Циклы холодильных установок и термотрансформаторов

Классификация холодильных установок и принцип их работы. Рабочие тела. Холодильный коэффициент и холодопроизводительность. Цикл воздушной холодильной установки. Цикл парокомпрессионной холодильной установки. Термотрансформаторы. Сущность термотрансформации, коэффициент преобразования теплоты. Циклы совместного получения тепла и холода.

Методические указания

В этой теме студент изучает термодинамические основы холодильных установок, осуществляющих производство холода. Вопросы, рассматриваемые в данной теме, представляют большой практический интерес для будущих инженеров – технологов. Холодильные установки работают по обратному циклу. Знание классификации и принципиальных схем холодильных установок позволяет правильно выбирать соответствующий тип холодильной установки при расчете охлаждения. Несмотря на то, что воздушные холодильные установки в промышленности используют редко, изучение схемы и принципа действия такой установки позволит студенту изучить термодинамические основы холодильного цикла. Усвоив учебный материал темы, студент сможет анализировать с помощью - диаграммы работу холодильных циклов, определять холодильные коэффициенты и холодопроизводительность установок. Особое внимание обратить на работу паровой компрессорной холодильной установки, получившей наибольшее распространение в промышленности. Уяснить принципиальное отличие паровых компрессорных установок от воздушных. Запомнить, что в паровой компрессорной холодильной установке не применяется расширительный цилиндр (детандер), а рабочее тело дросселируется в регулировочном вентиле. Несмотря на то, что это приводит к потере холодопроизводительности, замена упрощает установку и дает возможность легко регулировать давление пара и получать низкую температуру в охладителе. По обратному циклу работают не только холодильные машины, но и тепловые насосы, в которых теплота, забираемая из окружающей среды, с помощью затраченной работы повышает энергетический уровень рабочего тела и при более высокой температуре отдает внешнему потребителю. Уяснить понятие коэффициента теплоиспользования и разобрать принципиальную схему и работу теплового насоса.

Литература:[2]. c. 290-302.

Основные понятия и определения

Теплопередачи

Предмет и задачи теплопередачи. Значение теплопередачи в промышленных процессах. Основные понятия и определения. Виды переноса теплоты: теплопроводность, конвекция, излучение. Теплоотдача. Теплопередача. Сложный теплообмен.

Методические указания

При изучении термодинамики студент не получал никаких указаний на то, каков механизм отвода теплоты от горячего тела к холодному. Теория теплообмена, наоборот, все внимание концентрирует на способах передачи теплоты, раскрывая механизм и физическую сущность их различных видов, и дает оперативные зависимости для расчета параметров, как отдельных видов теплообмена, так и их совокупности, называемой сложным теплообменом.

Необходимо понять и запомнить такие основные понятия, как температурное поле, градиент температуры, передаваемая теплота, тепловой поток, поверхностная плотность теплового потока, линейная плотность теплового потока.

Уяснить, что рассмотрение отдельных видов теплообмена, таких, как теплопроводность, конвекция и излучение, является методологическим приемом, вызванным сложностью реального теплообмена, в котором, как правило, одновременно участвуют все перечисленные выше виды распространения теплоты.

Литература:[2], с. 306-309.

Теплопроводность

Температурное поле и температурный градиент. Закон теплопроводности Фурье. Коэффициент теплопроводности. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности. Коэффициент температуропроводности. Теплопроводность при стационарном режиме однословной и многослойной плоской и цилиндрической стенок. Распределение температур в стенке. Теплопередача через плоскую и цилиндрическую стенки. Коэффициент теплопередачи. Пути интенсификации теплопереноса. Нестационарная теплопроводность. Методы решения задач нестационарной теплопроводности.

Методические указания

Нужно понять значение закона Фурье для решения задач стационарной теплопроводности. Усвоить, что физически теплопроводность представляет собой процесс распространения теплоты путем теплового движения микрочастиц вещества без визуально наблюдаемого перемещения самих частиц. Явление теплопроводности имеет место в твердых телах, неподвижных жидких и газообразных веществах. Если происходит движение жидкости или газа, то теплопроводность в чистом виде имеет место в весьма тонком неподвижном слое, прилегающем к поверхности твердого тела

Уяснить назначение и состав условий однозначности при решении задач теплообмена. Понять влияние рода граничных условий на решение уравнения теплопроводности при стационарном режиме. Разобраться, как, применяя граничное условие 1 рода, получают решение по распространению температуры внутри тела, а применяя граничное условие 3 рода, получают решение по передаче теплоты от горячего носителя к холодному через разделяющую их стенку (теплопередача).

Конечная цель решения задач стационарной теплопроводности – определение теплового потока, т.е. количества теплоты, передаваемой за 1 с. Надо понимать разницу между коэффициентом теплопередачи и линейным коэффициентом теплопередачи. Разобраться в способах интенсификации теплопередачи, а также в том, как надо правильно подбирать материалы теплоизоляции цилиндрического теплопровода. Понять, почему критерии и определяют нестационарную теплопроводность при нагревании и охлаждении тела.

Литература:[1], c. 309-322, 326-332, 339.