Цикл воздушной холодильной машины

Основными элементами установки для получения холода (рисунок 14.1) являются компрессор 1 и детандер 3. Кроме них, имеются два теплообменных аппарата, в одном из них ─ рефрижераторе 4 воздух воспринимает теплоту от охлаждаемой емкости, а во втором ─ холодильнике 2 отдает теплоту окружающей среде или воде холодильника.

		Рисунок 14.2 – p-V – диаграмма воздушной холодильной машины
	Рисунок 14.1 – Схема воздушной холодильной машины

Процессы в холодильнике и рефрижераторе идут при постоянном давлении, если пренебречь гидравлическими сопротивлениями. В компрессоре давление повышается от р₁ до р₂, в детонаторе падает от р₂ до р₁, причем процессы сжатия и расширения считают адиабатными. Таким образом, идеализированный цикл холодильной машины состоит из двух изобар и двух адиабат (рисунки 14.2 и 14.3). Этот цикл называется циклом Лоренца.

Расчет цикла производится следующим образом. Теплота q_{2 ,} отбираемая воздухом от охлаждаемого объема (холодного источника) в изобарном процессе 2-3, равна

. (14.5)

Теплота q₁, отдаваемая воздухом в окружающую среду (охлаждающей воде) в изобарном процессе 4-1, равна

. (14.6)

Считая воздух идеальным газом с постоянной теплоемкостью, найдем

; , (14.7)

а работа, необходимая для осуществления цикла, равна

. (14.8)

Подставляя значения q₂ и l_ц в формулу (14.1), получим

, (14.9)

или

. (14.10)

Для адиабатного процесса 3-4 можно записать

(14.11)

и аналогично для адиабатного процесса 1-2

. (14.12)

Поскольку для изобарных процессов 4-1 и 2-3

и ,

то из (14.11) и (14.12) имеем

, .

Тогда уравнение (14.10) можно переписать в виде

, (14.13)

или . (14.14)

	Рисунок 14.3 – T-s – диаграмма цикла Лоренца		Рисунок 14.4 – T-s – диаграмма цикла Лоренца и холодильного цикла Карно

Таким образом, холодильный коэффициент цикла зависит только от отношения давлений р₁/р₂. При постоянных температурах окружающей среды и охлаждаемой емкости рассматриваемый цикл является внешне не обратимым. Это вызвано тем, что изобарные процессы теплообмена протекают при конечной разности температур, поэтому холодильный коэффициент этого цикла по сравнению с холодильным коэффициентом цикла Карно меньше.

Из рисунка 14.4 видно, что в обратном цикле Карно отбирается теплоты больше, чем в цикле Лоренца, пл. 1’3ba1’ >пл. 23ba2, а работа, затрачиваемая в цикле воздушной холодильной установки, больше, чем в обратном цикле Карно,

пл. 12341>пл.11’33’1.

В настоящее время воздушные холодильные установки не применяют на практике для получения холода при умеренных температурах. Они уступили здесь ведущую роль парокомпрессорным холодильным машинам.

Дата добавления: 2015-07-08