Термодинамический анализ идеального цикла парокомпрессионной установки

Рассмотрим стационарный режим работы парокомпрессионной установки, предполагая, что процесс сжатия рабочего тела в компрессоре протекает обратимо, изменением кинетической и потенциальной энергии рабочего тела можно пренебречь.

Испаритель.

где Q_in — холодопроизводительность, количество теплоты, отбираемой в единицу времени от охлаждаемого объема.

Компрессор. После испарителя хладагент сжимается в компрессоре, мощность которого связана с изменением энтальпии соотношением.

Конденсатор. В конденсаторе хладагент отдает тепло в окружающую среду:

Дроссель-клапан. В процессе адиабатного дросселирования энтальпия рабочего тела не меняется, /г₄ =/г₃, а давление падает, р_А < р₃. Рабочее тело на выходе дроссель-клапана представляет собой парожидкостную систему.

Холодильный коэффициент парокомпрессионной холодильной установки можно рассчитать по формуле.

Т— s диаграмма идеального цикла парокомпрессионной установки приведена на рис. 14.4.

Рис. 14.4. T—s диаграмма идеального цикла парокомпрессионной установки:

• 1—25 — изоэнтропное сжатие; 25—3 — отвод тепла от хладагента в конденсаторе; 3—4 — процесс дросселирования с образованием двухфазной смеси;
• 4—1 — передача тепла от охлаждаемого объекта к хладагенту

Предполагается, что все процессы протекают обратимо, кроме процесса дросселирования, который необратим принципиально.

В следующем примере приведен расчет характеристик идеального парокомпрессионного цикла^[1].

Пример 14.1.

Фреон-134а используется в качестве рабочего тела в цикле охлаждения. В камере холодильника поддерживается температура 0 °C, температура воздуха в помещении — 26 °C. Насыщенный пар поступает в компрессор при 0 °C, а насыщенная жидкость покидает конденсатор при 26 °C. Массовая скорость хладагента равна 70 г/с. Определите мощность компрессора, холодопроизводительность, холодильный коэффициент и КПД цикла Карно.

Решение

В таблицах термодинамических свойств фреона-134а находим.

Точку 2s можно найти как пересечение изобары р₂ = const и изоэнтропы s, = const. Энтальпия рабочего тела в этой точке.

Энтальпия хладагента в точке 3.

Мощность компрессора рассчитаем по формуле.

Холодопроизводительность равна.

Холодильный коэффициент.

Для цикла Карно.

• [1] Moran M.J. Fundamentals of Engineering Thermodynamics. Wiley, 2010.