Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Низкотемпературных систем

Читайте также:
  1. B.3.2 Модель системы менеджмента БТиОЗ
  2. D. ЛИМФАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
  3. I. 2. 2. Современная психология и ее место в системе наук
  4. I. Тема и её актуальность: «Системная красная волчанка. Системная склеродермия. Дерматомиозит» (СКВ, ССД, ДМ).
  5. III. СИСТЕМЫ УБЕЖДЕНИЙ И ГЛУБИННЫЕ УБЕЖДЕНИЯ
  6. IX. Решить систему нелинейных уравнений
  7. Prism – система комунікації відеоджерел інформації, що дає змогу ділерові контролювати кілька екранів.

Идеальные циклы представляют интерес прежде всего как эталоны для сравнения, образцы для возможного совершенствования реальных систем. Все процессы, протекающие в реальных условиях, в той или иной степени необратимы; следствием этого является существенное различие характеристик идеальных и реальных циклов. Это различие сказывается в уменьшении холодопроизводительности и увеличении затрат энергии, необходимой для получения одного и того же эффекта по сравнению с идеальными циклами.

Таким образом, к основным характеристикам реальных циклов относятся холодопроизводительность и затраты работы.

Холодопроизводительность. В реальных системах холодопроизводительность определяется также произведением ее удельной величины qx на расход G.

 

Qx = Gqx. (47)

 

Следует различать полную и полезную холодопроизводительность. Независимо от вида реального цикла, его полную удельную холодопроизводительность можно определить как уменьшение энтальпии единицы массы рабочего вещества ∆i во всех хо-лодопроизводящих процессах данного цикла, т.е.

 

qx п = и Qx п = Gqx. п. (48)

Полезную удельную холодопроизводительность qx определяют как разность между ее полной величиной qx. п и суммой удельных потерь холода qп.

qx = qx. полн – å qп (49)

 

Потери холода, определяемые необратимостью различных процессов в реальных системах, включают различные составляющие.

å qп = qн+qc+qут+ …, (50)

 

где qn - потери от неполноты рекуперации теплоты; qc - потери от теплопритока из окружающей среды; qyт - потери от утечек.

 

Понятие холодопроизводительности применяют не только к рефрижераторным, но и к ожижительным циклам. Отличие ожижительных циклов состоит в том, что их холодопроизводительность реализуется не в виде теплового потока, отводимого от охлаждаемого объекта, а в виде выводимой из системы части потока рабочего вещества с пониженной энтальпией.

В ожижительных циклах используют понятие коэффициента ожижения х, равного отношению количества ожиженного газа к количеству газа, поступившего в цикл. Коэффициент х определяет долю рабочего вещества, перешедшего в жидкое состояние и полученного из установки в виде полезного продукта. Для идеального цикла х = 1. Удельная холодопроизводительность определяется теплотой, отведенной от газа в процессе его ожижения.

 

qx = х (i1 - if),(51)

 

где ix - энтальпия газа при температуре окружающей среды; if - энтальпия жидкости.

 

Затраты работы. Для получения полезного эффекта (холодопроизводительности) необходимо затратить работу (энергию), зависящую от вида используемого термодинамического цикла. В идеальных циклах эта работа минимальна. В реальных циклах помимо минимальной работы Lmln затрачивается дополнительная работа DL для компенсации потерь, обусловленных необратимостью процессов в реальных системах. В наиболее распространенных термомеханических криогенных системах основной составляющей является работа на сжатие компрессором рабочего вещества, поступающего в цикл.

Работа сжатия 1 кг идеального газа рассчитывается по формуле:

 

LK = RT0 ln (p2/p1)/ hиз, (52)

 

где R - газовая постоянная; p2/p1 - отношение давлений; hиз. - изотермический КПД.

 

Полные затраты энергии составляют:

 

L = LK± LД , (53)

 

где LД - дополнительные виды энергии, например, энергия, затраченная при использовании внешних источников холода, таких, как сжиженный криоагент, криогенная машина (+LД) или энергия, возвращаемая в детандерах (–LД).

 

Практически широко используют понятие удельного расхода энергии l0 - отношение полной энергии L на 1 кг рабочего вещества к единице полученного эффекта (холодопроизводительности qx, доли жидкости х, доли Mi продуктов разделения). Удельный расход энергии для рефрижераторных циклов (Дж/Дж) определяется следующим образом:

l0= L/qx , (54)

 

для ожижительных циклов (кДж на 1 кг жидкости) -

 

l0= L/x; (55)

 

для газоразделительных циклов (кДж на 1 м3 продукта) -

 

l0= L/ Mi. (56)

 

При проектировании криогенных систем стремятся такие выбирать параметры циклов, чтобы обеспечить минимальное значение 10.

