• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

З рівняння (3.26) випливає, що

на Т–s – діаграмі робота циклу виражається площею 1234.

Ефективність здійснення холодильного циклу оцінюється холодильним коефіцієнтом, який дорівнює відношенню теплоти, отриманої холодильним агентом від охолоджуваного тіла, до роботи циклу:

(3.27)

(3.28)

Із виразу (3.28) випливає, що ефективність циклу Карно залежить від температур тіл, між якими здійснюється цикл. При температурі навколишнього середовища Т_{н .с} витрата роботи на оди­ницю відведеної теплоти буде тим більша, чим нижча температура Т_прям. Отже, економічно недоцільно використовувати для охолоджен­ня джерело з більш низькою температурою, ніж це потрібно для вирішення конкретної задачі. Холодильний коефіцієнт може зміню­ватися у межах від 0 до ¥.

Сукупність технічних пристроїв, необхідних для здійснення холодильного циклу, називається холодильною машиною.

Зворотний цикл теплового насоса може бути представлений також циклом Карно 5-6-7-8 (рис. 3.8). Теплота q_от, отримана одним кілограмом холодильного агента від навколишнього середовища, відпо­відає площі с85d, а теплота, віддана тілу з високою температурою q_в, – площі с76d. Робота циклу l=q_в-q_от. відповідає площі 5678.

Ефективність циклу теплового насоса виражається коефіці­єнтом перетворення теплоти, рівним відношенню отриманої теплоти до витраченої роботи:

(3.29)

Коефіцієнт перетворення теплоти завжди більший за одиницю.
Це свідчить про те, що з енергетичної точки зору для опалення доцільніше застосовувати цикл теплового насоса, ніж електричний нагрівач, тому що при температурі Т_в тепловий насос дозволяє одержати від кожного джоуля електроенергії в m разів більше теплоти. Машина, що здійснює такий цикл, називається тепловим насосом.

Холодильне устаткування коштує значно дорожче теплового, тому за величиною сумарних витрат опалення за допомогою тепло­вого насоса економічно виправдане тільки там, де цілий рік потрібно кондиціонувати повітря.

У зворотному комбінованому циклі Карно 9-10-11-12 (рис. 3.8) теплота, відведена 1 кг холодильного агента від охолоджуваного тіла, відповідає площі е129f, теплота підведена до джерела високої температури, виражається площею е1110f. Робота циклу відповідає площі 9101112. Комбінований цикл складається з двох циклів: холодильного і теплового насосів. Але комбінований цикл можна здійснити однією машиною, що доцільніше, ніж двома – холо­дильною машиною і тепловим насосом. За таким циклом можуть працювати машини, що дозволяють осушувати (виморожувати) і підігрівати повітря, нагрівати і охолоджувати молоко, охолоджувати харчові продукти і нагрівати воду (повітря) для технологічних або побутових цілей.

Холодильний цикл (рис. 3.8) здійснюється між тілом, що охо­лоджується, і навколишнім середовищем, температури яких постійні. Розглянемо випадок, коли температура тіла, що охолоджується змінна, а навколишнього середовища - постійна (рис. 3.9). Щоб цикл і у цьому випадку був зворотним, процеси теплообміну між тілом, що охолоджується, навколишнім середовищем і холодильним агентом повинні відбуватися за нескінченно малої різниці температур. Отже, прямі 1-4 і 3-2,щовідображають зміни стану відповідно охолоджува­ного тіла і навколишнього середовища, практично збігаються з прямими зміни стану холодильного агента 4-1 і 2-3. Оскільки процеси стиснення 1-2 і розширення 3-4 холодильного агента відбуваються адіабатично, то холодильний цикл 1-2-3-4 є оборотним.

Кількість теплоти , від­веденої одним кілограмом холо­дильного агента від охолоджува­ного тіла, в оборотному циклі еквівалентна площі а4lb. Кількість теплоти, переданої одним кілогра­мом холодильного агента навко­лишньому середовищу , вимі­рюється площею а32b. Робота циклу l^обр еквівалентна площі 1234. Холодильний коефіцієнт циклу розраховують за формулою

(3.30)

Розглянемо показники циклу Карно, що здійснюється між тими самими тілами – охолоджуваним, температура якого змінюється, і навколишнім середовищем.

Теплообмін між холодильним агентом і навколишнім середо­вищем буде відбуватися при постійній температурі Т_н.с., друга ізотерма повинна проходити через точку 4, щоб забезпечити відве­дення теплоти в процесі 4-1. Отже, початковий стан ізотерми Т_прям1 циклу Карно відомий, а кінцевий стан визначають, виходячи з умови рівності кількості теплоти, відведеної від охолоджуваного тіла, кількості теплоти, прийнятої одним кілограмом холодильного агента, тобто площі повинні бути рівні: а41b =а41^’c. Отже, отриманий цикл Карно 4-1^’-2^’-3 складається з двох ізотермічних 4-1^’ і 2^’-3 і двох адіабатичних 1^’-2^’ і 3-4 процесів.

Питома масова холодопродуктивність холодильного агента в циклах, що розглядалися, однакова: = .

Теплота, що віддається холодильним агентом навколишньому середовищу в циклі Карно, більша, ніж у циклі із змінною темпера­турою, тому що площа а32’с більша за площу а32b на площу b22’с. Останню можна подати у вигляді рівняння

(3.31)

Тоді можна записати

(3.32)

Робота циклу Карно виражається таким рівнянням:

(3.33)

Із рівності (3.33) випливає, що при здійсненні циклу Карно витрачається більше роботи, ніж у попередньому циклі, тому що температура холодильного агента нижча, ніж охолоджуваного тіла. Додаткова робота, що витрачається в циклі Карно, порівняно із зворотним циклом, при однаковій питомій масовій холодопро­дуктивності холодильного агента буде

(3.34)

Зростання ентропії Ds₁ викликане зовнішньою необоротністю, джерелом якої є теплообмін, що протікає при кінцевій різниці температур.

Холодильний коефіцієнт циклу Карно

(3.35)

Отже, холодильний коефіцієнт циклу Карно, що відбувається при змінній температурі охолоджуваного тіла, менший за холо­дильний коефіцієнт відповідного оборотного циклу.

Реальні цикли є необоротними внаслідок дійсних процесів, що відбуваються при їхньому здійсненні: теплообмін при кінцевій різниці температур, розширенні і стисненні за наявності тертя, дроселювання. Ступінь необоротності може бути різним. Тому термодинамічна доско­налість циклу визначається шляхом зіставлення його з оборотним циклом, що має ту ж саму величину питомої масової холодопродук­тивності, і оцінюється коефіцієнтом оборотності, рівним відношенню їх холодильних коефіцієнтів.

Тоді коефіцієнт оборотності розглянутого циклу Карно буде

(3.36)

Припустимо, що теплообмін в ізотермічному процесі між холодоагентом і навколишнім середовищем відбувається також при кінцевій різниці температур. Тоді площа а3’2"с (рис. 3.9) відповідає кількості теплоти q, що передається від 1 кг холодильного агента навколишньому середовищу. Оскільки теплота повинна бути перене­сена на більш високий рівень, слід затратити додаткову роботу

(3.37)

Збільшення ентропії Ds₂ пов’язане також із необоротністю процесу теплообміну через кінцеву різницю температур. Величину Ds₂ можна визначити, відкладаючи по ізотермі T_н.c від точки 3 відрізок такої величини, щоб площа а32"’b, була рівна площі а3’2"с.

Отже, додаткова робота необоротного циклу 1’-2"-3’-4 порів­няно з оборотним 1-2-3-4 складе

(3.38)

Тоді робота циклу Карно 1'-2"-3'-4

(3.39)

Холодильний коефіцієнт цього циклу Карно

(3.40)

Коефіцієнт оборотності циклу

(3.41)

Отже, ступінь оборотності цього циклу Карно менший за попе­редній цикл, що відповідає принципу Гюї - Стодоли: чим більша необоротність (збільшення ентропії) циклу, тим більше роботи треба витратити для одержання одного й того ж корисного ефекту.

Таким чином, аналіз енергетичної ефективності холодильного циклу базується на оцінці витрат порівняно з оборотним (зразковим) циклом. У термодинаміці є декілька зразкових циклів – Карно, Лоренца, Стірленга та ін. Але, як зазначено вище, зразковий цикл не є універсальним, він повинен вибиратися з урахуванням конкретних умов взаємодії холодильного агента з тілами, між якими відбувається цикл.

Зворотний цикл Карно лежить в основі принципу роботи холо­дильних машин, що використовуються у холодильній техніці. Залежно від використовуваного робочого тіла (холодоагента) холодильні машини поділяють на дві групи: парові й газові. У випарнику парової холодильної машини при відведенні тепла до робочого тіла від охо­лоджуваного об’єкта відбувається випаровування, а в конденсаторі при відведенні теплоти від робочого тіла у навколишнє середовище (до повітря чи води) - його конденсація. У парових холодильних машинах як робоче тіло використовуються аміак і хладони - фтористі й хлористі похідні граничних вуглеводнів. У газових холодильних машинах вико­ристовують повітря.

Залежно від способу подачі робочого тіла в конденсатор розріз­няють компресорні, абсорбційні і пароенжекторні парові холодильні машини. У парових і газових компресорних холодильних машинах робочий цикл здійснюється за рахунок механічної роботи компресора.
В абсорбційних і пароенжекторних холодильних машинах робочий цикл відбувається у результаті затрати тепла. Для забезпечення потрібних температур кипіння і конденсації робочого тіла використовують одноступінчасті, багатоступінчасті і каскадні парові компресійні холодильні машини. В одноступінчастих використовують один, а в багатоступінчастих і каскадних - два і більше компресори, які забезпечують здійснення холодильного циклу на кожному етапі машини.

Для холодильної обробки і низькотемпературного збереження харчових продуктів застосовують переважно парові компресорні одно- і двоступінчасті машини.

Читайте також:

1. V Процес інтеріоризації забезпечують механізми ідентифікації, відчуження та порівняння.
2. Асимптотичний підхід до порівняння оцінок
3. Бюджетний контроль - це порівняння показників бюджету зі звітом за від­повідний період часу.
4. В обох випадках основним розрахунковим рівнянням є рівняння теплопередачі і теплового балансу
5. Вивід основного рівняння фільтрації
6. Використання рівняння номінальних витрат за моделлю COCOMO II
7. ВПРАВА 2. Утворіть де можливо, форми ступенів порівняння від поданих прикметників.
8. Гармонічні коливання. Диференціальне рівняння гармонічних коливань та його розв’язок. Амплітуда, фаза, частота, період коливань
9. Гіпербола та її рівняння
10. Головне рівняння відцентрового насоса. Теоретичний напір.
11. Два означення інтегралу. Теореми про загальний вигляд інтегралу та залежність двох інтегралів одного диференціального рівняння.
12. Десяткові дроби, їх порівняння, операції над ними. Перетворення десяткових дробів у звичайні та звичайних у десяткові.

Переглядів: 627