CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG CỦA MÁY LẠNH

Định nghĩa: chu trình ngược Carnot là chu trình ngược được thực hiện bởi 2 quá trình đẳng nhiệt và 2 quá trình đẳng entropy. Chu trình ngược Carnot là chu trình ngược lý tưởng, mọi quá trình là thuận nghịch, nhiệt lượng qo được lấy ở nguồn lạnh có nhiệt độ to, nhiệt lượng qk nhả ra cho nguồn nóng có nhiệt độ tk, để thực hiện chu trình ta tốn 1 công l 12: quá trình nén đẳng entropy ở máy nén; 23: quá trình nhả nhiệt đẳngĐịnh nghĩa: chu trình ngược Carnot là chu trình ngược được thực hiện bởi 2 quá trình đẳng nhiệt và 2 quá trình đẳng entropy. Chu trình ngược Carnot là chu trình ngược lý tưởng, mọi quá trình là thuận nghịch, nhiệt lượng qo được lấy ở nguồn lạnh có nhiệt độ to, nhiệt lượng qk nhả ra cho nguồn nóng có nhiệt độ tk, để thực hiện chu trình ta tốn 1 công l 12: quá trình nén đẳng entropy ở máy nén; 23: quá trình nhả nhiệt đẳng

CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG CỦA MÁY LẠNH CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG CỦA MÁY LẠNH • CHU TRÌNH NGƯỢC CARNOT (1796- 1832) Định nghĩa: chu trình ngược Carnot chu trình ngược thực trình đẳng nhiệt trình đẳng entropy Chu trình ngược Carnot chu trình ngược lý tưởng, trình thuận nghịch, nhiệt lượng qo lấy nguồn lạnh có nhiệt độ to, nhiệt lượng qk nhả cho nguồn nóng có nhiệt độ tk, để thực chu trình ta tốn cơng l 1-2: q trình nén đẳng entropy máy nén; 2-3: trình nhả nhiệt đẳng nhiệt nguồn nóng; 3-4: q trình dãn nở đẳng entropy máy dãn nở; 4-1: trình nhận nhiệt đẳng nhiệt nguồn lạnh Máy lạnh cấp dùng mơi chất khơng khí CHU TRÌNH NGƯỢC CARNOT (1796- 1832) • Tính tốn chu trình 1) Cơng cấp cho máy nén: lmn = h2 – h1; 2) Công cấp cho máy dãn nở: ldn = h3 – h4; 3) Cơng cấp cho chu trình: lct = lmn – ldn = dt(12341) = (s1 - s4).(Tk - To); dt – diện tích (Trên đồ thị T-s) 4) Nhiệt lượng nhận nguồn lạnh: qo = dt(s114s4s1) = (s1 - s4).To; 5) Nhiệt lượng nhả nguồn nóng: qk = dt(s123s4s1) = (s1 - s4).Tk; 6) Hệ số làm lạnh Ý nghĩa hệ số làm lạnh ε: l = ta có ε = qo Vậy hệ số làm lạnh ε cho biết lượng lạnh thu tiêu tốn đơn vị công PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH NHÂN TẠO • Phân chia dải nhiệt độ: - Lạnh đông: To > 120 K; - Lạnh cryo: To < 120 K; • Các phương pháp làm lạnh nhân tạo: 1) Làm lạnh hiệu ứng tiết lưu (Làm lạnh hiệu ứng dãn nở đoạn nhiệt không sinh ngoại công) 2) Làm lạnh hiệu ứng dãn nở đoạn nhiệt, sinh ngoại công 3) Làm lạnh hiệu ứng hấp thụ 4) Làm lạnh hiệu ứng dòng lưu động qua ống (ejector, ống xoáy) 5) Làm lạnh hiệu ứng nhiệt điện 6) Làm lạnh hiệu ứng từ trường Trong phương pháp làm lạnh nhân tạo kể phương pháp thơng dụng Đối với lạnh đơng dùng phương pháp 1; với lạnh cryo sử dụng LÀM LẠNH NHỜ HIỆU ỨNG TIẾT LƯU • Định nghĩa: trình tiết lưu trình giảm áp suất ma sát mà không sinh ngoại công môi chất chuyển động qua chỗ có trở lực cục đột ngột Ví dụ: mơi chất chuyển động qua nghẽn van tiết lưu Thông thường môi chất qua nghẽn với vận tốc lớn (15 ~ 20 m/s); chiều dài nghẽn không lớn (chừng 20mm) Do nhiệt lượng ma sát sinh coi không kịp truyền môi trường xung quanh Thực tế nhiệt ma sát sinh không đáng kể Do q trình trao đổi nhiệt mơi chất mơi trường xung quanh bỏ qua.Vậy q trình tiết lưu xem trình dãn nở đoạn