Rejas: Sovutish qurilmalarining turlari, tuzilishi, sovutish koeffitsiyenti va unumdorligi

Sovutish qurilmalarining ishchi tsikllari
Rejas:
1 . Sovutish qurilmalarining turlari , tuzilishi , sovutish koeffitsiyenti va unumdorligi .
2. Havo va bug‘-kompressorli sovutish qurilmalarining ishchi tsikllari. Karnoning teskari (sovutish) tsikli.
3 . Sovutish mashinalarining sovutish koeffitsiyenti .
4. Havoli sovutish qurilmasining p – v va T – S diagrammadagi tsikli .
5. Bug‘-kompressorli sovutish qurilmasining tsikli , uning T – S diagrammada ko‘rinishi .
6. Absorbtsiyali va bug‘-ejektorli sovutish qurilmalari .
.
1. Jismlarni atrof - muhit haroratidan past haroratgacha sovutish issiqlik tsikliga teskari bo’lgan tsikl bo‘yicha ishlaydigan sovutish qurilmalari yordamida amalga oshiriladi . Siqish ishi kengayish ishidan ortiq bo‘lgan va keltirilgan ish hisobiga issiqlik past haroratli manbadan yuqori haroratli manbaga uzatiladigan tsikl teskari tsikl deb ataladi. Past haroratlar turli usullar bilan hosil qilinadi . Ba'zi moddalarda fazaviy o‘tish (erish, bug‘lanish, sublimatsiya) paytida past haroratlarda ham ko‘p miqdorda issiqlik o‘tadi . Bu esa ulardan sovuqlik olish uchun foydalanish imkonini beradi .
Muzli eritma usulidan t > 0^oC haroratda sovutishda foydalaniladi . Yana ham pastroq haroratlar olish uchun muz yoki qorga tuz qo‘shiladi . Masalan, muz bilan natriy xlor aralashmasi (-21,2^oC gacha) va muz bilan kaltsiy xlor aralashmasi (- 55^oC gacha) sovutish uchun keng qo‘llanilmoqda. Ma'lumki, bug‘ hosil bo‘lishi jarayoni suyuqlikka issiqlik keltirilganda ro‘y beradi. Sovutish uchun atmosfera bosimida qaynash harorati past , qaynash va bug‘ hosil qilish issiqligi esa yuqori bo‘lgan suyuqliklardan foydalaniladi. Suyuqlikning bug‘lanish jarayoni bug‘li sovutish mashinalarida keng qo‘llaniladi .
Moddalarning qattiq holatdan suyuq holatga o‘tmasdan gaz holatiga o‘tishi sublimatsiya deyiladi .
Sovutish uchun sublimatsiyalanadigan qattiq CO₂, ya’ni «quruq muz» qo‘llaniladi . Quruq muzning sublimatsiya harorati p_atm da - 78,9^oC ga teng .
Ma'lumki, siqilgan gaz adiabatik kengayganda o‘zining harorati pasayadi, chunki tashqi ish ichki energiyaning kamayishi hisobiga bajariladi . Bunday past haroratlar olish usuli havoli sovutish mashinalarida qo‘llaniladi . Real gazlar drossellanganda harorati pasayadi (Joul - Tomson effekti). Ushbu usul ham past haroratlar olishda keng qo‘llanilib kelmoqda .
Yuqorida keltirilgan usullardan tashqari frantsuz muhandisi ixtiro qilgan «uyurmali ta'sir» va Palptole ixtiro qilgan termoelektrik sovutish usullari ham sovutish texnikasida qo‘llanilib kelinmoqda .
2. Havo va bug‘-kompressorli sovutish qurilmalarining ishchi tsikllari. Karnoning teskari (sovutish) tsikli.
Karno tsikli mantiqan ustuvor va mazmunan sodda bo’lib , u ikkita izoterma va ikkita adiabatadan tashkil topgan (1 va 2 - rasmlar).
