| Теоретические основы холодильной техники Содержание
Тема 1. История «холодильного дела» 6
Тема 2. Основные понятия и определения 7
2.1. Основные понятия блока «энергия» 8
2.2. Основные понятия блока «вещество» 9
2.3. Классификация процессов в холодильной технике 10 Тема 3. Термодинамические основы искусственного охлаждения 10
3.1. Понятие "холод”. Естественный и искусственный холод 11
3.2. СОР (соеШаепГ оГрегйггаапсе) 12
3.3. Машины, работающие по обратным 13 термодинамическим циклам
3.4. Минимальная работа для осуществления 15 обратного кругового процесса
Тема 4. Принципы н методы получения холода и низких температур 17
4.1. Методы получения холода 18
4.1.1. Без фазовых переходов рабочего вещества 18
4.1.2. С фазовыми переходами рабочего вещества 18
4.2. Методы получения низких температур 21
4.2.1. Расширение с получением внешней работы 21
4.2.2. Расширение без получения внешней работы 22
4.2.3. Вихревой эффект 24
4.2.4. Термоэлектрический эффект 25
4.2.5. Магнитоэлектрический эффект 27
4.2.6. Ультранизкие температуры 28 Тема 5. Термодинамический анализ цикла холодильной машины 32
5.1. Метод циклов 32
5.2. Метод комплексной оценки необратимостей 41
5.3. Определение необратимостей 42 Тема 6. Повышение эффективности одноступенчатой
парокомпрессорной холодильной машины 45
6.1. Вспомогательные элементы, не влияющие на цикл 46
6.1.1. Линейный ресивер 46
6.1.2. Фильтр механической очистки 46
6.1.3. Маслоотделитель 47
6.1.4. Фильтр-осушитель 47
6.2. Вспомогательные элементы, влияющие на цикл 48
6.2.1. Переохладитель 48
6.2.2. Отделитель жидкости 49
6.2.3. Регенеративный теплообменник 50
6.2.4. Экономайзер 53
Тема 7. Рабочие вещества холодильной техники 54
7.1. Требования, предъявляемые к рабочим веществам 55
7.2. Свойства рабочих веществ 56
7.3. Свойства пары «рабочее вещество-сорбент» 5
7.4. Промежуточные хладоносители 59 Тема 8. Теоретический объемный компрессор 60
8.1. Работа компрессора и работа сжатия 60
8.2. Производительность и мощность компрессора 63
8.3. Средне индикаторное давление 64
8.4. Режим максимальной мощности компрессора 64 Тема 9. Действительный холодильный компрессор 66
9.1. Действительная индикаторная диаграмма 66
9.2. Объемные коэффициенты компрессора 68
9.3. Энергетические коэффициенты компрессора 71
9.4. Основные характеристики компрессора 72 Тема 10. Теплообменные аппараты холодильных машин 72
10.1. Теоретический теплообменный аппарат 73
10.2. Действительный теплообменный аппарат 74
10.2.1. Испаритель 74
10.2.2. Конденсатор 75
10.2.3. Другие теплообменные аппараты 76 Список литературы 77 Приложения 78
Условные графические обозначения для технологических схем 78
Тепловой расчет одноступенчатой холодильной машины 80
Простейшая холодильная машина (аммиачная) 81
Регенеративная холодильная машина 84 Регенеративная машина с бессалышковым (герметичным) 85 компрессором
Специальные расчеты 87 Основные данные поршневых компрессоров, выпускаемых в СНГ 88
Каталог электродвигателей 90
Благодарность
Авторы
признательны всем некогда работавшим и ныне работающим преподавателям
кафедры холодильных машин ОГАХ, общий опыт которых на протяжении с 1949
года по чтению курса «Холодильные машины. Часть I» (ныне -курс ТОХТ)
создал предпосылки для обобщения всего накопленного методического
материала и написания этого конспекта лекций, равно как и чтения этого
курса.
Авторы
хотят выразить благодарность аспирантке Соколовской В. и студенту
Бибичу В. (4 курс ИНТ) за помощь в формировании компьютерной версии
конспекта лекций.
6
Теоретические основы холодильной техники
вещества. В основу создания машины положено явление охлаждения воздуха при расширении.
Первые холодильный транспорт - ледники (железнодорожные вагоны, автомобили, суда). В 1875 г. появились первые судовые холодильные установки с первым» рабочими веществами: воздухом, аммиаком и углекислотой.
С конца XIX века холод становится неотъемлемой частью химической Промышленности. Начало XX века - возникновение холодильной промышленности. В отличие от <осолодильного дела», холодильная промышленность подразумевает наличие специального машиностроения, транспорта, создание специальных строительных конструкций холодильников, производство изоляции.
