Цикл воздушной холодильной установки

Схема воздушной холодильной установки представлена на рис. 12.2.

Рис. 12.2

Принцип ее действия заключается в следующем. В компрессоре 1 воздух сжимается до давления р ₂и нагнетается в теплообменник (охладитель) 2, где от него отводится часть теплоты в количестве q ₁, полученной в результа­те сжатия, Затем сжатый воздух поступает в расширительный цилиндр или детандер 3, где расширяется до начального давления. При расширении тем­пература воздуха понижается до-(60-70) °С. Холодный воздух направляется в теплообменник (охлаждаемое помещение) 4, где к нему подводится теплота в количестве q ₂.

На рис. 12.3 и 12.4 представлены диаграммы идеального цикла воздуш­ной холодильной установки в Ts- и pv - координатах. Рассмотрим процессы цикла.

Рис. 12.3

Рис 12.4

1-2 - адиабатное сжатие воздуха в компрессоре 1 от давления р ₁до давления р ₂; 2-3 - изобарный процесс отвода теплоты q ₁внешнему источнику, сопро­вождающийся понижением температуры рабочего тела от Т ₂до T ₃; 3-4 -адиабатное расширение рабочего тела в детандере 3 с понижением темпера­туры от Т ₃до Т ₄; 4-1 - изобарный подвод теплоты к рабочему телу в тепло­обменнике 4 с возрастанием его температуры от T ₄ до Т ₁.

Работа, затраченная в цикле, будет

.

Отсюда

.

Для адиабатных процессов 1-2 и 3-4 можно записать

и

Так как то

Отсюда

Формула для холодильного коэффициента в окончательном виде будет

.

Таким образом, холодильный коэффициент зависит только от отношения давлений р ₂/ р ₁.

Цикл, изображенный на рис. 12.3 и 12.4, называется циклом Лоренца. Сравним его холодильный коэффициент с коэффициентом эквивалентного обратного обратимого цикла Карно, определяемым по формуле (12.1). Эта формула применительно к циклу Карно 1-5-3-6, изображенному на рис. 12.1, примет вид

Так как Т ₃ < Т ₂, то ε_к > ε. Более низкий холодильный коэффициент цикла воздушной холодильной установки объясняется необратимостью теплообме­на в изобарных процессах отвода (2-3) и подвода (4-1) теплоты к рабочему телу, т.к. эти процессы протекают при конечной разности температур.