Chu trình maùy laïnh duøng hôi

Chu trình này được chia làm các loại sau: - Chu trình thiết bị lạnh có máy nén. - Chu trình thiết bị lạnh kiểu ejecteur. - Chu trình thiết bị lạnh kiểu hấp thụ.

8.3.1: Chu trình thiết bị lạnh có máy nén.

Lọai này được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Môi chất sử dụng cho lọai này có nhiệt độ rất thấp ở điều kiện áp suất khí trời, như NH3 và các lọai Freon (R12, R13,

R22, R134A…) hoặc CO2.

Ở cùng điều kiện áp suất khí trời 1bar thì: R12 có ts=-300C

R22 ts=-400C NH3 ts=-340C CO2 ts=-780C

Ngoài ra trong quá trình giãn nở loại này được thay bằng quá trình tiết lưu làm cho thiết bị gọn nhẹ hơn. Tuy nhiên quá trình tiết lưu sẽ làm tăng một lượng nhất định về entropy, dẫn đến năng suất lạnh sẽ tổn thất một phần tương ứng.

a/ Sơ đồ của chu trình:

Hình 8.3: Sơ đồ nguyên lý chu trình thiết bị lạnh máy nén

I : máy nén.

II : bộ giải nhiệt (bình làm mát) III : van tiết lưu.

IV : buồng lạnh.

b/ Đồ thị:

Hình 8.4: Đồ thị T.s và lgp - i

Trong đó:

1-2: quá trình nén đọan nhiệt ở máy nén.

2-3: quá trình nhả nhiệt đẳng áp ở bình làm mát II 3-4: quá trình tiết lưu đẳng enthanpy ở van tiết lưu III 4-1: quá trình nhận nhiệt đẳng áp trong buồng lạnh IV

c/ Hệ số làm lạnh: Ta có: q1 = i2-i3 q2 = i1-i4 mà l = lKT= q - q2 = ( i2 -i3) - (i1-i4) i2 i1 i3 = i4 1 2 3 4 lgp i q2 s4 s3 s4’ 4' 0 4 1 2 3 s T I IV III 2 3 II 1 4 q1

Vì 3-4, là quá trình tiết lưu:  i3 = i4  l = i2 – i1   = 1 2 4 1 2 i i i i l q    (8-5)

Tương tự ta cũng suy ra hệ số bơm nhiệt sẽ là: 1 2 3 2 1 i i i i l q      (8-6)

8.3.2: Chu trình máy lạnh ejecteur.

Điểm đặc biệt của chu trình này là máy nén được thay bằng ejecteur, chất môi giới là hơi nước, năng lượng hỗ trợ là nhiệt năng, nhiệt độâ làm lạnh từ (310)0C.

Sơ đồ và đồ thị chu trình được biểu diễn như sau:

Hình 8.5: Sơ đồ chu trình máy lạnh ejecteur.

a: lò hơi. b: Ejecteur c: bình ngưng d: bơm

e: van tiết lưu f: buồng lạnh 3' D A 2 3 f a C b c 4 d 1 e

Hình 8.6: Đồ thị T.s của chu trình

Các quá trình gồm:

1-2: Quá trình tiết lưu một phần nước từ bình ngưng c để đưa vào buồng lạnh f.

2-3: Quá trình nhận nhiệt đẳng áp trong buồng lạnh

3’-4: Quá trình nén hơi hỗn hợp hơi trong ống tăng áp của ejecteur. 4-1: Quá trình nhả nhiệt đẳng áp ở bình ngưng.

1-A: Quá trình bơm một phần nước vào lò hơi a. A-B-C: Quá trình cấp nhiệt ở lò hơi.

C-D: Quá trình giản nở đọan nhiệt từ lò hơi qua ống phun ejecteur. Nguyên lý làm việc như sau:

Nước từ bình ngưng c được chia làm 2 nhánh, số ít qua bơm d đưa về lò hơi a, phần lớn qua van tiết lưu e, lúc này nhiệt độ môi chất khá thấp được đưa vào buồng lạnh f để thực hiện quá trình nhận nhiệt từ môi trường cần làm lạnh, sau khi ra khỏi buồng lạnh độ khô của hơi đạt đến trạng thái hơi bảo hòa.Hơi bảo hòa khô ra khỏi buồng lạnh (trạng thái 3) được hòa trộn với hơi từ lò hơi qua giãn nở đọan nhiệt ở ejecteur (trạng thái D) trở thành trạng thái 3’. Lúc này hỗn hợp hơi được ống tăng áp của ejecteur thực hiện quá trình nén đọan nhiệt đến trạng thái 4. Sau đó được đưa vào bình ngưng c để thực hiện quá trình nhả nhiệt đẳng áp 4-1 và trở về trạng thái ban đầu.

