Adam Nowaczyk
IM-M
Semestr II
Gdaosk 2011
Lewobieżny obieg
gazowy Joule’a a
obieg parowy
Lindego.
Lewobieżny obieg gazowy Joule’a a obieg parowy Lindego.
Strona 1
Spis treści
Lewobieżny obieg gazowy Joule’a a obieg parowy Lindego.
Strona 2
1.
Obiegi termodynamiczne
1.1
Obieg termodynamiczny
Obieg termodynamiczny jest obiegiem, cyklem czy szeregiem przemian termodynamicznych,
po których czynnik termodynamiczny na początku i na koocu stan tego czynnika jest taki
sam. Obraz geometryczny wykreślony przez przemianę jest linią zamkniętą.
W obiegach
termodynamicznych można wyróżnid 4 punkty charakterystyczne i są to:
dwa punkty zwrotne (I i II)
o linia ekspansji
o linia kompresji
dwa punkty adiatermiczne (A
1
i A
2
)
o przemianę w której ciepło jest doprowadzone do czynnika obiegowego z
zewnątrz
o przemianę w której ciepło wypływa od czynnika obiegowego
Wyróżniamy obiegi prawo- i lewobieżne (Rysunek 1)
Rysunek 1 Obiegi termodynamiczne na wykresie P-V
Energia wewnętrzna układów jest niezmienna (∆U=0) więc nie ma potrzeby uwzględniania jej w
obliczeniach obiegów termodynamicznych.
Lewobieżny obieg gazowy Joule’a a obieg parowy Lindego.
Strona 3
1.1.1 Obieg prawobieżny
Najprościej pisząc jest to obieg w którym ciepło np. pobierane jest z paleniska kotła,
wykonuje dodatnią pracę i oddaje ciepło do źródła o niższej temperaturze np. otoczenia.
Zgodnie z układem prawobieżnym (Rysunek 2) pracują np. silniki ciepła.
Rysunek 2 Schemat przenoszenia i przekształcenia energii przy realizacji obiegu prawobieżnego
1.1.2 Obieg lewobieżny
Obieg ten jest odwrotnością obiegu prawobieżnego, gdyż następuje w nim chłodzenie
(Rysunek 3). Energia do układu doprowadzana jest na sposób pracy i na sposób ciepła, a
wyprowadzone ciepo jest niższe niż doprowadzone
Lewobieżny obieg gazowy Joule’a a obieg parowy Lindego.
Strona 4
Rysunek 3 Schemat przenoszenia i przekształcenia energii przy realizacji obiegu lewobieżnego
Zgodnie z obiegiem lewobieżnym pracują pompy ciepła oraz ziębiarki.
1.2 Praca i ciepło obiegu
Ciepło doprowadzone do układu zużywane jest na wykonanie pracy bezwzględnej i przyrost energii
wewnętrznej układu. W układach termodynamicznych przyrost energii układu wewnętrznego równy
jest zeru. Dzieje się tak ponieważ energia wewnętrzna po wykonaniu obiegu wraca do wartości
początkowej. Wynika z tego, że prace obiegu można przyrównad do ciepła obiegu.
Q
ob
=L
ob
W obiegu lewobieżnym aby obliczyd pracą obiegu trzeba:
|L
ob
|=Q
z
-Q
d
Bilans układu lewobieżnego przedstawia się następująco:
Lewobieżny obieg gazowy Joule’a a obieg parowy Lindego.
Strona 5
Rysunek 4 Praca układu lewobieżnego
Na rysunku powyżej pokazano jak przedstawia się praca układów lewobieżnych oraz jaką daną
uzyskamy obliczając pole na wykresie p-V.
1.3
Sprawnośd i efektywnośd obiegu lewobieżnego
Sprawnośd jest to stosunek energrtycznego efektu użytecznego do kosztu uzyskania takiego
efektu. Przy ocenie jakości działania obiegów lewobrzeżnych stosuje się pojęcie wydajności
obiegu Ɛ. W ziębiarkach odbiera się ciepło z przestrzeni chłodzonej, kosztem doprowadzonej
energii mechanicznej, dlatego wydajnośd liczymy ze wzoru:
;
Z kolei w pompach ciepła doprowadza się ciepło do przestrzeni ogrzewanej kosztem
doprowadzonej do pompy energii, a wydajnośd obiegu obliczyd można z zależności:
;
2.
