Тема 11. Циклы холодильных машин, теплового насоса и термотрансформаторов (обратные термодинамические циклы).

Основные понятия о работе холодильных установок. Классификация холодильных установок. Понятие о холодильном коэффициенте и холодопроизводительности. Циклы воздушных, пароэжекторных и абсорбционных холодильных установок. Принципиальные схемы установок и изображение циклов в pv- и Ts-диаграммах. Цикл паровой компрессорной холодильной установки, принципиальная схема и изображение цикла в Ts-диаграмме. Общие понятия оглубоком охлаждении. Принципиальная схема теплового насоса. Понятие о коэффициенте теплоиспользования. Требования, предъявляемые к рабочим телам холодильных установок.

Методические указания

Холодильные установки работают по обратному циклу. Знание классификации и принципиальных схем холодильных установок позволяет правильно выбирать соответствующий тип холодильной установки при расчете охлаждения. Несмотря на то что воздушные холодильные установки в промышленности используют редко, изучение схемы и принципа действия такой установки позволит студенту изучить термодинамические основы холодильного цикла. Усвоив учебный материал темы, студент сможет анализировать с помощью Ts-диаграммы работу холодильных циклов, определять холодильные коэффициенты и холодопроизводительность установок. Особое внимание обратите на работу паровой компрессорной холодильной установки, получившей наибольшее распространение в промышленности. Уясните принципиальное отличие паровых компрессорных установок от воздушных. Запомните, что в паровой компрессорной холодильной установке не применяется расширительный цилиндр (детандер), а рабочее тело дросселнруется в регулировочном вентиле. Несмотря на то что это приводит к потере холодопроизводительности, замена упрощает установку и дает возможность легко peryлировать давление пара и получать низкую температуру в охладителе. По обратному циклу работают не только холодильные машины, но и тепловые насосы, в которых теплота, забираемая от окружающей среды, с помощью затраченной работы повышает энергетический уровень рабочего тела и при более высокой температуре отдается внешнему потребителю. Уясните понятие коэффициента теплоиспользования и разберите принципиальную схему и работу теплового насоса.

Вопросы для самопроверки

1. Какие машины называют холодильными? 2. Назовите отрасли промышленности, в которых большое применение находят холодильные установки. 3. Как классифицируют холодильные установки? 4. Чем отличается холодильная установка от теплового двигателя? 5. Что называют холодильным коэффициентом? 6. Приведите определение понятия «холодопронзводительность». 7.Приведите принципиальную схему воздушной холодильной установки и описание ее работы. 8. Изобразите идеальный цикл воздушной холодильной установки в pv- и Ts-диаграммах. 9. Принцип работы пароэжекторных холодильных установок. 10. Объясните понятие «абсорбция». 11. Приведите принципиальную схему абсорбционной холодильной установки и описание ее работы. 12. Почему наибольшее распространение получили паровые компрессорные холодильные установки? 13. Приведите принципиальную схему работы паровой компрессорной установки и описание ее работы. 14.Чем отличается работа теплового насоса от работы холодильных установок?

Ч аст ь II. ТЕОРИЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА

Т е м а 1. Основные понятия и определения

Предмет и основные задачи теории. Место этой дисциплины в подготовке инженера. Основные понятия и определения. Виды распространения теплоты: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Сложный теплообмен. Понятие о массообмене.

Методические указания

При изучении термодинамики студент не получал никаких указаний на то, какой механизм отвода теплоты от горячего тела к холодному. Теория теплообмена, наоборот, все внимание концентрирует на способах передачи теплоты. Раскрывая механизм и физическую сущность их различных видов, она дает оперативные зависимости для расчета параметров, как отдельных видов теплообмена, так и их совокупности, называемой сложным обменом.

Уясните и запомните такие понятия, как температурное поле, градиент температуры, передаваемая теплота, тепловой поток, поверхностная плотность теплового потока, линейная плотность теплового потока.