nhiệt không sinh ngoại công LÀM LẠNH NHỜ HIỆU ỨNG TIẾT LƯU Hiệu ứng Joule-Thompson • Đối với chất lỏng khí thực qua tiết lưu nhiệt độ mơi chất sau tiết lưu giảm, không đổi tăng Đánh giá biến đổi nhiệt độ nhờ hiệu ứng Joule-Thompson • hiệu ứng vi phân Joule-Thompson tỷ số độ biến thiên nhiệt độ với độ biến thiên áp suất trình tiết lưu Chỉ số h có nghĩa q trình có h = const dT h  dp Hiệu ứng Joule-Thompson Hiệu ứng Joule-Thompson Trạng thái khí thực tiết lưu có αh = gọi trạng thái chuyển biến, nhiệt độ tương ứng gọi nhiệt độ chuyển biến Các điểm trạng thái chuyển biến tạo thành đường chuyển biến Thơng thường khí thực có nhiệt độ chuyển biến Tcb áp suất môi trường cao Tcb > 800K, Do máy lạnh thực tế giải nhiệt độ áp suất công tác -100 ~ 310oC; 0,1 ~ 20 kgf/cm2 nhiệt độ sau tiết lưu luôn giảm LÀM LẠNH NHỜ HIỆU ỨNG DÃN NỞ ĐOẠN NHIỆT SINH NGOẠI CÔNG Q trình dãn nở đoạn nhiệt sinh ngoại cơng trình dãn nở thuận nghịch đẳng entropy chất từ áp suất cao xuống áp suất thấp Phương trình: ds = • Hiệu ứng dãn nở đoạn nhiệt đẳng entropy: hiệu ứng dãn nở đoạn nhiệt đẳng entropy vi phân tỷ số độ biến thiên nhiệt độ với độ biến thiên áp suất MÁY LẠNH CẤP CĨ TRÍCH HƠI TRUNG GIAN, LÀM MÁT TRUNG GIAN HỒN TỒN, BÌNH TRUNG GIAN LOẠI ỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT (ỐNG XOẮN LÒ XO) Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết: Ðac ðiem chu trình: • Có thêm bình trung gian làm mát trung gian ơng xoan; • Có van tiêt lýu nơi song song •Chu trình dùng cho máy amoniac Bình trung gian khơng có ống xoắn lò xo: + Ưu điểm: - Cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo - Độ hồn nhiệt khơng: thn =0 + Nhược điểm: - Dầu dễ bị từ bình trung gian vào thiết bị bay - Khó cấp mơi chất cho thiết bị bay có trở lực lớn Bình trung gian khơng có ống xoắn lò xo dùng thiết bị bay gần phòng máy; khơng phải dùng kèm bơm cấp dịch Bình trung gian có ống xoắn lò xo: + Ưu điểm: - Dễ dàng cấp lỏng cho thiết bị bay - Dễ tự động hóa điều khiển + Nhược điểm: - Cấu tạo phức tạp - Độ hoàn nhiệt ∆thn > nên hiệu bình trung gian rỗng Trong thực tế loại bình trung gian ống xoắn thông dụng Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết: MNTA: máy nén thấp áp; MNCA: máy nén cao áp; TBNT: thiết bị ngưng tụ; VTL1: van tiết lưu 1; VTL2: van tiết lưu 2; TBBH: thiết bị bay 12: trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy máy nén thấp áp; 23: trình làm mát hồn tồn bình trung gian; 34: trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy máy nén cao áp; 45: trình ngưng tụ đẳng áp thiết bị ngưng tụ; 56: trình tiết lưu van tiết lưu 1; 78: trình tiết lưu van tiết lưu 2; 81: trình bay thiết bị bay Máy lạnh cấp có trích trung gian, làm mát trung gian hồn tồn, bình trung gian loại ống xoắn Tính tốn chu trình: Chu trình tính tốn cho kg mơi chất qua máy nén thấp áp NTA: ξ: lượng lỏng mơi chất lạnh bình trung gian bay để làm lạnh kg lỏng cao áp tương ứng có kg mơi chất qua máy nén thấp áp α : lượng sau van tiết lưu TL1 β : lượng lỏng môi chất lạnh bay bình trung gian để làm mát hồn tồn kg nhiệt trung áp → Lượng môi chất qua máy nén cao áp + ξ + α + β Tính tốn chu trình: 1) Tính giá trị ξ : -Năng suất lạnh riêng khối lượng trung áp thấp áp: h5 –h7 = ξ (h3 – h9) → ξ = (h5 –h7)/( h3 – h9) 2) Xác định trị số β theo phương trình cân nhiệt: h2 + β.h99 = (1 + β).h3 h2  h3  h3  h9 Tính tốn chu trình: 3) Xác định trị số α (1 + α +β +ξ).h6 = (β + ξ).h9 + α.h3 h6  h9   (   ) h3  h6 4) Công cấp cho máy nén thấp áp: lNAT = h2 – h1 5) Công cấp cho máy nén áp cao: lNAC = (1+α+β+ ξ) (h4 – h3) 6) Cơng cấp cho chu trình: l = lNAT + lNAC Tính tốn chu trình: 7) Nhiệt lượng tỏa thiết bị ngưng tụ: qk = (1+α+β+ ξ).