4 страница

Найдем КПД цикла Карно в данном интервале температур

Очевидно, что КПД цикла Карно больше

Ответ:

Вопрос 6.8.

Опишите принцип действия термоэлектронного преобразователя. Как определятся его термический К.П.Д.?

Ответ

Принцип действия термоэлектронного преобразователя (ТЭП) основан на способности металлов в нагретом состоянии испускать (эмитировать) со своей поверхности электроны.

Как известно из физики, в металле имеются свободные электроны; выходу этих электронов за пределы металла препятствует потенциальный барьер, равный разности энергий электрона за пределами металла и внутри него. Для того, чтобы преодолеть этот барьер и вывести электрон из металла во внешнюю среду, необходимо затратить определенную работу - работу выходы. Работа выхода различна для различных веществ довольно велика – от одного до нескольких электрон-вольт.

Рис.36

В результате эмиссии электронов плотность электронов за пределами металла возрастает и появляется возможность отобрать некоторый электрический ток. На Рис.36. представлена схема ТЭП. Металлические поверхности 1 и 2 разделены вакуумным промежутком. Поверхность 1 имеет температуру Т₁, а поверхность 2 поддерживается при температуре Т₂, Причем Т₁ >> Т₂. В результате эмиссии электронов с поверхности 1, которая значительно интенсивнее, чем эмиссия с поверхности 2 от поверхности 1 к поверхности 2 будет уходить большее число электронов, чем от поверхности 2 к поверхности 1. Поэтому поверхность 2 зарядится отрицательно и между пластинами возникнет разность потенциалов. Если замкнуть пластины на какое-либо внешнее сопротивление то в этой цепи протекает электрический ток.

Термический КПД ТЭП подсчитывается по формуле(179)

, (179)

где L – электроэнергия, отданная внешнему потребителю, а Q₁ – теплота подведенная от горячего источника к катоду.

Задача 6.19

Воздушная холодильная установка, работающая по идеальному циклу, имеет холодопроизводительность 300кДж/с. Параметры воздуха на выходе из холодильной камеры p₁=0,1 МПа и t₁=–3° С. После сжатия давление воздуха p₂=0,4 МПа, температура воздуха после охладителя t₃=20° С. Определить температуру воздуха после расширения в детандере, часовую производительность и мощность привода компрессора, детандера, а также холодильный коэффициент цикла и сравнить его с холодильным коэффициентом обратного цикла Карно для того же интервала температур.

Решение

Схема установки и цикл в Ts-диаграмме изображены на Рис. 37, где

Рис. 37

К – компрессор

Д- детандер

ТОГ - теплообменник горячий

ТОХ – теплообменник холодный.

Температуру воздуха после расширения в детандере находим из следующего соотношения (180)

(180)

т.е. К

Часовая производительность представляет собой отношение (181)

(181)

где

- количество теплоты подведенное в процессе 4-1

кДж/кг

Тогда кг/с или кг/ч

Мощность привода компрессора определим по формуле (182)

(182)

где

- техническая работа компрессора, - время в секундах

К - аналогично нахождению T₄

кВт

Мощность детандера найдем по формуле (183)

, (183)

где техническая работа детандера определяется по формуле

(184)

кВт

Холодильный коэффициент найдем из соотношения (185)

(185)

В то время как холодильный коэффициент обратного цикла Карно для того же интервала температур найдем по формуле (186)

(186)

Как и предполагалось,

Ответ: К, кг/ч, кВт, кВт, ,

Вопрос 6.9

Изобразите схему абсорбционной холодильной установки и опишите её работу. Как повышается давление холодильного агента в этой установке?

Ответ

Рис. 38

Принципиальная схема простейшей абсорбционной машины приведена на Рис. 38.В кипятильнике или генераторе (Г) происходит кипение раствора хладоагента за счет подвода теплоты Q_г от внешнего источника. Процесс кипения происходит при постоянном давлении, концентрация хладоагента в паре будет значительно выше концентрации его в растворе. Непрерывное удаление этого пара из генератора приводит к обеднению раствора в нем. Таким образом, из генератора выходят слабый раствор и крепкий пар. Первый поступает в дроссель и, в конечном итоге, абсорбер, второй -непосредственно в конденсатор.

За счет отвода теплоты фазового перехода Q_oc в окружающую среду происходит конденсация паров в конденсаторе (К_д). При этом, в результате полной конденсации образуется крепкий раствор. Таким образом, из конденсатора выходит жидкий раствор более крепкий, чем тот, что кипит в генераторе. Далее, этот очень крепкий раствор хладоагента дросселируется в дросселе (Др₂) до давления в испарителе (И), которое обеспечивает требуемую температуру кипения и, следовательно, отвода теплоты Q₀ от объекта охлаждения.

