9501

120

В зависимости от того, какой пар всасывается компрессором (сухой или влажный), процесс в холодильных машинах называют сухим или влажным. При сухом процессе в испарителе получается сухой насыщенный пар. Чтобы обес-

печить поступление в компрессор сухого пара, холодильную установку снаб-

жают отделителем жидкости, или сепаратором, через который жидкость воз-

вращается в испаритель. Схема такой установки дана на рис. 77.

Затрата работы в компрессоре при адиабатном сжатии определяют по формуле

Количество холодильного агента и теоретическую мощность, подводи-

мую к компрессору, определяют по формулам (268) и (271).

Из цикла паровой компрессорной установки, изображенной на рис. 78,

видно, что замена расширительного цилиндра редукционным вентилем обу-

словливает некоторую потерю холодопроизводительности, которая может быть

121

частично уменьшена путем переохлаждения жидкости ниже температуры кон-

денсации. Это видно на рис. 78, где изображен цикл паровой компрессорной холодильной установки с переохлаждением конденсата до температуры t5, ле-

жащей ниже температуры конденсации t4.

Рис. 78

Данные о насыщенных парах аммиака и углекислоты приведены в спра-

вочной литературе.

При решении задач, связанных с холодильными процессами, весьма удобно пользоваться энтропийными диаграммами, помещенными в специаль-

ных курсах холодильных установок.

Весьма удобной является также диаграмма i-p (рис. 79). На ней по оси абсцисс отложены энтальпии, а по оси ординат – давления. Для лучшего ис-

пользования площади диаграммы давления нанесены в логарифмической шкале

(i-lg р). На диаграмме нанесены также пограничные кривые, кривые равной су-

хости пара, изотермы, изохоры и кривые постоянной энтропии.

Диаграмма i-p позволяет быстро находить параметры пара и дает воз-

можность определять в виде отрезков прямых характеристики рабочего процес-

са холодильных установок: холодопроизводительность, тепловую нагрузку конденсатора и теоретическую затрату работы в компрессоре.

122

Рис. 79

На рис. 79 дана диаграмма i-p для углекислоты с изображением цикла хо-

лодильной установки. Точка 1 характеризует состояние сухого насыщенного пара на выходе из испарителя и перед поступлением его в компрессор, линия

1-2 – процесс адиабатного сжатия в компрессоре (s = const), точка 2 – состояние сжатой углекислоты, линия 2-3 – процесс отдачи теплоты (q) в конденсаторе при постоянном давлении. Процесс дросселирования в редукционном вентиле можно условно представить вертикалью 3-4, а процесс испарения углекислоты

– линией 4-1.

Холодопроизводительность q0 измеряется отрезком 1-4 (i1 – i4), тепловая нагрузка конденсатора q – отрезком 2-3 (i2 – i3), а теоретическая затрата работы в компрессоре lк измеряется разностью энтальпий в точках 2-1. Все указанные величины относятся к 1 кг углекислоты.

123

Задача

Компрессор аммиачной холодильной установки всасывает пар аммиака при температуре t1 = –10 °C и степени сухости х1 = 0,92 и сжимает его адиабатно до давления, при котором его температура t2 = 20 °C и степень сухости х2 = 1. Из компрессора пар аммиака поступает в конденсатор, в котором охлаждающая во-

да имеет на входе температуру t'в = 12 °C, 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 х = 0,92 и снова поступает в компрессор. Теплота, необходи-

мая для испарения аммиака, заимствуется из рассола, имеющего на входе в ис-

паритель температуру t'p = –2 °C, а на выходе из него температуру t''p = –5 °C.

Определить теоретическую мощность двигателя холодильной машины и часовой расход аммиака, рассола и охлаждающей воды, если холодопроизводи-

тельность установки Q0 = 58,15 кДж/c. Теплоемкость рассола принять равной

4,19 кДж/(кг∙К).