1 – rasm . Teskari Karno tsiklining paydo bo’lishi asoslari
Sistemada , undagi T₂ harorat isitgich (issiqlik manbai , bizning holda sovutiladigan mahsulotlar , kamera havosi) dan q₁ issiqlik miqdori uzluksiz keltirilib turishi hisobiga o’zgarmas saqlanadi . Sistemadagi kechadigan jarayon o’zgarmas (T₂=const) haroratda sodir bo’ladi . Qoldiq (ish bajarmagan) issiqlik miqdori q₂ sistemadan uzluksiz ravishda tashqi muhit – sovitgichga (bizning holda kondensatorni sovituvchi suv yoki havoga) chiqariladi . q₂ issiqlik miqdori ham
2 – rasm . Teskari Karno tsikli
T₁ =const haroratda uzatiladi . Shuning uchun q₁ ning ishorasi musbat , q₂ niki manfiy deb qabul qilinadi .
Sistema holati keskin o’zgarganida (gaz kengayganida yoki siqilganida) , u tashqi muhitdan mutlaqo izolyatsiyalangan , ya'ni dq = 0 bo’lishi shart . Shu shart bajarilsa , sistemada kechadigan jarayon adiabatik bo’ladi .
Karno tsiklining diagrammasi 2-rasmda tasvirlangan. Frantsuz injeneri Karno Nikola Leonar Sadi 1824 yilda "Olovning harakatlantiruvchi kuchi haqida mulohazalar " asarida issiqlik va ishning o’zaro bir – biriga o’zgarishi to’g’risidagi masala yechimini to’g’ri topgan . Hozirgi kunda ham bu yechim natijasi o’z kuchini yo’qotgan emas .
Diagrammadan ma'lumki , 1 va 2 nuqtalar oralig’ida sistemaga keltirilgan issiqlik miqdori (1.1) bo’lsa-da , sistema sifatida ideal gaz olinganda, uning izotermik jarayonda ichki energiyasining o’zgarishi du = u1 – u2 = 0 bo’ladi . Shuning uchun gazning bajargan ishi
(1.2)
sistemaga kiritilgan q+ issiqlik miqdoriga teng bo’ladi. Tsikl
diagrammasining 3 va 4 nuqtalari oralig’ida sistemadan q- issiqlik miqdori tashqi muhit (sovituvchi muhitga) o’zgarmas T haroratda chiqariladi .
Bu holatda sistemaning q - issiqligi ish bajarishga sarflanadi . Bu ishning kattaligi sarflangan q - issiqlik miqdoriga teng bo’ladi.
(1.3)
Bajarilgan ish ishoralarini aniqlash maqsadida tsiklning 4 , 1 va 2 , 3 nuqtalari oralig’ida kechadigan adiabatic Δq = 0 jarayonlarni ham qarab chiqamiz .
Adiabatik jarayonda sistema tashqi muhit bilan issiqlik almashmaydi . Bu holat uchun termodinamika birinchi qonuni ifodasini quyidagicha yozish mumkin :
C_V . dT + P . dV = 0 (1.4)
Ishchi modda sifatida ideal gaz olinib , shu gaz adiabatik siqilsa (2 - 3 nuqta) , uning ichki energiyasi va absolyut harorati ortadi .
Ideal gazning holat tenglamasidan T ni topamiz :
(1.5) Soddalashtirish uchun (1.4) tenglikni hadma-had C_V*T ga bo’lamiz :
(1.6) Bosim qiymatini (1.5) tenglikdan topib va (1.6) ga qo’yib , ixchamlaymiz va C_P / C_V = k qilib belgilab , quyidagini hosil qilamiz :
(1.7)
Oxirgi tenglamani integrallab , adaiabatik jarayon tenglamasini hosil qilamiz:
T . V ^{k – 1} = const (1.8)
Bu tenglamani tsikl uchun quyidagicha yozish mumkin :

(1.9) tenglamani hadma-had bo’lib , quyidagi tengliklarni olamiz:
Demak, tsiklning f.i.k. ni yuqoridagi tenglamalardan foydalanib quyidagicha yozish mumkin:
Termik f.i.k. formulasi hozirgi (1.12) ni (1.1) , (1.5) va (1.11) tenglamalar asosida sistemaning absolyut harorati orqali quyidagicha ifodalash mumkin:
(1.13) faqat qaytar tsikllar uchun to’gri .
