Слайд 2
1. Основные термодинамические параметры состояния рабочего тела. Термическое
уравнение состояния
Состояние рабочего тела может быть определено тремя параметрами,
в качестве которых в технической термодинамике принимают:
удельный объем
абсолютную температуру
давление.
Слайд 3
Удельный объем вещества
Удельный объем вещества – объем, занимаемый
единицей массы данного вещества
ν= V / M , м3/кг.
Слайд 4
Плотность вещества
Плотность вещества ρ – величина, обратная удельному
объему
ρ = 1/ ν = M /V , кг/м3
Плотность
и удельный объем рабочих тел зависят от температуры и давления.
Слайд 5
Абсолютная температура
Температура тела есть мера его нагретости.
Температура,
отсчитываемая от абсолютного нуля, называется абсолютной, а шкала температур
– шкалой Кельвина.
Между температурами по шкале Кельвина и Цельсия существует связь
T = t + 273,15
Слайд 6
Давление
Давление – физическая величина, численно равная отношению нормальной
составляющей силы к площади, на которую действует эта сила.
Единицей давления в системе СИ является Паскаль – давление, вызываемой силой в 1 Н, равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м2
p=Fn /A
Слайд 7
Термическое уравнение состояния.
Уравнение состояния связывает давление р, объём V и температуру Т физически
однородной системы в состоянии термодинамического равновесия :
F (p, V,
Т) = 0.
Если известно уравнение состояния, то для определения состояния простейших систем- однородных и постоянных по времени, по массе и по составу- достаточно знать две независимые переменные из числа трех:
p=f1(ν,T) ν=f2(p,T) T=f3(ν,p)
Слайд 8
2. Исследование процесса сжатия в компрессорах. Индикаторная диаграмма
компрессора.
Компрессоры предназначены для сжатия и перемещения газов. Они нашли
широкое применение в технике, являясь одним из основных агрегатов в газотурбинных, а также в некоторых поршневых двигателях.
По способу сжатия газа компрессоры подразделяются на две группы. К первой группе относятся компрессоры объемного сжатия (поршневые, ротационные и др.), а ко второй – динамического сжатия (центробежные, осевые).
Слайд 9
Теоретическая индикаторная диаграмма идеального поршневого компрессора.
На диаграмме
линия:
4–1 – называется линией всасывания;
1–2 – процесс
сжатия по изотерме;
1–2" – процесс сжатия по адиабате;
1–2' – политропный процесс сжатия;
2–3 – линия нагнетания;
3–4 –условная линия, замыкающая цикл.
Следует отметить, что линии всасывания 4 –1 и нагнетания 2–3 не изображают термодинамические процессы, т.к. состояние рабочего тела здесь не меняется, а меняется лишь его количество.
Слайд 10
Ввиду того, что работа lк на получение сжатого
газа затрачивается, она имеет отрицательный знак. Эта работа называется
технической работой компрессора. Работа компрессора lк на диаграмме в pv – координатах изображается площадью 1-2-3-4-1 (работа изотермического сжатия).
Работа, затраченная на привод идеального компрессора при изотермическом сжатии, определяется по формуле
При адиабатном сжатии работа на привод компрессора будет
Эта работа численно равна площади 1-2"-3-4-1. Работа на привод компрессора при адиабатном сжатии может быть также записана в виде формулы
где - работа адиабатного сжатия.
Слайд 11
Вредное пространство уменьшает количество всасываемого газа и, следовательно,
уменьшает производительность компрессора. Степень использования рабочего объема цилиндра оценивается
объемным кпд компрессора
Действительная индикаторная диаграмма
Первое отличие действительной индикаторной диаграммы одноступенчатого компрессора от теоретической заключается в наличии вредного пространства в реальном компрессоре.
Второе отличие обусловлено потерями на дросселирование во всасывающем и нагнетательном клапанах. Вследствие этого всасывание новой порции газа в цилиндр происходит при давлении, меньшем р1, а нагнетание – при давлении большем давления р2 в нагнетательном трубопроводе.
Слайд 12
3. Рекуперативные теплообменные аппараты.
Рекуперативный теплообменник — теплообменник, в
котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах,
в стенке между которыми происходит теплообмен. При неизменных условиях параметры теплоносителей на входе и в любом из сечений каналов, остаются неизменными, независимыми от времени, т.е процесс теплопередачи имеет стационарный характер. Поэтому рекуперативные теплообменники называют также стационарными.
Слайд 13
В зависимости от направления движения теплоносителей рекуперативные теплообменники
могут быть:
прямоточными при параллельном движении в одном направлении,
противоточными при
параллельном встречном движении,
перекрестноточными при взаимно перпендикулярном движении двух взаимодействующих сред.
Слайд 14
Наиболее распространённые в промышленности рекуперативные теплообменники:
Кожухотрубные теплообменники,
Элементные (секционные)
теплообменники,
Двухтрубные теплообменники типа "труба в трубе",
Витые теплообменники,
Погружные теплообменники,
Оросительные теплообменники,
Ребристые
теплообменники,
Спиральные теплообменники,
Пластинчатые теплообменники,
Пластинчато-ребристые теплообменники,
Графитовые теплообменники.