Obieg Joule’a
Obieg Joule’a jest obiegiem lewobieżnym. Dla gazów jest to również obieg porównawczy
chłodziarki gazowej. Jest on odwróconym co do kierunku, obiegiem Braytona – Joule’a
(odtważa on w uproszczony sposób proces, jaki ma miejsce we współczesnych silnikach
turbogazowych i turbospalinowych (rysunek 5))
Lewobieżny obieg gazowy Joule’a a obieg parowy Lindego.
Strona 6
Rysunek 5 Zespół urządzenia raealizującego obieg Braytona - Joule'a
Jako że obieg gazowy Joule’a realizowany jest w odwrotnym kierunku, składa się z 2 adiabat i 2
izobar. W trakcie przemian izobarycznej przy niskim ciśnieniu (Rysunek 6) do systemu doprowadzane
jest ciepło z ciał, obiektów znajdujących się w np. chłodni. Z kolei w przemianie o wysokim ciśnienu
P
3
=P
4
=const ciepło jest wyprowadzane z systemu do otoczenia przy jednoczesnym obniżeniu
temperatury.
Rysunek 6 Lewobieżny obieg Joule'a
Lewobieżny obieg gazowy Joule’a a obieg parowy Lindego.
Strona 7
Wszystkie przemiany realizowane są w poszczególnych urządzeniach (rysunek 7). W takim układzie
można wyróżnid 2 maszyny oraz 2 wymienniki. Warto zaznaczyd, że praca do napędu sprężarki jest
mniejsza od doprowadzonej pracy do systemu o pracę rozprężarki. Czyli każda przemiana składowa
obiegu realizowana jest w poszczególnych urządzeniach składowych systemu. W punkty węzłowe
wykresu P-v na schemacie można znaleźd w przewodach łączących poszczególne urządzenia.
Rysunek 7 Zespół urządzeo do realizacji obiegu Joule'a
Wartośd energetyczna obiegu Joule’a wynosi:
(
)
Współczynnik wydajności chłodniczej:
Wadą chłodziarek gazowych jest mała pojemnośd cieplna czynnika – znaczna ilośd czynnika musi
krążyd w obiegu. Niezbędne jest stosowanie rozprężarki.
Lewobieżny obieg gazowy Joule’a a obieg parowy Lindego.
Strona 8
3.
Parowy obieg Lindego
W obieg Lindego składa się z trzech przemian równowagowych (rysunek8):
izobaryczno – izotermicznego parowania pary mokrej: 4-1
izentropowego sprężania pary suchej: 1-2
izobarycznego oziębiania pary przegrzanej do temperatury nasycenia i następnie skraplanie
tej pary: 2-3
oraz z wybitnie nierównowagowego zjawiska jakim jest dławienie cieczy nasyconej od ciśnienia
skraplania P
2
do ciśnienia parowania P
1
.
Rysunek 8 Przemiany lewobieżnego obiegu Lindego
Na powyższych wykresach na odcinku dławienia 3-4 widoczna jest krzywa niedomknięta.
Wyznaczenie stanu 4 ze stanu 3 odbywa się za pomocą podstawowej zależności dla dławienia h
3
=h
4
.
Lewobieżny obieg gazowy Joule’a a obieg parowy Lindego.
Strona 9
Na wykresie P-v lub T-s wystarczy znaleźd izentalpę h
3
. W punkcie przecięcia jej z izobarą P
1
=P
4
powstanie stan 4. Na wykresach (rysunek 8) narysowana jest liną przerywaną ponieważ jest to linia
pomocnicza, a nie krzywa reprezentująca następujące po sobie stany substancji roboczej.
Obieg Lindego, jako że należy do grupy obiegów lewobieżnych, może byd obiegiem porównawczym
dla chłodziarki i grzejnej pompy ciepła. Realizowany jest w agregacie składającym się ze sprężarki, 2
wymienników ciepła (skraplacza i parownika) oraz z zaworu dławiącego. Sprężarka zasysa parę
czynnika ziębniczego (np. amoniaku) o ciśnieniu P1 i spręża ją do ciśnienia P2 podwyższając
jednocześnie jej temperaturę ponad temperaturę nasycenia. Sprężona para następnie wędruje do
skraplacza, w którym jej temperatura obniża się do temperatury nasycenia, w rezultacie następuje
skroplenie się pary, która przepływa przez zawór dławiący, a otrzymana para nasycona o niskim
stopniu suchości przechodzi do parowacza, w którym następuje całkowite jej odparowanie kosztem
ciepła pobranego z przestrzeni ziębionej.