Demak , Karno tsiklining termodinamik f.i.k. ishlatilayotgan issiqlikning xossasiga bog’liq bo’lmasdan , faqat issiqlik manbalari absolyut haroratlarining quyi va yuqori qiymatlariga bogliqdir .
Sovuqlik manbaining sovug’isiz issiqlik dvigateli , ya'ni issiq manbadan olingan hamma issiqlikni ishga aylantiruvchi dvigatel' ikkinchi turdagi abadiy dvigatel' deb ataladi .
Shunday qilib, termodinamikaning 2-qonuni quyidagicha ta'riflanadi: "ikkinchi turdagi abadiy dvigatel' yaratish mumkin emas".
3. Sovutish mashinalarining sovutish koeffitsiyenti . Sovutish mashinasi issiqlik mashinasidan farqli ravishda teskari tsikl bo‘yicha ishlaydi . Bu tsikl (3-rasm) quyidagi jarayonlardan iborat : 2-3 - bug‘simon sovutish agentini adiabatik siqish; 3-4 - sovutish agenti bug‘larining izotermik kondensatsiyalanishi. Bu jarayon Т haroratdan tashqi muhitga Q kondensatsiya issiqligini berish bilan boradi ; 4-1 - suyuq sovutish agentining adiabatik kengayishi (kengayishining yakuniy harorati Т₀) ; 1-2 - suyuq sovutish agentining Т₀ haroratidagi bug‘lanishi . Bunda sovutilayotgan muhitdan Q₀ bug‘lanish issiqligi olib ketiladi .

Bunday tsiklni sistemaning entropiyasi o‘zgarishsiz qolganida amalga oshirish mumkin . Shuning uchun sovutish agentining bug‘lanishida sovutilayotgan muhit entropiyasi siqishda Q₀/Т₀ miqdorga kamaysa , issiqligi hamda sovutish agentini siqishda sarflangan L_к ishga ekvivalent issiqligini o‘ziga olayotgan issiqroq muhit (masalan , suv) ning entropiyasi ham shunday darajaga ortishi kerak . Natijada issiqroq muhit entropiyasining ortishi quyidagicha bo‘ladi :
(2.1)
Energetik balansga muvofiq :
(2.2)
bundan , Karno teskari tsikli bo‘yicha ishlayotgan sovutish qurilmasida sarflangan ish : (2.3)
Sovutish agenti tomonidan Т₀ < Т haroratda sovutilayotgan muhitdan olib ketila –yotgan Q₀ issiqligi tsiklning yoki sovutish qurilmasining sovuqlik unumdorligini belgilaydi . Т – S diagrammada (3- rasmga qarang) sovuqlik unumdorligi 1-2-6-5 yuza orqali ko‘rsatilgan , 3-4-5-6 yuza esa issiqroq muhitga berilayotgan issiqlikka ekvivalent . 3-4-5-6 va 1-2-6-5 yuzalarning ayirmasi sarf etilgan ish L_к ni beradi (1-2-3-4 yuza) .
Shunday qilib , Karno teskari tsikli misolida har qanday sovutish mashinasining energetik balansini ko‘rsatish mumkin :
(2.4)
bunda , L – haqiqiy tsiklning ishi . Sovutish tsikllarining termodinamik samaradorligini sovutish koeffitsiyenti  ifo -dalaydi . Sovutish koeffitsiyenti sovuqlik unumdorligi Q₀ ning sarflangan ish L ga nisbati orqali topiladi :
(2.5)
Bu koeffitsiyent sarflangan birlik ishga nisbatan sovutish agenti olgan sovuqlik unumdorligini ko‘rsatadi .