Идеальные циклы теплотрансформаторов
Идеальным циклом теплотрансформатора является обратный цикл Карно, изображенный на рис. 10.1.
Здесь 1-2-3-4 - идеальный цикл холодильной установки, вырабатывающей искусственный холод; Toc - температура окружающей среды; Tx - температура охлаждаемого тела; TT -температура нагреваемого тела
Рабочее тело холодильных установок называется холодильным агентом. Впроцессах 1-2 и 3-4 хладоагент сжимается и расширяется по адиабате, в процессе 4-1 воспринимает тепло (qx) от охлаждаемого тела, в процессе 2-3 отдает тепло (q0) в окружающую среду.
Теплота, отводимая от охлаждаемого тела и переданная хладоагенту
(qx, кДж/кг) называется удельной холодопроизводительностью (заштрихованная площадь, рис. 10.1).
Полная холодопроизводительность
,
где G, кг/с - расход хладоагента.
Затрачиваемая работа (l) представляется в диаграмме площадью цикла
1-2-3-4
.
Затрачиваемая мощность N = l.G, кВт.
Эффективность цикла холодильной установки характеризуется холодильным коэффициентом
(10.1) |
Для обратного цикла Карно 1-2-3-4 можно записать:
. | (10.2) |
Холодильный коэффициент изменяется в пределах от 0 до µ (0<e<µ) и зависит от температур Tx и Tоc. С уменьшением температуры вырабатываемого холода (Tx), с увеличением температуры окружающей среды (Tоc) холодильный коэффициент уменьшается.
Идеальный цикл теплового насоса изображен на рис. 10.1 в виде прямоугольника с вершинами 1¢-2¢-3¢-4¢. Тепловые насосы используются для отопления помещений, для нагрева различных веществ (например, воды) за счет тепла окружающей среды или других низкопотенциальных источников.
Теплота, передаваемая от рабочего тела в окружающую среду или нагреваемому телу (qT, кДж/кг), называется удельной тепловой производительностью теплового насоса.
Полная теплопроизводительность равна
, кВт.
Затрачиваемая работа
представляется площадью цикла 1¢-2¢-3¢-4¢ в T-s- диаграмме.
Затрачиваемая мощность N = lG, кВт.
Эффективность цикла теплового насоса характеризуется коэффициентом отопления, вычисляемого по формуле
. | (10.3) |
Для обратного цикла Карно 1¢-2¢-3¢-4¢:
. | (10.4) |
Согласно (10.4) коэффициент отопления всегда больше 1 (m >1), он зависит от температур вырабатываемого тепла (TT) и окружающей среды (Tоc). С увеличением (TT) либо падением температуры (Tоc) коэффициент отопления (m) уменьшается.
Идеальный цикл комбинированной установки, предназначенной для выработки искусственного холода и тепла, изображен на рис. 10.1 в виде прямоугольника с вершинами 1¢¢2¢¢3¢¢4¢¢. Эффективность цикла такой установки характеризуется коэффициентом трансформации
. | (10.5) |
Для обратного цикла Карно:
. | (10.6) |
Согласно (10.6), коэффициент трансформации KK >1 зависит от температур Tx и TT и уменьшается с увеличением TТ или снижением Tх.
Таким образом, коэффициенты e, m, K зависят от температур вырабатываемого холода или тепла, и не годятся для сравнения по эффективности теплотрансформаторов, работающих в разных температурных интервалах. От этого недостатка свободен эксергетический КПД
, |
который не зависит от температур горячего и холодного источников, и является показателем термодинамического совершенства, т.к. характеризует степень необратимости реальных процессов, протекающих в теплотрансформаторах.
В частности, для теплового насоса с электроприводом можно записать:
(10.7) | |
где m - отопительный коэффициент теплового насоса (учитывает все потери), mk - отопительный коэффициент цикла Карно для данного интервала температур (TT - Toc).
Аналогичные формулы могут быть получены для холодильной установки и для комбинированной установки:
, | (10.8) |
. | (10.9) |
Эксергетический КПД изменяется в пределах от 0 до 1 (0< £1).
Для идеального теплотрансформатора с циклом Карно .
По виду рабочего цикла теплотрансформаторы делятся на 2 основные группы: газовые и паровые.
Дата добавления: 2021-07-22; просмотров: 445;