Решение. Удельная теплота образования льда, т.е

Удельная теплота образования льда, т.е. количество теплоты, которое необходимо забрать от 1 кг воды, имеющей температуру t _В (°С), чтобы получить лед с температурой t _Л (°С):

q _Л = с _В(t _В – t _З) + l_Л + с _Л(t _З – t _Л),

где t _З – температура замерзания воды, °С,

с _В = 4, 19 кДж/(кг× К) – удельная теплоемкость воды,

с _Л = 2, 1 кДж/(кг× К) – удельная теплоемкость льда,

l_Л = 334 кДж/кг – удельная теплота плавления льда.

Поскольку t_З = 0°С, то выражение для удельной теплоты образования льда можно записать в виде:

q_Л = с_Вt_В + l_Л – с_Л t_Л.

q _Л = с _В× t _В + l_Л – с _Л× t _Л = 4, 19× 10 + 334 – 2, 1× (– 10)=397 кДж/кг.

Холодопроизводительность холодильной установки:

Q _О = m _Л× q _Л = кВт.

По диаграмме (см. рисунок 9) определим по температуре конденсации t _К = 38°С давление конденсации р _К = 1, 5 МПа; по давлению испарения р _И = 0, 2 МПа температуру испарения t _И = –26°С = 247К.

Поскольку температура хладагента перед компрессором (t ₁ = –10°С) больше температуры испарения, то в холодильной установке осуществляется цикл с перегревом пара перед компрессором, а также, согласно условию, с переохлаждением конденсата.

Изображение цикла в lg р – i координатах представлено на рисунке 6.

По диаграмме определим: для точки 1, находящейся на пересечении изобары р _И = 0, 2 МПа (горизонтальная линия) и изотермы t ₁ = –10°С (штрихпунктирная линия), i ₁ = 625 кДж/кг; для точки 2, находящейся на пересечении изобары р _К = 1, 5 МПа (горизонтальная линия) и адиабаты s = 5, 02 кДж/(кг× К) (наклонная линия), проходящей через точку 1, i ₂ =680 кДж/кг, t₂ = 92°С; для точки 4, находящейся на пересечении изобары р _К = 1, 5 МПа (горизонтальная линия) и изотермы t ₄ = t _К – D t _пер = 38 –15 = 23°С, i ₄ = 450 кДж/кг. (Поскольку в области жидкости изотермы практически вертикальные, то вместо изобары можно воспользоваться нижней пограничной кривой х = 0).

Рисунок 6 – Цикл парокомпрессионной холодильной установки

в lg р – i координатах

Давления и температуры в узловых точках цикла приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Давления и температуры в узловых точках цикла

Холодильный коэффициент:

.

Теоретически максимальный холодильный коэффициент (холодильный коэффициент обратного цикла Карно):

.

Удельная холодопроизводительность:

q _O = i ₁ – i ₄ = 625 – 450 = 175 кДж/кг.

Расход хладагента:

.

Теоретическая мощность двигателя компрессора:

N = m _х× l _З = m _х (i ₂ – i ₁) = 0, 315 × (680–625) = 17, 3 кВт,

или иначе:

N = кВт.

Изображения цикла в Т – s и р – v координатах представлены на рисунках 7 и 8.

Рисунок 7 – Цикл в Т – s координатах	Рисунок 8 – Цикл в р – v координатах

Рисунок 9 - Диаграмма lg р - i для фреона 22

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кудинов, В.А. Техническая термодинамика: учебное пособие для вузов/ В.А. Кудинов, Э.М. Карташов – М.: Высш. школа, 2007. – 261 с.

2. Техническая термодинамика: методическое пособие/ Л.И. Лавров [и др.]. – СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2009. – 116 с.

3. Лавров, Л.И. Процессы идеального газа и расчеты основных энергетических величин: учебное пособие/ Л.И. Лавров, Е.А. Томильцев – СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2009. – 25 с.

4. Лавров, Л.И. Расчет энтропии и ее изменений в процессах идеального газа с анализом по диаграммам p–v, T–s: учебное пособие/ Л.И. Лавров, Е.А. Томильцев – СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2009. – 16 с.

5. Лавров, Л.И. Эксергия и эксергетический КПД: учебное пособие/ Л.И. Лавров, А.А. Копейкина – СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2010. – 16 с.

6. Лавров, Л.И. Холодильные парокомпрессионные установки: учебное пособие/ Л.И. Лавров, А.В. Марков– СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2004. – 24 с.

7. Лавров, Л.И. Термодинамические циклы: учебное пособие/ Л.И. Лавров, А.А. Копейкина, Е.А. Морос – СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2010. – 36 с.