(495) 984-74-92
(495) 226-51-87
info@xiron.ru
Главная
Техническая информация
Ремонт, настройка холодильного оборудования
Зависимость хладагентов от состояния температуры и давления. Пример 1. Кипение воды


Зависимость хладагентов от состояния температуры и давления

Зависимость между температурой и давлением является основополагающим фактором, позволяющим определять состояние хладагента в испарителе и конденсаторе. Рассмотрим примеры, в которых различные соотношения температуры и давления оказывают определенное влияние на хладагент.

Пример 1. Кипение воды

Всем известно, что самым простым способом заставит воду закипеть — это нагреть ее до 100 С. Одновременно с этим при вакуумировании холодильного контура вода имеет температуру гораздо ниже, чем 100 С. Простой эксперимент (рис. 1.1) позволяет наглядно продемонстрировать, как закипание воды происходит при вакуумировании.

Зависимость хладагентов от состояния температуры и давления

Для этого возьмем прозрачную емкость с водой (температура 30 С), соединенную с атмосферой, то есть с обычным атмосферным давлением. На данный момент вода находится в состоянии покоя. Если подсоединить емкость с водой к вакуумному насосу и начать процесс вакуумирования, то можно пронаблюдать, как вода начинает закипать, и это не смотря на то, что ее температура составляет 30 С.

Зависимость хладагентов от состояния температуры и давления

Причина такого явления следующая: в состоянии покоя на поверхность воды действует две силы, направленные друг на друга (рис. 1.2): это Fi – внутренняя сила жидкости и Fe – внешняя сила. Если первая старается вытеснить воду из сосуда и действует снизу вверх, то вторая наоборот, намеревается ее удержать и действует сверху вниз.

До тех пор пока силы Fi и Fe равнозначны, вода в сосуде находится в состоянии покоя (усилия уравновешенны).

Кипение воды может достигаться вакуумированием и нагреванием. При вакуумировании уменьшается давление на жидкость – сила Fe. Следовательно, когда уменьшается Fe, то Fi не может оставаться без изменений. В данном случае вода начинает кипеть и выходить в виде пара.

При нагреве воды увеличивается сила Fi, а Fe соответственно уменьшается.

Из этого можно сделать вывод, что для кипения жидкости необходимо увеличить внутреннюю силу или уменьшить внешнее давление.


Пример 2. Как заставить воду закипеть, используя при этом только сосуд с холодной водой?

В предыдущем опыте вода закипала путем вакуумирования сосуда, тем самым, нарушая равновесие между силами Fi и Fe. На этот раз, когда вода начнет кипеть, перекрываем изолирующий вентиль (рис. 1.3) и кипение прекратиться. В процессе кипения молекулы воды испаряются и скапливаются над поверхностью, увеличивая давление в сосуде. Момент, когда силы Fi и Fe уравновешиваются, кипение прекращается.

Как заставить воду закипеть

Удивительно, но кипение можно возобновить, полив сосуд холодной водой. Возможно, на первый взгляд, данное явление покажется необычным, но ему есть простое объяснение. Дело в том, что небольшая масса водяных паров, образованных в емкости, охлаждается быстрее, чем остальная масса воды. Другими словами внешняя сила Fe быстрее уменьшается, чемвнутренняя Fi. Когда Fe < Fi равновесие нарушается - и кипение возобновляется.

Пример 3. Разница в удельной массе тела

Под удельной массой тела понимают массу единицы объема данного тела. Так, 1 литр воды имеет массу, равную 1 килограмму. Если литр жидкого R22 при нормальном атмосферном давлении и температуре 20 С имеет массу 1,2 кг, то 1 литр его паров 0,038 кг, что в 31 раз меньше (1,2/0,038=31).

Разница в удельной массе тела

Из этого следует, что при нормальном атмосферном давлении и температуре 20 С 31 литр паров R22 равняется массе 1 литра жидкого R22. Другими словами, при испарении 1 литра R22 при 20 С, образуется в 31 раз больше паров, чем они занимали в жидком состоянии.

Поэтому в холодильных контурах диаметр жидкостных линий всегда меньше, чем диаметр патрубков нагнетания, несмотря на то, что давления в обеих магистралях почти одинаковое.


Пример 4. Разница давления и температуры

Обычные холодильные манометры показывают соотношение между температурой и давлением пара для основных типов хладагентов — R12, R22 и R502. В дальнейшем также нужно будет учитывать характеристики новых холодильных агентов – R134а, R404А, RК407С, R410А и др.

Для того чтобы иметь большее представление о том, что же все таки происходит внутри сосудов с жидким R22, рассмотрим (рис 1.5) поведение хладагента при различных температурах.

Разница давления и температуры

В первом сосуде жидкий хладагент находится при температуре 20 С, соответственно, манометр показывает 8 бар. При повышении температуры начинают выделяться пары, а сама жидкость расширяется, что приводит к повышению ее уровня и снижению объема паров. С учетом того, что для образованных паров необходимо пространство в 31 раз большее, чем сам объем жидкости, то, соответственно, пары в сосуде сжимаются по мере того, как возрастает температура. В другом сосуде температура несколько выше, составляя 27 С, в этом случае манометр показывает 10 бар. При дальнейшем увеличении температуры, скажем до 34 С, давление достигнет 12,2 бар. Это объясняется тем, что количество паров увеличивается гораздо быстрее, чем повышается уровень жидкости.

При увеличении температуры (до 34 С) давление паров достигает 12,2 бар. При росте жидкости внутренняя сила Fi становится больше и приводит к испарению определенного числа жидкости. Имеющийся объем является слишком маленьким для образованных паров, поэтому происходит их сжатие. С ростом давления внешняя сила Fe увеличивается и это происходит до тех пор, пока Fi и Fe не станут равными.

Исходя из вышерассмотренных примеров, можно сделать вывод, что в замкнутом сосуде смеси паров подчиняются строгому соотношению между температурой жидкости и давлением насыщенных паров.

Упражнение

Возьмем две емкости с хладагентом R22, находящиеся при температуре 20 С. В первой емкости жидкости в 4 раза больше, чем во второй. Какое давление будет во второй емкости, если в первой оно составляет 8 бар?

Разница давления и температуры

Решение

Известно, что внутренняя сила зависит только от природы жидкости и температуры. Поэтому не важно, сколько места она занимает в сосуде. При одинаковой температуре устанавливается равновесие, и давление не зависит от количества жидкости.

Разница давления и температуры

Для реализации соотношения между давлением насыщенного пара и температурой достаточно одной молекулы жидкости, которая находится в контакте с паровой фазой. Согласно данному определению, в любом сосуде с R22 и температуре 20 С давление будет равно 8 барам, независимо от количества жидкости.

Давление не зависит от уровня жидкости, а зависит только от температуры.

С появлением новых хладагентов речь больше должна идти о температуре, чем о давлении в контуре. В этом случае и быстрота сделанных выводов не будет зависеть от применяемого хладагента, что даст преимущество во времени.

 

"Добавить комментарий"

Конденсаторы воздушного охлаждения >>

 

Menu