16. Цикл воздушной холодильной установки.

С хема воздушной холодильной установки представлена на рис. 13.4. Хладагент (воздух) расширяется в детандере 1 от давления p1 до давления р2, совершая работу, отдаваемую детандером внешнему потребителю (например, производя электроэнергию с помощью соединенного с детандером электрогенератора). Воздух, охлажденный в результате процесса адиабатного расширения в детандере от температуры Т1 до температуры Т2, поступает в охлаждаемый объем 2, из которого он отбирает теплоту. Процесс передачи теплоты от охлаждаемого объема к воздуху происходит при постоянном давлении воздуха (р2 = const). Отвод теплоты из охлаждаемого объема возможен только в том случае, если температура воздуха в течение всего изобарного процесса отбора теплоты будет меньше, чем температура охлаждаемого объема. В принципе температура воздуха на выходе из охлаждаемого объема Т3 может сравняться с температурой охлаждаемых тел; на практике же она всегда немного ниже этой температуры. По выходе из охлаждаемого объема воздух направляется в компрессор1) 3, где его давление повышается от р2 до p1 (при этом температура воздуха возрастает от Т3 до T4). Сжатый компрессором воздух поступает в охладитель 4. Охладитель представляет собой теплообменник поверхностного типа, в котором температура воздуха снижается вследствие отдачи теплоты охлаждающей воде, циркулирующей через охладитель. В принципе температура воздуха на выходе из охладителя Т1 может быть сделана сколь угодно близкой к температуре охлаждающей воды, однако на практике температура воздуха всегда несколько выше температуры охлаждающей воды. Процесс в охладителе происходит при постоянном давлении воздуха (p1 = const)

Цикл воздушной холодильной установки в р, v-диаграмме изображен на рис. 13.5. Здесь 1-2 — адиабатный процесс расширения воздуха в детандере; 2-3 — изобарный процесс отвода теплоты из охлаждаемого объема; 3-4 — процесс сжатия в компрессоре; 4-1 — изобарный процесс охлаждения воздуха в охладителе. В этой диаграмме 3-4-1 — линия сжатия воздуха, а 1-2-3 — линия расширения. Работа, затрачиваемая на привод компрессора, изображается площадью m-4-3-n-m, а работа, производимая воздухом в детандере, — площадью m-1-2-n-m. Следовательно, работа lц, затрачиваемая в цикле воздушной холодильной установки, изображается площадью 1-2-3-4-1. Теплота q2, отбираемая воздухом из охлаждаемого объема (холодного источника) в изобарном процессе 2-3, равна:

q2 = h3 – h2, (13.9) а теплота q1, отдаваемая воздухом охлаждающей воде в охладителе (горячему источнику) в изобарном процессе 4-1, равна: q1 = h4 – h1 (13.10)

Считая воздух идеальным газом с постоянной теплоемкостью, получаем из (13.9) и (13.10):

П одставляя эти значения q2 и q1 в уравнение (13.2а), получаем следующее выражение для холодильного коэффициента цикла воздушной холодильной установки: