Зависимость давления от температуры фреона: Зависимость температуры кипения фреонов от давления

Содержание

Зависимость температуры кипения фреонов от давления

  t °C R22R12R134R404aR502R407cR717R410aR507aR600
-70 -0,81 -0,88 -0,92 -0,74 -0,72 -0,89 -0,65 -0,72
-60 -0,63 -0,77 -0,84 -0,52 -0,51 -0,74 -0,78 -0,36 -0,50
-50 -0,35 -0,61 -0,70 -0,18 -0,19 -0,52 -0,59 0,08 -0,14
-40 0,05 -0,36 -0,48 0,32 0,30 -0,16 -0,28 0,73 0,39 -0,71
-30 0,64 0,00 -0,15 1,04 0,98 0,37 0,19 1,71 1,15 -0,53
-20 1,46 0,51 0,33 2,02 1,91 1,12 0,90 2,98 2,18 -0,27
-10 2,55 1,19 1,01 3,32 3,14 2,16 1,91 4,72 3,54 0,09
0 3,98 2,08 1,93 5,03 4,73 3,57 3,29 6,98 5,29 0,57
10 5,80 3,23 3,14 7,18 6,73 5,28 5,15 9,76 7,51 1,21
20 8,10 4,67 4,72 9,86 9,20 7,63 7,57 13,35 10,25 2,02
30 10,90 6,45 6,70 13,14 12,19 10,65 10,67
16,65
13,63 3,05
40 14,30 8,60 9,16 17,11 15,77 14,25 14,55 22,90 17,74 4,32
50 18,30 11,90 12,18 21,90 20,01 18,70 19,33 29,50 22,75 5,86
60 23,20 14,25 15,81 27,62 25,01 24,20 25,14 28,85 7,72
70 29,00 17,85 20,16 30,92 32,12 9,91
80 22,04 25,32 40,40
90 26,88 31,43 50,14


Указано относительное давление в bar.
R22 — по данным Du Pont de Nemours
R404a — по данным Elf Atochem
R507 — по данным ICI

Зависимость температуры кипения фреонов от давления

t °C  R22 (CF2Cl2) R12 (CF2CCl2) R134a (CH2FCF3) R404a (R125/R143a/R134a) R502 (R22/R115) R407c (32/125/134a) R717 Nh4 (амиак) R410a (32/125) R507a
-70 -0,81 -0,88 -0,92 -0,74 -0,72 -0,89 -0,65 -0,72
-60 -0,63 -0,77 -0,84 -0,52 -0,51 -0,74 -0,78 -0,36 -0,50
-50 -0,35 -0,61 -0,70 -0,18 -0,19 -0,52 -0,59 0,08 -0,14
-40 0,05 -0,36 -0,48 0,32 0,30 -0,16 -0,28 0,73 0,39
-30 0,64 0,00 -0,15 1,04 0,98 0,37 0,19 1,71 1,15
-20 1,46 0,51 0,33 2,02 1,91 1,12 0,90 2,98 2,18
-10 2,55 1,19 1,01 3,32
3,14
2,16 1,91 4,72 3,54
0 3,98 2,08 1,93 5,03 4,73 3,57 3,29 6,98 5,29
10 5,80 3,23 3,14 7,18 6,73 5,28 5,15 9,76 7,51
20 8,10 4,67 4,72 9,86 9,20 7,63 7,57 13,35 10,25
30 10,90 6,45 6,70 13,14 12,19 10,65 10,67 16,65 13,63
40 14,30 8,60 9,16 17,11 15,77 14,25 14,55 22,90 17,74
50 18,30 11,90 12,18 21,90 20,01 18,70 19,33 29,50 22,75
60 23,20 14,25 15,81 27,62 25,01 24,20 25,14 28,85
70 29,00 17,85 20,16 30,92 32,12
80 22,04 25,32 40,40
90 26,88 31,43
50,14

Указано относительное давление в bar.
R22 . по данным Du Pont de Nemours
R404a . по данным Elf Atochem
R507 . по данным ICI
Остальные . по данным «Учебник по холодильной технике» Польман

Хлорофторокарбонат (tкип . 51,4°C) . Фреон R410A (Формула CHClF2)
Трихлорфторметан (tкип 23,8 °C) . Фреон R 11, Фреон-11, Хладон-11
Дифтордихлорметан (tкип -29,8 °C) . Фреон R 12, Фреон-12, Хладон-12
Трифторхлорметан (tкип -81,5 °C) . Фреон R 13, Фреон-13, Хладон-13
Тетрафторметан (tкип -128 °C) . Фреон R 14, Фреон-14, Хладон-14
Тетрафторэтан (tкип -26,3 °C) . Фреон R 134а, Фреон-134а, Хладон-134а
Хлордифторметан (tкип -40,8 °C) . Фреон R 22, Фреон-22, Хладон-22
Хлорофторокарбонат (tкип -51,4 °C) . Фреон R407С, Фреон-R410A, Хладон-R410A

Проверка рабочих давлений особенности значений, инструкция расчёта, мастер-класс по замене фреона

Сегодня кондиционеры завоевали широкое распространение, причём их популярность продолжает стремительно расти. В связи с этим, многим полезно знать некоторую информацию, касающуюся обслуживания системы кондиционирования. К числу немаловажных аспектов, с которыми можно столкнуться, относится давление фреона в кондиционере. Почему это так важно и для чего используется вышеуказанное вещество, мы расскажем вам в нашей статье.

Принцип работы кондиционера, как известно, происходит за счёт переноса холода и тепла. С целью обеспечения нормальной работы система должна содержать в себе хладагент, он же и являет собой фреон. Без данной составляющей ни один кондиционер не сможет работать в режиме охлаждения.

Если говорить о системах кондиционирования бытового назначения, то в данном случае может использоваться фреон двух разновидностей, включая r22 и r410. От наличия хладагента зависит то, будет ли вообще работать данное приспособление, а если же речь идёт об эффективности, то здесь уже следует исходить от уровня его давления. Далее мы расскажем вам о том, каким образом можно измерить данный показатель, а также о специализированном регуляционном клапане, который контролирует значение давления в кондиционере.

ПАРАМЕТРЫ ДАВЛЕНИЯ

Если вам требуется узнать рабочее давление фреона в вашей модели кондиционера, то сделать это достаточно легко и просто. Эти данные указываются производителями на внешнем блоке устройства. Стоит также отметить и то, что предоставленные значения давления могут быть объективны только в том случае, если имеют место одинаковые модели.

Объясняется это тем, что в большинстве случаев различные модели, выпущенные одним и тем же производителям, осуществляют свою работу в условиях различного давления. Данные параметры определяет множество различных факторов, причём ключевым из них является мощность компрессора, которая, в свою очередь, зависит от его типа и разновидности.

В большинстве стандартных таблиц предоставляются верхние значения, относящиеся как к высокому, так и к низкому давлению в рамках системы кондиционирования. Для того, чтобы узнать, какое давление должно быть в кондиционере, ознакомьтесь со следующими показателями:

  • сторона discharge – высокое давление. В данном случае фреон состоит в жидком состоянии, причём здесь он находится после того, как был пройден компрессор.
  • сторона suction – низкое давление. Относится скорее к испарителю, в рамках которого он переходит в газообразное состояние.

Что касается способов регулировки давления фреона в системе кондиционирования, то их всего два. Так, к примеру, эту задачу можно выполнить посредством дополнительной заправки, а также ручного стравливания. Важно также отметить и то, что в системах кондиционирования бытового назначения обычно отсутствуют специализированные клапаны, регулирующие давление фреона в сплит системе. Это является одним из отличий от автомобильного кондиционера.

КАКИМ ОБРАЗОМ МОЖЕТ БЫТЬ ПРОВЕРЕНО ДАВЛЕНИЕ

Для контроля уровня давления в системе кондиционирования может использоваться специализированная манометрическая станция. Подобного рода устройства производятся под разнообразные виды фреона. Прибор состоит из двух манометров, которые выполняются в синих и красных цветах.

Подключение осуществляется непосредственно к коллектору, а также к трассе фреона, с этой целью, скорее всего, потребуется использование специальных шлангов. С помощью станции можно узнать то, какое давление фреона в кондиционере имеет место быть.

Сперва необходимо запустить систему кондиционирования в охлаждающем режиме. В данном случае манометр синего цвета, который осуществляет определение низкого давления, занимается проверкой данного показателя на участке входа фреоновой магистрали во внешний модуль. Что касается манометра красного цвета, то его назначение, соответственно, заключается в измерении высокого давления. Его подключение осуществляется к выходу фреоновой трассы из компрессора. Иными словами, действия выполняются на той стороне, где происходит нагнетание.

С целью подключения манометровой станции, которая определяет давление фреона в кондиционере, могут применяться специализированные гибкие шланги, соединяющиеся с использованием внешней гайки с сервисным вентилем. Он находится в том месте, где толстая медная трубка крепится к наружному модулю. После того, как всё это будет подключено, следует запустить систему кондиционирования и уже по прошествии примерно пятнадцати – двадцати минут. С этой целью и применяется манометр. Следует не забывать и о том, что во время отключения компрессорного устройства могут иметь место некорректные показания.

