3. Естественное и искусственное охлаждение. Способы искусственного охлаждения.

Естественным охлаждением называется теплообмен между охлаждаемым телом и окружающей средой — наружным воздухом и водой естественных водоемов. Однако при таком охлаждении температуру охлаждаемого тела можно понизить только до температуры окружающей среды. Для получения более низких температур применяют смесь льда с поваренной солью. Однако лед или смесь льда с солью воспринимают тепло охлаждаемых продуктов, изменяют свое агрегатное состояние и теряют охлаждающую способность. Поэтому таким способом охлаждения можно пользоваться только кратковременно, так как запасы льда ограничены. Учитывая большую трудоемкость, связанную с заготовкой водного льда, сложность получения низких температур, высокое содержание микроорганизмов в водном льде и другие факторы, естественное охлаждение заменяют искусственным. К искусственному относится охлаждение эвтектическим и "сухим" льдом, а также с помощью кипящих жидких газов и термоэлектричества. Достоинством искусственного охлаждения является возможность поддержания заданного режима хранения в любое время года.

Каждое вещество в зависимости от внешних условий - температуры и давления, может находится в твердом, жидком или газообразном состоянии. Для получения холода используют фазовые переходы с поглощением тепла из окружающей среды. К таким процессам относятся плавление, кипение, конденсация.

Плавление. Процесс перехода вещества из кристаллического состояния в жидкое с поглощением теплоты называют плавлением (например, при нагревании льда (замерзшей воды) его температура поднимается до НОЛЯ градусов, дальнейшее нагревание ведет к плавлению). Температура плавления зависит от внешних условий (таких как давление) и от вида тела. Для каждого тела существует своя постоянная температура плавления. Для водного льда при атмосферном давлении она составляет НОЛЬ градусов. Этот способ и применили на практике в первых системах охлаждения воздуха.

Испарение. Процесс парообразования, происходящий со свободной поверхности жидкости при различных температурах, называют испарением. Данный процесс используют при охлаждении воды используемой в технических процессах (градирни). При атмосферном давлении и температуре НОЛЬ градусов скрытая теплота испарения воды составляет 2509кДж/кг.

Кипение. Процесс интенсивного парообразования, происходящий по всему объему жидкости в результате поглощения теплоты окружающей среды, называют кипением. При постоянном давлении температура кипения определенного вещества постоянна. В замкнутом объеме зависит от давления паров над жидкостью. Уменьшение давления приводит к снижению температуры жидкости, вплоть до ее замерзания. Процесс кипения жидкости при перепаде давления используется в парокомпрессионных холодильных машинах, где кипит хладагент. Место кипения жидкости называется испарителем. Испаритель охлаждается и охлаждает проходящий через него воздух, а жидкость переходит в парообразное состояние.

Конденсация - процесс перехода насыщенного пара в жидкости, сопровождающийся отводом выделяемой теплоты, называют конденсацией. температура конденсации зависит от давления. Этот процесс используется в парокомпрессионных холодильных машинах. Место конденсации называется конденсатор. В нем хладагент переходит из газообразного состояния в жидкое при выделении тепла в атмосферу.

Охлаждение дросселированием. Одним из основных процессов, применяемых для получения умеренно низких и низких температур в парокомпрессионных холодильных машинах, является дросселирование, заключающееся в снижении давления и температуры при прохождении через суженное отверстие. в этом процессе не совершается работа и теплообмен с окружающей средой, т.е. энтальпия остается постоянной. В суженном сечении скорость потока возрастает, внутренняя энергия расходуется на преодоление трения между молекулами, что приводит к испарению части жидкости и снижению температуры потока.