Energy
education

сайт для тех, кто хочет изучать энергетику

Термодинамика и тепломассообмен

Теплопроводность

Низкотемпературные процессы и аппараты

В настоящее время используются низкотемпературные установки, начиная со сверхпроводящих устройств, установок разделения газовых смесей, установок для ожижения природного газа, и кончая холодильными установками для хранения пищевых продуктов, систем хладоснабжения ледяных арен, искусственных горнолыжных трасс, установок кондиционирования воздуха, криомедицинского инструмента.

Примеры решения задач по теме "Циклы холодильных установок и тепловых насосов"

1. В компрессор воздушной холодильной установки (ХУ) воздух поступает из холодильной камеры при давлении $p_1 = 0.1$ МПа и температуре $t_1 = – 15$ °C. После изоэнтропного сжатия до давления $p_2 = 0.4$ МПа воздух поступает в теплообменник, где при $p_2 = const$ его температура снижается до $t_3$. Затем воздух поступает в детандер, где происходит изоэнтропное расширение до первоначального давления $p_1$, и в холодильную камеру. В холодильной камере при $p_1 = const$ воздух отнимает теплоту от охлаждаемых тел и нагревается до температуры $t_1$. Определить: холодильный коэффициент ХУ; температуру воздуха, поступающего в холодильную камеру; количество теплоты, забираемое в теплообменнике охлаждающей водой (в кВт); расход воздуха и теоретическую потребную мощность, если холодопроизводительность установки $Q_2 = 100$ кВт.

2. Воздушная ХУ производит лед при температуре $–3$ °C из воды с температурой $10$ °C. Воздух, поступающий в компрессор, имеет температуру $t_1 = -10$ °C, давление $p_1 = 0.1$ МПа и сжимается до давления $p_2 = 0.4$ МПа. Затем воздух поступает в теплообменник, где изобарно охлаждается до $t_3 = 20$ °C. Расход воздуха равен $1000$ м3/ч при нормальных условиях. Определить холодильный коэффициент, мощность, потребную для привода компрессора, и количество льда, полученного в час.

3. Компрессор К паровой ХУ всасывает пар фреона-12 при температуре $t_1 = –30$ оC и степени сухости $х_1 = 0.97$ и изоэнтропно сжимает его до давления $р_2$, при котором степень сухости $х_2 = 1$. Из компрессора фреон-12 поступает в охладитель, где изобарно охлаждается водой с температурой на входе $t_{1В} = 12$ °C, а на выходе $t_{2В} = 20$ °C, превращаясь при этом в жидкость. В редукционном вентиле жидкий фреон-12 дросселируется до состояния влажного насыщенного пара, с давлением $р_1$, после чего направляется в испаритель, из которого выходит со степенью сухости $х_1$. Определить теоретическую мощность двигателя ХУ, часовой расход фреона-12 и охлаждающей воды в охладителе, если холодопроизводительность установки $Q_2 = 200$ МДж/ч. Определить холодильный коэффициент ХУ.

4. Современные мощные электрогенераторы работают с применением водородного охлаждения. Циркулирующий в системе охлаждения водород может быть использован как рабочее тело в схеме ТН, работающего по газовому циклу. Чему равен коэффициент преобразования этой установки, если давление водорода в системе охлаждения генератора постоянно: $р_1 = р_4 = 0.097$ МПа, а температуры в точках 1, 3 и 4 соответственно равны: $t_1 = 40$ °C, $t_3 = 60$ °C и $t_4 = 20$ оC? Каково давление водорода $р_2$, поступающего в теплообменник? Процессы сжатия в компрессоре и расширения в детандере считать адиабатными. Давления водорода на входе и выходе из теплообменника равны (т. е. $р_1 = р_3$).

5. Для отопления зданий может быть использована теплонасосная установка, в которой нижним источником теплоты служит окружающая среда. В результате работы ТН теплота окружающей среды передается источнику теплоты с более высокой температурой, чем окружающая среда. Сколько можно получить теплоты в час для отопления здания при помощи ТН, если температура окружающей среды $t_{ОС} = –15$ °C, температура нагревательных устройств $t_Н = 70$ °C ? Мощность двигателя компрессора $N = 15 кВт$. Принять, что установка работает по циклу, изображенному ниже. Холодильный агент – фреон-12. Определить также коэффициент преобразования ТН ξ.