При проведении термодинамического анализа криогенных циклов используют выражение для полной затраты работы, позволяющее определить влияние отдельных видов потерь на суммарную работу и эффективность цикла.

 

L = Lmin + DL, (57)

 

где Lmln - минимальная работа, затрачиваемая в идеальном обратимом цикле; DL = То å ∆si - дополнительная работа, необходимая для компенсации потерь (То - температура окружающей среды); å ∆s - суммарное изменение энтропии всех тел, участвующих в данном процессе или цикле.

 

Формулу (57) широко используют для термодинамического анализа криогенных установок. Этот анализ позволяет определить влияние потерь в отдельных элементах (машинах, аппаратах) и указывает пути повышения экономичности криогенных систем. Наряду с удельной холодопроизводительностью и удельной энергией используют и другие характеристики, позволяющие сопоставить криогенные циклы и оценить их эффективность.

Холодильный коэффициент e представляет собой отношение полезной холодопроизводительности qx к затраченной работе.

 

e = qx/L (58)

 

Холодильный коэффициент является не термодинамической характеристикой, а лишь мерой эффективности охлаждения на единицу затраченной работы. Его используют для сопоставления между собой циклов, работающих на одинаковых температурных уровнях и выполняющих одинаковую задачу. Холодильный коэффициент больше для цикла, в котором потери и, следовательно, затраты работы меньше. Из формул (54), (55) видно, что коэффициент e - величина, обратно пропорциональная l0. Для идеального рефрижераторного цикла Карно определим холодильный коэффициент в соответствии с формулами (29), (30).

 

eC =qx/lmin= ТХ /(Т0 — Тх) (59)

 

Для идеального ожижительного цикла в соответствии с фор­мулами (38) и (39) определяется холодильный коэффициент:

 

eид =(i1 - if) / (T0 (s1 - sf)- (i1 - if )). (60)

 

Термодинамический КПД ht характеризует эффективность реального цикла по сравнению с соответствующим идеальным прототипом. Понятие термодинамического КПД широко используют в криогенной технике; ht позволяет оценить потери от необратимости, установить их относительное значение. Термодинамический КПД определяют как отношение холодильного коэффициента реального цикла eР к холодильному коэффициенту эквивалентного идеального цикла eИД.

ht=eР/eИД (61)

 

ht < 1 всегда, и только при полной обратимости цикла ht = 1. Величину ht можно выразить и другим способом. Так как у сопоставляемых циклов (реального и идеального) должна быть одинаковая холодопроизводительность qx, с учетом формулы (58) получим

. (62)

 

Таким образом, термодинамический КПД легко вычислить как отношение затрат энергии в идеальном и реальном циклах. Необ­ходимо уточнить, что под идеальным циклом обычно понимают обратимый цикл, термодинамически наиболее совершенный для реализации данной задачи.

Эксергетический КПД he - это отношение потоков эксергии, отведенной из системы Е и подведенной к ней Ео.

 

he = Е/Ео (63)

 

Отводимая эксергия является разностью подводимой эксергии и ее потерь å Епi,т.е. Е = Ео å Епi. Для обратимых процессов å Епi = 0 и Е = Ео (he = 1).

Исследование потоков эксергии и ее превращений в различных элементах криогенных установок дает информацию о термодинамическом совершенстве этих элементов и установки в целом. Для вычисления he необходимо знать потоки эксергии и их зависимость от параметров состояния системы. Эксергию можно определить по эксергетическим диаграммам. Эксергетический КПД he, как и термодинамический, используют для термодинамического анализа криогенных процессов и циклов.

Рассмотренные характеристики циклов широко применяют при расчете и анализе криогенных систем. Следует отметить, что, как правило, невозможно обеспечить оптимальное значение сразу всех характеристик. Так, высокая удельная холодопроизводительность qx или коэффициент х часто не соответствуют высокому холодильному коэффициенту e или минимальному расходу энергии. По этой причине в каждом конкретном случае к криогенной установке предъявляют определенные требования, удовлетворение которым создает наилучшие условия работы. Расчет цикла обычно сопровождают его оптимизацией, суть которой состоит в выполнении серии расчетов при изменении различных параметров (давлений, температур, допустимых потерь и др.). В результате принимают те значения параметров, которые обеспечивают оптимальные или близкие к оптимальным показатели по одной или нескольким характеристикам.

 

 


Дата добавления: 2015-07-24; просмотров: 147 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Рабочие диаграммы криогенных систем | И фазовые переходы бинарных систем | Процессы внешнего и внутреннего охлаждения | В обратных термодинамических циклах | Дросселирование газов, паров и жидкостей | Равновесное адиабатное расширение газа в детандере | Криогенное термостатирование | Криогенное охлаждение | Ожижение криогенных газов | Разделение газовых смесей |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Классификация криогенных циклов| Энергетический баланс отдельных ступеней охлаждения

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.012 сек.)