Современные кондиционеры и климатехника

Архив рубрики «Теоретические основы технологии получения холода»

При расчетах морозильных машин примут на вооружение два варианта P-I диаграмм. Данные варианты выделяются масштабом оси давления: в некоем случае — данное Р, в ином — lg Р. Диаграмма P-I наиболее точна в сфере критической точки и применяется, например, для хладагента С0 2 , морозильный цикл которого лежит в окрестности критической точки. Для прочих хладагентов, применяемых далеко от критической точки, удобнее трудиться с диаграммой lg P-I. Т.к. в кондиционерах как правило применялся хладагент R22, обсуждение lg P-I диаграммы станем вести на случае этого хладагента (рис. 3.2.17). Сегодня идет смена хладагента R22 на альтернативные (R407C, R410A), термодинамические свойства которых подобны хладагенту R22. На lg P-I диаграмме по оси абсцисс приостанавливается удельная энтальпия/(кДж/кг). В приведенной диаграмме (3.2.17, а) начало координат Рис. 3,2.13. Линии многократной сухости на lg P-I диаграмме обозначено 80 кДж/кг, а удельная энтальпия при температуре 0 °С составляет 200 кДж/кг. В каких-либо диаграммах подобраны другие ценности энтальпии в данных точках. Однако данное не отражается на эффектах расчетов, т.к. важна разность энтальпии 2 состояний вещества, а не полнейшее ее значение. Ось ординат являет из себя логарифмическую шкалу, на коей нанесено значение давления в барах. По центру диаграммы находится подковообразная линия, верхняя точка которой считается критической и обозначена Скр. Эта линия разграничивает плоскость диаграммы на 3 области. В сфере I (рис. 3.2.13) хладагент присутствует в жидком состоянии, в сфере II — в парожидкостном (двухфазное состояние), в об-ласти III — в состоянии равным признаком процентного содержания пара в смеси. Линия х = 0,1 соответствует состоянию газа с 10 % содержанием пара и 90 % содержанием жидкости. Кривые х= 0 их = 1 считаются пограничными линиями. Линия х = 0 — данное линия жидкого хладагента, а линия х = 1 — данное линия пара. Обратим внимание на нрав кривой многократных значений температуры (рис. 3.2.14). В сфере I изотерма вертикальна, в сфере II — горизонтальна, ну а в области III — вначале криволинейна, а затем устремляется стать вертикальной. На диаграмме кроме того изображены линии многократного удельного размера (рис. 3.2.15) и линии многократной энтропии (рис. 3.2.16). Для конкретного определения параметров термодинамического процесса используют lg P-I диаграммами, выпускаемыми заводами-изготовителями хладагента. Как правило, данные диаграммы сделаны в солидном Рис. 3.2.15. Линии многократного удельного размера на lg P-I диаграмме Рис. 3.2.16. Линии многократной энтропии Изотермическое парообразование Как было показано ранее, процесс изотермического парообразования в морозильном цикле идет по линии 1-2, а далее продолжается до масштабе и довольно точно, что разрешает использовать их для расчетов. Помимо того, наличествуют таблицы состояния хладагента при разных температурах, а кроме того таблицы удельного объема, энтальпии и энтропии хладагента в разных состояниях (на линии насыщения, чрезмерно разогретого пара) (табл. 3.2.1). Энтальпийная диаграмма для хладагента R22 изображена на рис. 3.2.17, а, и рис. 3.2.17, б. В табл. 3.2.1 приведены термодинамические данные хладагента R22 на линии насыщения. Удельный объем, энтальпия и энтропия в состоянии чрезмерно разогретого пара для хладагента R22 приведены в таблицах 3.2.2, 3.2.3, и 