Praca wykorzystana do napędu sprężarki jest pracą napędową całego układu Lindego. Zatem
jednostkową pracę techniczną obiegu obliczyd można na podstawie następującej zależności:
|
|
Ciepło doprowadzone i odprowadzone z układu obliczamy z równao przemiany izobarycznej:
Sprawnośd obiegu chłodniczego, jest to sprawnośd termiczna:
4.
Podsumowanie
Oba opisywane obiegi są obiegami lewobieżnymi i zarazem obiegami porównawczymi. Największą
różnicą obu obiegów jest stan skupienia substancji w układzie. U Lindego stan ten zmienia się, z kolei
u Joule’a pozostaje cały czas taki sam. W realizacji obu obiegów używa się sprężarki, następnie w
obiegu Lindego dodatkowo skraplarki, zaworu dławiącego i parownika. Z kolei w obiegu Joule’a
dodatkowo do realizacji wykorzystuje się rozprężarkę oraz 2 parowniki. Za pomocą sprawnie
działających obiegów można uzyskad ujemne temperatury w wyizolowanych pomieszczeniach. W
obiegu Lindego popularnym czynnikiem chłodzącym jest czynnik o nazwie kodowej R134a, który pod
ciśnieniem 1,013 bar wynosi -26
o
C. popularnie stosowany w klimatyzacji domowej. Innym czynnikiem
jest R22 prz tym samym ciśnienu uzyskuje temperaturę -40,7
o
C. We wszystkich zjawiskach
odwracalnych suma entropii wszystkich ciął biorących udział w zjawisku zachowuje wartośd stałą.
Lewobieżny obieg gazowy Joule’a a obieg parowy Lindego.
Strona 10
5.
Literatura
1. Pudlik W.: Termodynamika, Gdaosk, Politechnika gdaoska 2011
2. Sadłowska-Sałęga A.:Materiały pomocnicze do dwiczeo z przedmiotu: Termodynamika
Techniczna, Kraków, Uniwersytet Rolniczy
3. lmal.zut.edu.pl/Wyklady_i_cwiczenia/...obiegi/chlodziarki.doc
4. Stefanowski B., Technika bardzo niskich temperatur w zastosowaniu do skraplania gazów,
PWN, Warszawa, 1964
5. http://jmbork.pl/download/politech/techniczne/czynniki_chlodnicze.pdf
6. http://www.termo-schiessl.pl/download.php?s=1&id=411
6.
Spis ilustracji
BIEGI TERMODYNAMICZNE NA WYKRESIE
CHEMAT PRZENOSZENIA I PRZEKSZTAŁCENIA ENERGII PRZY REALIZACJI OBIEGU PRAWOBIEŻNEGO
................................ 3
CHEMAT PRZENOSZENIA I PRZEKSZTAŁCENIA ENERGII PRZY REALIZACJI OBIEGU LEWOBIEŻNEGO
.................................. 4
ESPÓŁ URZĄDZENIA RAEALIZUJĄCEGO OBIEG
........................................................................ 6
ESPÓŁ URZĄDZEO DO REALIZACJI OBIEGU
............................................................................................. 7
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
wszystko krio bio las galwa leki, fizykoterapia(2)
krio wyk
Adolf Nowaczyński biografia
KRiO 2 id 250697 Nieznany
nowaczeska wykład 4
JONOFOREZA, KRIO , BIOPTRON, wszystko krio bio las galwa leki
krio dodatek
dopracowanie do opracowania z krio
KRIO M~1, Fizykoterapia(1)
Mrozowicki, Nowaczyk, Szlachcicowa Sprawstwo
LAB56-57, Magdalena Nowaczyk
nowaczewski,Podstawy Metrologii i Technik Eksperymentu L, kompresja mocy biernej
KRiO
KOŁO?RWNIKI 12 NOWACZYK
Bezpieczne posługiwanie sie cieczami krio
krio w SM
05 KRIO
1 A Nowaczyk, Czy można zrozumieć Hegla (Uwagi profana)
nowaczyk odp
więcej podobnych podstron