Lewobieżny obieg gazowy Joule a a obieg parowy Lindego.



Podobne dokumenty
Lewobieżny obieg gazowy Joule a a obieg parowy Lindego.

Obiegi gazowe w maszynach cieplnych

Techniki niskotemperaturowe w medycynie

Przemiany termodynamiczne

Para wodna najczęściej jest produkowana w warunkach stałego ciśnienia.

Skraplarki Claude a oraz Heylandta budowa, działanie, bilans cieplny oraz charakterystyka techniczna

Spis treści. Przedmowa WPROWADZENIE DO PRZEDMIOTU... 11

BADANIE CHŁODZIARKI SPRĘŻARKOWEJ

TECHNIKI NISKOTEMPERATUROWE W MEDYCYNIE

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 7

BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA ABSORPCYJNEJ POMPY CIEPŁA

Termodynamika. Część 5. Procesy cykliczne Maszyny cieplne. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Energetyki i Aparatury Przemysłowej PRACA SEMINARYJNA

Chłodnictwo i klimatyzacja / Kazimierz M. Gutkowski, Dariusz J. Butrymowicz. wyd. 2-1 dodr. (PWN). Warszawa, cop

Temat: Skraplarka La Rouge a i skraplarka Gersza

Obieg Ackeret Kellera i lewobieżny obieg Philipsa (Stirlinga) podstawy teoretyczne i techniczne możliwości realizacji

1. 1 J/(kg K) nie jest jednostką a) entropii właściwej b) indywidualnej stałej gazowej c) ciepła właściwego d) pracy jednostkowej

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Koninie. Janusz Walczak

100 29,538 21,223 38,112 29, ,118 24,803 49,392 41,077

TERMODYNAMIKA. przykłady zastosowań. I.Mańkowski I LO w Lęborku

KONCEPCJA WYKORZYSTANIA CIEPŁA ODPADOWEGO DO WYTWARZANIA CHŁODU NA JEDNOSTKACH PŁYWAJĄCYCH

Techniki Niskotemperaturowe w Medycynie. Skraplarka Claude a i skraplarka Heylandta (budowa, działanie, bilans cieplny, charakterystyka techniczna).

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów. Justyna Jaskółowska IMM. Techniki niskotemperaturowe w medycynie Gdańsk

Temat: Skraplarka La Rouge a i skraplarka Gersza

4. 1 bar jest dokładnie równy a) Pa b) 100 Tr c) 1 at d) 1 Atm e) 1000 niutonów na metr kwadratowy f) 0,1 MPa

Temat: Skraplarka La Rouge a i skraplarka Gersza. Karol Szostak Inżynieria Mechaniczno Medyczna

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 3

c = 1 - właściwa praca sprężania izoentropowego [kj/kg], 1 - właściwa praca rozprężania izoentropowego

Obieg Ackereta-Kellera i lewobieżny obieg Philipsa(Stirlinga)

3. Przyrost temperatury gazu wynosi 20 C. Ile jest równy ten przyrost w kelwinach?

Zastosowanie zasobników chłodu metodą poprawy efektywności energetycznej autobusów elektrycznych

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 4

Spis treści. PRZEDMOWA. 11 WYKAZ WAśNIEJSZYCH OZNACZEŃ. 13 I. POJĘCIA PODSTAWOWE W TERMODYNAMICE. 19

Janusz Walczak, Termodynamika techniczna

Obieg Ackeret-Kellera i lewobieżny obieg Philipsa (Stirlinga) - podstawy teoretyczne i techniczne możliwości realizacji.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

WYKŁAD 2 TERMODYNAMIKA. Termodynamika opiera się na czterech obserwacjach fenomenologicznych zwanych zasadami

Rodzaje pracy mechanicznej

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Konspekt Obieg Ackeret-Kellera i lewobieżny obieg Philipsa (Stirlinga) podstawy teoretyczne i techniczne możliwości realizacji.

Obiegi rzeczywisty - wykres Bambacha

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Katedra Ciepłownictwa. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

POLITECHNIKA GDAŃSKA Wydział Mechaniczny. KONSPEKT do przedmiotu:

4. Przyrost temperatury gazu wynosi 20 C. W kelwinach przyrost ten jest równy

K raków 26 ma rca 2011 r.

Zadania domowe z termodynamiki I dla wszystkich kierunków A R C H I W A L N E

Sprawność pompy ciepła w funkcji temperatury górnego źródła ciepła

Przemiany gazowe. 4. Który z poniższych wykresów reprezentuje przemianę izobaryczną: 5. Który z poniższych wykresów obrazuje przemianę izochoryczną:

Lekcja 5. Parowniki. Parownik (lub parowacz)- rodzaj wymiennika ciepła, w którym jeden z czynników roboczych ulega odparowaniu.

Amoniakalne urządzenia chłodnicze Tom I

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Temat: Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów

SPIS TREŚCI TOMU I. Przedmowa 11. Wprowadzenie 15 Znaczenie gospodarcze techniki chłodniczej 18

Automatyczna praca urządzeń chłodniczych i pomp ciepła

Temodynamika Roztwór N 2 i Ar (gazów doskonałych) ma wykładnik adiabaty κ = 1.5. Określić molowe udziały składników. 1.7

Lekcja 13. Klimatyzacja

Konstrukcja pompy ciepła powietrze/woda typu Split. Dr hab. Paweł Obstawski

Pompy ciepła powietrze woda serii T-CAP, czyli stała wydajność grzewcza do temperatury zewnętrznej -15stC.

Sprawność energetyczna pomp ciepła z wymiennikami typu woda-woda i powietrze-woda

Zagospodarowanie energii odpadowej w energetyce na przykładzie współpracy bloku gazowo-parowego z obiegiem ORC.