Đối với chu trình này nếu ta coi công cấp cho bơm nhỏ bỏ qua được (trạng thái A trùng với 1). Đồng thời năng lượng cấp cho chu trình ở dạng nhiệt năng. Do vậy để đánh giá hiệu quả của chu trình ta dùng hệ số sử dụng nhiệt .

 = 1 2 q q (a) q2: Nhiệt nhận ở buồng lạnh f (quá trình 2-3).

q1:Nhiệt cấp cho lò hơi (quá trình A-B-C).

2 D 3' 3 4 C B A 1 T s 2

Từ (a)   = ) ( 2 3 A C i i g i i   (8-7) Trong đó: g là tỉ số giữa lượng nước qua bơm so với qua van tiết lưu.

8.3.3: Chu trình máy lạnh hấp thụ.

Đối với loại này năng lượng cấp cho chu trình cũng ở dạng nhiệt năng. Môi chất sử dụng là dung dịch gồm 2 thành phần có nhiệt độ sôi khác nhau ở cùng điều kiện áp suất, trong đó thành phần thứ nhất có vai trò của tác nhân làm lạnh, thành phần còn lại là chất hấp thụ.

Những dung dịch thường được sử dụng như: NH3 – H2O, H2O – LiBr, …

Ở đây ta sẽ đề cập đến máy lạnh hấp thụ: NH3 – H2O.

Hình 8.7: Sơ đồ nguyên lý chu trình máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O

Trong đó: a: Bình phát sinh (nhiệt được cấp từ bên ngoài) b: Bình ngưng

c: Van tiết lưu d: Buồng lạnh e: Bình hấp thụ f: Bơm

g: Van

Đối với chu trình này NH3 là tác nhân lạnh, còn H2O là chất hấp thụ. Nguyên lý làm việc như sau:

Bình phát sinh a chứa dung dịch no NH3 – H2O, khi cấp nhiệt vào, do nhiệt độ

sôi của NH3 nhỏ hơn nên nó bốc hơi và đi vào bình ngưng b, ở đây nó sẽ thực hiện

quá trình nhả nhiệt hóa lỏng, tiếp theo NH3 lỏng qua van tiết lưu c vào buồng lạnh d

để thực hiện quá trình nhận nhiệt, sau đó trở về bình hấp thụ e.

a b c f g d e

Tại e sẽ diễn ra quá trình hấp thụ giữa NH3 và dung dịch đói được trả về từ a thông qua van g. Sau khi trở thành dung dịch no, nó được bơm f đưa về bình phát sinh a để tiếp tục thực hiện chu trình kế tiếp.

Hệ số sử dụng nhiệt của chu trình sẽ là:

 =

q q2

(8-8)

Trong đó: q2: Nhiệt lượng NH3 nhận ở buồng lạnh.

qC:Nhiệt lượng cấp vào từ bên ngoài cho bình phát sinh.

Ở đây ta bỏ qua công bơm f.

Mặt dù hiệu quả làm lạnh của chu trình không cao, nhưng do năng lượng cấp vào cho chu trình ở dạng nhiệt năng và có thể sử dụng nhiệt thải của các nhà máy.

TAØI LIỆU THAM KHẢO

1. HOAØNG ĐÌNH TÍN, LÊ CHÍ HIỆP – Nhiệt Động Kỹ Thuật – ĐHBK Tp. HCM 2. PHẠM LÊ DẦN, BÙI HẢI- Nhiệt Động Kỹ Thuật - ĐHBK Hà Nội, 2000 3. TRẦN THẾ SƠN, BÙI HẢI - Nhiệt Động Kỹ Thuật - ĐHBK Hà Nội 4. LÊ KIM DƯỠNG – Nhiệt Kỹ thuật – ĐH SPKT Tp. HCM, 2000.

BAØI TẬP NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT

---  ---

1/ O2 chứa trong bình kín có thể tích 30 lít, ở nhiệt độ 27oC và áp suất 6 at. Nếu ta cung cấp cho chất môi giới một nhiệt lượng là 60 kJ. Hãy xác định:

a) Aùp suất và nhiệt độ cuối quá trình ? b) Công kỹ thuật ?

c) Độ biến thiên enthanpy ?

d) Biểu diễn quá trình lên đồ thị p-v và T-s ?

