ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Естественное и искусственное охлаждение из "Холодильные машины и аппараты Изд.2" Охлаждение связано с явлением теплообмена и протекает с участием не менее двух тел охлаждаемого и охлаждающего. Охлаждающее тело принято называть рабочим телом, рабочим веществом или холодильным агентом. Количество тепла, выражаемое в кал., ккал или эквивалентно в других единицах энергии (например, эрг, ватт-сек, квт-ч. ит. п.), которое может поглотить охлаждающее (рабочее) тело, определяет его холодильный эффект или количество произведенного холода (холодопроизводительность). Например, холодильный эффект водного льда равен теплоте его плавления при 0°, т. е. 80 ккал/кг. [c.5] Любой природный процесс, сопровождающийся поглощением тепла, может быть использован для охлаждения. Практически охлаждающий эффект получают с помощью применения следующих физических процессов рабочих тел фазовых превращений, сопровождающихся поглощением тепла (плавление, парообразование, растворение соли) десорбции газов, расширения сжатого газа (с получением внешней работы) дросселирования (эффект Джоуля-Томсона) вихревого эффекта-, размагничивания твердого тела (магнитно-калорический эффект) термоэлектрического эффекта (эффект Пельтье). [c.5] Охлаждение с помощью отдельных процессов (таяние льда, кипение жидкого воздуха, сублимация твердой углекислоты, дросселирование газов и т. д.) может продолжаться только до тех пор, пока имеются рабочие вещества, необходимые для осуществления этих процессов. Непрерывное охлаждение возможно при бесконечно большом запасе рабочих веществ. Оно может осуществляться и при конечном количестве рабочего вещества, если после совершения холодильного эффекта вернуть это вещество в первоначальное состояние (круговой процесс). В круговом процессе должна происходить не только замкнутая циркуляция рабочего вещества, но и отдача тепла, полученного им при охлаждении, какому-либо другому телу, способному воспринимать это тепло с этой целью может быть использована окружающая среда, температура которой выше температуры охлаждаемого тела. [c.5] Процесс, например переход тепла от тела более нагретого к телу менее нагретому. [c.6] В соответствии со вторым законом термодинамики непрерывное искусственное охлаждение не может происходить без затраты энергии. Совокупность процессов, которые при этом осуществляет рабочее тело, получила название обратного термодинамического цикла. В прямом термодинамическом цикле тепло переносится от горячего тела к окружающей среде при этом производится работа. В обратном цикле тепло переносится от холодного тела к нагретому при этом затрачивается работа (рис. 1, а). Обратный цикл, осуществляющий искусственное охлаждение с переносом отнятого тепла окружающей среде (например, речной воде, воздуху), называется холодильным циклом. [c.6] В холодильном цикле Карно к рабочему телу в теплообменном аппарате (рис. 1, б) подводится тепло, отнимаемое у охлаждаемого тела с постоянной температурой Т . Затем в компрессоре без теплообмена с внешней средой происходит.сжатие рабочего тела до тех пор, пока оно не достигнет температуры Т окружающей среды. В другом теплообменном аппарате от рабочего тела отводится тепло в окружающую среду с постоянной температурой Т. Рабочее тело расширяется далее также без теплообмена с окружающей внешней средой, производит при этом работу за счет внутренней энергии и охлаждается до температуры охлаждаемого источника. Общая затрата работы равна разности работ компрессора и расширителя. В этом случае обратный цикл совершается с помощью четырех элементов компрессора, расширителя и двух теплообменных аппаратов. [c.6] В действительных циклах расширитель обычно заменяют дроссельным вентилем и число элементов холодильной машины больше четырех. [c.6] Обратный круговой процесс может служить не только для искусственного охлаждения, но и для отопления. Известный русский физик В. А. Ми-хельсон назвал отопление с помощью обратного кругового процесса динамическим. В обратном цикле, применяемом для отопления и называемом обычно циклом теплового насоса, тепло переносится от тела с температурой окружающей среды к нагреваемому горячему телу (теплоносителю). [c.6] Холодильный цикл может быть разомкнут без нарушения составляющих его термодинамических процессов. После совершения только одной части цикла термодинамические операции могут быть прекращены и затем возобновлены в другое время или в другом месте. Примером открытого (разомкнутого) цикла может служить производство твердой углекислоты (сухой лед), жидкого воздуха, жидкого аммиака и т. п. [5]. [c.7] Для получения сухого льда газообразная углекислота сжимается компрессором до определенного давления, затем, благодаря отводу тепла окружающей средой, сжижается. Жидкая углекислота дросселируется до более низкого давления, в результате чего образуется ее твердая фаза. Цикл прекращается, твердая углекислота извлекается и сохраняется для получения холодильного эффекта в другом месте. При этом сублимирующая твердая фаза превращается в газообразную. [c.7] В данном случае круговой термодинамический процесс состоит из двух частей в одной — затрачивается работа и газообразная углекислота превращается в твердую, в другой — производится искусственный холод путем преобразования твердой углекислоты в газообразную. В этом процессе каждая единица массы дает количество холода, соответствующее холодильному эффекту данного замкнутого термодинамического цикла. [c.7] Принципиально отдельные процессы получения искусственного холода (плавление, сублимация, растворение и т. п.) следует рассматривать как разомкнутые части обратного термодинамического цикла например, охлаждающая смесь воды и соли после смешения и получения охлаждающего эффекта может быть разделена на составляющие компоненты при затрате определенного количества энергии. В этом случае смешение и получение холода являются одной частью цикла, а разделение компонентов с затратой работы — другой эти процессы могут происходить не одновременно и в различных местах. Таким образом, тела самопроизвольно, без предварительной затраты энергии не могут прийти в состояние, при котором они способны производить холод (за исключением процессов, связанных с аккумуляцией естественного холода). [c.7] Искусственный холод получают двумя методами. Первый метод. основан на аккумуляции естественного холода. Второй — на существующей в природе закономерности, выражаемой вторым началом термодинамики. [c.7] Первый метод относится к области льдосоляного охлаждения. Второй метод составляет основу машинного охлаждения, и детальному его изучению посвящен настоящий курс. [c.7] Диапазон температур, достигаемых холодильными машинами, широк. Вследствие этого условно различают области умеренного и глубокого холода, В первой получают температуры до минус 120°. Во второй — ниже минус 120°. Глубокий холод используется главным образом для сжижения воздуха и других газов и представляет собой самостоятельную область холодильной техники [6, 7]. Курс холодильных машин включает методы получения умеренного холода [8]. [c.7] Вернуться к основной статье