(h4 – h5) 8) Nhiệt lượng nhận thiết bị bay hơi: qo= h1 + h8 9) Hệ số làm lạnh: ε = qo /l 10) Lượng mơi chất tuần hồn qua máy nén thấp áp: GNAT = Qo/qo 11) Lượng môi chất tuần hoàn qua máy nén cao áp: GNAC = (1 + α +β+ ξ)GNAT 12) Thể tích hút máy nén thấp áp: VhNAT = GNAT.v1 13) Thể tích hút máy nén cao áp: VhNAC = GNAC.v3 MÁY LẠNH CẤP, LÀM MÁT TRUNG GIAN KHƠNG HỒN TỒN, BÌNH TRUNG GIAN ỐNG XOẮN Sơ đồ ngun lý, đồ thị, chu trình lý thuyết: MNTA: máy nén thấp áp; MNCA: máy nén cao áp; TBNT: thiết bị ngưng tụ; VTL1: van tiết lưu 1; VTL2: van tiết lưu 2; TBBH: thiết bị bay 12: trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy máy nén thấp áp; 23: q trình làm mát hồn tồn bình trung gian; 34: trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy máy nén cao áp; 45: trình ngưng tụ đẳng áp thiết bị ngưng tụ; 56: trình tiết lưu van tiết lưu 1; 78: trình tiết lưu van tiết lưu 2; 81: trình bay thiết bị bay Máy lạnh cấp có trích trung gian, làm mát trung gian hồn tồn, bình trung gian loại ống xoắn Tính tốn chu trình: Chu trình tính tốn cho kg mơi chất qua máy nén thấp áp NTA: Chu trình tính tốn cho kg mơi chất qua máy nén thấp áp NTA: - ξ : lượng lỏng mơi chất lạnh bình trung gian bay để làm lạnh kg lỏng cao áp tương ứng có kg mơi chất qua máy nén thấp áp - α : lượng sau van tiết lưu TL1 - Lượng môi chất qua máy nén cao áp + α + ξ Tính tốn chu trình: 1) Tính giá trị ξ : -Năng suất lạnh riêng khối lượng trung áp thấp áp: h5 –h7 = ξ (h9 – h10) → ξ = (h5 –h7)/( h9 – h10) 2) Xác định trị số α theo phương trình cân nhiệt: (α + ξ )h6 = ξ h10+ α.h9 h6  h10   h9  h6 3) Enthalpy trạng thái xác định theo công thức: 1.h2 + (α + ξ).h9 = (1 + α + ξ).h3 Tính tốn chu trình: 4) Cơng cấp cho máy nén thấp áp: lNAT = h2 – h1 5) Công cấp cho máy nén áp cao: lNAC = (1+α+ ξ) (h4 – h3) 6) Cơng cấp cho chu trình: l = lNAT + lNAC Tính tốn chu trình: 7) Nhiệt lượng tỏa thiết bị ngưng tụ: qk = (1+α+ ξ).(h4 – h3) 8) Nhiệt lượng nhận thiết bị bay hơi: qo= h1 + h8 9) Hệ số làm lạnh: ε = qo /l 10) Lượng mơi chất tuần hồn qua máy nén thấp áp: GNAT = Qo/qo 11) Lượng môi chất tuần hoàn qua máy nén cao áp: GNAC = (1 + α + ξ)GNAT 12) Thể tích hút máy nén thấp áp: VhNAT = GNAT.v1 13) Thể tích hút máy nén cao áp: VhNAC = GNAC.v3 ... 2) Máy lạnh đa dụng PHÂN LOẠI MÁY LẠNH Phân loại máy lạnh theo môi chất lạnh sử dụng 1) Máy lạnh amôniăc 2) Máy lạnh freon 3) Máy lạnh propan 4) Máy lạnh etan 5) Máy lạnh không khí 6) Máy lạnh. .. PHÂN LOẠI MÁY LẠNH Phân loại máy lạnh theo chu trình nhiệt động 1) Máy lạnh cấp 2) Máy lạnh cấp 3) Máy lạnh nhiều cấp 4) Máy lạnh ghép tầng Phân loại máy lạnh theo tính sử dụng 1) Máy lạnh chuyên... MÁY LẠNH Phân loại máy lạnh theo dạng lượng cấp cho chu trình 1) Máy lạnh sử dụng máy nén lạnh (máy nén piston, máy nén ly tâm, máy nén roto, máy nén trục vít) 2) Máy lạnh sử dụng nhiệt máy lạnh