2/ Không khí được giãn nở đẳng nhiệt ở nhiệt độ 27oC. Từ V1 = 1,5 m3 ở áp suất

p = 8 bar đến V2= 6m3. Tính :

a) Công giãn nở ?

b) Độ biến thiên entropy ? c) Công kỹ thuật ?

d) Biểu diễn quá trình lên đồ thị p-v và T-s ?

3/ 1 kg không khí có trạng thái ban đầu p1= 6 at ;t1= 25oC. Sau khi giãn nở đoạn nhiệt

thể tích tăng lên hai lần. Xác định : a) Các thông số trạng thái cuối ? b) Công giãn nở ?

c) Công kỹ thuật ?

d) Độ biến thiên enthanpy ?

e)Biểu diễn quá trình lên đồ thị p-v và T-s ?

4/ O2 được nén đoạn nhiệt từ áp suất p1 = 1 at đến áp suất p2 =10 at. Xác định: a) Các thông số trạng thái sau khi nén ?

b) Công nén ?

c) Biểu diễn quá trình lên đồ thị p-v và T-s ?

Biết nhiệt độ trước khi nén t1 = 17oC . (Chỉ tính cho 1 kg )

5/ 1 Kg không khí ở nhiệt độ T1 = 300K. Thực hiện quá trình nén đa biến, áp suất

sau khi nén tăng lên 10 lần. Hãy xác định: a) Nhiệt lượng tham gia quá trình?

b) Độ biến thiên entropy ? c) Công nén ?

(Biết rằng số mũ đa biến n = 1,2 .)

6/ Chu trình Carnot thuận có p max =50 bar; Tmax = 700 K; p min = 1 bar; Tmin =350 K

Hãy tính :

a) Các thông số trạng thái ở các điểm nút của chu trình ? b) Nhiệt nhận và thải ?

c) Công của chu trình ? d) Hiệu suất nhiệt chu trình ? ( Chất môi giới được xem là không khí )

7/ Không khí có thể tích V1 = 8 m3, áp suất p1 =2 bar. Thực hiện quá trình nén đa biến làm cho áp suất tăng lên 10 lần. Xác định nhiệt lượng tham gia quá trình ?

(Biết rằng số mũ đa biến n = 1,2 ).

8/ Máy nén không khí thực hiện các quá trình nén đa biến với n = 1,2. Aùp suất đầu và cuối lần lượt là: 1 bar; và 120 bar. Nhiệt độ vào và ra ở mỗi cấp là như nhau lần lượt là: 27oC; 127o. Xác định:

a) Số cấp của máy nén ? b) Tỉ số tăng áp β ?

c) Aùp suất trung gian giữa các cấp ? d) Nhiệt thải của máy nén ?

(Chỉ tính cho 1 Kg khí .)

9/ Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng tích,ở trạng thái 1 có: p1 = 1bar;

t1 =27oC, các đại lượng đặc trưng:  = 5;  = 3. Xác định:

a)Các thông số trạng thái tại các điểm nút của chu trình ?

b)Nhiệt nhận và nhả ?

c)Công và hiệu suất nhiệt của chu trình?

(Chất môi giới được xem là 1Kg không khí )

10/ Chu trình lí thuyết động cơ đốt trong cấp nhiệt hỗn hợp có các thông số: p1 = 1bar; t1 = 27oC;  = 12;  = 3;  = 1,4. Xác định :

a) Các thông số trạng thái tại các điểm nút của chu trình ?

b) Nhiệt nhận và nhả?

c) Công, hiệu suất nhiệt của chu trình?

d) Biểu diễn chu trình lên đồ thị p-v và T-s?

(Chỉ tính cho 1Kg không khí )

11/ Chu trình turbine khí cấp nhiệt đẳng áp có :

p1 = 1bar; t1 =27oC; t3 =827oC; β = 12; k =1,4. Xác định :

a) Các thông số tại các điểm đặc trưng của chu trình?

b) Nhiệt nhận và nhả?

c) Công của chu trình theo hai cách: Công kỹ thuật và nhiệt lượng?

d) Hiệu suất của chu trình theo nhiệt lượng và theo β ?

e) Biểu diễn chu trình lên đồ thị p-v và T-s theo tỉ lệ tương ứng?