Из испарителя холодный, но крепкий пар поступает в абсорбер (А), где абсорбируется горячим, но слабым раствором. Для обеспечения работы абсорбера от него отводится теплота Q_a. Слабый раствор в абсорбер поступает из генератора. Для понижения давления раствора
от давления в генераторе до давления в абсорбере между ними установлен дроссель (Др₁). Из абсорбера раствор, обогащенный в результате абсорбции крепких паров, насосом подается в генератор, на чем замыкается цикл абсорбционной холодильной машины.

Задача 6.26

Холодопроизводительность парокомпрессионной холодильной установки с редукционным вентилем, работающей на углекислоте, составляет 200 кДж/с. Установка работает в интервале температур t₁=-10⁰C до t₂=15⁰C, пар углекислоты выходит из компрессора сухим насыщенным. Рассчитать идеальный цикл установки, определив удельную холодопроизводительность углекислоты, холодильный коэффициент, а так же расход хладоагрегата и теоретическую мощность компрессора.

Решение

Изобразим схему и диаграмму цикла (Рис. 39,Рис. 40)

Рис. 39

Рис. 40

По таблице «Насыщенный пар углекислоты» найдём значения энтальпии и энтропии характерных точек:

Зная значение энтропии в т.1 и в точках можем найти степень сухости углекислоты перед компрессором.

Теперь, зная в т.1 степень сухости, можем найти энтальпию.

Так как процесс дросселирования считаем изоэнтальпным, то

Зная энтальпии характерных точек, можем найти удельную хладопроизводительность, удельную работу цикла

Определим холодильный коэффициент:

Зная связь между удельной хладопроизводительностью и хладопроизводительностью можем найти расход хладагента

Определим мощность компрессора:

Ответ:

Вопрос 6.26

Сформулируйте закон Кирхгофа и поясните, какими причинами обусловлено изменение теплового эффекта химической реакции с имением температуры, при которой она протекает. Как вычисляется разница между тепловыми эффектами химической реакции при разных температурах для систем, компоненты которых находятся в идеально-газовом состоянии?

Ответ

В общем случае тепловой эффект химической реакции зависит от температуры и давления, при которых проводится реакция. Влиянием давления на тепловой эффект химической реакции обычно пренебрегают; влияние температуры на величину теплового эффекта описывается формулой Кирхгофа. Имея в виду в первую очередь зависимость H = f(T), рассмотрим изменение энтальпии в ходе некоторой реакции

(187)

Каждому из участников реакции присуще определённое мольное значение энтальпии H_i, суммирующееся из мольной внутренней энергии U _i и произведения давления на молярный объём P V _i. Тогда тепловой эффект реакции можно представить в виде алгебраической суммы:

(188)

Для нахождения зависимости H = f(T) продифференцируем уравнение (188) по температуре при постоянном давлении:

(189)

Производная мольной энтальпии вещества по температуре при P = const представляет собой мольную теплоёмкость этого вещества при постоянном давлении:

(190)

Поэтому

(191)

Температурный коэффициент теплового эффекта химической реакции равен изменению теплоемкости системы в ходе реакции.

Разделив переменные в уравнении (191) и проинтегрировав его, получаем:

(192)

Здесь ΔH_J – постоянная интегрирования. При определённом интегрировании от Т₁ до Т₂ получим:

(193)

Если считать ΔС_P не зависящим от температуры, уравнение (193)преобразуется к виду:

(194)

Поскольку обычно известны табличные значения стандартных тепловых эффектов ΔН°₂₉₈, преобразуем выражение(194):

(195)

Список использованной литературы

1. Хрусталев Б.М., Несенчук А.П., Романюк, Техническая термодинамика, Учебник. В 2–х ч., ч. 1., ч.2, Мн.: УП "Технопринт", 2004, Минск

2. Сборник задач по технической термодинамике: учебное пособие/ Андрианова Т.Н., Дзампов Б.В., Зубарев В.Н., Ремизов С.А.- 3-е изд., перераб.- М.: Энергоиздат. 1981.-240 с.

3. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник.- М.: Энергоатомиздат, 1984.-423 с.

4. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике.- 5-е изд., перераб.- М.: Машиностроение. 1973.- 344с.

5. Термодинамика. Терминология, вып. 85.- М.: Наука, 1973.-55 с.

Дата добавления: 2015-11-14