Потери при дросселировании определяются физическими свойствами холодильного агента, а также интервалом температур до и после дросселирования — чем больше интервал, тем больше потери. Поэтому одним из способов снижения потерь является уменьшение этого интервала путем понижения температуры жидкого хладагента перед дросселированием.
Это обеспечивается переохлаждением хладагента в конденсаторе на 5-8 К относительно температуры конденсации. Процесс переохлаждения идет по лини 6-7' (рис. 3.2.9), а в ряде случаев линия переохлаждения совпадает с пограничной кривой (линия 6-7).
В точке 7 в кондиционерах давление составляет 15 бар, температура — 32-35 "С. Перепад температур воздуха, охлаждающего конденсатор, составляет 5-10 К. Температура конденсации должна быть на 10-15 К выше температуры окружающей среды.
Хотя в парокомпрессионном цикле работа расширения составляет небольшую часть работы цикла, обеспечить адиабатическое расширение крайне сложно. Поэтому применяют дросселирование с помощью терморегулирующего вентиля (ТРВ) или трубки малого сечения (капиллярной трубки). Дросселирование обеспечивает понижение давления без изменения энтальпии. Однако в процессе дросселирования реальных газов температура понижается меньше, чем при адиабатическом расширении. Это объясняется наличием частичного парообразования за счет выделения теплоты трения в процессе дросселирования. Вследствие этого снижаются полезная работа расширения и холодопроизводительность. Этот необратимый процесс идет с увеличением удельной энтропии. Следовательно, на T-S диаграмме (рис. 3.2.9) линия процесса дросселирования пойдет не вертикально вниз (S = const), а наклонно (линия 7-1).
Таким образом, на T-S диаграмме парокомпрессионный цикл описывается следующими процессами:
1- 2 — отбор тепла от охлаждаемой среды при парообразовании (кипении) хладагента в испарителе при постоянном давлении;
2- 3 — отбор тепла от охлаждаемой среды при перегреве газообразного хладагента в испарителе;
3- 4 — сжатие хладагента компрессором;
4- 5 — снятие перегрева хладагента в конденсаторе;
5- 6 — конденсация хладагента;
6- 7 или 6-7' — переохлаждение хладагента;
7- 1 или 7'~-1 — дросселирование хладагента.
Удельная холодопроизводительность (на 1 кг хладагента) пропорциональна площади a-1-2-3-d. Затраченная работа — площади 1-2-3-4-5-6-7'.
Энергия, отданная конденсатором, пропорциональна сумме вышеуказанных площадей, то есть площади а-1 -7'-6-5-4-3-d.
Увеличение холодопроизводительности за счет переохлаждения конденсатора равно площади а-1-1'-Ь.
Увеличение холодопроизводительности за счет перегрева хладагента при кипении равно площади c-2-3~d.
При всей наглядности прохождения физических процессов в холодильной машине на 745" и /Л^диаграммах производить расчеты по ним не совсем удобно, так как для определения холодопроизводительности и затраченной работы необходимо на диаграмме измерять площади многоугольников. Расчеты обычно производят по энтальпийной диаграмме (P-I диаграмма), в которой количество тепла, .участвующего в процессах, отображается не площадями, а прямолинейными отрезками.
Archive for the ‘Кондиционеры’ Category
Потери при дросселировании
Четверг, июня 24, 2010Холодильный цикл реальной холодильной машины
Пятница, июня 18, 2010Холодильный цикл реальной холодильной машины значительно отличается от цикла Карно, что связано со следующими обстоятельствами:
1. Необходимость перегрева хладагента в процессе парообразования в испарителе
Рассмотрим парокомпрессионный цикл с хладагентом R22 и температурой испарения +5°С, обычно используемый при комфортном кондиционировании (рис. 3.2.9).
В точке / на входе испарителя (рис. 3.2.10) давление составляет примерно 4,8 бара, а температура +5 °С. (Точные значения термодинамических параметров хладагента R22 приведены в табл. 3.2.1—3.2.4). Жидкость начинает испаряться, и чем ближе к точке 2, тем больше в испарителе пара и меньше жидкости. Однако давление и температура
по всей длине испарителя остаются постоянными. В точке 2 жидкости уже нет, есть только пар.
Однако производить сжатие в этой точке еще нельзя, так как из-за изменения, например, температуры окружающей среды точка 2 может "плавать", сдвигаясь при этом в область парожидкост-ной фазы. Поступление части жидкости в компрессор может привести к гидродинамическому удару и выходу компрессора из строя.