СВЯЗЬ РАБОЧЕГО ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ

Важно отметить, что существует некоторая зависимость температуры фреона от давления, которая порождает зависимость непосредственно давления от температуры окружающей среды. 

Таким образом, если внешние температурные условия будут несколько повышены, то пропорционально будет увеличено и рабочее давление. Так, к примеру, если рассматривать хладагент 410, то в данном случае в условиях увеличение температурного показателя в пределах помещения либо за его границами на пять градусов, повысится и рабочее давление фреона в системе кондиционирования. Значение будет увеличено на 0,5 бар. Другая же зависимость наблюдается для такой разновидности фреона, как R22, но здесь она различается в зависимости от уличной температуры, или данного показателя в пределах помещения. Для того чтобы получить уточнённые цифры, следует обратиться к специализированным таблицам, там всё должно быть указано.

КАКИМ ОБРАЗОМ ЗАМЕНИТЬ ФРЕОН В КОНДИЦИОНЕРЕ

Если возникла необходимость заменить хладагент в системе кондиционирования, то потребуется выполнить подобные действия в несколько этапов.

  1. Для начала следует определить то, какого типа фреон у вас в кондиционере. Неподходящий хладагент не сможет гарантировать корректную работу устройства. Для этого смотрим инструкцию, идущую с кондиционером. Если это невозможно, то можно найти её электронную версию в сети Интернет.
  2. Следующий этап заключается в подготовительных работах. Следует помнить о том, что работа с фреоном предполагает обязательное соблюдение техники безопасности. Так, например, необходимо надеть маску и защитные очки, не позабудьте также и о перчатках. 
  3. Перед тем, как будет осуществлена замена фреона в кондиционере, следует определить местонахождение компрессора в устройстве. И снова нам поможет инструкция к системе кондиционирования, которая в большинстве случаев содержит в себе схему его устройства. Данный элемент выполнен в виде цилиндра.
  4. Дальнейшие действия связаны с осмотром фреонового комплекта. Он обычно состоит из фреоновой ёмкость и двух клапанов. Каждый из клапанов должен быть установлен на компрессорные патрубки. Что касается процесса установки, то её описывают в рамках инструкции.
  5. После этого следует настроить кондиционер. Но сперва необходимо быть уверенным в том, что система способна качать хладагент. С этой целью необходимо запустить прибор и установить режим наибольшей мощности. Именно таким образом фреон должен будет попасть в оборудование.
  6. Заключительный этап связан с непосредственным добавлением фреона. Осуществляется данная операция после проверки способности системы к приёму фреона. Для того чтобы добавить хладагент, следует достать контейнер с ним, который необходимо монтировать между двумя вентилями, которые ставятся заранее. Рассматриваемый процесс должен осуществляться согласно прилагаемой инструкции. Поскольку система работает, хладагент тут же начнёт свою подачу в систему. Выключение кондиционера выполняется в то время, когда весь фреон будет выкачан из контейнера. Далее можно снять вентили.

На самом деле, выполнение всех вышеуказанных действий не составят труда. Облегчить работу сможет датчик давления фреона. Важно соблюдать все требования безопасности, не забывайте об этом. При условии грамотного и правильного осуществления всех вышеуказанных работ может быть гарантирована стабильная работа системы кондиционирования, которая не будет вызывать никаких проблем.

Температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем ниже это давление, тем ниже температура кипения.

1 Главная функция кондиционера — охлаждение воздуха Основные функции кондиционера — это охлаждение и обогрев воздуха, уже находящегося внутри помещения. Это означает, что кондиционер в общем случае не производит притока свежего воздуха с улицы или вытяжки воздуха из помещения. Для задач вытяжки и притока служит вентиляционное оборудование. Охлаждение воздуха в кондиционерах происходит при помощи компрессионного цикла охлаждения. Температура кипения Температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем ниже это давление, тем ниже температура кипения. Например, общеизвестно, что вода закипает при температуре 100С. Но это происходит лишь при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.). При повышении давления температура кипения возрастет, а при его понижении (например, высоко в горах) вода закипит при температуре гораздо ниже 100С. В среднем, при изменении давления на 27 мм.рт. ст. температура кипения изменится на 1С. Различные жидкости кипят при разных температурах даже при одинаковом внешнем давлении. Например, жидкий азот кипит при температуре около -77;С, а фреон R-22, который применяется в холодильной технике — при температуре -40.8С (при нормальном атмосферном давлении). Теплота парообразования При испарении жидкости теплота поглощается из окружающей среды. При конденсации пара тепло, напротив, выделяется. Теплота парообразования жидкостей очень велика. Например, энергия, нужная для испарения 1 г воды при температуре 100С (539 калорий/г), значительно больше энергии, необходимой для нагревания этой воды от 0;С до 100С (100 калорий/г)! Если жидкий фреон поместить в открытый сосуд (с атмосферным давлением и комнатной температурой), то он сразу же вскипит, поглощая при этом большое количество теплоты из окружающей среды. Это явление и используется в холодильной машине. Только в ней фреон превращается в пар в специальном отделении — испарителе. Трубки испарителя обдуваются потоком воздуха. Кипящий фреон поглощает тепло из этого воздушного потока, охлаждая его. Но в холодильной машине невозможно только испарять фреон, поглощая тепло. Ведь тогда в ней образуется большое количество паров и потребуется подводить все новый и новый жидкий фреон постоянно. Поэтому в холодильной машине производится и обратный процесс конденсации — превращения из пара в жидкость. При конденсации любой жидкости выделяется теплота, которая поступает затем в окружающую среду. Температура конденсации, как и температура кипения, зависит от внешнего давления. При повышенном давлении конденсация может происходить при весьма высоких температурах. К примеру, фреон R-22 начинает конденсироваться при +55С, если находится под давлением 23 атмосферы (около 17,5 тыс. мм рт. ст.). Теория холодильных машин 1

2 Холодильная машина В холодильной машине фреон конденсируется в специальном отделении — конденсаторе. Тепло, выделившееся при конденсации, удаляется потоком охлаждающей жидкости или воздуха. Поскольку холодильная машина должна работать непрерывно, то в испаритель должен постоянно поступать жидкий фреон, а в конденсатор — его пары. Этот процесс — циклический, ограниченное количество фреона циркулирует по холодильной машине, испаряясь и конденсируясь. Схема холодильной машины Компрессионный цикл охлаждения состоит из четырех основных элементов: компрессора испарителя конденсатора регулятора потока. Эти основные элементы соединены трубопроводами в замкнутую систему, по которой циркулирует хладагент (обычно это фреон). Циркуляцию хладагента по контуру производит компрессор холодильной машины. Испарители для охлаждения воздуха Воздушные испарители — это теплообменники с одним или несколькими (4-6) рядами трубок. Внутри трубок протекает хладагент, а между ребрами испарителя (вне трубок) — охлаждаемый воздух. Чаще всего испаритель для охлаждения воздуха состоит из оребренных медных трубок диаметром 8-13 мм (5/16″, 3/8″ и 1/2″) с расстоянием между ребрами мм. Медь используется потому, что ее легко обрабатывать, она не окисляется и имеет высокую теплопроводность. Оребрение обычно выполняется из алюминия. Если мощность холодильной машины достаточно велика, то воздушные испарители делаются с двумя или несколькими контурами охлаждения. Каждый контур имеет независимый подвод хладагента с помощью распределителя, соединенного с ним тонкими трубками. Все контуры заполняются равными количествами хладагента. Поток воздуха равномерно распределяется по теплообменнику, исключая обледенение отдельных участков испарителя. Теория холодильных машин 2

3 Чтобы достичь наилучшего качества и стабильности работы испарителя холодильной машины, мощность должна составлять 3-7 квт на каждый контур теплообмена (при использовании наиболее распространенного хладагента R-22). От объема охлаждаемого воздуха зависит размер испарителя. Объем воздуха составляет около 195 куб.м./час на каждый квт холодопроизводительности установки. Общая холодопроизводительность испарителя определяется температурой испарения хладагента (постоянной, заданной при проектировании холодильной машины), и температурой поступающего воздуха (зависит от условий работы). Скорость потока воздуха, поступающего в испаритель, обычно 2-3 м/с. Если скорость будет выше, то капли конденсата могут проскакивать на выходе теплообменника. В испарителе, как и в других элементах холодильной машины, возникают потери давления. Они зависят от диаметра трубок испарителя, конфигурации ребер, скорости воздушного потока и количества конденсата на оребрении. Компрессор Один из главных элементов любой холодильной машины — это компрессор. Компрессор всасывает пар хладагента, имеющий низкие температуру и давление, затем сжимает его, повышая температуру (до С) и давление (до атм.), а затем направляет парообразный хладагент к конденсатору. Основные характеристики компрессора — степень компрессии (сжатия) и объем хладагента, который он может нагнетать. Степень сжатия — это отношение максимального выходного давления паров хладагента к максимальному входному. В холодильных машинах используют компрессоры двух типов: Поршневые — с возвратно-поступательным движением поршней в цилиндрах Ротационные, винтовые и спиральные — с вращательным движением рабочих частей. Поршневые компрессоры Принцип их работы показан на схеме. Теория холодильных машин 3

