Файл: Otvety_po_termodinamiki_ekzamen.pdf

Принципиальная-схема-простейшей-воздушной-холодильной-машины 

Рис. 1. Принципиальная схема простейшей воздушной холодильной машины: П –помещение; К – 
компрессор; Т – турбина (детандер); ПО – промежуточ­ный охладитель; М – двигатель; ЗВ – 
забортная вода. 

Воздух из помещения П, где под­держивается температура T1, засасывается компрессором К и 
сжимается от давления p0 до давления p (процесс 1-2). При этом его температура возрастает до 
T2, благодаря чему воздух затем может быть охлажден в промежуточном охладителе 
ПОзабортной водой ЗВ (процесс 2-3). Сжатый охлажденный воздух с темпера­турой T3 поступает в 
расширитель (детандер) – турбину Т, где он, расширяясь до давления p0 (процесс 3-4), 
охлаждается и выходит в помещение с температурой T4 < T1. Подогреваясь в по­мещении при 
постоянном давлении р0 от T4 до T1 (процесс 4-1), воздух производит его охлаждение. 

Рис. 2. Теоретический цикл в v-p диаграмме (а) и s-T диаграм­ме (б) простейшей воздушной 
холодильной машины: процесс 1-2 – сжатие воздуха в компрессоре; процесс 2-3 – охлаждение 
сжатого воздуха в промежуточном охладителе; процесс 3-4 – расширение сжатого охлажденного 
воздуха в турбине; процесс 4-1 – подогрева воздуха в помещении. 

Как видно из рис. 2, в теоретическом цикле осуществляются адиабатические процессы сжатия и 
расширения воздуха и изобарические процессы его охлаждения (окружающей средой – 
за­бортной водой) и нагревания. 

29. Парокомпресиооная холодильная установка. 

Принцип получения искусственного холода основан на простых физических процессах изменения 
фазового и термодинамического состояния особых рабочих веществ: испарении, конденсации, 
расширении и сжатии. Рабочие вещества, используемые в холодильной технике, называют 
холодильными агентами. Чтобы охладить какую то среду необходимо, чтобы она контактировала 
с другой средой, имеющей более низкую температуру, отвод теплоты также возможен, если 
температура кипения другой среды ниже, чем температура охлаждаемой среды, последнее и 
используется в парокомпрессионных холодильных машинах для отбора теплоты от охлаждаемой 
среды. Назовем другую среду рабочим веществом, которое при подводе теплоты от охлаждаемой 
среды, кипит (испаряется), то есть из жидкого состояния переходит в насыщенный пар. 
Температура кипе-ния зависит от давления рабочего вещества. Можно подобрать такое давление 
для определенного рабочего вещества, чтобы получить необходимую температуру кипения и 
охладить среду до требуемой температуры. Чтобы вернуть рабочее вещество из состояния 
насыщеного пара в жидкое состояние, необходимо осуществить процесс конденсации. Это 
возможно при контакте рабочего вещества со средой, температура которой ниже, чем 
температура конденсации. Теплота, выделяемая при конденсации, будет передаваться 
нагреваемой среде. Если процесс испарения и конденсации протекает при одинаковом давлении, 
то возможен только перенос теплоты от среды с более высокой температурой к среде с более 
низкой температурой, этот принцип используется в тепловых трубках. При охлаждении исходной 
среды до температуры ниже температуры окружающей среды необходимо, чтобы температура 
конденсации и соответственно давление были выше, чем температура и давление испарения. 
Согласно второму закону термодинамики перенос теплоты от одной среды к другой с 
повышением ее потенциала возможен только при подводе энергии извне. Для повышения 
давления испарения до давления конденсации необходимо осуществить процесс адиабатного 

сжатия рабочего вещества, затратив при этом внешнюю работу. После конденсации паров 
рабочего вещества его давление должно быть снижено до давления испарения, что возможно 
осуществить путем адиабатного расширения в детандере или дросселирования в капиллярной 
трубке или терморегулирующем вентиле. Таким образом, замкнутый цикл изменения состояния 
рабочего вещества, состоящий из процесса 1-2 сжатия насыщенных паров рабочего вещества, 2-3 
процесса конденсации, т.е. превращения паров в жидкость, 3-4 процесса расширения, 4-1 
процесса испарения, называемый обратным циклом Карно, реализует процесс получения 
искусственного холода в парокомпрессионной холодильной машине. В замкнутом контуре 
циркулирует одно и то же количество рабочего вещества. Основные компоненты 
парокомпрессионной холодильной машины: I-компрессор, осуществляющий сжатие рабочего 
вещества, II-теплообменник-конденсатор, где рабочее вещество превращается из перегретого 
пара в насыщенный и затем в жидкость, III- устройство для расширения рабочего вещества, где 
происходит снижение давления от значения давления конденсации до значения давления 
испарения и IV-теплообменник-ис-паритель, где рабочее вещество превращается из жидкости в 
насыщенный пар (Рис. 5.1). 