Поэтому отбор тепла производят до тех пор, пока на выходе из испарителя не произойдет перегрев пара на 5-8 К выше температуры кипения (точка 3). Этот режим называется режимом "сухого хода". Кроме того, данный режим обеспечивает повышение холодопроизво-дительности холодильной машины.
Температуру испарения следует выбирать как можно выше, так как повышение температуры испарения на 1 °С ведет к повышению холодопроизводительности на 3-5 %.
Рассмотрим, что происходит с охлажденным воздухом, который с помощью вентилятора проходит через испаритель.
Пусть температура воздуха на входе в испаритель равна 22 "С, а на выходе 15 °С. Перепад температуры воздуха составляет ^^=22-15= =7 °С, а полный перепад между температурой хладагента (5 °С) и температурой воздуха на входе составит:
Депшщ=22-5 = 1ГС.
Д9П0ЛН и Д?Е03Д зависят от температуры и влажности окружающего воздуха. Как правило, для испарителей, охлаждающих воздух, могут быть приняты следующие значения:
Ди.-6-lOK; Д6полн= 16-20 К.
2. Наличие потерь в компрессоре
Потери в компрессоре возникают из-за трения, наличия мертвого объема, наличия масла в хладагенте, охлаждения встроенного электродвигателя хладагентом и др. Эти потери можно уменьшить, увеличив степень сжатия и температуру сжатого хладагента до 60-70 "С (линия 3-4, рис. 3.2.9), хотя температура конденсации должна быть около 40 °С.
Разность между температурой конденеации и температурой окружающей среды должна быть как можно меньше, так как снижение температуры конденсации на 1 °С ведет к увеличению холодоп-роизводительности на 1 %.
3. Снятие перегрева и переохлаждение конденсатора
Учитывая, что для исключения потерь в компрессоре температура хладагента повышена до 60-70 °С, то при конденсации нам необходимо прежде всего снять перегрев и привести хладагент к требуемой температуре конденсации.
Холодильный цикл
Суббота, июня 12, 2010Все механические, электрические и магнитные процессы можно разделить на обратимые и необратимые.
Обратимые процессы — это такие процессы, в которых исходное состояние может быть достигнуто без каких-либо остаточных изменений системы. Например, механические или электрические колебания протекают обратимо, так как они периодически попадают в исходное состояние.
Идеальные обратимые процессы характеризуются следующими признаками:
1. Исходное состояние достигается путем обратного хода процесса (колебание маятника).
2. Восстановление исходного состояния не требует подвода энергии извне.
3. Обратимый процесс не оставляет ни в одном из участвующих в процессе тел остаточных изменений состояния.
Противоположностью обратимых процессов являются процессы необратимые, например, пластические процессы деформации тел, химические реакции, передача энергии излучением.
Необратимые процессы характеризуются следующими признаками:
1. Все необратимые процессы сами по себе протекают только в одном направлении. Например, запах духов обратно во флакон не возвращается.
2. При всех необратимых процессах работа растрачивается, то есть упускается возможность совершить полезную работу. Вместо полезной работы происходит только нагревание тел (нагретый газ в поршне идет на передвижение поршня, но часть тепла излучается в пространство). Для непрерывности необратимого процесса необходимо пополнять систему энергией извне.
3. В замкнутых системах необратимые процессы приводят к остаточным изменениям состояния систем.
Для количественной оценки степени совершенства обратимых процессов Клаузис (1882) ввел понятие энтропии, сущность которого заключается в следующем.
Всякое движение частиц стремится к беспорядку. Энтропия характеризует, насколько далеко ушло направленное (упорядоченное) движение частиц к беспорядку и насколько трудно (или невозможно) осуществить обратный переход. По сути, энтропия характеризует процесс теплообмена системы с окружающей средой.
Цикл Карно
Суббота, июня 5, 2010Французский инженер Карно (1824) рассчитал цикл холодильной машины, которая выполняет максимальную работу при минимальных затратах, то есть идеальный холодильный цикл (рис. 3.2.4).
Такой цикл состоит из:
• адиабатического сжатия паров в компрессоре (кривая 1-2);
• изотермической конденсации паров в конденсаторе (кривая 2-3);
• адиабатического расширения жидкости в расширителе (кривая 3-4);
• изотермического парообразования жидкости в испарителе (4-1). Цикл Карно является двухтемпературньш, то есть теплообмен
происходит между двумя источниками:
• холодным источником (испарителем), который при температуре
поглощает тепло Qo!
