Решение. Определение теплофизических характеристик воздуха рассмотрено в прил

Определение теплофизических характеристик воздуха рассмотрено в прил. 1.

Температуры T ₂ и T ₄ определим из уравнений процессов адиабатического сжатия 1–2 и расширения 3–4 (см. рис. 4.2) соответственно:

.

Так как для данного цикла p ₄ = p ₁ = const и p ₂ = p ₃ = const, то выполняется соотношение

,

и температуру T ₄ можно также найти как

.

Из уравнения состояния идеального газа, записанного для 1 кг,

найдем удельный объем воздуха на входе в компрессор:

;

остальные значения удельных объемов найдем аналогично ему.

Удельная холодопроизводительность установки определяется из уравнения (4.2)

.

Удельное количество теплоты, отводимой в охладителе в окружающую среду, определяется согласно (4.3) как

.

Удельную работу, затраченную на сжатие воздуха в компрессоре, найдем по выражению (4.4)

;

а удельную работу, полученную при расширении воздуха в детандере, – по выражению (4.5)

.

Работа, затраченная в цикле, определяется как

.

Тогда холодильный коэффициент установки в соответствии с формулой (4.1)

.

Расход холодильного агента в цикле определяется по (4.8):

;

тогда мощность, необходимая для привода компрессора,

,

а мощность детандера

.

4.2. Воздушная холодильная установка имеет холодопроизводительность = 23,3 кДж/с. Параметры воздуха на выходе из холодильной камеры: p ₁ = 1 бар и t ₁ = –3 ^oС. После сжатия воздух имеет давление p ₂ = 4 бар. Температура воздуха после охладителя t ₃ = 20 ^oС. Определить температуры воздуха на выходе из компрессора и детандера, холодильный коэффициент и мощность привода компрессора.

Ответ: T ₂ = 401,2 К; T ₄ = 197,2 К;

; .

4.3. Воздушная холодильная установка должна обеспечивать температуру воздуха в охлаждаемом помещении 5 ^оС при температуре окружающей среды 20 ^оС. Холодопроизводительность установки = 840 МДж/с. Давление воздуха на выходе из компрессора p ₂ = 5 бар, давление в холодильной камере p ₁ = 1 бар.

Определить мощность установки, расход воздуха, холодильный коэффициент и количество теплоты, отдаваемое окружающей среде.

Ответ: ; = 2,48 кг/с;

; = 1328 МДж/ч.

4.4. Воздушная холодильная установка производит лед при температуре – 3 ^оС из воды, имеющей температуру 10 ^оС. Воздух на входе в компрессор имеет параметры p ₁ = 0,98 бар и t ₁ = –10 ^oС, давление воздуха после сжатия p ₂ = 4 бар. Температура воздуха после охладителя t ₃ = 20 ^oС. Расход воздуха при нормальных физических условиях 1000 м³/ч. Теплоемкость воды с _в = 4,19 кДж/(кг∙К); теплоемкость льда с _л = 2,1 кДж/(кг∙К); теплота плавления льда r _пл = 333,7 кДж/кг.

Определить холодильный коэффициент установки, мощность привода компрессора и количество получаемого в час льда.