В 30-е годы XX века развивается комфортное и технологическое кондиционирование. Появляются первые тепловые насосы для отопления.
С 50-х годов идет развитие холодильной техники во всех направлениях, особое внимание уделяется синтезу новых рабочих веществ, широко известных как фреоны. Экологические проблемы 80-х годов заставляют вернуться к натуральным рабочим веществам (воздух, СО?, NH3), однако необходимость повысить эффективность холодильных машин с натуральными рабочими веществами ставит задачи создания новых схем и циклов холодильных машин.
Тема 2. Основные понятия и определения
Основные понятия любого направления в физике - это «энергия» и связь ее с «веществом», которые в технической системе составляют комплекс
Любое физическое изменение невозможно без использования в любой степени этих четырех составляющих.
Основа работы инженера - разумное использование ресурсов на благо человечества («благо человечества» - понятие общественных наук) при создании все более совершенных технических систем.
Теоретические основы холодильной техники - это изучение первых двух составляющих «энергия» и «вещество», их теоретическая взаимосвязь и техническое приложение в конкретных машинах, работающих по обратным термодинамическим циклам.
Рассмотрим формулировки двух законов термодинамики, данные Клаузиусом (1850 год), которые наиболее близки для понимания термодинамики обратных термодинамических циклов.
Первый закон термодинамики', энергия изолированной системы, при прохождении любых процессов в этой системе, никуда не исчезает и ниоткуда не появляется.
Конспект лекций. Часть I
5
Тема 1. История «холодильного дела»
К «холодильному делу» относится использование во многих областях человеческой деятельности температур ниже, чем температура окружающей среды, Понятие низкой температуры не постоянно и зависят от температуры окружающей среды, т.е. необходимым является учет ее суточного или сезонного изменения.
Традиционно выделяют следующие этапы развития «холодильного дела»:
• использование природного снега (льда) для сохранения скоропортящихся продуктов, т.е. использование консервирующего свойства холода;
• заготовка льда в зимний период, хранение льда и последующее его использование в более теплое время года;
• испарительное охлаждение воды (первые элементы кондиционирования воздуха);
• приготовление льдосоляных растворов при использовании природного холода с последующим приготовлением искусственного пищевого льда;
• холодильная цепь: холодильник при производителе -» транспорт —» холодильник при потребителе.
Видно, что на настоящем этапе развития холодильной техники все этапы «холодильного дела» сохраняют свою актуальность и находят новые рациональные области применения.
Первые устройства для искусственного охлаждения были созданы в физикохимических лабораториях Франции и Англии в середине ХУШ века, и дальнейшие изобретения и усовершенствования стали возможными, благодаря большому числу ученых, работавших в направлении создания холодильных машин и рабочих веществ для них. Научные исследования вместе с развитием машиностроения и благоприятными экономическими условиями применения искусственного холода создали фундамент развитию холодильных машин для промышленных целей.
На основании работ М.Фарадея (1823 год - конденсация некоторых газов) английский врач Я.Перкинс (1834 год) создал первую компрессорную холодильную машину с этиловым эфиром в качестве рабочего вещества. Р.Клаузиус и В.Ренкин предложили конденсационный цикл для производства тепла и электроэнергии (прямой цикл). Позже на подобный цикл, но для производства холода (обратный цикл) получил патент Р.Планк. Однако во многих литературных источниках простейший цикл парокомпрессорной холодильной машины до сих пор носит название «цикл машины Перкинса»,
Далее последовали компрессорные машины Ш.Теллье (1871 год) - рабочее вещество метиловый эфир, РЛикте (1874 год) - рабочее вещество сернистый ангидрид, К,Линде (1874 год) - аммиачная холодильная машина, В.Виндгаузеы (1881 год) - углекислотная холодильная машина.
Принципиальное отличие имела компрессорная холодильная машина американского инженера Горри (1845 г), использующая воздух в качестве рабочего
6
Теоретические основы холодильной техники
вещества. В основу создания машины положено явление охлаждения воздуха при расширении.
Первые холодильный транспорт - ледники (железнодорожные вагоны, автомобили, суда). В 1875 г. появились первые судовые холодильные установки с первым» рабочими веществами: воздухом, аммиаком и углекислотой.
С конца XIX века холод становится неотъемлемой частью химической Промышленности. Начало XX века - возникновение холодильной промышленности. В отличие от <осолодильного дела», холодильная промышленность подразумевает наличие специального машиностроения, транспорта, создание специальных строительных конструкций холодильников, производство изоляции.