• горячим источником (конденсатором), который при температуре Гк отдает в окружающую среду тепло Q^.
Цикл Карно теоретически можно осуществить с помощью следующих элементов:
1. Компрессора без потерь, который адиабатически (без теплообмена на с внешней средой) сжимает Р влажный пар. Совершаемая работа затрачивается исключи тельно на изменение внутренней энергии газа (линия 1-2, рис. 3.2.4). В процессе сжатия капли жидкости испаряются, и в точке 2 образуется сухой насыщенный пар.
2. Конденсатора бесконечной поверхности, в котором пар превращается в жидкость при температуре окружающей среды (процесс 2-3).
3. Регулирующего вентиля без потерь, в котором жидкость адиабатически расширяется (линия 3—4).
4. Испарителя бесконечной поверхности, в котором вся жид кость превращается в пар при температуре холодного источника Т0 (линия 4-1).
P-V диаграмма холодильного цикла дает возможность определить холодопроизводительность холодильной машины и затраченную энергию путем измерения площади, заключенной между линиями процессов. Однако выбрать цикл с максимальным КПД по этой диаграмме затруднительно. Данный процесс лучше исследовать на диаграмме "температура-энтропия" (T-S диаграмма). Это связано с тем, что в T-S диаграмме холодильный цикл может быть представлен прямыми линиями. Определение площадей, ограниченных прямыми линиями, намного проще, а результаты точнее.
Давление и теплота
Суббота, мая 29, 2010Давление — величина, характеризующая интенсивность действия сил на какую-либо часть поверхности тела по направлениям, перпендикулярным к этой поверхности. Давление определяется отношением силы, равномерно распределенной по нормали к этой поверхности, к площади поверхности. Давление, создаваемое силой в один Ньютон (1Н = 0,102 кг) на площадь один квадратный метр, равно одному Паскалю (Па). Более крупная единица 1 бар = 103 Па.
Различают барометрическое (атмосферное) давление Ре, абсолютное Ps и разрежение. Атмосферное давление является результатом давления окружающей воздушной среды на поверхность Земли. Нормальное атмосферное давление на уровне моря уравновешивается столбиком ртути 760 мм рт. ст., что соответствует 101 325 Па = 105 Па = 1 бар (таблица 3.1.1).
тв
Разность между абсолютным давлением и барометрическим называется избыточным давлением. В закрытых сосудах измеряют избыточное давление, а абсолютное определяют путем сложения избыточного и атмосферного. Например, если избыточное давление равно 4 бар, то абсолютное равно 5 бар.
Теплотой называется часть энергии, которая непосредственно передается данному телу от более нагретого тела в результате теплового контакта между ними. Следует отмстить, что этот способ передачи энергии не связан с совершением работы одним телом над другим.
За единицу теплоты принят 1 Джоуль (Дж = Н ? м).
Теплообмен между твердыми телами, газами и жидкостями, которые находятся при разных температурах, может происходить тремя способами: излучением, теплопроводностью и конвекцией.
Передача теплоты излучением происходит путем трансформации тепловой энергии тела в лучистую энергию — электромагнитные волны, которые, распространяясь в пространстве, достигают другого тела и преобразуются в тепловую энергию этого тела.
Передача теплоты теплопроводностью осуществляется за счет передачи энергии молекул более нагретых частей тела молекулам с меньшей температурой. Молекулы с большей температурой сталкиваются с молекулами с меньшей температурой и передают им часть энергии. В жидкостях и газах наряду с теплопроводностью теплота может передаваться путем перемешивания сред с разной температурой.
При конвективном теплообмене перенос тепла осуществляется от жидкой или газообразной среды к твердому телу (например, в тепло-обменных аппаратах). Как правило, эти три механизма передачи тепла присутствуют в тепловых машинах одновременно.
Соотношение между работой и полученным в результате выполнения этой работы теплом определил английский ученый Джоуль (1845), который вычислил механический эквивалент теплоты.
Понятия и определения технологии получения холода
Воскресенье, мая 23, 2010Специалисты в области холодильной техники
используют более 3000 специальных терминов. В начале этого раздела мы приведем некоторые из них, без которых изложить основы технологии получения холода не представляется возможным. При необходимости читатель может обращаться к политехническим словарям, к специальным словарям по холодильной науке и технике, изданным Международным институтом холода, или к другим учебникам [21].