Рассмотрение отдельных видов теплообмена, таких, как теплопроводность, конвекция и излучение, является методологическим приемом, вызванным сложностью реального теплообмена, в котором, как правило, одновременно участвуют все перечисленные виды распространения теплоты.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое температурное поле? Каковы виды температурного поля? 2. Что такое передаваемая теплота, тепловой поток и поверхностная плотность теплового потока? В каких единицах они выражаются? 3. Что такое температурный градиент, каково его направление и в каких единицах он выражается? 4. На каком законе термодинамики базируется теория теплообмена? 5. Какая разница между поверхностной плотностью теплового потока и линейной плотностью теплового потока? 6. Что такое теплопроводность, конвекция и излучение? Каков механизм каждого из этих видов теплообмена?

Т е м а 2. Распространение теплоты теплопроводностью

Основной закон теплопроводности (закон Фурье). Теплопроводность. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности. Теплопроводность различных стенок при стационарном режиме. Граничные условия І рода. Определение теплопередачи через стенки. Граничные условия III рода. Коэффициент теплопередачи. Пути интенсификации процесса теплопередачи. Правило выбора материала теплоизоляции. Основные сведения о нестационарной теплопроводности.

Методические указания

Нужно понять значение закона Фурье для решения задач стационарной теплопроводности. Усвойте, что физически теплопроводность представляет собой процесс распространения теплоты путем теплового движения микрочастиц вещества без визуально наблюдаемого перемещения самих частиц. Теплопроводность наблюдается в твердых телах, неподвижных жидких и газообразных веществах. Если происходит движение жидкости или газа, то теплопроводность в чистом виде имеет место в весьма тонком неподвижном слое, прилегающем к поверхности твердого тела.

Уясните назначение и состав условий однозначности при решении задач теплообмена. Поймите влияние рода граничных условий на решение уравнения теплопроводности при стационарном режиме. Разберитесь, как, применяя граничное условие 1 рода, получают решение по распространению температуры внутри тела, а применяя граничное условие     III рода, получают решение по передаче теплоты от горячего теплоносителя кхолодному через разделяющую их стенку (теплопередача).

Конечная цель решения задач стационарной теплопроводности - определение теплового потока, т. е. количества теплоты, передаваемой за 1 с. Необходимо понять разницу между линейной и поверхностной плотностями теплового потока, а также между коэффициентом теплопередачи и линейным коэффициентом теплопередачи. Разберитесь в способах интенсификации теплопередачи, а также в том, как надо правильно подбирать материалы теплоизоляции цилиндрического теплопровода. Уясните, почему критерии Bi и Fo определяют нестационарную теплопроводность при нагревании и охлаждении тела.

Вопросы для самопроверки

1. Что понимают под явлением теплопроводности? 2. Напишите уравнение теплопроводности Фурье. Объясните физический смысл входящих в него величин. 3. Каковы границы изменения теплопроводности для металлов, изоляционных и строительных материалов, жидкостей и газов? 4.От чего зависит теплопроводность? 5. Чем отличаются условия однозначности для стационарного и нестационарного режимов теплопроводности? В чем отличие граничных условий І и III рода и кчему приводит это отличие при решении уравнений теплопроводности? 7. Напишите выражение теплового потока для теплопроводности через плоскую одно- и многослойную стенки. 8. Напишите выражение теплового потока для теплопроводности через цилиндрическую одно- и многослойную стенки. 9.Почему необходимо отличать поверхностную плотность теплового потока от линейной при рассмотрении теплопроводности через стенки трубы? 10. Что такое теплопередача и чем она отличается от теплопроводности? 11.Что называют термическим сопротивлением теплопередачи? 12. Что может происходить при неправильном выборе материала теплоизоляции цилиндрического теплопровода? Какое существует правило выбора теплоизоляции для этого случая? 13. Для чего стремятся интенсифицировать теплопередачу и какие для этого существуют пути? 14.Как влияет материал плоской стенки на перепад температур наружной и внутренней поверхностей стенки при теплопередаче?

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: