2. Діаграми стану. Узгодження діаграм.

Зв'язок між термодинамічними параметрами ( p,v,i,T,s) встановлюється на основі дослідних даних та подається у вигляді таблиць або діаграм стану. Графічне зображення залежності між термодинамічними параметрами у вигляді діаграм стану дозволяє наочно подати всі головні термодинамічні процеси та з достатньою точністю провести необхідні виміри.

При виконанні діаграм стану слід звертати особливу увагу на одиниці виміру термодинамічних параметрів, які можуть відрізнятись від СІ. При узгодженні двох або кількох діаграм по ентальпіях одна з них вибирається за базову. Постійна поправка Δі до іншої діаграми обчислюється як різниця ентальпій, що знайдені для обох діаграм в точках однакового стану речовини.

3. Цикли кхм.

Охолодження до температур, нижчих за температуру середовища, завжди пов’язано з переносом кількості теплоти від менш до більш нагрітого тіла. Згідно з другим законом термодинаміки, такий процес можливий лише за умов підведення енергії.

Розглянемо коловий процес холодильної машини, що працює за оберненим циклом Карно (рис.3.1)

Рисунок 3.1. зображення оберненого циклу Карно на s-T діаграмі.

В такому циклі перенос теплоти з більш низького температурного рівня на більш високий здійснюється за рахунок виконання зовнішньої роботи , що витрачається на адіабатний стиск робочого тіла з температурою (процес 1-2). Під час стиснення температура пари підвищується до температури T_к. Завдяки наявності високого тиску пара повністю конденсується в рідину (процес 2-3). Одержана рідина адіабатно розширюється (процес 3-4), а потім випаровується при зни­женому тиску (процес 4-1), відбираючи від охолоджуваного тіла певну кількість теплоти q_0K.

Кількість теплоти q_КК = l_0К + q_0K, що віддається зовнішньому сере­довищу при температурі Т_к, та кількість теплоти q_0K, що відбирається від охолоджуваного тіла з температурою Т_о, можна визначити як:

, (3.7)

, (3.8)

Робота l_0K, яка витрачається на стиснення пари:

(3.9)

Холодильний коефіцієнт:

(3.10)

Обернений цикл Карно розглядають як ідеальний цикл парової КХМ. На практиці здійснити такий цикл неможливо через наявність необо­ротних та самодовільних процесів, таких як тертя тощо. Тому в цикл Карно потрібно вносити зміни, які з термодинамічної точки зору погір­шують цикл, але надають можливість його реалізації.

Так адіабатне розширення рідкого холодоагенту (процес 1.4 на рис. 3.1) замінюється дроселюванням на дросельному вентилі, тобто необоротним розширенням від тиску р_к до тиску р₀ без здійснення зовнішньої роботи. Це веде до зменшення розмірів КХМ, її здешевлен­ня та спрощення експлуатації.

В такому випадку теплова діаграма приймає вигляд, зображений на рисунок 3.2,а. Процес дроселювання показано лінією 3-4', Положення точ­ки 4' на діаграмі свідчить про деяке зниження холодопродуктивності машини, тому що площа 1-4-b-а зменшується на величину 4-b-с-4',

Рисунок 3.2. Теплова діаграма циклу парової КХМ з дроселюванням (а без переохолодження; б - з переохолодженням)

Збільшення питомої холодопродуктивності циклу можна досягти пе­реохолодженням рідкого холодоагенту При цьому передача теплоти навколишньому середовищу не закінчується в точці 3 (див. рисунок 3.2,б), а продовжується по ізобарі, що збігається з лінією насиченої рідини х = 0, до точки 3", а вже потім йде дроселювання 3"-4". В результаті питома холодопродуктивність циклу збільшується на величину площі 4'-4"-е-с.

Для подальшого збільшення холодопродуктивності в компре­сор подається не волога пара стану 1, а суха насичена (а іноді й перегріта) пара стану 1' (рис, 3.3). При цьому питома хо­лодопродуктивність циклу зрос­тає на величину площі 1'-1-a-d, для чого, звичайно, потрібно ви­тратити додаткову роботу компресора 1-1'-2'-2.

Застосування цього методу має також важливі експлуатаційні переваги, тому що наявність кра­пель рідини у вологій парі стану 1 може призвести до гідравліч­ного удару в циліндрі компресо­ра та спричинити аварію. Таким чином, заміна "вологого ходу" компресора на "сухий хід" збільшує надійність роботи КХМ.

Цикл 1'-2'-2-3-3"-4"-1' (див. рисунок 3.3) є типовим для сучасних паро­вих одноступінчастих КХМ.