Для описания элементарных процессов изменения состояния рабочего вещества, из которых 
состоит рабочий цикл, делается целый ряд допущений: рабочее вещество рассматривается как 
идеальный газ и все процессы изменения его состояния (адиабатное сжатие и расширение, 
изобарные процессы кипения и конденсации) описываются, как для идеального газа. В 
термодинамике принято изображать процессы изменения состояния идеального газа в T-S 
диаграмме, где по оси абсцисс откладывается энтропия S, а по оси ординат - абсолютная 
температура Т (Рис. 5.2). На диаграмме в области влажного пара показаны основные линии, 
характеризующие процессы: 1-2 - адиабатное сжатие; 2-3 - изобарный процесс конденсации с 
отводом скрытой теплоты парообразования; 3-4 - адиабатное расширение в детандере; 4-1 - 
изобарный процесс испарения (кипения) с подводом теплоты от охлаждаемой среды. 

Количество подведенной теплоты определяется площадью под линией 1-4 (Tu=const). Количество 
отведенной теплоты - площадью под линией 2-3(Тк= const), теоретический тепловой эквивалент 
работы сжатия - площадью прямоугольника 1-2-3-4. Практически детандер заменяют 
дросселирующим устройством (капиллярной трубкой или терморегулирующим вентилем), при 
этом процесс снижения давления идет по линии постоянной энтальпии, в компрессор 
всасываются сухие насыщенные пары или, что лучше перегретые, неизбежно переохлаждение 
жидкого хладоагента. Цикл изменения состояния хладоагента в одноступенчатой 
парокомпрессионной холодильной машине со всасыванием насыщенных паров хладоагента в 
компрессор на T-S диаграмме 

Рис. 5.1. Схема одноступенчатой парокомпрессионной холодильной машины: I- компрессор; II - 
конденсатор; III - расширительный цилиндр; IV- испаритель 

30. Абсорбеционная холодильная установка. 

В одноступенчатых АБХМ («singleeffect», в литературе иногда  используется термин 
«одноконтурные») хладагент последовательно перемещается через четыре основных компонента 
машины – испаритель, абсорбер, десорбер и конденсатор. Холодильный цикл одноступенчатой 
АБХМ представлен на рис. 1. Он очень похож на холодильный цикл парокомпрессионной 
холодильной машины. Схема одноступенчатой АБХМ представлена на рис. 2. Хладагент 
испаряется при понижении давления в испарителе 1. Этот процесс идет с поглощением теплоты. 
В отличие от парокомпрессионной холодильной машины, процесс понижения давления в 
испарителе происходит не за счет работы компрессора, а за счет объемного поглощения 
(абсорбции) хладагента жидким абсорбентом в абсорбере 2. Затем абсорбент споглощенным им 
хлад-агентом (бинарный раствор) поступает в десорбер 3. В десорбере бинарный раствор 
нагревается за счет горения газа, паром и т. д., в результате чего происходит выделение 
хладагента из абсорбента. Обедненный абсорбент из десорбера возвращается в абсорбер. 
Хладагент поступает под большим давлением в конденсатор 4, где переходит в жидкую фазу с 
выделением теплоты, а затем через расширительный клапан 5 поступает в испаритель, после 
чего начинается новый цикл. 

Рисунок 1. 
Холодильный цикл одноступенчатой абсорбционной холодильной машины 

Изменение концентрации хлад-агента в абсорбере и десорбере сопровождается изменением 
температуры насыщения. Для снижения потерь энергии при циркуляции абсорбента между аб-
сорбером и десорбером устанавливается рекуперативный теплообменник. 

Идеальная одноступенчатая АБХМ могла бы обеспечить холодильный эффект, равный количеству 
тепловой энергии, подведенной к генератору, однако из-за термодинамических потерь в 
реальных установках холодильный эффект всегда будет ниже, чем затраты тепловой энергии. 

Рисунок 2. 
Схема одноступенчатой абсорбционной холодильной машины: 1 – испаритель; 2 – 
абсорбер; 3 – десорбер; 4 – конденсатор; 5 – расширительный клапан 

Коэффициент полезного действия одноступенчатых АБХМ относительно низок, что несколько 
ограничивает их область применения. 

В настоящее время одноступенчатые АБХМ часто устанавливаются в тех зданиях, где имеются 
легкодоступные источники сбросного тепла. Машины этого типа используются в составе систем 
кондиционирования воздуха и в качестве источника охлажденной воды для различных 
технологических процессов. Установочная мощность одноступенчатых АБХМ составляет, как 
правило, от 25 кВт до 5 МВт.