Materiały dydaktyczne. Chłodnictwo, klimatyzacja i wentylacja. Semestr VI. Laboratoria

Ćwiczenie Nr 558. Temat: Pomiar efektywności pompy ciepła.

Druga zasada termodynamiki, odwracalność przemian, silniki cieplne, obiegi

[1] CEL ĆWICZENIA: Identyfikacja rzeczywistej przemiany termodynamicznej poprzez wyznaczenie wykładnika politropy.

Pompy ciepła

Podstawowe pojęcia Masa atomowa (cząsteczkowa) - to stosunek masy atomu danego pierwiastka chemicznego (cząsteczki związku chemicznego) do masy 1/12

b) Wybierz wszystkie zdania prawdziwe, które odnoszą się do przemiany 2.

WPŁYW ODZYSKU CIEPŁA NA DZIAŁANIE URZĄDZENIA CHŁODNICZEGO

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY

Wykład 7: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Temperatura jest wspólną własnością dwóch ciał, które pozostają ze sobą w równowadze termicznej.

Alternatywne do R134a czynniki proponowane jako płyny robocze w klimatyzacji samochodowej i innych instalacjach chłodniczych o małej wydajności

Sprężarkowe Pompy Ciepła

Termodynamika Część 7 Trzecia zasada termodynamiki Metody otrzymywania niskich temperatur Zjawisko Joule'a Thomsona Chłodzenie magnetyczne

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Politechnika Gdańska

Wykład 1: Obiegi lewobieżne - chłodnictwo i pompy ciepła. Literatura. Przepisy urzędowe

TERMODYNAMIKA Zajęcia wyrównawcze, Częstochowa, 2009/2010 Ewa Mandowska

3. Przejścia fazowe pomiędzy trzema stanami skupienia materii:

Podstawy termodynamiki

PL B1. OLESZKIEWICZ BŁAŻEJ, Wrocław, PL BUP 09/ WUP 12/16. BŁAŻEJ OLESZKIEWICZ, Wrocław, PL RZECZPOSPOLITA POLSKA

Zadania domowe z termodynamiki dla wszystkich kierunków A R C H I W A L N E. Zadania domowe z termodynamiki I dla wszystkich kierunków

Układ termodynamiczny Parametry układu termodynamicznego Proces termodynamiczny Układ izolowany Układ zamknięty Stan równowagi termodynamicznej

BILANS CIEPLNY CZYNNIKI ENERGETYCZNE

Warunki izochoryczno-izotermiczne

BADANIE SPRĘŻARKOWEJ POMPY CIEPŁA

Termodynamika. Cel. Opis układu niezależny od jego struktury mikroskopowej Uniwersalne prawa. William Thomson 1. Baron Kelvin

Czynniki syntetyczne Ch³odziwa

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów

1.1. KSZTAŁTOWANIE KLIMATU POMIESZCZEŃ

T 1 > T 2 U = 0. η = = = - jest to sprawność maszyny cieplnej. ε = 1 q. Sprawność maszyn cieplnych. Z II zasady termodynamiki wynika:

EKSPERYMENTALNE OKREŚLENIE WPŁYWU DOBORU CZYNNIKA CHŁODNICZEGO NA MOC CIEPLNĄ CHŁODZIARKI SPRĘŻARKOWEJ**

PL B1. Układ do zasilania silnika elektrycznego w pojazdach i urządzeniach z napędem hybrydowym spalinowo-elektrycznym

Ćwiczenie nr 3 Wpływ zmiany powierzchni skraplacza na wydajność pracy urządzenia chłodniczego

Poligeneracja wykorzystanie ciepła odpadowego

PRACA MINIMALNA ZIĘBNICZEGO OBIEGU LEWOBIEŻNEGO

Transkrypt:

Lewobieżny obieg gazowy Joule a a obieg parowy Lindego. Adam Nowaczyk IM-M Semestr II Gdaosk 2011

Spis treści 1. Obiegi termodynamiczne... 2 1.1 Obieg termodynamiczny... 2 1.1.1 Obieg prawobieżny... 3 1.1.2 Obieg lewobieżny... 3 1.2 Praca i ciepło obiegu... 4 1.3 Sprawnośd i efektywnośd obiegu lewobieżnego... 5 2. Obieg Joule a... 5 3. Parowy obieg Lindego... 8 4. Podsumowanie... 9 5. Literatura... 10 6. Spis ilustracji... 10 Strona 1

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. Strona 2

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 Strona 3

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: Strona 4

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)) Strona 5

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 Strona 6

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. Strona 7

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. Strona 8

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. Strona 9

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 RYSUNEK 1 OBIEGI TERMODYNAMICZNE NA WYKRESIE P-V... 2 RYSUNEK 2 SCHEMAT PRZENOSZENIA I PRZEKSZTAŁCENIA ENERGII PRZY REALIZACJI OBIEGU PRAWOBIEŻNEGO... 3 RYSUNEK 3 SCHEMAT PRZENOSZENIA I PRZEKSZTAŁCENIA ENERGII PRZY REALIZACJI OBIEGU LEWOBIEŻNEGO... 4 RYSUNEK 4 PRACA UKŁADU LEWOBIEŻNEGO... 5 RYSUNEK 5 ZESPÓŁ URZĄDZENIA RAEALIZUJĄCEGO OBIEG BRAYTONA - JOULE'A... 6 RYSUNEK 6 LEWOBIEŻNY OBIEG JOULE'A... 6 RYSUNEK 7 ZESPÓŁ URZĄDZEO DO REALIZACJI OBIEGU JOULE'A... 7 RYSUNEK 8 PRZEMIANY LEWOBIEŻNEGO OBIEGU LINDEGO... 8 Strona 10