раб. Циклы тепловых насосов или циклы охлаждения
 Скачать 51.35 Kb.
|
|
Бытовой холодильник в настоящее время является обычным бытовым устройством, и очень немногие домохозяйства в развитом мире не имеют 1 или более холодильников для хранения охлажденных продуктов. Домашнее хранение - последнее и во многих отношениях самое важное звено в цепочке охлаждения пищевых продуктов. Неадекватное домашнее охлаждение или охлаждение часто упоминается как фактор пищевых отравлений. Бытовой холодильник - обычное, если не повсеместное бытовое устройство во многих странах мира. В развитом мире очень немногие домохозяйства не имеют дома для хранения охлажденных продуктов. Сообщается, что холодильники являются одним из первых активов после телевизора, которые приобретает типичное домохозяйство с низким доходом по мере роста своего благосостояния Можно утверждать, что без домашнего холодильника современная холодильная цепь для охлажденных продуктов невозможна. Охлаждение важно как для поддержания безопасности и качества многих пищевых продуктов, так и для обеспечения возможности поставки и потребления пищевых продуктов во все более урбанизированном мире. Хотя охлаждение использует энергию, поскольку производство продуктов питания связано со значительными вложениями в углерод, которые растрачиваются, если пища затем не используется, необходимо достичь баланса между потреблением энергии и отходами. Термодинамические циклы тепловых насосов или циклы охлаждения концептуальные и математические модели для теплового насоса , кондиционирования воздуха и холодильных систем. Тепловой насос - это механическая система, которая позволяет передавать тепло из одного места («источника») с более низкой температурой в другое место («сток» или «радиатор») с более высокой температурой. [1]Таким образом, тепловой насос можно рассматривать как «обогреватель», если целью является обогрев радиатора (например, при обогреве дома в холодный день), или как «холодильник» или «охладитель», если цель состоит в для охлаждения источника тепла (как при нормальной работе морозильника). В любом случае принципы работы близки. [2] Тепло переносится из холодного места в теплое. Термодинамические циклыСогласно второму закону термодинамики тепло не может самопроизвольно течь из более холодного места в более горячее; для этого требуется работа . [3] Кондиционер требует работы, чтобы охладить жилое пространство, перемещая тепло из более прохладного помещения (источник тепла) в более теплое снаружи (радиатор). Точно так же холодильник перемещает тепло из холодного холодильника (источника тепла) в более теплый воздух комнатной температуры на кухне (радиатор). Принцип действия идеального теплового двигателя был описан математически , используя цикл Карно с помощью Карны в 1824. Идеальной охлаждении или систему теплового насоса можно рассматривать как идеальный тепловой двигатель , который работает в обратном цикле Карно. [4] Тепловой насос и холодильные циклы могут быть классифицированы как сжатие пара, поглощения паров, газов цикла или цикла Стирлинга типов. Парокомпрессионный цикл Парокомпрессионное охлаждение [5]  Для сравнения представлена простая стилизованная схема парокомпрессионного холодильного цикла теплового насоса : 1) конденсатор , 2) расширительный клапан , 3) испаритель , 4) компрессор [6] Цикл сжатия пара используется во многих системах охлаждения, кондиционирования воздуха и других системах охлаждения, а также в тепловых насосах для отопления. Есть два теплообменника, один из которых является более горячим конденсатором и выделяет тепло, а другой - более холодным испарителем, принимающим тепло. Для приложений, которые должны работать как в режиме нагрева, так и в режиме охлаждения, реверсивный клапан используется для переключения функций этих двух теплообменников. В начале термодинамического цикла хладагент входит в компрессор в виде пара низкого давления и низкой температуры, где давление увеличивается, и выходит в виде перегретого газа с более высокой температурой и более высоким давлением . Затем этот горячий сжатый газ проходит через конденсатор, где отдает тепло в окружающую среду, охлаждая и полностью конденсируя. Затем охлаждающая жидкость под высоким давлением проходит через расширительный клапан (дроссельный клапан), который резко снижает давление, вызывая резкое падение температуры. [7] Затем холодная смесь жидкости и пара под низким давлением проходит через испаритель, где полностью испаряется, принимая тепло из окружающей среды, прежде чем вернуться в компрессор в виде низкотемпературного газа низкого давления для повторного запуска цикла. [8] В некоторых более простых приложениях с фиксированной рабочей температурой, например, в домашнем холодильнике , можно использовать компрессор с фиксированной скоростью и расширительный клапан с фиксированной апертурой. В приложениях, которые должны работать с высоким КПД в очень разнообразных условиях, как в случае с тепловыми насосами, где внешняя температура и внутренняя потребность в тепле значительно меняются в зависимости от сезона, обычно используются инверторный компрессор с регулируемой скоростью и регулируемый расширительный клапан для управления. давление цикла более точно. Вышеприведенное