Совокупность тел, которые энергетически взаимодействуют между собой, с другими телами и с окружающей их средой, составляет термодинамическую систему.
Величины, характеризующие состояние термодинамической системы, называют параметрами состояния системы.
Параметры состояния, не зависящие от массы термодинамической системы, называются интенсивными термодинамическими параметрами (например, давление и температура).
Параметры состояния, пропорциональные массе данной термодинамической системы, значение которых равно сумме значений таких же параметров отдельных составляющих системы, называются экстенсивными термодинамическими параметрами (например, объем и внутренняя энергия).
Энергия является количественной мерой различных форм движения материи. Энергия прямо или косвенно может быть превращена в работу.
Работа определяется как произведение силы на перемещение в направлении действия силы. Работа измеряется в Джоулях (Дж = Н - м). Если тело обладает энергией, то оно может совершить работу, которая в соответствии с принципом сохранения энергии может быть преобразована в другую форму энергии.
Закон сохранения энергии формулируется следующим образом: "Работа внешних сил плюс подведенная теплота расходуются на
изменение механической и внутренней энергии рабочего тела".
К внешним силам относятся, например, силы давления и силы
трения.
Мощность — это частное от деления произведенной работы или переданной энергии в течение определенного интервала времени на продолжительность этого интервала.
Физическое состояние однородного вещества однозначно определяется тремя основными параметрами: температурой, давлением и объемом. Совокупность этих параметров определяет агрегатное состояние вещества.
Температура характеризует интенсивность теплового движения молекул, атомов и других частиц, образующих термодинамическую систему. Энергия теплового движения прямо пропорциональна абсолютной температуре тела. С молекулярно-кинетической точки зрения температура не может быть отрицательной. Наименьшее значение температуры есть нуль. При этой температуре давление идеального газа равно нулю, движение молекул прекращается. Это есть начальная точка абсолютной шкалы температур.
Абсолютная шкала температур введена английским ученым Кельвином. В этой шкале тройная точка воды (термодинамическое состояние, при котором имеются все три фазы вещества: газ, жидкость, твердое состояние) равна 273,16 К. По шкале Цельсия этому состоянию воды присвоено значение температуры О °С. Таким образом, между шкалами абсолютной Кельвина (К) и Цельсия (°С) существует соотношение: К-*С+273,16; °С - К-273,16;
Тепло- и влагообмен в оросительных камерах
Воскресенье, мая 16, 2010В СКВ используются различные устройства, в которых воздух обрабатывается непосредственным контактом с водой. К таким устройствам относятся оросительные форсуночные камеры и орошаемые насадки. Они позволяют изменять параметры воздуха в широком диапазоне. При непосредственном контакте воздуха с каплями разбрызгиваемой воды или смоченной поверхностью различных насадок изменение состояния воздуха зависит от температуры воды.
Если температура воды ниже температуры воздуха по влажному термометру, но выше температуры точки росы, то температура воздуха, приходящего в соприкосновение с водой, будет понижаться. При этом вследствие испарения влаги влагосодержание воздуха будет увеличиваться, а энтальпия — уменьшаться.
Уменьшение энтальпии объясняется тем, что количество скрытого тепла, поступающего в воздух с водяными парами, будет меньше, чем количество явного тепла, отданного воздухом при контакте с водой на повышение температуры неиспарившейся воды.
Если температура воды ниже температуры точки росы охлаждаемого воздуха, то воздух будет охлаждаться и осушаться.
Если температура воды равна температуре точки росы воздуха, не насыщенного водяными парами, будет происходить охлаждение без влагообмена, то есть без выпадания конденсата или увлажнения воздуха. Это связано с тем, что парциальные давления водяных паров в воздухе и в пограничном слое над поверхностью воды одинаковы. На hd диаграмме такой процесс обработки воздуха изображается прямой, направленной по линии d = const.
Если обрабатывать воздух рециркулируемой водой без охлаждения и подогрева, то вода со временем приобретет температуру, равную температуре влажного термометра, так как тепло, отданное воздухом, полностью пойдет на испарение воды. Пары воды, поступающие в воздух, возвращают ему это тепло, но только в скрытом виде. Процесс обработки воздуха идет по / = const.
