Термодинамические основы холодильных машин

Многие технологические процессы в сельском хозяйстве проводятся при более низких температурах, чем те, которые могут быть получены при естественном охлаждении водой или воздухом.

Получение искусственного холода за счет работы холодильных машин основано на том, что от охлаждаемой среды отнимается тепло и передается телу, имеющему высокую температуру.

Согласно II закону термодинамики такой процесс возможно осуществить только при дополнительной затрате работы, что в холодильных установках, работающих по обратному циклу. Основным показателем работы холодильной установки является - холодильный коэффициент:

где: Q₂ - холодопроизводительность установки - количество тепла, отнятого от охлаждаемой среды холодильным агрегатом в единицу времени, кВт.

L- расход энергии или работы, затрачиваемой на перевод хладоагрегата с нижнего температурного уровня на верхний.

Хладоагрегаты в холодильных установках могут либо изменять свое агрегатное состояние кипеть, конденсироваться, либо не изменять. В первом случае холодильные установки называются - паровыми холодильными установками. Рабочие тела здесь - жидкости с низкими температурами кипения при атмосферном давлении. Наиболее распространенными из них являются аммиак NНз, фреон - 12 CFзСl₂, фреон - 22 СНF₂С1. Фреон - 12 кипит при нормальном атмосферном давлении при -29,8 С, фреон - 22 при -40,8°С, аммиак при -33,4°С. В процессе кипения жидкий холодильный агент интенсивно испаряется, поглощая теплоту из окружающей среды. Циркулируя в установке, холодильный агрегат все время изменяет свое агрегатное состояние, превращаясь из жидкости в пар, а из пара снова в жидкость.

В некоторых паровых холодильных машинах в качестве рабочего тела используют и воду. В охлаждающих аппаратах таких машин создается значительное разрежение.

Холодильные машины или установки, в которых рабочее тело не меняет агрегатного состояния, называют газовыми или воздушными холодильными машинами.

Наиболее совершенным холодильным циклом, в котором затрачивается наименьшее количество работы для получения определенного охлаждающего эффекта, является обратный цикл.

Этот цикл состоит из 2-х изотермических 4-1 и 2-3 адиабатических процессов 1-2 и 3-4. В изотермическом процессе 4-1 к рабочему телу подводится тепло q₁ от охлаждаемой среды (пл. а 1-4 в в Т-S коорд). Среда при этом охлаждается, температура рабочего тела не изменяется. Адиабатический процесс сжатия рабочего тела 1-2 совершается без теплообмена с окружающей средой, а температура рабочего тела при этом повышается от t₁ до t₂. Далее следует изотермический процесс 2-3, в результате которого от тела отводится тепло q₁ к теплоприемнику плошали а-2-3-в в Т-S координатах. Температура рабочего тела остается постоянной. И, наконец, адиабатическое расширение рабочего тела процесс 3-4 в котором, температура рабочего тела падает t₂ до t₁.

Для осуществления изотермических процессов подвода и отвода тепла 4-1 и 2-3 предлагается наличие 2-х бесконечно больших тел охлаждаемого и охлаждающего температура которых, не, изменяется.