В 30-е годы XX века развивается комфортное и технологическое кондиционирование. Появляются первые тепловые насосы для отопления.
С 50-х годов идет развитие холодильной техники во всех направлениях, особое внимание уделяется синтезу новых рабочих веществ, широко известных как фреоны. Экологические проблемы 80-х годов заставляют вернуться к натуральным рабочим веществам (воздух, СО?, NH3), однако необходимость повысить эффективность холодильных машин с натуральными рабочими веществами ставит задачи создания новых схем и циклов холодильных машин.
Тема 2. Основные понятия и определения
Основные понятия любого направления в физике - это «энергия» и связь ее с «веществом», которые в технической системе составляют комплекс
Любое физическое изменение невозможно без использования в любой степени этих четырех составляющих.
Основа работы инженера - разумное использование ресурсов на благо человечества («благо человечества» - понятие общественных наук) при создании все более совершенных технических систем.
Теоретические основы холодильной техники - это изучение первых двух составляющих «энергия» и «вещество», их теоретическая взаимосвязь и техническое приложение в конкретных машинах, работающих по обратным термодинамическим циклам.
Рассмотрим формулировки двух законов термодинамики, данные Клаузиусом (1850 год), которые наиболее близки для понимания термодинамики обратных термодинамических циклов.
Первый закон термодинамики', энергия изолированной системы, при прохождении любых процессов в этой системе, никуда не исчезает и ниоткуда не появляется.
Конспект лекиий. Часть I
7
Второй закон термодинамики: тепло самопроизвольно переходит лишь от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой, но не наоборот.
Некомпенсированный переход тепла возможен только от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой.
Внимание! Процесс можно считать термодинамическим, если масса вещества при осуществлении процесса не изменяется.
2.1. Основные понятия блока «энергия»
Работа - это одна из форм обмена энергией (наряду с теплотой) между термодинамическим телом и окружающей средой
L = F'dx,
где
F - обобщенная сила; dx - обобщенное перемещение.
Мощность - работа, произведенная за единицу времени
N-*.
dr
где
dL - изменение работы; dx - изменение времени.
Эффективный КПД машины - это отношение теоретических затрат для получения полезного эффекта к действительным затратам для производства этого эффекта
теоретические затраты действительный затраты
Понятие «затраты» может подразумевать любые единицы изменения, в том числе и энергетические.
Из практики известно, что главным является выходная, а не максимальная мощность любого устройства. Значению Nmax всегда соответствует определенное значение tj. В реальных системах ^<50%.
Трение - процесс диссипации (рассеяния) энергии, т.е. переход процесса из упорядоченного в неупорядоченное состояние.
В любой машине существует трение. Наличие трения выражается в том, что затрачено работы должно быть больше. В любых реальных процессах преобразования тепла в работу и наоборот сопровождается увеличением работы на величину, эквивалентную обобщенному трению
ЛЬ = Тср ■ dSncm - теорема Гюи-Стодолы.
Величина ASatcm называется необратимостью или обобщенным трением.
Конспект пекиий. Часть I
7
Второй закон термодинамики: тепло самопроизвольно переходит лишь от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой, но не наоборот.
Некомпенсированный переход тепла возможен только от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой.
Внимание! Процесс можно считать термодинамическим, если масса вещества при осуществлении процесса не изменяется.
2.1. Основные понятия блока «энергия»
Работа - это одна из форм обмена энергией (наряду с теплотой) между термодинамическим телом и окружающей средой
L = F-dx,
где
F - обобщенная сила; dx - обобщенное перемещение.
Мощность - работа, произведенная за единицу времени
А—, dx
где
dL - изменение работы; dr-изменение времени.
Эффективный КПД машины - это отношение теоретических затрат для получения полезного эффекта к действительным затратам для производства этого эффекта
теоретические затраты действительный затраты
Понятие «затраты» может подразумевать любые единицы изменения, в том числе и энергетические.
Из практики известно, что главным является выходная, а не максимальная мощность любого устройства. Значению Nm& всегда соответствует определенное значение Т). В реальных системах tj<50%.
Трение - процесс диссипации (рассеяния) энергии, т.е. иереход процесса из упорядоченного в неупорядоченное состояние.
В любой машине существует трение. Наличие трения выражаегся в том, что затрачено работы должно быть больше. В любых реальных процессах преобразования тепла в работу и наоборот сопровождается увеличением работы на величину, эквивалентную обобщенному трению
ЛЬ-Т^ ■ dS^ - теорема Гюи-Стодояы.
Величина ASa,cm называется необратимостью или обобщенным трением.
Структура холодильного оборудования
|