(Chỉ tính cho 1kg không khí )

12/ Chu trình turbine khí cấp nhiệt đẳng áp có các thông số : t1 =27oC; p2 =10 bar; t2 =427oC; v4 =2,5 m3/kg. Xác định:

a) Các thông số còn lại tại các điểm đặc trưng của chu trình?

b) Nhiệt nhận và nhả?

c) Công và hiệu suất nhiệt của chu trình?

13/ Chu trình Rankine có các thông số hơi ở trạng thái đầu p1 = 20 bar; t1 = 400oC, áp

suất ra khỏi turbine p2 = 0,05 bar. Xác định :

a) Hiệu suất nhiệt của chu trình ?

b) Suất tiêu hao hơi (d) ?

14/ Chu trình Rankine có công suất N = 20.000 kW, các thông số hơi ở đầu vào turbine: p1 = 50 bar; t1 = 550oC, áp suất ra khỏi turbine p2 = 0,04 bar. Xác định :

a) Công và hiệu suất nhiệt của chu trình?

b) Lượng hơi tiêu thụ của động cơ (D)?

15/ Chu trình hồi nhiệt có các thông số:

p1 = 90 bar; t1 = 450oC; p2 = 0,04 bar. Hơi được trích ra ở các áp suất: p’= 10 bar; p” = 1,2 bar. Xác định :

a) Công giãn nở ở turbine cao áp (lca); trung áp (ltra); và hạ áp (lha)?

b) Hiệu suất nhiệt của chu trình?

c) Hiệu suất nhiệt của chu trình Rankine khi có cùng thông số ban đầu và cuối? So sánh hiệu suất nhiệt trong hai trường hợp trên, cho nhận xét?

(Biết rằng g1 = 0,130 kg; g2 = 0,120 kg.)

16/ Chu trình thiết bị làm lạnh dùng môi chất là không khí có các thông số: t1 = -10oC; t3 = 30oC; tỉ số tăng áp của máy nén β = p2/p1 = 5. Xác định:

a) Nhiệt nhận và nhả của chu trình?

b) Công chu trình?

c) Hệ số làm lạnh?

d) Công suất lý thuyết động cơ (Nlt)?

Biết rằng năng suất lạnh của chu trình Qo = 40 kJ/s.

17/ Chu trình thiết bị lạnh dùng hơi (NH3) ,nhiệt đô môi chất sau khi ra khỏi buồng

lạnh là hơi bão hoà khô có nhiệt độ t1 = -20oC, nhiệt độ sau khi ngưng t3 = 20oC,lưu lượng khối lượng G = 0,200 kg/s. Xác định :

a) Hệ số làm lạnh của chu trình ?

b) Năng suất lạnh của chu trình (Qo) ? c) Công suất lý thuyết của động cơ (Nlt ) ?.

18/ Thiết bị lạnh dùng hơi (NH3), trạng thái hơi vào máy nén là hơi bão hoà khô có áp

suất p1 = 1 bar, áp suất cuối quá trình nén đoạn nhiệt là p2 = 6 bar, công suất máy nén N = 60 kW. Xác định :

a) Hệ số làm lạnh ?

b) Lưu lượng môi chất (G) ?

c) Năng suất lạnh (Qo) ?

118

BẢNG 3: NƯỚC SÔI VAØ HƠI BÃO HOAØ KHÔ CHO THEO NHIỆT ĐỘ

119

BẢNG 3: NƯỚC SÔI VAØ HƠI BÃO HOAØ KHÔ CHO THEO NHIỆT ĐỘ (Tiếp theo)

120

BẢNG 3: NƯỚC SÔI VAØ HƠI BÃO HOAØ KHÔ CHO THEO NHIỆT ĐỘ (Tiếp theo)

121

BẢNG 4: NƯỚC SÔI VAØ HƠI BÃO HOAØ KHÔ CHO THEO ÁP SUẤT

122

BẢNG 4: NƯỚC SÔI VAØ HƠI BÃO HOAØ KHÔ CHO THEO ÁP SUẤT (Tiếp theo)

123

BẢNG 4: NƯỚC SÔI VAØ HƠI BÃO HOAØ KHÔ CHO THEO ÁP SUẤT (Tiếp theo)

124

BẢNG 4: NƯỚC SÔI VAØ HƠI BÃO HOAØ KHÔ CHO THEO ÁP SUẤT (Tiếp theo)

125

BẢNG 4: NƯỚC SÔI VAØ HƠI BÃO HOAØ KHÔ CHO THEO ÁP SUẤT (Tiếp theo)

126

BẢNG 5: NƯỚC CHƯA SÔI VAØ HƠI QUÁ NHIỆT

127