4 При движении поршня (3) вверх по цилиндру компрессора (4) хладагент сжимается. Поршень перемещается электродвигателем через коленчатый вал (6) и шатун (5). Под действием давления пара открываются и закрываются всасывающие и выпускные клапаны компрессора холодильной машины. На схеме 1 показана фаза всасывания хладагента в компрессор. Поршень начинает опускаться вниз от верхней точки, при этом в камере компрессора создается разрежение и открывается впускной клапан (12). Парообразный хладагент низкой температуры и низкого давления попадает в рабочее пространство компрессора. На схеме 2 показана фаза сжатия пара и его выхода из компрессора. Поршень поднимается вверх и сжимает пар. При этом открывается выпускной клапан компрессора (1) и пар под высоким давлением выходит из компрессора. Ротационные компрессоры вращения Принцип работы ротационных компрессоров вращения основан на всасывании и сжатии газа при вращении пластин. Их преимущество перед поршневыми компрессорами состоит в низких пульсациях давления и уменьшении тока при запуске. Существует две модификации ротационных компрессоров: Со стационарными пластинами С вращающимися пластинами Компрессор со стационарными пластинами В компрессоре со стационарными пластинами хладагент сжимается при помощи эксцентрика, установленного на ротор двигателя. При вращении ротора эксцентрик катится по внутренней поверхности цилиндра компрессора, и находящийся перед ним пар хладагента сжимается, а затем выталкивается через выпускной клапан компрессора. Пластины разделяют области высокого и низкого давления паров хладагента внутри цилиндра компрессора. а) Пар заполняет имеющееся пространство б) Начинается сжатие пара внутри компрессора и всасывание новой порции хладагента в) Сжатие и всасывание продолжается Теория холодильных машин 4

5 г) Сжатие завершено, пар окончательно заполнил пространство внутри цилиндра компрессора. Компрессор с вращающимися пластинами В компрессоре с вращающимися пластинами хладагент сжимается при помощи пластин, закрепленных на вращающемся роторе. Ось ротора смещена относительно оси цилиндра компрессора. Края пластин плотно прилегают к поверхности цилиндра, разделяя области высокого и низкого давления. На схеме показан цикл всасывания и сжатия пара. а) Пар заполняет имеющееся пространство б) Начинается сжатие пара внутри компрессора и всасывание новой порции хладагента в) Сжатие и всасывание завершается. г) Начинается новый цикл всасывания и сжатия. Спиральные компрессоры SCROLL Спиральные компрессоры применяются в холодильных машинах малой и средней мощности. Такой компрессор состоит из двух стальных спиралей. Они вставлены одна в другую и расширяются от центра к краю цилиндра компрессора. Внутренняя спираль неподвижно закреплена, а внешняя вращается вокруг нее. Спирали имеют особый профиль (эвольвента), позволяющий перекатываться без проскальзывания. Подвижная спираль компрессора установлена на эксцентрике и перекатывается по внутренней поверхности другой спирали. При этом точка касания спиралей постепенно перемещается от края к центру. Пары хладагента, находящиеся перед линией касания, сжимаются, и выталкиваются в центральное отверстие в крышке компрессора. Точки касания расположены на каждом витке внутренней спирали, поэтому пары сжимаются более плавно, меньшими порциями, чем в других типах компрессоров. В результате нагрузка на электродвигатель компрессора снижается, особенно в момент пуска компрессора. Пары хладагента поступают через входное отверстие в цилиндрической части корпуса, охлаждают двигатель, затем сжимаются между спиралей и выходят через выпускное отверстие в верхней части корпуса компрессора. Недостатки спиральных компрессоров: Сложность изготовления. Необходимо очень точное прилегание спиралей и герметичность по их торцам Конденсатор Теория холодильных машин 5

6 Один из основных компонентов холодильной машины — это конденсатор, служащий для переноса тепловой энергии от хладагента в окружающую среду. Чаще всего тепло передается воде или воздуху. Тепло, которое выделяется в конденсаторе, примерно на 30% превышает холодопроизводительность холодильной машины. Например, если холодопроизводительность машины равна 20 квт, то конденсатор выделяет квт тепла. Конденсаторы с воздушным охлаждением 1. медные трубки конденсатора 2. оребрение Конденсаторы с воздушным охлаждением наиболее распространены. Конденсатор с воздушным охлаждением состоит из вентиляторного блока с электродвигателем и теплообменника. По трубкам протекает хладагент, а вентилятор обдувает трубки потоком воздуха. Обычно скорость потока составляет м/с. Чаще всего теплообменник состоит из оребренных медных трубок диаметром 6-20 мм с расстоянием между ребрами 1-3 мм. Медь используется потому, что ее легко обрабатывать, она не окисляется и имеет высокую теплопроводность. Оребрение обычно выполняется из алюминия. Выбор диаметра трубок зависит от многих факторов: потерь давления, легкости обработки материала и т.д. Тип оребрения может быть различным и значительно влияет на тепловые и гидравлические параметры теплообменника в целом. Например, сложный профиль оребрения с многочисленными выступами и просечками создает турбулентность (завихрения) воздуха, омывающего теплообменник. В результате эффективность теплопередачи от хладагента к воздуху увеличивается, и повышается холодопроизводительность холодильной машины. Дополнительно теплоотдачу хладагента повышают путем рифления внутренней поверхности трубок теплообменника. Это создает турбулентность течения хладагента. Обычно в конденсаторе имеется от одного до четырех рядов трубок, расположенных по направлению потока хладагента. Часто трубки располагают в шахматном порядке для повышения эффективности теплопередачи. Интенсивность теплообмена неодинакова на протяжении движения хладагента по трубкам. Горячий хладагент поступает в обменник сверху и перемещается вниз. 1. На начальном этапе (5% поверхности) охлаждение наиболее интенсивно, поскольку максимальна разница температур между хладагентом и охлаждающим воздухом и высока скорость движения хладагента. Теория холодильных машин 6

7 2. Основной участок теплообменника составляет около 85% поверхности. На этом участке хладагент конденсируется при постоянной температуре. 3. Остальные 10% поверхности теплообменника служат для дополнительного охлаждения жидкого хладагента. Температура конденсации хладагента (фреона) выше температуры окружающего воздуха на градусов, и составляет обычно 42-55С. Выходящий из теплообменника нагретый воздух всего на 3-5 градусов холоднее температуры конденсации. Регулятор потока Капиллярная трубка Жидкий хладагент, перетекающий от конденсатора к испарителю, нужно дозировать. Это реализуется с помощью регулятора потока. Наиболее простой вариант регулятора — капиллярная трубка диаметром около 1 мм. Они применяются в кондиционерах сплит-систем небольшой мощности. Преимущества капиллярных трубок: Низкая стоимость Простота и надежность в эксплуатации, как при постоянной нагрузке, так и в переходных режимах. Недостаток капиллярных трубок: Расход хладагента через капиллярную трубку зависит только от перепада давлений на концах трубки. Если давление нагнетания компрессора и нагрузка испарителя непостоянны, то поступление хладагента по капиллярной трубке может стать недостаточным или, наоборот, избыточным. Если тепловая нагрузка на испаритель уменьшится, то жидкий хладагент не полностью превратится в пар, и может повредить компрессор при попадании в него. Это называется гидравлическим ударом. Если же из-за понижения окружающей температуры снизится давление конденсации, то поток хладагента уменьшится, и заполнение конденсатора станет недостаточным. При этом снизится холодопроизводительность установки, что, конечно, нежелательно. Терморегулирующий вентиль Для мощных установок кондиционирования используют терморегулирующий вентиль (ТРВ). Он регулирует подачу хладагента от конденсатора к испарителю так, чтобы при изменении условий работы давление испарения и перегрев в испарителе холодильной машине оставались постоянными. Существует два типа терморегулирующих вентилей: С внутренним уравниванием — для машин малой и средней мощности С внешним уравниванием — для машин большой мощности ТРВ с внутренним уравниванием Теория холодильных машин 7

8 Скорость перетекания хладагента через терморегулирующий вентиль зависит от положения клапана. Это положение определяется соотношением сил, действующих на мембрану регулятора. На закрытие клапана направлены давление испарения и сила натяжения пружины. На открытие клапана направлено давление термобаллона, определяемое перегревом хладагента в испарителе. Если температура внешнего воздуха понижается, то кипение хладагента ослабляется, перегрев уменьшается, и температура термобаллона снижается. При этом понижение давления в термобаллоне воздействует на мембрану регулятора, уменьшая подачу хладагента в испаритель. В результате равновесие восстанавливается. Аналогично действие регулятора при увеличении температуры наружного воздуха. В зависимости от длины и жесткости пружины, закрывающей клапан терморегулирующего вентиля, давление испарения и перегрев можно установить на нужные значения. ТРВ с внешним уравниванием Теория холодильных машин 8