фторопласт-Тефлоновые теплообменники.
Слайд 15
4.Коэффициент теплопроводности.
Коэффициент теплопроводности - это относительная величина, характеризующая теплопроводность
материала и определяемая как количество теплоты, которое проходит за
1 час через материал, имеющий толщину 1 метр и площадь 1 квадратный метр при разнице температур на входе и выходе в 1 градус по Цельсию [Вт/(м·К)]. Чем больше коэффициент теплопроводности материала, тем хуже его теплозащита, поскольку большее количество теплоты способно пройти через материал.
Слайд 16
Разные материалы имеют разные коэффициенты теплопроводности. Это зависит
от многих факторов и, прежде всего, от :
структуры материала,
плотности,
температуры,
давления,
влажности.
Наибольшими значениями коэффициента теплопроводности характеризуются металлы и всевозможные сплавы на их основе, а наименьшими – газы. Значения коэффициентов теплопроводности для различных материалов определяются с помощью специальных справочных таблиц.
Слайд 17
При проведении инженерных расчетов коэффициент теплопроводности различных материалов
играет исключительно важную роль:
Для отопительного прибора, изготовленного с использованием
исключительно металлических элементов, то обстоятельство, что металл обладает высокой теплопроводностью, является несомненным достоинством.
При проектировании трубопровода, предназначенного для подачи горячей воды или пара в отопительную систему любого масштаба, высокая теплопроводность стальных труб становится уже значительным недостатком по причине более чем существенных потерь тепла в ходе транспортировки. В этом случае инженерам-проектировщикам необходимо искать наиболее эффективные меры защиты.
Слайд 18
5. Схема и цикл воздушной холодильной установки.
Принципиальная схема
простейшей воздушной холодильной машины:
П –помещение;
К – компрессор;
Т – турбина (детандер);
ПО – промежуточный охладитель;
М – двигатель;
ЗВ – забортная вода.
Слайд 19
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 ПО забортной 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.
Слайд 20
Теоретический цикл в v-p диаграмме и s-T диаграмме 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. 1.1, в теоретическом цикле осуществляются адиабатические процессы сжатия и расширения воздуха и изобарические процессы его охлаждения (окружающей средой – забортной водой) и нагревания.
Слайд 21
Удельная холодопроизводительность воздуха
q0 = i1 – i4 , кДж/кг, где i1 и i4 – энтальпия в состояниях,
характеризуемых точками 1 и 4 на диаграмме. Она пропорциональна
площади c-4-1-d (рис. 1,2).
Затраченная на совершение цикла удельная работа пропорциональна площади 1-2-3-4 и находится по формуле:
l = lк.а – lр.а , где lк.а – работа компрессора (отрицательная),кДж/кг,
lр.а – работа детандера(положительная)
lк.а = i2 – i1 = площадь 1-2-b-a (рис. 1,1),кДж/кг,
lр.а = i3 –i4 = площадь 3-4-a-b, кДж/кг,
Теоретический холодильный коэффициент обратимого цикла воздушной холодильной машины:
На s-T диаграмме (см. рис. 1,2) показан и обратный цикл Карно 1-2′-3-4′ для интервала температур T1-T3 в охлаждаемом помещении (T1 = T0 = const) и окружающей среды – охлаждающей воды (T3 = T= const). Как видно, для этого цикла холодопроизводительность больше, а затраченная работа меньше, чем в цикле воздушной холодильной машины.
Слайд 22
Действительный цикл воздушной холодильной машины в s-T диаграмме.
Действительная удельная холодопроизводительность,
кДж/кг:
q0д = q0 – lр.а·(1 – ηр.а).
Она меньше теоретической q0 на величину потерь в турбине
(заштрихованная площадь а-4-4d-b).
Действительная удельная работа, кДж/кг, больше теоретической на величину потерь в компрессоре и в турбине:
Тогда действительный холодильный коэффициент:
Он намного меньше теоретического холодильного коэффициента; обычно εд< 1.
По экономичности в режиме кондиционирования и умеренного охлаждения ВХМ значительно уступают наиболее экономичным парокомпрессорным холодильным машинам. Потребляемая ими мощность в режиме кондиционирования в 2…3 раза больше, чем для ПКХМ.
Слайд 23
Такие ВХМ внедрены в промышленное производство и эксплуатацию
в стационарной практике.
Несомненным достоинством ВХМ является отсутствие в них
специального хладагента, роль которого в данном случае выполняет бесплатный безвредный воздух, и, хотя особо широкого практического применения ВХМ пока не нашли,
они используются для:
кондиционирования воздуха в самолетах, автомобилях, иногда на судах, при обработке металлоизделий холодом (t0 < -70 °C),
в термобарокамерах по испытанию авиационных двигателей,
в установках глубокого охлаждения для разделения газов, сжижения воздуха и получения кислорода.