3.2.4. Рассмотрим представленный на lg P-I диаграмме теоретический цикл одноступенчатой компрессионной морозильной машины, используемой для кондиционирования воздуха. При кондиционировании температура воздуха, подаваемого в здание от кондиционера, обязана быть положительной, а температура конденсации должна превышать температуры находящейся вокруг среды на 10-15 К. В следствии этого температуру кипения подбираем +5 °С, а конденсации +40 "С. На lg P-I диаграмме (рис. 3.2.17) проведем линии многократного давления, сообразные данным температурам. Данное соответственно 5,838 и 15,34 бара (точное значение характеризуем по таблицам). Термодинамические данные хладагента на линии насыщения (точки 2,5 и 6) характеризуем по таблице 3.2.1. Рассмотрим процессы, происходящие в морозильных машинах систем кондиционирования. 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 / Удельная энтальпия, кДж/кг Рис. 3.2.17, a. lg P-I диаграмма для фреона R-22 (полная) точки 3 (перегрев испарителя для исключения мокрого хода компрессора). Примем значение перегрева 5 К. В тех случаях точка 3 станет характеризоваться давлением Р = 5,838 бара и температурой t = +10 °С. По таблице энтальпии чрезмерно разогретого пара (табл. 3.2.3) находим энтальпию при +5 X (с учетом перегрева +5 X) 1 Ъ = 410,9 кДж/кг. Энтропию и удельный размер в точке 3 находим кроме того по таблицам 3.2.4 и 3.2.2: S 3 = 1,758 кДж/кг ■ К; V= 41,46 дм 3 /кг. Изоэнтропийное сжатие Хладагент скукоживается до давления Р = 15,34 бара (точк а 4) по линии S = const. Точка 4 лежит на пересечении линий ? 4 = 15,34 бара и 5 4 = 1,758. По таблице энтропии в состоянии чрезмерно разогретого пара (таблица 3.2.4) находим, что для отмеченных Р и S перегрев что же касается температуры насыщения в точке 5 составляет +20 К. Т.к. температура хладагента в точке 5 составляет 40 X, то в точке 4 в соответствии с этим t, - 40+20 = 60 X; V, = 17,25 дм 3 /кг. Из-за издержек давления на входе компрессор обязан производить всасывание при давлении ниже давления улетучивания (участок 3—3'), а из-за издержек давления на выходе компрессор обязан сжимать хладагент до давлений повыше давления конденсации (участок 4'-4"). Потребность компенсации перечисленных потерь повышает работу сжатия (линия 3'~4') и сокращает эффективность цикла. Отметим, что изоэнтропийное сжатие можно вычислить только при превосходно теплоизолированном компрессоре. Т.к. ни один компрессор не имеет возможности быть идеален, при расчете нужно вносить поправки. Конденсация Конденсация состоит из 3 процессов: снятия перегрева, конденсации и переохлаждения. Из точки 4 "по линии 4"—5 идет процесс подготовительного замараживания (снятие перегрева) хладагента, а по линии 5-6 — процесс конденсации. Отрезок 6-7 есть переохлаждение хладагента в конденсаторе. Напомним, что процесс переохлаждения нужен для обеспечивания конденсации всего хладагента в конденсаторе и увеличения эффективности дросселирования. Примем переохлаждение равным 5 К, в тех случаях точка 7 станет характеризоваться параметрами Р 7 = 15,34; t 7 = 35 X; / 7 = 242,0 кДж/кг. Энтропия в данной части диаграммы не указана. Хотя это не играет роли, т.к. нас интересуют ценности энтальпии. Изоэнталышйное расширение Данный процесс идет по линии 7- 1 при многократной энтальпии. Параметры точки 1 находим, как следует из того, что Р х = 5,838, а / ( = 7 7 = =242,0 кДж/кг. 5 7 и V 7 находим по таблицам: ^ = 1,021 и V 7 . = 0,788 дм 3 /м. Эффекты занесем в таблицу.

Т очка

/,°С

/, кДэк'кг

S, кДж/ктК

…
Читать дальше P-I ДИАГРАММА ХОЛОДИЛЬНОГО ЦИКЛА

Специалисты в области морозильной техники примут на вооружение более 3 ООО специализированных терминов. В начале данного раздела мы приведем какие-либо из них, без которых рассказать основы технологии получения морозы не представляется возможным. При потребности читатель имеет возможность обращаться к политехническим словарям, к особым словарям по морозильной науке и технике, изданным Интернациональным институтом холода, либо к другим учебникам [21]. Совокупность тел, коие энергетически взаимодействуют меж собой, с иными телами и с находящейся вокруг их средой, составляет термодинамическую систему. Величины, определяющие состояние термодинамической системы, именуют параметрами состояния системы. Параметры состояния, не зависящие от массы термодинамической системы, именуются активными термодинамическими параметрами (например, давление и температура). Параметры состояния, пропорциональные массе этой термодинамической системы, значение которых точно также сумме значений этих же параметров отдельных компонентах системы, именуются экс- тенсивными термодинамическими параметрами (например, размер и внутренняя энергия). Энергия считается количественной мерой разных форм перемещения материи. Энергия напрямик или косвенно имеет возможность быть превращена в работу. Работа ориентируется как произведение силы на движение в направлении воздействия силы. Работа измеряется в Джоулях (Дж = Н - м). Коль скоро тело обладает энергией, то у него есть возможность осуществить работу, которая согласно с принципом сбережения энергии имеет возможность быть преобразована в иную форму энергии. Закон сбережения энергии формулируется грядущим образом: "Работа наружных сил плюс приближенная теплота используются на перемена механической и внутренней энергии рабочего тела". К наружним силам относятся, например, силы давления и силы трения. Мощность — это приватное от деления сделанной работы либо переданной энергии в течение явного интервала времени на продолжительность данного интервала. Физическое состояние однородного препарата однозначно ориентируется тремя ключевыми параметрами: температурой, давлением и объемом. Совокупность данных параметров характеризует агрегатное состояние вещества. Температура определяет интенсивность теплового перемещения молекул, атомов и иных частиц, образующих термодинамическую систему. Энергия теплового перемещения прямо пропорциональна полнейшей температуре тела. С молекулярно-кинетической стороны медали температура не имеет возможности быть отрицательной. Кратчайшее значение температуры есть нуль. При данной температуре давление совершенного газа точно также нулю, перемещение молекул прекращается. Это есть изначальная точка полнейшей шкалы температур. Полнейшая шкала температур введена английским научным работником Кельвином. В данной шкале тройная точка воды (термодинамическое состояние, при котором наличествуют все 3 фазы вещества: газ, жидкость, твердое состояние) равна 273,16 К. По шкале Цельсия данному состоянию воды присвоено значение температуры О "С. Этим образом, меж шкалами полнейшей Кельвина (К) и Цельсия (°С) присутствует соотношение: К-*С+273,16; °С - К-273,16; Помимо того, присутствуют шкалы Фаренгейта ( °F), Реомюра ( °R) и Ренкина ( °Ren), Меж ними и шкалой Цельсия последующие соотношения: °F =i°C +32; °C = -(°F-32); 5 Г 1 °R=-°C; °C=-°R; °Ren =-°С+491,7; 4 5 5 °C=-(°Ren- 491,7). где с — удельная теплоемкость вещества; т — масса вещества; t K , t a — конечная и изначальная температура вещества. Удельная теплоемкость препарата (с) определяет численность теплоты, нужное для нагревания 1 кг препарата на 1 К. Уравнение (3.1.2) считается основной формулой калориметрии. Оно разрешает определить удельную теплоемкость тела (вещества), т. е. численность тепла, которое необходимо сообщить (или изъять) туловищу единичной массы, чтобы увеличить (или снизить) его температуру на 1 К. Удельная теплоемкость находится в зависимости от природы тела и его физического состояния: стоит отметить теплоемкость воды (жидкое состояние) фактически в W-F -1, ( Н-м), а теплота как результат этой работы равна: Q^cm (t-Q, (3.1.2) (3.1.1) rflBIK Теплотой называется часть энергии, коия непосредственно передается этому телу от более нагретого тела в эффекте теплового контакта меж ними. Надлежит отмстить, что этот прием передачи э нергии не связан с совершением работы одним туловищем над другим. За единицу теплоты принят 1 Джоуль (Дж = Н ■ м). Теплообмен меж твердыми телами, газами и жидкостями, которые пребывают при различных температурах, имеет возможность происходить 3 способами: излучением, теплопроводностью и конвекцией. Предоставление теплоты излучением случается путем трансформации тепловой энергии тела в лучистую энергию — электромагнитные волны, которые, распространяясь в пространстве, достигают иного тела и преобразуются в тепловую энергию данного тела. Предоставление теплоты теплопроводностью осуществляется с помощью передачи энергии молекул наиболее 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 имиджу с теплопроводностью теплота имеет возможность передаваться путем перемешивания сред с разной температурой. При конвективном теплообмене перенесение тепла осуществляется от жидкой либо газообразной среды к твердому туловищу (например, в тепло-обменных аппаратах). Как правило, эти три преспособления передачи тепла существуют в тепловых машинах одновременно. Соответствие меж работой и полученным в эффекте выполнения этой работы теплом обозначил английский ученый Джоуль (1845), коий вычислил механический эквивалент теплоты. Количественно работа имеет возможность быть определена как Таблица 3.1.2, Удельная теплоемкость воздуха с р> кДжДкт • К)

Давление, бар

Температура, а С

0

60

120

ISO

240

i

1,0224

1,0316

1,0412

1,0596

1,0599

25

1,0517

1,0614

1,0706

1,0800

1,0894

50

1,0823

1,0915

1,1010

1,1103

1,1197

100

1,1409

1,150а

1.1599

1,1693

1,1787

150

1,1945

1,2037

1,2133

1,2227

1,2320

200

1,2397

1,2493

1,2585

1,2683

1.2773

300

1,2820

1,2912

1,3008

1,3102

1,3196

дважды больше, нежели теплоемкость льда (твердое состояние). Надлежит отметить, что вода — данное жидкость с наиболее высоким значением удельной теплоемкости. Дабы обеспечить установленное изменение температуры, вода обязана поглотить либо отдать тепла больше, нежели любое другое тело настолько же массы. При изменении давления и температуры теплоемкость изменяется. Поэтому, как следует из начального состояния вещества, можно обрести два разных конечных состояния и 2 удельные теплоемкости: с р — удельная теплоемкость при многократном давлении; с р — удельная теплоемкость при многократном объеме. Для газов разницу с р — с,, =Л есть величина многократная и называется удельной газовой постоянной. Обыкновенно среднюю удельную теплоемкость воды принимают 1 ккалДкг-К) либо 4,18 кДж/(кг-К); среднюю удельную теплоемкость воздуха 1 кДж/(кг-К); фреона R22 - 0,7 кДж/(кг-К). Удельные теплоемкости воздуха и хладагента R22 при разных температурах приведены в таблицах 3.1.2 и 3.1.3. Удельный размер газа или жидкости есть размер единицы массы: Э=-,м'/кг, (3.1.3.) т где V — объем вещества; га — масса вещества. Величина, обратная объему, называется плотностью: 1 т i (3 14 ^ & V Температура, °С

кДж/(кг-К

с„ кДж/(кг-К)