9 Для больших холодильных машин используется более совершенная система регулировки — ТРВ с внешним регулированием.она позволяет точно поддерживать давление испарения, если изменяется гидравлическое сопротивление испарителя. Давление в такой системе измеряется не за клапаном регулятора, а уже на выходе из испарителя. Для этого в состав регулятора входит дополнительная трубка. В результате такого подключения поддерживается постоянное давление испарения хладагента и перегрев, даже при изменении гидравлического сопротивления в испарителе. Компрессионный цикл охлаждения На выходе из испарителя хладагент — это пар при низкой температуре и низком давлении. Затем компрессор всасывает хладагент, давление повышается до примерно 20 атм., а температура достигает С. После этого горячий пар хладагента попадает в конденсатор, где он охлаждается и конденсируется. Для охлаждения используется вода или воздух. На выходе из конденсатора хладагент представляет собой жидкость под высоким давлением. Внутри конденсатора пар должен полностью перейти в жидкое состояние. Для этого температура жидкости, выходящей из конденсатора, на несколько градусов (обычно 4-6 С) ниже температуры конденсации при данном давлении. Затем хладагент (имеющий в этот момент жидкое агрегатное состояние при высоких давлении и температуре) поступает в регулятор потока. Здесь давление резко падает, и происходит частичное испарение. На вход испарителя попадает смесь пара и жидкости. В испарителе жидкость должна полностью перейти в парообразное состояние. Поэтому температура пара на выходе из испарителя немного выше температуры кипения при данном давлении (обычно на 5-8 С). Это необходимо, чтобы в компрессор не попали даже мелкие капли жидкого хладагента, иначе компрессор может быть поврежден. Образовавшийся в испарителе перегретый пар выходит из него, и цикл возобновляется сначала. Итак, ограниченное количество хладагента постоянно циркулирует в холодильной машине, меняя агрегатное состояние при периодически изменяющихся температуре и давлении. В каждом цикле имеется два определенных уровня давления. На стороне высокого давления происходит конденсация хладагента и находится конденсатор. На стороне низкого давления находится испаритель и жидкий хладагент превращается в пар. Граница между областями высокого и низкого давления проходит в двух точках — на выходе из компрессора (нагнетательный клапан) и на выходе из регулятора потока. Трубки холодильного контура Главные элементы холодильного контура — компрессор, конденсатор, испаритель и регулятор потока — соединены между собой металлическими трубками, по которым перемещается хладагент. Линии переноса хладагента делятся на три группы: 1. Линии нагнетания, по которым хладагент в газообразном состоянии под высоким давлением проходит от компрессора к конденсатору. 2. Жидкостные линии, по которым жидкий хладагент проходит от конденсатора к испарителю. 3. Линии всасывания, по которым хладагент в газообразном состоянии под низким давлением проходит от испарителя к компрессору. Теория холодильных машин 9

10 Для максимальной эффективности работы холодильного контура важно правильно подобрать трубки и смонтировать их. При выборе трубок нужно учитывать приведенные ниже факторы. Потери давления в трубках холодильного контура Потери давления хладагента в трубках холодильного контура снижают эффективность работы холодильной машины, уменьшая ее холодо- и теплопроизводительность. Поэтому нужно стремиться к уменьшению потерь давления в трубках. Поскольку температура кипения и конденсации зависит от давления (практически линейно), потери давления часто оценивают потерями температуры конденсации или кипения в С. Пример: для хладагента R-22 при температуре испарения +5 С давление равно 584 кпа. При потере давления, равной 18 кпа, температура кипения снизится на 1 С. Потери в линии всасывания При потере давления на линии всасывания компрессор работает при меньшем входном давлении, чем давление испарения в испарителе холодильной машины. Из-за этого снижается расход хладагента, проходящего через компрессор, и уменьшается холодопроизводительность кондиционера. Потери давления в линии всасывания наиболее критичны для работы холодильной машины. При потерях, эквивалентных 1 С, производительность снижается на целых 4.5%! Потери в линии нагнетания При потере давления на линии нагнетания компрессору приходится работать с более высоким давлением, чем давление конденсации. При этом производительность компрессора тоже снижается. При потерях в линии нагнетания, эквивалентных 1 С, производительность снижается на 1.5%. Потери в жидкостной линии Потери давления в жидкостной линии слабо влияют на холодопроизводительность кондиционера. Зато они вызывают опасность закипания хладагента. Это происходит по следующим причинам: 1. из-за уменьшения давления в трубке может оказаться, что температура хладагента будет выше, чем температура конденсации при этом давлении. 2. хладагент нагревается из-за трения о стенки труб, поскольку механическая энергия его движения переходит в тепловую. В результате кипение хладагента может начаться не в испарителе, а в трубках перед регулятором. Регулятор не может устойчиво работать на смеси жидкого и парообразного хладагента, поскольку расход хладагента через него сильно уменьшится. Кроме того, холодопроизводительность снизится, поскольку охлаждаться будет не только воздух в помещении, но и пространство вокруг трубопровода. Допустимы следующие потери давления в трубках: в линии нагнетания и всасывания — до 1 С в жидкостной линии С Проблема возврата масла в компрессор Для нормальной работы компрессора холодильной машины его подвижные контактирующие части должны быть смазаны. Для смазки применяют специальные Теория холодильных машин 10

11 масла, которые заливают в картер компрессора перед заправкой хладагента. Количество масла примерно в 10 раз меньше объема хладагента. При запуске кондиционера масло вместе с газообразным хладагентом выходит в трубки линии нагнетания. После этого оно может вернуться в компрессор, только пройдя весь холодильный контур. Если же масло не будет возвращено в компрессор, то он постепенно совсем обезмаслится и выйдет из строя. Из жидкостных линий масло возвращается в компрессор в смеси с жидким хладагентом. Проблем здесь не возникает. В линиях нагнетания и всасывания находится парообразный хладагент, не смешивающийся с маслом. Поэтому оно может передвигаться по газовым линиям или под действием силы тяжести (только вниз), или увлекаться потоком пара. 1. В горизонтальных участках линий нагнетания и всасывания для переноса масла достаточно низкой скорости пара. Но для облегчения переноса масла часто предусматривают слабый наклон трубопровода в направлении движения потока хладагента (около 0.5%). 2. В вертикальных участках линий нагнетания и всасывания для переноса масла снизу вверх нужен достаточно сильный поток пара. Скорость паров хладагента должна быть не менее 5м/с при любом режиме работы (даже с пониженной мощностью). Существует минимальная холодопроизводительность, при которой в газовых линиях масло может подниматься по вертикальным трубкам. Она зависит от диаметра трубок. Если разность высоты между компрессором и испарителем превышает 3-4 м, перемещение масла по трубопроводу проблематично. Возможны 2 варианта их размещения: 1. Компрессор выше испарителя. При остановке компрессора (выключении кондиционера) в нижней части трубопровода скопится масло. Частично масло может стекать и из испарителя. При последующем запуске холодильной машины большое количество масла попадет во всасывающую полость компрессора и вызовет гидравлический удар. 2. Коденсатор выше компрессора. При остановке компрессора (выключении кондиционера) в нижней части трубопровода скопится масло. Если температура воздуха невысока, то конденсируются пары хладагента и тоже стекут в нижнюю часть трубопровода. При последующем запуске может возникнуть гидравлический удар из-за скопления жидкостей в нагнетающей полости компрессора. Маслоподъемные петли Теория холодильных машин 11

12 Чтобы избежать поломки компрессора из-за скопления масла, нужно устанавливать в нижней части подъема линий нагнетания и всасывания маслоподъемную петлю. Если же разность высот больше 7 м, то маслоподъемные петли надо устанавливать через каждые 6-7 м. Маслоподъемная петля представляет собой изогнутый участок трубки с малым радиусом изгиба (см. схему выше). Чем больше масла скопилось в петле, тем выше его уровень. При этом снижается сечение прохода газа, и скорость газа постепенно увеличивается. При высокой скорости газа с поверхности масла капельки масла увлекаются в вертикальный трубопровод. Они образуют масляную пленку, передвигающуюся по стенкам газовой линии. Перетекание хладагента В момент выключения кондиционера часть хладагента находится в жидкостной линии, испарителе и конденсаторе. После выключения хладагент начинает перетекать к более охлажденным частям холодильного контура. Если испаритель расположен выше компрессора, то остатки хладагента могут стечь вниз под действием силы тяжести. При этом они смешаются с маслом и могут наполнить выпускные клапаны компрессора. Это вызовет гидравлический удар при последующем запуске кондиционера. Чтобы избежать гидравлического удара, надо сделать маслоподъемную петлю на трубке, соединяющей испаритель и компрессор (схема выше). Замечание: Если в жидкостной линии установлен электромагнитный клапан, который перекрывает ее при отключении компрессора, можно не устанавливать маслоподъемную петлю. Теория холодильных машин 12

13 Теория холодильных машин 13

«Кипение. Зависимость температуры кипения от давления» (8класс)

Младшая была самая красивая, самая любимая. Царь был стар и умен.

