Лабораторна робота № 4 Тема: Дослідження парової одноступінчастої холодильної машини

Мета: Вивчення конструкції, принципу роботи та методики розрахунку основних характеристик одноступінчастої парової КХМ.

Задачі: експериментального визначення головних параметрів одноступінчастої парової КХМ; побудови циклу холодильної машини на s-T та і-р діаграмах; розрахунку основних характеристик одноступінчастої парової КХМ.

Теоретичні відомості

Політропним називається термодинамічний процес, при якому підвищення температури тіла пропорційне наданій тілу кількості теплоти. Політропний процес описується рівнянням:

(4.1)

де п - показник політропи, який є сталою величиною для даного процесу, але для різних процесів може приймати будь-які значення в діапазоні від -∞ до +∞.

Термодинамічні процеси, які відбуваються при одному постійному параметрі, мають назву ізопроцесів. До ізопроцесів належать: ізобарний процес, який відбувається при постійному тиску; при цьому процесі п = 0, р = const; ізотермічний процес, що відбувається при постійній температурі; n = 1, рv= const; ізохорний процес, який проходить без зміни об'єму: n = ±∞,v = const.

Адіабатним на процес, при якому термодинамічна система не має теплообміну з навколишнім середовищем, тобто перебуває в тепловій ізоляції. При адіабатному процесі n = к, де к - показник адіабати.

Коловим процесом, або циклом, називається замкнутий процес, при якому робоча рідина таким чином змінює свій стан, що через деякий час повертається у вихідне положення. За напрямком переносу теплоти цикли поділяються на:

• прямі, що мають за мету перетворення теплоти на корисну роботу та супроводжуються переносом теплоти від більш нагрітого тіла до менш нагрітого;

• обернені, або холодильні, метою яких є перенос теплоти від менш нагрітого тіла до більш нагрітого за рахунок послідовного стискання та розширення робочої речовини.

Оборотним називається цикл, який складається з оборотних процесів, тобто таких, що можуть проходити через ті ж самі стани як в прямому, так і в зворотному напрямках. Оборотність є однією з найсуттєвіших рис рівноважних процесів. Будь-який нерівноважний процес є необоротним.

Холодильною машиною називається система, призначена для безперервного охолодження речовин шляхом здійснення оберненого циклу. Процес охолодження здійснюється за допомогою робочої речовини холодильної машини, яка має назву холодильного агенту, або холодоагенту.

Холодопродуктивністю Q₀ холодильної машини називається кількість теплоти, яка відбирається холодоагентом від охолоджуваного тіла.

Питома холодопродуктивність q₀ -це кількість теплоти, яка відбирається одиницею маси холодоагенту від охолоджуваного тіла.

Зовнішньою роботою А називається кількість теплоти, що витрачається на здійснення оберненого циклу.

Відношення холодопродуктивності до зовнішньої роботи має назву холодильного коефіцієнта:

(4.2)

Коефіцієнт ε характеризує ефективність холодильної машини (циклу) та показує, яка кількість теплоти відбирається холодоагентом від охолоджуваного середовища на кожну одиницю витраченої роботи. Холодильний коефіцієнт завжди більший за одиницю.

Ступінь термодинамічної досконалості циклу холодильної машини визначається термодинамічним коефіцієнтом корисної дії (ККД) η, який дорівнює відношенню холодильного коефіцієнта машини ε та холодильного коефіцієнта оберненого циклу Карно ε_к:

(4.3)

Термодинамічний ККД завжди менший за одиницю.

Холодильним компресором називається машина для стискання та переміщення газу чи пари холодоагенту в КХМ.

Відношення тиску газу чи пари на виході з компресора р_к до тиску газу чи пари на його вході р₀ має назву ступеня стиску, або ступеня підвищення тиску в компресорі:

(4.4)

Детандуванням називається охолодження газу чи пари за рахунок їх розширення із здійсненням зовнішньої роботи поршневою або турбінною машиною (детандером).

Дроселюванням зветься зміна температури газу чи пари за рахунок зменшення тиску на місцевому гідродинамічному опорі (дросельному вентилі) без здійснення зовнішньої роботи.

Зміна температури, яка супроводжує розширення реального газу при його проходженні через дросельний вентиль має назву дросельного ефекту, або ефекту Джоуля - Томсона. Охолодження газу при розширенні називають додатним ефектом, нагрівання - від'ємним. Розрізняють диференціальний μ та інтегральний ΔТ дросельні ефекти. Диференціальний дросельний ефект визначається за формулою:

(4.5)

інтегральний дросельний ефект:

(4.6)