Работа идеального парожидкостного теплового трансформатора. Основные термодинамические характеристики

 

Рассмотрим цикл теплового трансформатора в области влажного пара.

КМ – компрессорная машина

ДТ – детандер

КД – конденсатор

И – испаритель

Влажный пар с параметрами т.1 сжижается в процессе 1-2 в компрессорной машине. Давление растет от Р1 до Р2, температура растет от tн до t2. С параметрами т.2 рабочее тело поступает в конденсатор, 2-3 – процесс конденсации с отводом теплоты qв. Процесс конденсации – изобарный, изотермический. т.3– жидкость.

Процесс 3-4 – адиабатическое расширение. Из жидкости переходит в состояние влажного насыщенного пара – т.4. Давление уменьшится от Р2 до Р1.

4-1 – процесс подвода тепла в испаритель (подводится q0 от охлаждаемого объекта).

q0 = Тн∆S – количество тепла, которое в испарителе получило рабочее тело.

Qв = Тв∆S – количество тепла, которое рабочее тело отдает в конденсаторе.

Энергетический баланс установки:

q0 + lкм = qв + lдт

Затраты работы в цикле:

l = lкм – lдт = qв – q0 = e

Для оценки эффективности затрат работы в цикле используется следующие величины:

Затраты работы, отнесенные к теплоте, подведенной к рабочему телу на нижнем уровне.

 

 

Э_н = - τq, при Тв = То.с.

Т.о. затрата работы, отнесенная к холодопроизводительности равна коэффициенту работоспособности тепла по обратной величине, при условии, что Тв = То.с.

Физический смысл Э_н заключается в том, что он показывает, сколько необходимо затратить работы на отвод от охлаждаемого объекта определенного количества тепла на уровне Тн.

 

Реальный цикл парожидкостной установки.

Холодильный коэффициент.

 

В реальных установках сжатие влажного пара практически невозможно, т.к. это ведет к разрушению компрессоров, поэтому сжимают сухой насыщенный пар или перегретый, т.е. т.1 должна переместиться вправо.

В реальных машинах часто детандирование заменяют дросселированием, при этом процесс адиабатного расширения заменяется на изоэнтальпийное расширение.

При этом упрощается конструкция всей системы.

Для получения большей холодопроизводительности в систему вводят дополнительные теплообменники – охладители.

 

1-2 – реальный процесс сжатия в компрессоре;

1-2’ – идеальный процесс сжатия (адиабатный);

2-3’ – конденсация в КД (везде изобарный, в области влажного пара еще и изотермический);

3’ – жидкость;

3’-3 – переохлаждение жидкости в охладителе промежуточном;

3-4 – процесс дросселирования на ДВ.

Влажный насыщенный пар с параметрами т.4 попадает в отделитель жидкости и делится на жидкость с параметрами т.5 и сухой насыщенный пар с параметрами т.1.

Жидкость попадает в испаритель, где получает тепло от потребителя холода.

Пар в испарившейся жидкости попадает в отделитель жидкости и цикл замыкается.

 

Внутренняя удельная работа сжатия компрессора.

Если компрессора снабжены устройствами охлаждения:

 

li = h2 – h1 - qкм

 

Внутренний относительный КПД компрессора.

Электромеханические потери на привод компрессора оценивается с помощью электромеханического КПД.

Внешняя работа компрессора, отнесенная к клеммам электродвигателя характеризует использование электроэнергии и рассчитывается:

КПД электромеханический учитывает потери в электрических сетях и потери электропривода.

l характеризует расходы электроэнергии.

4. Удельный расход электроэнергии на единицу выработанного холода

qo - удельная теплопроизводительность установки

5. Холодильный коэффициент – величина обратная удельному расходу электроэнергии

Холодильный коэффициент численно равен количеству единиц холода, полученных на единицу затраченной электроэнергии.