Он давно издал указ, по которому первая дочь, выходящая замуж

получит пол – царства.

Зная указ, средняя и старшая дочери очень хотели замуж,  и часто из-за

этого ссорились. Младшая дочь замуж не собиралась.

Чтобы разрешить все вопросы с замужеством и уладить ссоры, царь

предложил провести такое соревнование.

Он поставил на стол три чайника. Они были совершенно одинаковы,

как по внешнему виду, так и по вместимости. Царь налил в каждый

чайник равное  количество воды из ведра.

-Мои любимые дочери, — начал свою речь царь, — сейчас каждая из вас

возьмет по чайнику, и отправиться вместе со мной на кухню. Там вы

поставите чайники на плиту и дождетесь, пока они закипят. Та дочь, у

которой закипит чайник раньше, выйдет замуж первой.

Как не странно, но расчеты царя были точными, первым закипел

чайник у младшей дочери.

Почему?

Я надеюсь, что к концу урока вы найдете ответ на данный вопрос.

4. Целеполагание

Посмотрите на второй столбик где вы написали «Хочу узнать». Давайте определим цели нашего урока:

— Рассмотреть процесс кипения

— узнать чем кипение отличается от испарения

— выяснить от каких параметров зависит кипение

5. Планирование

Обсуждение. Совместное составление плана изучения явления.

1. Пронаблюдать за процессом кипения и выделить основные этапы

2. Прочитать в параграфе учебника и дать определение кипению.

3. Выяснить от чего зависит температура кипения

4. ответим на вопрос сказки.

6. Выполнение действий. (15 мин)

1 и 2 пункт плана Процесс кипения условно можно разбить на три этапа

Пока закипает вода прочитайте параграф 18, ответьте на вопросы.

Работа по рядам: 1 ряд — Этап образования пузырьков, второй ряд- Этап появления шума, третий ряд- Этап кипения воды

Время выполнения (5мин)

Раздаю вопросы для обсуждения

1 этап — Этап образования пузырьков

  1. Откуда берутся пузырьки?

  2. Что происходит с пузырьками при дальнейшем увеличении температуры? Объяснить причину.

2 этап – Этап появления шума

  1. Почему пузырьки лопаются?

  2. Почему слышен шум?

3 этап – Этап кипения воды

  1. Что происходит при дальнейшем нагревании воды?

  2. Что образуется над колбой?

Через 5 мин отвечаем: представитель от каждого ряда рассказывает, что происходит на каждом этапе, все записывают у себя в тетради в виде:

Дадим определение кипению

Кипение – это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий по всему объёму жидкости при определённой температуре.

У каждого вещества своя температура кипения. При кипении температура жидкости остается постоянной, не смотря на непрерывный подогрев.

Работа с таблицей учебника «Температура кипения».

Учитель: У какого вещества температура кипения наибольшая?…наименьшая?

Ответы учащихся.

Учитель: от чего зависит температура кипения?

Ответы учащихся: от атмосферного давления.

Смотрим опыт, объясняем: если внешнее давление увеличивается тем дольше достигается соотношение pнас.п > pвнеш

На самой высокой горе – Джомолунгме (Гималаи) на высоте 8848м вода кипит при70°С. Поэтому жителям этих районов, использующим такой кипяток, требуется значительно больше времени для приготовления пищи, чем жителям равнин. А сварить в этом кипятке например, куриное яйцо вообще невозможно, так как белок при температуре ниже 100 °С не сворачивается. Альпинисты заметили, что высоко в горах вода закипает при температуре меньше, чем 100ºС. Там нельзя сварить мясо, поэтому его там жарят, например шашлыки.

  1. Анализ результата (15минут)

Используем технику: Карты приложения. Где применяется зависимость температуры кипения от внешнего давления( думаем 5 мин)

Обсуждаем(3 мин)

-Повышение давления над жидкостью используют в скороварке

— Уменьшение температуры кипения жидкости также может играть полезную роль. Так, например, при нормальном атмосферном давлении жидкий фреон кипит при температуре около 30 °С. При уменьшении же давления температуру кипения фреона можно сделать ниже О °С. Это используется в испарителе холодильника. Благодаря работе компрессора в нем создается пониженное давление, и фреон начинает превращаться в пар, отнимая теплоту от стенок камеры. Благодаря этому и происходит понижение температуры внутри холодильника.

Учитель: кто готов ответить на вопрос, поставленный в начале изучения темы? Почему первым чайник закипел у младшей дочери?(2 мин)

Ответы учащихся: она не торопилась выходить замуж, и ей было все равно когда ее чайник закипит, поэтому она не открывала крышку чайника. Сестры часто открывали крышку, чтобы проверить, не закипела ли вода. Интенсивное парообразование сопровождается уменьшением температуры.(С открытой крышкой жидкость дольше прогревается)

Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению (1 мин)

1.§18, упражнение № 14

2. для желающих следующее экспериментальное задание: Возьмите большую кастрюлю с водой. Поместите в нее маленькую кастрюлю с водой так, чтобы она плавала, не касаясь дна большой кастрюли. Поставьте их на плиту и начните нагревать. Что будет с водой в маленькой кастрюле, когда в большой кастрюле она будет кипеть? Почему? Насыпьте в большую кастрюлю столовую ложку соли. Что после этого произойдет с водой в маленькой кастрюле? Объясните наблюдаемое явление. Что можно сказать о температуре кипения соленой воды

Рефлексия(4 мин)

Учитель: сегодня на уроке мы получили представление о явлении, с которым довольно часто встречаемся в повседневной жизни. Я предлагаю посмотреть таблицу «Знаю-Хочу знать», заполненную в начале урока, узнали вы о кипении то , что вас интересовало?

после небольшого обдумывания выразите свое мнение о том, что вы узнали сегодня на уроке с помощью Мини-обзора. На листочках ответе на след вопросы

  1. Что изучали? Назовите тему урока.

  2. Определите наиболее важное в этом уроке.

  3. Что вызвало трудности, осталось неясным?

  4. Что хотелось бы узнать по теме дополнительно?

  5. Что у меня получилось лучше всего?

  6. Что мне необходимо усовершенствовать?

1 этап — Этап образования пузырьков

Вопросы:

  1. Откуда берутся пузырьки?

  2. Что происходит с пузырьками при дальнейшем увеличении температуры? Объяснить причину.

2 этап – Этап появления шума

Вопросы:

  1. Почему пузырьки лопаются?

  2. Почему слышен шум?

3 этап – Этап кипения воды

Вопросы:

  1. Что происходит при дальнейшем нагревании воды?

  2. Что образуется над колбой?

1 этап — Этап образования пузырьков

Вопросы:

  1. Откуда берутся пузырьки?

  2. Что происходит с пузырьками при дальнейшем увеличении температуры? Объяснить причину.

2 этап – Этап появления шума

Вопросы:

  1. Почему пузырьки лопаются?

  2. Почему слышен шум?

3 этап – Этап кипения воды

Вопросы:

  1. Что происходит при дальнейшем нагревании воды?

  2. Что образуется над колбой?

1 этап — Этап образования пузырьков

Вопросы:

  1. Откуда берутся пузырьки?

  2. Что происходит с пузырьками при дальнейшем увеличении температуры? Объяснить причину.

2 этап – Этап появления шума

Вопросы:

  1. Почему пузырьки лопаются?

  2. Почему слышен шум?

3 этап – Этап кипения воды

Вопросы:

  1. Что происходит при дальнейшем нагревании воды?

  2. Что образуется над колбой?

  1. Что изучали? Назовите тему урока.

  2. Определите наиболее важное в этом уроке.

  3. Что вызвало трудности, осталось неясным?

  4. Что хотелось бы узнать по теме дополнительно?

  5. Что у меня получилось лучше всего?

  6. Что мне необходимо усовершенствовать?

    1. Что изучали? Назовите тему урока.

    2. Определите наиболее важное в этом уроке.

    3. Что вызвало трудности, осталось неясным?

    4. Что хотелось бы узнать по теме дополнительно?

    5. Что у меня получилось лучше всего?

    6. Что мне необходимо усовершенствовать?

    1. Что изучали? Назовите тему урока.

    2. Определите наиболее важное в этом уроке.

    3. Что вызвало трудности, осталось неясным?

    4. Что хотелось бы узнать по теме дополнительно?

    5. Что у меня получилось лучше всего?

    6. Что мне необходимо усовершенствовать?

