1. В компрессор воздушной холодильной установки 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 $t_3=50$ °C. 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 холодильной установки, температуру воздуха, поступающего в холодильную камеру; количество теплоты, забираемое в теплообменнике охлаждающей водой, расход воздуха и теоретическую потребную мощность, если холодопроизводительность установки $Q_2=100$ кВт. Изобразить цикл в диаграммах $p-υ$ и $T-s$.
2. Воздушная холодильноая установка 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. Современные мощные электрогенераторы работают с применением водородного охлаждения. Циркулирующий в системе охлаждения водород может быть использован как рабочее тело в схеме теплового насоса, 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 $t_4=20$ °C? Каково давление водорода $р_2$, поступающего в теплообменник? Теплоемкость водорода считать не зависящей от температуры, а процессы сжатия в компрессоре и расширения в детандере – адиабатными. Давления водорода на входе и выходе из теплообменника равны (т.е. $р_1=р_3$).
4. Хладопроизводительность воздушной холодильной установки $Q=80$ МДж/ч. Определить ее холодильный коэффициент и потребную теоретическую мощность двигателя, если известно, что максимальной давление воздуха в установке $p_2=0.5$ МПа, минимальное давление $p_1=0.11$ МПа, температура воздуха в начале сжатия $t_1=0$ °С, а при выходе из охладителя $t_3=20$ °С. Сжатие и расширение воздуха принять политропным с показателем политропы $n=1.2$.
5. Пар фреона-12 (R12) при температуре $t_1=-20$ °С поступает в компрессор, где адиабатно сжимается до давления, при котором его температура становится равной $t_2=10$ °С, а сухость пара $x_2=1$. Из компрессора фреон поступает в конденсатор, где при постоянном давлении обращается в жидкость, после чего изоэнтальпийно расширяется в дросселе до температуры $t_4=t_1$. Определить холодильный коэффициент установки, массовый расход фреона, а также теоретическую мощность привода компрессора, если хладопроизводительность установки $Q=100$ кВт. Изобразить схему установки и ее цикл в $T-s$ диаграмме.
6. Компрессор паровой холодильной установки всасывает пар фреона-12 (R12) при температуре $t_1=–30$ °C 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 $t'_в=12$ °C, а на выходе $t''_в=20$ °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 холодильной установки, часовой расход фреона-12 и охлаждающей воды в охладителе, если холодопроизводительность установки $Q_2=200$ МДж/ч. Определить холодильный коэффициент холодильной установки, изобразить цикл в диаграмме $T-s$.
7. Аммиачная (R717) холодильная установка при температуре кипения хладагента $t_1=-20$ °C и температуре его конденсации $t_2=25$ °C имеет холодопроизводительность $200$ кВт. Определить холодильный коэффициент установки, массовый расход хладагента, а также теоретическую мощность привода компрессора, если известно, что пар аммиака после компрессора становится сухим насыщенным. Изобразить схему установки и её цикл в $T-s$ диаграмме.
8. Компрессор аммиачной (R717) холодильной установки всасывает пар аммиака при температуре $t_1=-10$ °С и степени сухости $x_1=0.92$ и сжимает его адиабатно до давления, при котором его тмпература $t_2=20$ °С и степень сухости $x_2=1$. Из компрессора пар аммиака поступает в конденсатор, в котором охлаждающая вода имеет на входе температуру $t'_в=10$ °С, а на выходе $t''_в=20$ °С. В редукционном вентиле жидкий аммиак подвергается дросселированию до $0.3$ МПа, после чего он направляется в испаритель, из которого выходит со степенью сухости $x=0.92$ и снова поступает в компрессор. Теплота, необходимая для испарения аммиака, заимствуется из рассола, имеющего на входе в испаритель температуру $t'_р=-2$ °С, а на выходе из него температуру $t''_р=-5$ °С. Определить теоретическую мощность машины и часовой расход аммиака, рассола и охлаждающей воды, если холодопроизводительность установки $60$ кВт. Теплоемкость рассола принять равной $3$ кДж/кг·К.
9. Для отопления зданий может быть использована теплонасосная установка, в которой нижним источником теплоты служит окружающая среда. В результате работы теплового насоса теплота окружающей среды передается источнику теплоты с более высокой температурой, чем окружающая среда. Сколько можно получить теплоты в час для отопления здания при помощи теплового насоса, если температура окружающей среды $t_{ос}=–15$ °C, температура нагревательных устройств $t_н=70$ °C? Мощность двигателя компрессора $N=15$ кВт. Холодильный агент – фреон-12 (R12).
10. Идеальная холодильная машина работает как тепловой насос по обратному циклу Карно. При этом она берет тепло от воды с температурой $t_2=2$ °С и передает его воздуху с температурой $t_1=27$ °C. Найти холодильный коэффициент машины. Холодильный агент – углекислый газ (R744).
