разное

«Метод циклов»

Рассмотрим процесс формирования действительного термоди­намического цикла эжекторной машины, используя «метод циклов».

Цикл Карно-Карно (глава 20, рис. 20.1 б) является циклом - образцом также и для анализа эжекторной холодильной машины (теплового насоса) на основании следующих положений:

• эжекторная машина является теплоиспользующей, следова­тельно, ее термодинамический цикл представляет соединение прямого и обратного циклов;

• на первом этапе анализа абсолютно корректно принять, что источники тепла имеют постоянные температуры (Тгор, Тср и Тхол) и существуют идеальные условия теплопередачи в теплообменных аппаратах ТГ=Тгор, Тк=Тср и Т0=Тхол

• эжектор может быть представлен как соединение турбины и компрессора.

Для эжекторной машины, также как и для компрессорной теплоиспользующей машины должно сохраняться условие совпадения точек 4=6.

Тхоп б)

Цикл Карно-Карно может быть признан как корректный цикл - образец только при условии, что в эжекторе осуществляется теорети­ческий процесс смешения, т. е. точки 3 и 3* (рис.21.4) совпадают.

В обобщенную схему теплоиспользующей машины внесем фиктивные элементы: турбину (Т*) и компрессор (КМ*) - рис.21.6а, которые относятся к прямому термодинамическому циклу при усло­вии Wt^-Wkm*- Тогда энергетический баланс теоретической эжектор­ной машины запишется в виде

Qr + Qo + Wtf +wKM + =e* +WT + . (21.9)

Введение фиктивных турбины (T*) и компрессора (КМ*) необходимо для описания того факта, что рабочее вещество в сопле эжектора расширяется не от рг до рк (на уровне анализа цикла Карно - Карно от Тгор до Тср а от Тгор до Т^ (процесс 3-А) и впоследствии сжимается в диффузоре от Тхол до Тср (процесс А-3). Описанные процессы отражены в цикле Карно-Карно, представленном на рис.21.66, тогда процесс 5-6 представляет отвод тепла от рабочего вещества (при Тср) в обратном цикле, процесс 3-4 - отвод тепла от рабочего вещества (при Тср) в прямом цикле.

Следующим этапом создания «метода циклов» для эжекторной машины является введение процесса смешения потоков в камере смешения эжектора, для чего необходимо разделить цикл Карно - Карно на прямой и обратный циклы как показано на рис.21.7а.

Рабочее вещество после последовательного расширения в Т и Т* (процесс 2-3-А, что эквивалентно расширению в сопле эжектора) смешивается при Тхол с рабочим веществом в состоянии точки 8 с образованием общего потока, характеризующегося точкой С. Тепло, необходимое для подвода тепла в процессе А-С (прямой цикл), равно теплу, отведенному в процессе 8-С (обратный цикл). Таким образом процесс сжатия А-3 в фиктивном компрессоре прямого цикла (КМ*) и процесс сжатия 8-5 в компрессоре (КМ) обратного цикла объединятся в общий процесс С-3*. Тепло, отведенное в процессе 3*~6 (обратный цикл) и процессе 3*-4 (прямой цикл) представляет суммарное тепло, отведенное в КД.

В ранних версиях термодинамического анализа эжекторной машины было использована аналогия анализа цикла компрессорной теплоиспользующей машины. Условно было принято, что поток рабо­чего вещества после генератора расширяется в эжекторе (процесс 2-3), а поток рабочего вещества после испарителя сжимается (процесс 8-5), после чего происходит смешение потоков с образованием сос­тояния 3*. С точки зрения начальных этапов анализа, когда эжектор принят идеальным, такое предположение абсолютно корректно. Однако при необходимости рассмотрения тепло - и массообменных процессов в эжекторе, от описанного упрощения следует отказаться.

Следующим этапом «метода циклов» должен стать учет свойств действительного рабочего вещества, сопровождающийся: • переносом точек 4-6 из зоны влажного пара на левую пограничную кривую (аналогично рис.20.2а), а точек 3 и 8 на правую пограничную кривую с соответствующим увеличением расхода грею­щего источника и возникновением дополнительных необратимостей в процессе нагрева рабочего вещества от точки 1 (переохлажденная жидкость) до состояния насыщения (точка 1 [67]);

• заменой детандера в обратном цикле дросселем с рассмотре­нием соответствующих необратимостей (аналогично рис.20.26);

• введением понятия кратности циркуляции а и коэффициента эжекции и.

Окончательно все описанные факты позволяют построить цикл эжекторной машины в виде, представленном на рис.21.76.

Несмотря на то, что эжектор является работоспособным в области влажного пара*, желательным является осуществление всех процессов в эжекторе в зоне перегретого пара. Этот факт отражается в «методе циклов» как:

• необходимость перехода от изотермических процессов подво - да-отвода тепла к изобарным;

• необходимость перегрева рабочего вещества в генераторе до температуры Г2, обеспечивающей конец расширения в сопле в зоне перегретого пара точка А (рис.21.8).

Очевидным является и введение разности температур в процессы подвода-отвода тепла (аналогично рис.20.3а).

На последних этапах анализа необходимо ввести в цикл два дополнительных давления, описанных как рЛ и ps на рис.21.4, и в заключение ввести реальное прохождение процессов, подробно рассмотренное также на рис.21.4.

Рис.21.8. Действительный цикл эжекторной холодильной машины

Цикл действительной эжекторной машины представлен на рис.21.8. Абсолютно точное изображение протекания политроп сжатия и расширения в эжекторе невозможно, даже при наличии экспериментальных данных.