Фреон, хладон

Фреон (Хладон) – это газ или жидкость (в зависимости от параметров окружающей среды) без цвета и явного запаха. Хладон химически инертен, не горит на воздухе, в обычной бытовой обстановке взрывобезопасен и совершенно безвреден для человека. Кроме холодильных машин и установок (холодильников), фреон используют как выталкивающую основу в газовых баллончиках, для изготовления аэрозолей в парфюмерии, при тушении пожаров и в качестве вспенивающего вещества (агента) в производстве полиуретана (теплоизоляции, паролона и т.п.).

Какой-либо термодинамический процесс или цикл совершается с помощью холодильного агента (рабочего тела).
В холодильном оборудовании фреон в газообразном состоянии при помощи компрессора извлекается (высасывается) из испарителя, сжимается в механически уменьшаемом объёме (в поршневом компрессоре в цилиндре — поршнем), с одновременным нагревом и транспортируется в конденсатор. Там фреон остывает до температуры воздуха окружающей его среды и переходит в жидкое состояние. Жидкий фреон через дросселирующее устройство (капиллярную трубку или Термо Регулирующий Вентиль — ТРВ) перетекает в испаритель, расширяется за счет низкого давления после дросселирующего по ходу движения фреона устройства, и вновь переходит в газообразное состояние. Процесс расширения сопровождается поглощением большого количества тепла, вследствие чего стенки испарителя (ёмкости в которой кипит и испаряется фреон) охлаждаются, понижая температуру воздуха внутри холодильной камеры. Цикл повторяется до тех пор, пока температура стенок испарителя не опустится до значения, заданного терморегулятором, после чего электрическую цепь размыкает терморегулятор и компрессор прекращает работу. Через некоторое время, под воздействием различных факторов, воздух в холодильной камере нагревается, и терморегулятор снова включает компрессор.

При нормативном атмосферном давлении 0,1 МПа холодильный агент должен иметь достаточно низкую температуру кипения, чтобы при работе холодильной машины не было разрежения в испарителе. Например, для аммиака Nh4 температура кипения при давлении 0,1 МПа составляет 33,4 °С.

Основными холодильными агентами являются вода, аммиак, хладоны и воздух.

Воду применяют главным образом в установках кондиционирования воздуха, где обычно температура теплоносителя tн > 0 °С. В качестве холодильного агента воду используют в установках абсорбционного и эжекторного типов.

Аммиак имеет малый удельный объем при температуре кипения -70 °С, большую теплоту парообразования, слабую растворимость в масле и другие преимущества. Его применяют в поршневых компрессионных и абсорбционных установках. К недостаткам аммиака следует отнести ядовитость, горючесть, взрывоопасность при концентрациях в воздухе 16-26,8 %.

Зависимость температуры кипения фреонов от давления:

 t °C 

R22

R12

R134

R404a

R502

R407c

R717

R410a

R507a

R600

R23

R290

R142b

R406a

R409A

-70

-0,81

-0,88

-0,92

-0,74

-0,72

-0,89

-0,65

-0,72

0,94

-65

-0,74

-0,83

-0,88

-0,63

-0,62

-0,84

-0,51

-0,61

1,48

-0,94

-60

-0,63

-0,77

-0,84

-0,52

-0,51

-0,74

-0,78

-0,36

-0,50

2,12

-0,9

-55

-0,49

-0,69

-0,77

-0,35

-0,35

-0,63

-0,69

-0,22

-0,32

2,89

-0,83

-50

-0,35

-0,61

-0,70

-0,18

-0,19

-0,52

-0,59

0,08

-0,14

3,8

-0,8

-45

-0,2

-0,49

-0,59

-0,11

-0,14

-0,34

-0,44

0,25

-0,02

4,86

-0,66

-40

0,05

-0,36

-0,48

0,32

0,30

-0,16

-0,28

0,73

0,39

-0,71

6,09

0,12

-0,62

-35

0,25

-0,18

-0,32

0,68

0,64

-0,06

-0,24

1,22

0,77

-0,62

7,51

0,37

-0,4

-30

0,64

0,00

-0,15

1,04

0,98

0,37

0,19

1,71

1,15

-0,53

9,12

0,68

-0,2

-25

1,05

0,26

-0,06

1,53

1,45

0,75

0,55

2,35

1,67

-0,38

10,96

1,03

-0,1

0,06

-20

1,46

0,51

0,33

2,02

1,91

1,12

0,90

2,98

2,18

-0,27

13,04

1,44

0,2

0,32

-15

2,01

0,85

0,67

2,67

2,53

1,64

1,41

3,85

2,86

-0,18

15,37

1,91

0,4

0,62

-10

2,55

1,19

1,01

3,32

3,14

2,16

1,91

4,72

3,54

0,09

17,96

2,45

0

0,8

0,98

-5

3,27

1,64

1,47

4,18

3,94

2,87

2,6

5,85

4,42

0,33

20,85

3,06

0,22

1,1

1,4

0

3,98

2,08

1,93

5,03

4,73

3,57

3,29

6,98

5,29

0,57

24

3,75

0,47

1,6

1,88

5

4,89

2,66

2,54

6,11

5,73

4,43

4,22

8,37

6,40

0,89

27,54

4,52

0,75

2,1

2,43

10

5,80

3,23

3,14

7,18

6,73

5,28

5,15

9,76

7,51

1,21

31,37

5,38

1,08

2,6

3,07

15

6,95

3,95

3,93

8,52

7,97

6,46

6,36

11,56

8,88

1,62

35,56

6,33

1,46

3,3

3,78

20

8,10

4,67

4,72

9,86

9,20

7,63

7,57

13,35

10,25

2,02

40,11

7,39

1,9

4,0

4,59

25

9,5

5,39

5,71

11,5

10,70

9,14

9,12

15,00

11,94

2,54

45,03

8,55

2,38

4,8

5,5

30

10,90

6,45

6,70

13,14

12,19

10,65

10,67

16,65

13,63

3,05

9,82

2,94

5,7

6,51

35

12,60

7,53

7,93

15,13

13,98

12,45

12,61

19,78

15,69

3,69

11,21

3,55

6,7

7,64

40

14,30

8,60

9,16

17,11

15,77

14,25

14,55

22,90

17,74

4,32

12,73

4,25

7,8

8,88

45

16,3

10,25

10,67

19,51

17,89

16,48

16,94

26,2

20,25

5,09

14,38

5,02

9,1

10,26

50

18,30

11,90

12,18

21,90

20,01

18,70

19,33

29,50

22,75

5,86

16,16

5,87

10,4

11,76

55

20,75

13,08

14,00

24,76

22,51

21,45

22,24

25,80

6,79

18,08

6,81

11,9

13,41

60

23,20

14,25

15,81

27,62

25,01

24,20

25,14

28,85

7,72

20,14

7,85

13,6

15,2

70

29,00

17,85

20,16

30,92

32,12

9,91

24,72

10,23

17,3

19,26

80

22,04

25,32

40,40

29,94

13,07

21,5

23,99

90

26,88

31,43

50,14

35,82

16,4

29,43

Указано относительное давление в bar.
R22 — по данным Du Pont de Nemours
R404a — по данным Elf Atochem
R507 — по данным ICI
Остальные — по данным «Учебник по холодильной технике» Польман

Различают естественные и искусственные холодильные агенты:

К естественным хладагентам относятся: аммиак (R717), воздух (R729), вода (R718), углекислота (R744) и др.;

Кискусственным — хладоны (фреоны) и их смеси.

Фреоны — углеводороды (СН4, С2Н6, С3Н8 и С4Н10), в которых водород полностью или частично заменен фтором и хлором (в отдельных случаях бромом). Международным стандартом принято краткое обозначение всех холодильных агентов, состоящее из символа R (Refrigerant — хладагент) и определяющей цифры. Например, фреон-12 имеет обозначение R12. Поэтому на сегодня все холодильные агенты принято обозначать в международной символике, и называть иностранным словом Freon — фреон или отечественным аналогом этого слова — хладон.

Хладоны (фреоны) химически инертны, мало- или невзрывоопасны. Хладоны — галоидопроизводные предельных углеводородов, получаемые путем замены атомов водорода в насыщенном углеводороде СnН2n+2 атомами фтора, хлора, брома (СnHx, Fy, Clz, Вru). Число молекул отдельных составляющих, входящих в химические соединения хладонов, связаны зависимостью х + у + z + u = 2n + 2. Любой холодильный агент обозначается символами RN, где R — символ, указывающий на вид холодильного агента, N — номер хладона или присвоенный номер для других холодильных агентов.

Обозначения хладагентов.

Стандартом допускается несколько обозначений хладагентов: условное (символическое), торговое (марка), химическое и химическая формула.

Условное обозначение хладагентов является предпочтительным и состоит из буквы «R» или слова Refrigerant (хладагент) и комбинации цифр. Например, хладон-12 имеет обозначение R12 (CF2C12). Цифры расшифровывают в зависимости от химической формулы хладагента. Первая цифра (1) указывает на метановый ряд, следующая цифра (2) соответствует числу атомов фтора в соединении. В том случае, когда в производных метана водород вытеснен не полностью, к первой цифре добавляют количество оставшихся в соединении атомов водорода, например R22.