Таким образом, воздух понижает температуру, отдавая явное тепло при контакте с водой, и увлажняется. Энтальпия воздуха в этих процессах остается практически неизменной, поэтому такие процессы тепловлагообмена называются изоэнтальпическими (адиабатическими).
Простая холодильная машина
Четверг, мая 13, 2010Простая холодильная машина использует явление поглощения тепла из охлаждаемой среды во время перехода вещества из Таким образом, мы получаем замкнутый цикл холодильной машины, которая с помощью испарителя отбирает тепло из холодильной камеры и с помощью конденсатора отдает его другой среде.жидкого состояния в газообразное при постоянной температуре и давлении. Так, если капнуть на ладонь какой-либо хладагент, например, эфир, то ладонь будет охлаждаться. При испарении хладагент отбирает тепло у ладони, а нагретые пары хладагента перейдут в окружающую среду, отдав ей часть тепла ладони.
Если этот хладагент замкнуть в изолированной термодинамической системе и создать условия для сбора испарившегося хладагента и обратного его преобразования в жидкость, то эту часть хладагента можно вновь использовать для охлаждения. Схема такой термодинамической системы приведена на рис. 3,2.2, а процессы, протекающие в системе, отображены в Р- V диаграмме на рис. 3.2.3.
В камере, которую необходимо охладить, находится испаритель. В испаритель поступает жидкий хладагент, который затем испаряется, отбирая тепло у холодильной камеры (поток А на рис. 3.2,2 и кривая 4-1 на рис. 3.2.3).
Регулируя давление, можно сделать так, чтобы хладагент превращался в пар при требуемой температуре (в допустимых для данного хладагента пределах и при технически реализуемых давлениях). Затем необходимо отобранное хладагентом тепло передать в окружаюнгую среду или использовать для нагревания. Для этого хладагент сжимают компрессором (кривая 1-2 на рис. 3.2.3) и направляют в теплообменник, называемый конденсатором. Конденсатор при постоянном давлении отдает тепло окружающей среде, например, воздуху или воде (поток В рис. 3.2.2, линия 2-3, рис. 3.2.3). Естественно, что температура среды, окружающей конденсатор, должна быть ниже температуры жидкого хладагента.
Для того чтобы жидкий хладагент начал испарятьс я, необходимо снизить его давление. Это осуществляется с помощью регулирующего вентиля, на входе которого давление высокое, а на выходе — низкое.
Нагревание и охлаждение воздуха
Воскресенье, мая 9, 2010При нагревании или охлаждении влажного воздуха происходит изменение его температуры и энтальпии, но сохраняется влагосодер-жание. Относительная влажность при этом изменяется, так как изменяется его влагоемкость.
Если влажный воздух охлаждать при неизменном влагосодержа-нии, то будет снижаться энтальпия и температура, а относительная влажность будет увеличиваться. Наступит момент, когда воздух станет насыщенным и его относительная влажность будет равна 100 %. При дальнейшем охлаждении воздуха начнется испарение из воздуха влаги в виде росы — конденсация пара. Эта температура называется точкой росы.
Удельная теплоемкость вещества
Четверг, мая 6, 2010Удельная теплоемкость вещества (с) характеризует количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 К.
Уравнение (3.1.2) является основной формулой калориметрии. Оно позволяет определить удельную теплоемкость тела (вещества), т. е. количество тепла, которое нужно сообщить (или изъять) телу единичной массы, чтобы повысить (или снизить) его температуру на 1 К.
Удельная теплоемкость зависит от природы тела и его физического состояния: так, теплоемкость воды (жидкое состояние) практически в два раза больше, чем теплоемкость льда (твердое состояние). Следует отметить, что вода — это жидкость с самым высоким значением удельной теплоемкости. Чтобы обеспечить заданное изменение температуры, вода должна поглотить или отдать тепла больше, чем любое другое тело такой же массы.
При изменении давления и температуры теплоемкость изменяется. Поэтому, исходя из начального состояния вещества, можно получить два различных конечных состояния и две удельные теплоемкости:
ср — удельная теплоемкость при постоянном давлении;
ср — удельная теплоемкость при постоянном объеме.
Для газов разность ср — с,, =Л есть величина постоянная и называется удельной газовой постоянной.
Обычно среднюю удельную теплоемкость воды принимают 1 ккалДкг-К) или 4,18 кДж/(кг-К); среднюю удельную теплоемкость воздуха 1 кДж/(кг-К); фреона R22 - 0,7 кДж/(кг-К).