотермы с правой пограничной кривой будет находиться точка 2, а в точке пересечения с левой пограничной кривой - точка 3. Из этих точек проводят линии s=const до пересечения с изотермой t_o=-10 ^oC и ставят соответственно точки 1 и 4. Определяем параметры точек.

Рисунок 1.7 – Цикл Карно (холодильный цикл) в диаграмме Т-s к задаче №2

Точка №1:

t₁=t_o=-10 ^oC; Р₁=0,201 МПа; v₁=0,095 м³/кг; i₁=385 кДж/кг; х=0,96; s₁=1,707 кДж/кг·K (по приложению 8)

Точка №2:

t₂=t_k=+50 ^oC; Р₂=1,318 МПа; v₂=0,015 м³/кг; i₂=423,43 кДж/кг; х=1; s₂=1,707 кДж/кг·K (приложение 7 для пара)

Точка №3:

t₃=t_k=+50 ^oC; Р₃=1,318 МПа; v₃=0,907·10^-3 м³/кг; i₃=271,62 кДж/кг; х=0; s₃=1,237 кДж/кг·K (приложение 7 для пара)

Точка №4:

t₄=t_k=-10 ^oC; Р₄=0,201 МПа; v₄=0,037 м³/кг; i₄=262кДж/кг; х=0,38; s₄=1,237 кДж/кг·K (по приложению 8)

Удельная массовая холодопроизводительность:

q_o=i₁-i₄=385-262=123 кДж/кг

Удельная работа сжатия:

l_сж= i₂ – i₁=423,43-385=38,43 кДж/кг

Удельная теплота, отводимая в конденсаторе

q_к =i₂ – i₃=423,43-271,62=151,81 кДж/кг

Удельная работа расширения:

l_р= i₃ – i₄=271,62-262=9,62 кДж/кг

Удельная работа цикла:

l_ц= l_сж-l_p=38,43-9,62=48,05 кДж/кг

Эффективность холодильного цикла – холодильный коэффициент

ε= q_о / l_ц =123/48,05=2,56

Пример №3.

Определить эффективность цикла теплонасосного цикла при условиях примера №2.

Дано:

R-134а

t_o=-10 ^oC

t_к=+50 ^oC

μ -?

Эффективность теплонасосного цикла: коэф­фициент преобразования

μ= q_к / l_ц =151,81/48,05=3,16

Пример №4.

Для условий примера №2 определить, как изменится теоретический холодильный коэффициент, если процесс адиабатного расширения заменить изоэнтальпийным (линия 3-4 заменяется линией 3-3’ на рисунке к примеру № 4).

Рисунок 1.8 – Цикл установки в диаграмме Т-s к задаче № 4

При замене процесса адиабатного расширения изоэнтальпийным цикл холодильной машины изображается фигурой 1-2-3-3’-1. Энтальпия i₃=i₃’=271,62 кДж/кг

Удельная массовая холодопроизводительность:

q_o=i₁-i_3’=385-271,62=113,38 кДж/кг

Удельная работа сжатия

l_сж= 423,43-385=38,43 кДж/кг

Удельная теплота, отводимая в конденсаторе

q_к =i₂ – i₃=423,43-271,62=151,81 кДж/кг

Удельная работа расширения:

l_р= i₃ – i_3’=0 кДж/кг

Удельная работа цикла:

l_ц= l_сж-l_p=38,43 кДж/кг

Эффективность холодильного цикла – холодильный коэффициент

ε= q_о / l_ц =113,38/38,43=2,95

Таким образом, замена адиабатного расширения изоэнтальпийным уменьшает теоретический холодильный коэффициент, так как уменьшается удельная массовая холодопроизводительность q_o и увеличивается удельная работа цикла.