Термодинамические диаграммы

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ДИАГРАММЫ

ХОЛОДИЛЬНЫХ АГЕНТОВ

 

Методические указания

к практической работе по дисциплинам

«Холодильная техника и технология»,

для студентов очной и заочной форм обучения

технологических специальностей

 

 

Краснодар

 

Составители: канд. техн. наук, доц. Л.Л. Троянов,

канд. техн. наук, доц. М. В. Шамаров.

 

 

УДК 621.56

 

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ДИАГРАММЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ АГЕНТОВ Методические указания к практической работе по дисциплинам «Холодильная техника и технология» для студентов очной и заочной форм обучения технологических специальностей./ Сост.: Л. Л. Троянов, М. В. Шамаров, Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. Холодильных и компрессорных машин и установок. Изд. КубГТУ, Краснодар.2009, 8 с.

 

Рассмотрены термодинамические диаграммы холодильных агентов, методы определение термодинамических параметров и агрегатного состояния вещества, построение термодинамических процессов в диаграммах и определение оборудования, в котором можно осуществлять процессы работы холодильной машины.

 

Ил. 1. Библиогр.: назв. 4

 

Печатается по решению Редакционно – издательского совета Кубанского государственного университета

 

Рецензенты:

гл. инженер Краснодарского комбината по торговой технике А.Т. Запорожский

зав. кафедрой холодильных и компрессорных машин и установок Кубанского государственного технологического университета канд. техн. наук, доц. Ю.С. Беззаботов

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Ознакомить студента с термодинамическими диаграммами холодильных агентов.

2. Научить студента:

- определять параметры контрольных точек;

- по заданным параметрам контрольных точек осуществлять построение термодинамических процессов в диаграмме и определять оборудование, в котором можно осуществить заданные процессы.

3. По параметрам работы холодильной машины осуществлять построение холодильного цикла и проводить расчет цикла.

 

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ДИАГРАММЫ

ХОЛОДИЛЬНЫХ АГЕНТОВ

 

Для построения процессов и определения параметров холодильного агента, необходимых для расчета оборудования холодильной машины, пользуются термодинамическими диаграммами.

В холодильной технике наиболее распространены диаграммы с координатами: S – T (энтропия – температура) и i – lgP (энтальпия – давление). Для удобства изображения процессов и пользования диаграммой давление отложено по логарифмической шкале. Диаграммы показаны на рисунке 1.

На диаграммах показаны области различного состояния холодильного агента и линии постоянных значений:

- температуры – t (T), ⁰С (К) – изотермы (T=const);

- давления – Р, МПа – изобары (Р=const);

- удельной энтальпии – i, кДж/кг – изоэнтальпы (i=const);

- удельного объема – , м³/кг – изохоры (v =const);

- удельной энтропии – S, кДж/(кг·К) – адиабаты (S=const);

- степени сухости влажного пара – х.

Критическая точка «К» диаграммы характеризует такое состояние вещества, выше которого холодильный агент может быть только в состоянии газа. Ниже критической точки вещество может находиться при одной температуре и давлении одновременно в жидком и парообразном состоянии. Между обеими пограничными кривыми находится область влажного пара. В этой области расположены линии постоянного паросодержания (x =const), т.е. линии с постоянным количеством пара в парожидкостной смеси.

На диаграммах линии, отходящие от критической точки «К», являются пограничными кривыми, разделяющими диаграмму на отдельные области, обозначенные на рисунке цифрами: 1 – жидкая фаза (переохлажденная жидкость), 2 – смесь жидкости и пара (влажный пар), 3 – перегретый пар. Левая пограничная кривая (х=0) характеризует состояние насыщенной жидкости и разделяют область жидкости и влажного пара.

1 – область жидкости; 2 – область влажного пара;

– область перегретого пара

Рисунок 1 – Диаграммы теплофизических свойств холодильных агентов
Правая пограничная кривая (x=1) характеризует состояние сухого насыщенного пара и разделяет области влажного и перегретого пара. Состояние влажного пара характеризуется степенью сухости х, которая изменяется от 0 до 1.

В случае подвода теплоты к жидкости при неизменном давлении, она подогревается до температуры насыщения, а затем превращается в пар. При кипении выделяется насыщенный влажный пар, имеющий температуру кипящей жидкости и содержащий капельки жидкости. При дальнейшем подведении тепла насыщенный пар становится сухим, а затем перегретым.

Превращение жидкости в пар (кипение) или пара в жидкость (конденсация) при постоянном давлении протекает без изменения температуры. Поэтому в диаграммах линии постоянных давлений в области влажного пара совпадают с линиями постоянных температур.

Адиабатический процесс сжатия или расширения пара происходит без теплообмена с внешней средой, т.е. без притока тепла извне и без отдачи его наружу. Процесс протекает так быстро, что не может происходить выравнивание температур. Такой процесс может быть при сжатии или расширении паров хладагента в цилиндре компрессора.

При адиабатическом сжатии вместе с увеличением давления будет повышаться температура пара и его внутренняя тепловая энергия за счет совершения внешней работы приводного электродвигателя. При адиабатическом расширении рабочее вещество совершает работу за счет внутренней тепловой энергии и поэтому одновременно и понижением давления будет уменьшаться его температура.

Расчет процессов холодильных машин производится с помощью энтальпии (теплосодержания) i, т.е. количества энергии, которое должно быть подведено или отведено от холодильного агента, чтобы перевести его из начального состояния в заданное. Эта величина определяется по формуле

.

 

Из уравнения видно, что энтальпия равна сумме внутренней энергии U и внешней работы L, которая была бы произведена, если бы холодильный агент расширялся от нулевого объема до действительного V при постоянном давлении Р.

Диаграмма i – lgP. Сетку диаграммы составляют горизонтальные линии – изобары и вертикальные – изоэнтальпы (рисунок 1). Для удобства пользования диаграммой обычно по оси ординат применяют логарифмическую шкалу (lgP). Линии постоянных давлений – изобары (P = const) изображаются горизонтальными прямыми, параллельными оси абсцисс, а линии постоянных энтальпий – изоэнтальпы (i = const) - вертикальными прямыми, параллельными оси ординат. Линии постоянных температур – изотермы (t = const) ломаные линии: в области влажного пара они прямые, совпадающие с изобарами, в области перегретого пара – круто падающие кривые, а в области жидкости – круто поднимающиеся кривые.

Линии постоянных удельных объемов – изохоры ( - const) изображены наклонными линиями. Линии постоянных энтропий – адиабаты (S - const) также представляют собой наклонные линии.

Диаграмма S – T. По оси абсцисс откладывают значения энтропии S и проводят вертикальные линии постоянных энтропий S – адиабаты, по оси ординат откладывают значения абсолютной температуры Т и проводят горизонтальные линии постоянных Т – изотермы. На диаграмме нанесены линии постоянных значений перечисленных выше параметров. Изобара в области влажного пара совпадает с изотермой, в области перегретого пара – круто поднимается вверх, а в области жидкости – спадающие линии, которые практически совпадают с левой пограничной кривой (х = 0). Наклонные линии постоянных удельных объемов имеют излом по правой пограничной кривой (х = 1).

СОДЕРЖАНИЕ ЗАДАНИЯ

Практическая работа выполняется студентом по индивидуальному заданию.