Для хладонов номер расшифровывается следующим образом. Первая цифра в двузначном номере или первые две цифры в трехзначном обозначают насыщенный углеводород СnН2n+2, на базе которого получен хладон: для этанового ряда вначале записывают комбинацию цифр — индекс, равный 11, для пропанового — 21, для бутанового — 31. (т.е. 1 — СН4 метан; 11 — C2H6 этан; 21 — С3Н8 пропан; 31 — С4Н10 бутан). Справа указывают число атомов фтора в хладоне: CFCl3 — Rll, CF2Cl2 — R12, C3F4Cl4 — R214, ССl4 — R10, трифтортрихлорэтан C2F2C13 — R113. При наличии в хладоне незамещенных атомов водорода их число добавляют к числу десятков номера: CHFCl2 — R21, CHF2Cl — R22. Если в состав хладона входят атомы брома, после основного номера пишут букву В, а за ней число атомов брома: CF2Br2- R12B2.

В случае, если в составе соединения имеется бром, в его обозначении появляется буква «В», за которой следует число атомов брома, например R13B1 — трифторбромметан, химическая формула CF3Br.

Изомеры производных этана имеют одну и ту же комбинацию цифр (цифровой индекс), и то, что данный изомер является полностью симметричным, отражается его цифровым индексом без каких-либо уточнений. По мере возрастания значительной асимметрии к цифровому индексу соответствующего изомера добавляют букву «а», при большей асимметрии ее заменяют буквой «b», затем «с», например R134a, R142b и т. д.

Способ цифрового обозначения непредельных углеводородов и их галогенопроизводных аналогичен рассмотренному выше, но к цифрам, расположенным после буквы «R», слева добавляют 1 для обозначения тысяч (например, R1150).

Для хладагентов на основе циклических углеводородов и их производных после буквы «R» перед цифровым индексом вставляют букву «С» (например, RC270).

Хладагенты неорганического происхождения имеют номера, соответствующие их относительной молекулярной массе, плюс 700. Например, аммиак, химическая формула которого NH3, обозначают как R717, воду (Н2О) — как R718.

Хладагентам органического происхождения присвоена серия 600, а номер каждого хладагента внутри этой серии назначают произвольно (например, метиламин имеет номер 30, следовательно, его обозначение запишется как R630).

Зеотропным, или неазеотропным, смесям присвоена серия 400 с произвольным номером для каждого хладагента внутри этой серии, например R401A.

Хладагенты на основе предельных углеводородов, содержащих бром, имеют двойное обозначение. Это обозначение имеет в своем составе букву «В», например R13B1, или букву «Н», за которой следуют цифры 1 и 3, но далее к ним добавляют еще две цифры, первая из которых указывает на число атомов хлора, вторая — на число атомов брома. Например, трифторбромметан (CF3Br), у которого число атомов хлора равно 0, а атомов брома — 1, может обозначаться либо R13B1, либо Н1301.

В настоящее время появилась тенденция при обозначении хладагентов предварять цифровой индекс не буквой «R» или «Н», а аббревиатурой, указывающей непосредственно на группу, к которой относят хладагент в зависимости от степени воздействия его на окружающую среду. Например, предлагаются обозначения:

CFC12 для хладагента R12, принадлежащего к группе CFC (ХФУ), в которую входят хладагенты, вредные для окружающей среды;

HCFC125 для хладагента R125, относящегося к группе HCFC (ГХФУ), состоящей из хладагентов, менее вредных для окружающей среды;

HFC134a для хладагента R134a, входящего в группу HFC (ГФУ), состоящую из хладагентов, безвредных для окружающей среды.

Холодильным агентам неорганического происхождения (аммиак, вода) присваивают номера, равные их молекулярной массе увеличенной на 700. Так, аммиак и воду обозначают соответственно R717 и R718.

Холодильный агент должен обладать определенными теплофизическими и физико-химическими свойствами, от которых зависят конструкция холодильной машины и расход энергии.

К физико-химическим свойствам относятся растворимость холодильных агентов в смазочных маслах и воде, инертность к металлам, взрывоопасность и воспламеняемость.

При ограниченной растворимости холодильных агентов в масле в жидкой фазе смеси наблюдаются два слоя, из которых в одном преобладает масло, в другом — холодильный агент. К холодильным агентам с ограниченной растворимостью относятся аммиак R7I7, диоксид углерода R44 и ограниченно растворимые хладоны R13, R14, R115.

К холодильным агентам с неограниченной растворимостью относятся Rl1, R12, R21, R40. В этом случае для смеси хладона и масла требуется поддержание более низкого давления кипения, поэтому на сжатие пара затрачивается излишняя работа.

Хладоны R22 и R114 составляют промежуточную группу.

Аммиак неограниченно растворяет воду. При небольшом количестве воды работа холодильной машины заметно не нарушается. Хладоны почти не растворяют воду.

Избыточная влага в хладоне при прохождении через дроссель превращается в лед (если t0

Хладоны при отсутствии влаги в области применяемых в холодильной технике температур на металлы не действуют.

Аммиак не оказывает коррозирующего действия на сталь. В присутствии воды он разъедает медь, цинк, бронзу и другие медные сплавы, за исключением фосфористой бронзы. Хладоны R11, R12, R13, R22 невзрывоопасны.

Хладоны с большим содержанием атомов фтора или полностью фторированные (R13, R113) практически безвредны для человека. Хладон R12 на открытом пламени разлагается, и в продуктах его разложения содержатся ядовитый фосген и вредные для человека фтористый и хлористый водород.

 

По степени озоноразрушающей активности озонового слоя Земли галоидопроизводные углеводороды разделены на 3 группы:

Хлорфторуглероды ХФУ (CFC)

Обладают высокой озоноразрушающей активностью. Хладагенты этого типа включают: R11, R12, R13, R113, R114, R115, R500, R502, R503, R12B1, R13B1.

Гидрохлорфторуглероды ГХФУ (HCFC)

Это хладагенты с низкой озоноразрушающей активностью. К ним относятся: R21, R22, R141b, R142b, R123, R124.

Гидрофторуглероды ГФУ (HFC), фторуглероды ФУ (FC), углеводороды (HC)

Не содержащие хлора хладагенты, считаются полностью озонобезопасными. Таковыми являются хладагентыR134, R134a, R152a, R143a, R125, R32, R23, R218, R116, RC318, R290, R600, R600a, R717 и др.

По термодинамическим свойствам наилучшим природным холодильным агентом считается аммиак. Поэтому в настоящее время на крупных холодильных установках с умеренно низкими температурами (-15…-25°С) наиболее распространен аммиак. В малых и средних холодильных машинах и установках используют хладон r12 (фреон r12 и хладон r22 (фреон r22). Ограниченное применение находят такие хладагенты, как хладон r13(фреон r13), хладон r500 (фреон) хладон r502.

Аммиак (NH3) — бесцветный газ, с резким удушливым запахом, в небольших концентрациях вреден для человека в больших — смертельно опасен. Температура кипения аммиака при атмосферном давлении — -33,4°С, температура замерзания — -77,7°С, предельно допустимая концентрация аммиака в воздухе — 0,02 мг/л. При больших концентрациях он вызывает сильные раздражения слизистой оболочки глаз и дыхательных путей. Сильное отравление вызывает головокружение, ослабление пульса, отек легких, судороги, потерю сознания, а пребывание человека в течение более 30 мин в помещении с концентрацией аммиака 0,5 — 1% может привести к смертельному исходу. При отравлении аммиаком активизируется туберкулез, возможны параличи и глухота. Жидкий аммиак вызывает тяжелые ожоги. 30.07.2013
К другим статьям

Принципы работы холодильной машины / Новости / Promcenter.com.ua

Основные понятия, свя­занные с работой холодиль­ной машины. Охлаждение в кондиционе­рах производится за счет погло­щения тепла при кипении жид­кости. Когда мы говорим о кипящей жидкости, мы, естественно, дума­ем, что она горячая. Однако это не совсем верно.

Во-первых, температура кипе­ния жидкости зависит от давле­ния окружающей среды. Чем выше давление, тем выше темпе­ратура кипения, и наоборот: чем ниже давление, тем ниже темпе­ратура кипения. При нормальном атмосфер­ном давлении, равном 7б0 мм рт.ст. (1 атм), вода кипит при плюс 100°С, но если давление по­ниженное, как например в горах на высоте 7000-8000 м, вода нач­нет кипеть уже при температуре плюс 40-60°С. Во-вторых, при одинаковых условиях разные жидкости име­ют различные температуры ки­пения. Например, фреон R-22, широ­ко используемый в холодильной технике, при нормальном атмос­ферном давлении имеет темпе­ратуру кипения минус 40,8°С.