Решение

Условный цикл аммиачной холодильной установки для данных, указан-

ных в задаче, показан на рис. 76.

Работа, затраченная на компрессор, по уравнению (272)

lк i2 i1.

Энтальпия пара, выходящего из компрессора, поскольку он является су-

хим насыщенным, определяется непосредственно по справочным таблицам для насыщенного пара аммиака:

i2 i 1699,4 кДж/кг; r2 1186,9 кДж/ кг.

Энтальпия влажного пара, всасываемого компрессором, определяется по формуле для влажного пара

i1 ix i1 r1x.

По справочным данным находим

i1 372,6 кДж/ кг; r1 1296,6 кДж/кг,

124

откуда

i1 372,6 1296,6 0,92 1565,5 кДж/ кг.

Таким образом, работа, затраченная на привод компрессора

lк i2 i1 1699,4 1565,5 133,9 кДж/кг.

Количество холодильного агента (аммиака), всасываемого компрессором определяется из уравнения (268):

Ma Q0 . q0

Холодопроизводительность Q0 аммиачной машины известна, а величина q0 определяется по формуле (273):

q0 i1 i4.

Так как процесс дросселирования (линия 3-4) характеризуется равенством начального и конечного значений энтальпии, то

i4 i3 i2 512,5 кДж/с.

Следовательно,

q0 1565,5 512,5 1053 кДж/ кг.

Количество холодильного агента (аммиака)

Mа 58,15 0,0552 кг/ с. 1053

Таким образом, теоретическая мощность двигателя по формуле (271)

Nтеор Mаl0 0,0552 133,8 7,39 кДж/ с 7,39 кВт.

Потребное количество рассола по уравнению

Mр c(tр tр),

при с = 4,19 кДж/(кг∙К)

58,15

Mр 4,19 ( 2 ( 5)) 4,626 кг/ с.

Необходимое количество охлаждающей воды определяем из уравнения

Mar 0,0552 1186,9

Mв c(tв tв) 4,19 (20 12) 1,96 кг/ с.

125

13.ВЛАЖНЫЙ ВОЗДУХ

Ввоздухе всегда содержится то или иное количество влаги в виде водя-

ного пара. Такую смесь сухого воздуха с водяным паром называют влажным воздухом.

Так как обычно расчеты, связанные с влажным воздухом, выполняют при давлениях, близких к атмосферному, и парциальное давление пара в нем неве-

лико, то с достаточной точностью можно применять к влажному пару все фор-

мулы, полученные для идеальных газов. Поэтому в дальнейшем принимаем,

что влажный воздух подчиняется уравнению состояния идеальных газов

pV MRT,

где р – давление влажного воздуха; рв – парциальное давление сухого воздуха;

рп – парциальное давление пара.

Величины р, рв и рп измеряются в одних и тех же единицах.

Абсолютной влажностью воздуха называют массу водяного пара, содер-

жащегося в 1 м3 влажного воздуха, или (что то же) плотность пара ρп при его парциальном давлении и температуре воздуха.

представляющую отношение абсолютной влажности воздуха при данной тем-

пературе ρп к его максимально возможной абсолютной влажности ρmax при той же температуре, называют относительной влажностью.

Если температура влажного воздуха меньше или равна температуре на-

сыщения водяного пара при давлении смеси, то ρшах будет равна плотности на-

сыщенного пара при данной температуре, т. е. ρн, и значение ее определяется по таблицам насыщенного пара. Если же температура влажного воздуха больше температуры насыщения водяного пара при давлении смеси, то ρшах будет равна

126

плотности перегретого водяного пара при температуре и давлении смеси. Зна-

чения ρшах в этом случае определяют из таблиц для перегретого водяного пара.

Относительная влажность может быть также приближенно найдена из уравнения

где рн – давление насыщения водяного пара при температуре смеси (по табли-

цам насыщенного пара).