обсуждение основано на идеальном парокомпрессионном холодильном цикле и не принимает во внимание реальные эффекты, такие как падение давления на трение в системе, небольшая термодинамическая необратимость во время сжатия пара хладагента или неидеальное поведение газа ( если есть). [4] Цикл абсорбции параВ первые годы двадцатого века цикл абсорбции пара с использованием водно-аммиачных систем был популярен и широко использовался, но после разработки цикла сжатия пара он потерял большую часть своего значения из-за низкого коэффициента полезного действия (около одного пятую часть цикла сжатия пара). В настоящее время цикл абсорбции пара используется только там, где тепло более доступно, чем электричество, например, в случае промышленных отходов тепла , солнечной тепловой энергии от солнечных коллекторов или автономного охлаждения в транспортных средствах для отдыха . Цикл абсорбции аналогичен циклу сжатия, за исключением метода повышения давления пара хладагента. В абсорбционной системе компрессор заменен абсорбером и генератором. Абсорбер растворяет хладагент в подходящей жидкости (разбавленном растворе), и поэтому разбавленный раствор становится крепким раствором. Затем жидкостной насос переместит крепкий раствор из абсорбера в генератор, где при добавлении тепла температура и давление увеличиваются. Затем пары хладагента высвобождаются из крепкого раствора, который превращается в разбавленный раствор и возвращается в абсорбер с помощью жидкостного насоса. Жидкостный насос требует некоторой работы, но для данного количества хладагента она намного меньше, чем требуется компрессору в цикле сжатия пара. Однако для генератора требуется источник тепла, который потреблял бы тепловую энергию, если бы не использовалось отработанное тепло. В абсорбционном холодильнике используется подходящая комбинация хладагента и абсорбента. Наиболее распространенными сочетаниями являются аммиак (хладагент) и вода (абсорбент), а также вода (хладагент) и бромид лития (абсорбент). Системы абсорбционного охлаждения могут работать на ископаемых источниках энергии (например, уголь , нефть , природный газ и т. Д.) Или возобновляемых источниках энергии (например, рекуперация отработанного тепла , биомасса , солнечная энергия ). Газовый цикл
Когда рабочая жидкость представляет собой газ, который сжимается и расширяется, но не меняет фазы, цикл охлаждения называется газовым циклом . Этим рабочим телом чаще всего является воздух . Поскольку в газовом цикле не предусмотрены конденсация и испарение, компоненты, соответствующие конденсатору и испарителю в цикле сжатия пара, представляют собой теплообменники горячего и холодного газа . При заданных экстремальных температурах газовый цикл может быть менее эффективным, чем цикл сжатия пара, поскольку газовый цикл работает по обратному циклу Брайтона, а не по обратному циклу Ренкина . Таким образом, рабочая жидкость никогда не получает и не отводит тепло при постоянной температуре. В газовом цикле охлаждающий эффект равен произведению удельной теплоемкости газа и повышения температуры газа на стороне низких температур. Следовательно, при одинаковой охлаждающей нагрузке газовым холодильным машинам требуется больший массовый расход, что, в свою очередь, увеличивает их размер. Из-за более низкой эффективности и большего размера охладители с воздушным циклом не часто применяются в наземном холодильном оборудовании. Машина воздушного цикла является очень распространенной, однако, на газотурбинных Приведено реактивных самолетах , так как сжатый воздух легко доступен из компрессорных секций двигателей. Блоки охлаждения и вентиляции этих реактивных самолетов также служат для обогрева и создания избыточного давления в кабине самолета . двигатель Стирлинга
Цикл Стирлинг тепловой двигатель может приводиться в обратном направлении, с использованием механической энергии для привода передачи тепла в обратном направлении (т.е. теплового насоса или холодильник). Существует несколько вариантов конструкции таких устройств, которые можно построить. Для некоторых таких установок требуются вращающиеся или скользящие уплотнения, которые могут затруднить компромисс между потерями на трение и утечкой хладагента. Обратный цикл КарноЦикл Карно является обратимым циклом, поэтому четыре процесса, которые его составляют, два изотермических и два изоэнтропических, также могут быть обращены вспять. Когда цикл Карно работает в обратном направлении , он называется обратным циклом Карно . Холодильник или тепловой насос, который действует по обратному циклу Карно, называется соответственно холодильником Карно или тепловым насосом Карно. На первой стадии этого цикла, хладагент поглощает тепло изотермический от источника низкой температуры, T L , в количестве Q L . Затем хладагент изэнтропически сжимается и его температура поднимается к тому , что из источника высокой температуры, T H . Затем при этой высокой температуре, хладагент отводит тепло изотермический в количестве Q H . Также во время этой стадии хладагент переходит из насыщенного пара в насыщенную жидкость в конденсаторе. И, наконец, хладагент расширяется изэнтропический до тех пор , пока его температура падает к тому , что от источника с низким уровнем температуры, T L . [2] |