…
Читать дальше ОСНОВНЫЕ понятия И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Все механические, электрические и магнитные процессы можно поделить на обратимые и необратимые. Обратимые процессы — это эти процессы, в коих исходное состояние имеет возможность быть достигнуто без некоторых остаточных перемен системы. Например, механические либо электрические шатания протекают обратимо, т.к. они время от времени попадают в исходное состояние. Идеальные обратимые процессы характеризуются следующими признаками: 1. Исходное состояние достигается путем обратного хода процесса (колебание маятника). 2. Регенерацию исходного состояния не настятельно просит подвода энергии извне. Рис. 3.2.5. Графическое представление работы при сжатии газа в Р-Кдиаграмме механическую энергию в Р- V диаграмме (рис. 3.2,5) можно предположить как площадь, заключенную меж кривой процесса и осью ординат: dW-p-dV. 3. Обратимый процесс не оставляет ни в некоем из участвующих в ходе тел остаточных перемен состояния. Противоположностью обратимых процессов считаются процессы необратимые, например, пластические процессы диструкции тел, химические реакции, предоставление энергии излучением. Необратимые процессы характеризуются следующими признаками: 1. Все необратимые процессы сами собой проходят только в одном направлении. Например, аромат духов обратно во флакончик не возвращается. 2. При всех необратимых процессах работа растрачивается, т.е. упускается вероятность осуществить полезную работу. Вместо нужной работы случается только нагревание тел (нагретый газ в поршне идет на манёвр поршня, хотя часть тепла излучается в пространство). Для непрерывности необратимого процесса нужно пополнять систему энергией извне. 3. В закрытых системах необратимые процессы приводят к остаточным переменам состояния систем. Для количественной оценки степени совершенства обратимых процессов Клаузис (1882) использовал понятие энтропии, суть которого заключается в следующем. Всякое перемещение частиц устремляется к беспорядку. Энтропия характеризует, как далеко ушло нацеленное (упорядоченное) перемещение частиц к массовому волнению и насколько сложно (или невозможно) совершить обратный переход. По сути, энтропия определяет процесс теплообмена системы с находящейся вокруг средой. При выполнении процесса сжатия в цилиндре с поршнем При изыскании тепловых процессов существенно не абсолютное значение энтропии что же касается 5 = 0 при Г а& = 0, а перемена (прирост) энтропии рабочего тела в ходе теплового цикла: Энтропия, S, кДж/((сг-К) Рис. 3.2.6, Графическое представление элементарной энтропии , . , т ^ т ' где Опогм — ■ обратимо поглощенная энергия; Т — полнейшая температура при поглощении. Обратимый процесс без издержек с Д5 = 0 фактически недостижим. В настоящих замкнутых системах AS > 0. Пример. Возрастание энтропии при плавлении. Пускай тело массой М имеет удельную энтальпию (теплосодержание) плавления / и температуру плавления Т пл . Процесс плавления случается в среде с температурой, превышающей Т„ л на исчезающе небольшую величину. Энтальпия плавления / поглощается фактически при температуре плавления, В таком случае энтропия плавящегося тела возрастет на значение ft, (3.2.3) Д5 = M-I , а удельное приращение энтропии составит: Подобно оценку тепловой энергии можно вычислить как dq =T -ds, dq откуда ds ^-jr- В тех случаях энтропия станет равна - . Л9 =^=-L уа ~м~т пл - Стоит отметить для воды Т пл = 273,16 К, / = 3,35 ■ 10 s Втс/кг, а удельное приращение энтропии составит: д ^ _ 3,35 10 J уд 273,16 = 1,21-10 ; Вт-с кг-К Для ртути в соответствии с этим = 234,1 К; / = 11,8 ■ 103 Вт-с/кг, удельное приращение энтропии кг-К Пример, Возрастание энтропии при испарении. Пускай тело массой М имеет удельную энтальпию улетучивания г, в тех случаях приращение энтропии при испарении составит: Для воды (Г исп - 373,16 К и г - 2,26 • 10 5 Вт-с/К) удельное приращение энтропии составит 6,06-10 3 Вт-сДкг-К). Понятие энтропии очень сложное. Стоит отметить в [21] по этому предлогу сказано: "Не станем забывать, что понятие энергии считается интуитивным, а энтропии — абстрактным, и что они были восприняты человеком только недавно и с наибольшим трудом".…
Читать дальше ДИАГРАММА ХОЛОДИЛЬНОГО ЦИКЛА