Для характеристики влажного воздуха пользуются также понятием влаго-

содержание, под которым понимают отношение массы влаги (пара) во влажном воздухе к массе сухого воздуха в нем:

Величину d обычно измеряют в г/кг (в граммах влаги на 1 кг сухого воз-

духа, содержащегося во влажном воздухе). Выражение (278) можно привести к виду:

Нетрудно видеть, что парциальное давление водяного пара при данном давлении влажного воздуха является функцией только влагосодержания, и на-

оборот. Поэтому аналогично уравнениям (279) и (280) можно написать

где dшах – максимально возможное влагосодержание влажного воздуха (если температура его ниже температуры насыщения водяного пара при давлении смеси).

127

Отношение влагосодержания d к максимально возможному влагосодер-

жанию влажного воздуха (при той же температуре и давлении смеси) называют

степенью насыщения и обозначают через

Та температура, до которой надо охладить при постоянном давлении влажный воздух, чтобы он стал насыщенным (φ = 100 %), называется точкой росы tp. Она, следовательно, может быть определена (по таблицам насыщенного пара) как температура насыщения при парциальном давлении пара.

Плотность влажного воздуха определяется из уравнения

где р и рн выражены в Па, а Т – в К.

Энтальпию I влажного воздуха определяем как сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара. Энтальпию влажного воздуха относят к 1 кг сухого воздуха, т. е. к (1 + d) кг влажного воздуха. Поэтому

если d берем в г/кг,

Энтальпия 1 кг сухого воздуха, выраженная в кДж, численно равна его температуре t °С, так как теплоемкость сухого воздуха при постоянном давле-

нии равна 1 кДж/(кг∙К). Следовательно,

iв сpt 1t, кДж/кг.

Энтальпия водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, с доста-

точной точностью определяется из формулы

128

iп 2500 1,93t, кДж/ кг.

Таким образом, энтальпия влажного воздуха

(288)

При сушке различных продуктов нагретым воздухом влагосодержание его увеличивается за счет испарения воды. Этот процесс называют адиабатным испарением воды, если теплоту, необходимую для испарения, берем только из окружающего воздуха. Температура воздуха при этом понижается, причем если этот процесс продолжается до полного насыщения воздуха, то температура его понижается до так называемой температуры адиабатного насыщения воздуха,

известной также под названием истинной температуры мокрого термометра.

На практике для определения относительной влажности воздуха часто пользуются психрометром – прибором, состоящим из двух термометров. Ша-

рик одного из них обернут влажной тканью, вследствие чего показания сухого и мокрого термометров различны. Температура, показываемая мокрым термо-

метром психрометра, не равна истинной температуре мокрого термометра, а

всегда несколько выше ее. Объясняется это притоком теплоты через высту-

пающий столбик ртути и восприятием шариком термометра теплоты, излучае-

мой окружающими предметами.

Истинная температура мокрого термометра tм определяется из формулы

где t'м – показания мокрого термометра; tс – t'м – психрометрическая разность;

х – поправка к показанию мокрого термометра в процентах, определяемая из рис. 80.

Отклонение показаний мокрого термометра от истинной температуры мокрого термометра значительно уменьшается, если шарик термометра омыва-

ется потоком воздуха, имеющим большую скорость, а также, если шарик и столбик термометра защищены от восприятия теплоты, отдаваемой окружаю-

щими предметами.

129

Рис. 80

Диаграмма I-d влажного воздуха, предложенная проф. Л. К. Рамзиным,

весьма удобна для определения параметров влажного воздуха. Она также зна-

чительно упрощает решение различных задач, связанных с изменением состоя-

ния влажного воздуха и, особенно, с процессами осушения. В этой диаграмме по оси абсцисс отложено влагосодержание d, а по оси ординат – энтальпия I

влажного воздуха (на 1 кг сухого воздуха). Барометрическое давление принято

В = 745 мм рт. ст. (среднегодовое давление для центральной полосы РФ). Для более удобного расположения отдельных линий на диаграмме координатные