Если жидкий фреон находит­ся в открытом сосуде, то есть при

атмосферном давлении и темпе­ратуре окружающей среды, то он немедленно вскипает, поглощая при этом большое количество тепла из окружающей среды или любого материала, с которым на­ходится в контакте. В холодиль­ной машине фреон кипит не в открытом сосуде, а в специаль­ном теплообменнике, называе­мом испарителем. При этом ки­пящий в трубках испарителя фреон активно поглощает теп­ло от воздушного потока, омы­вающего наружную, как прави­ло, оребренную поверхность трубок.

Рассмотрим процесс конден­сации паров жидкости на приме­ре фреона R-22. Температура конденсации паров фреона, так же, как и температура кипения, зависит от давления окружаю­щей среды. Чем выше давление, тем выше температура конденса­ции. Так, например, конденсация паров фреона R-22 при давлении 23 атм., начинается уже при тем­пературе плюс 55°С. Процесс конденсации фреоновых паров, как и любой другой жидкости, со­провождается выделением боль­шого количества тепла в окружа­ющую среду или, применительно к холодильной машине, переда­чей этого тепла потоку воздуха или жидкости в специальном теплообменнике, называемом конденсатором.

Естественно, чтобы процесс кипения фреона в испарителе и охлаждения воздуха, а также про­цесс конденсации и отвод тепла в конденсаторе были непрерыв­ными, необходимо постоянно «подливать» в испаритель жид­кий фреон, а в конденсатор по­стоянно подавать пары фреона. Такой непрерывный процесс (цикл) осуществляется в холо­дильной машине.

Наиболее обширный класс холодильных машин базируется на компрессионном цикле ох­лаждения, основными конструк­тивными элементами которого являются компрессор, испари­тель, конденсатор и регулятор потока (капиллярная трубка), соединенные трубопроводами и представляющие собой замк­нутую систему, в которой цир­куляцию хладагента (фреона) осуществляет компрессор. Кро­ме обеспечения циркуляции, компрессор поддерживает в конденсаторе (на линии нагне­тания) высокое давление поряд­ка 20-23 атм.

Теперь, когда рассмотрены ос­новные понятия, связанные с ра­ботой холодильной машины, пе­рейдем к более подробному рассмотрению схемы .компрес­сионного цикла охлаждения, конструктивному исполнению и функциональному назначению отдельных узлов и элементов.

Схема компрессионного цикла охлаждения

Кондиционер — это та же хо­лодильная машина, предназна­ченная для тепловлажностной обработки воздушного потока. Кроме того, кондиционер облада­ет существенно большими воз­можностями, более сложной кон­струкцией и многочисленными дополнительными опциями. Обработка воздуха предпола­гает придание ему определенных кондиций, таких как температура и влажность, а также направле­ние движения и подвижность (скорость движения).

Остановимся на принципе ра­боты и физических процессах, происходящих в холодильной машине (кондиционере). Охлаждение в кондиционе­ре обеспечивается непрерыв­ной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замк­нутой системе. Кипение хлада­гента происходит при низком давлении и низкой температуре, а конденсация — при высоком давлении и высокой температу­ре. Принципиальная схема комп­рессионного цикла охлаждения показана на рис. 1. Начнем рассмотрение работы цикла с выхода испарителя (уча­сток 1-1). Здесь хладагент на­ходится в парообразном состоя­нии с низким давлением и температурой. Парообразный хладагент вса­сывается компрессором, кото­рый повышает его давление до 15-25 атм и температуру до плюс 70-90°С (участок 2-2). Далее в конденсаторе горячий парообразный хладагент охлаж­дается и конденсируется, то есть переходит в жидкую фазу. Кон­денсатор может быть либо с воз­душным, либо с водяным охлаж­дением в зависимости от типа холодильной системы. На выходе из конденсатора (точка 3) хладагент находится в жидком состоянии при высоком давлении. Размеры конденсатора выбираются таким образом, что­бы газ полностью сконденсиро­вался внутри конденсатора. По­этому температура жидкости на выходе из конденсатора оказыва­ется несколько ниже температу­ры конденсации. 

Переохлаждение в конденсаторах с воздушным ох­лаждением обычно составляет примерно плюс 4-7°С. При этом температура кон­денсации примерно на 10-20°С выше температуры атмосферно­го воздуха. Затем хладагент в жидкой фазе при высокой температуре и дав­лении поступает в регулятор по­тока, где давление смеси резко уменьшается, часть жидкости при этом может испариться, переходя в парообразную фазу. Таким обра­зом, в испаритель попадает смесь пара и жидкости (точка 4).

Жидкость кипит в испарителе, отбирая тепло от окружающего воздуха, и вновь переходит в па-рообразное состояние.

Размеры испарителя выбира­ются таким образом, чтобы жид­кость полностью испарилась внутри испарителя. Поэтому тем­пература пара на выходе из испа­рителя оказывается выше темпе­ратуры кипения, происходит так называемый перегрев хладагента в испарителе. В этом случае даже самые маленькие капельки хлада­гента испаряются, и в компрессор не попадает жидкость. Следует от­метить, что в случае попадания жидкого хладагента в компрессор, так называемого «гидравличес­кого удара», возможны поврежде­ния и поломки клапанов и других деталей компрессора.

Перегретый пар выходит из испарителя (точка 1J), и цикл возобновляется.

Таким образом, хладагент по­стоянно циркулирует по замкну­тому контуру, меняя свое агрегат­ное состояние с жидкого на парообразное и наоборот.

Все компрессионные циклы холодильных машин включают два определенных уровня давле­ния. Граница между ними прохо­дит через нагнетательный кла­пан на выходе компрессора с одной стороны и выход из регу­лятора потока (из капиллярной трубки) с другой стороны.

Нагнетательный клапан комп­рессора и выходное отверстие регулятора потока являются раз­делительными точками между сторонами высокого и низкого давлений в холодильной машине.

На стороне высокого давле­ния находятся все элементы, ра­ботающие при давлении конден­сации.

На стороне низкого давления находятся все элементы, работа­ющие при давлении испарения. Несмотря на то, что существу­ет много типов компрессионных холодильных машин, принципи­альная схема цикла в них практи­чески одинакова.

Зависимость коэффициентов поглощения фреона-12 для излучения волноводного СО2-лазера от давления и температуры

Аннотация

Приведены коэффициенты поглощения фреона-12 P (22) — P (48) CO 2 волноводных лазерных переходов полосы 00 ° 1– (10 ° 0, 02 ° 0) I . Для давлений ниже 10 Торр и спектрального разрешения 0,1 МГц коэффициенты поглощения демонстрируют значительную спектральную структуру в пределах ± 250 МГц от центра лазерной линии CO 2 ; но отдельные линии поглощения разрешаются только для давлений ниже 100 мкм м.Показано, что коэффициенты поглощения вокруг линий волноводного лазера CO 2 не имеют спектральной структуры и не зависят от давления выше 20 Торр. Впервые представлены температурные зависимости коэффициентов поглощения, и показано, что они линейно зависят от температуры.

© 1978 Оптическое общество Америки

Полная статья | PDF статья
Еще Нравится

Список литературы

У вас нет доступа по подписке к этому журналу.Списки цитирования со ссылками на исходящие цитирования доступны только подписчикам. Вы можете подписаться как участник Optica или как авторизованный пользователь вашего учреждения.

Обратитесь к библиотекарю или системному администратору.
или
Войдите, чтобы получить доступ к подписке для участников Optica

цитируется

У вас нет доступа по подписке к этому журналу. Цитирование по ссылкам доступно только подписчикам. Вы можете подписаться как участник Optica или как авторизованный пользователь вашего учреждения.

Обратитесь к библиотекарю или системному администратору.
или
Войдите, чтобы получить доступ к подписке для участников Optica

Фигуры (5)

У вас нет доступа по подписке к этому журналу. Файлы рисунков доступны только подписчикам. Вы можете подписаться как участник Optica или как авторизованный пользователь вашего учреждения.

Обратитесь к библиотекарю или системному администратору.
или
Войдите, чтобы получить доступ к подписке для участников Optica

Столы (2)

У вас нет доступа по подписке к этому журналу.Таблицы статей доступны только подписчикам. Вы можете подписаться как участник Optica или как авторизованный пользователь вашего учреждения.

Обратитесь к библиотекарю или системному администратору.
или
Войдите, чтобы получить доступ к подписке для участников Optica

Температура нагнетания — обзор

3.1 Анализ рабочих характеристик компрессора 1 в сплит-системах кондиционирования воздуха для жилых помещений

Температура и давление нагнетания компрессора могут повлиять на надежность компрессора.Например, чрезмерная температура нагнетания может вызвать усталость металла клапанов и термическое напряжение смазки. На рисунке 2 показаны температуры нагнетания для всех хладагентов во время испытаний компрессора 1, когда он работал в сплит-системе кондиционирования воздуха с источником воздуха. Температуры были нормализованы по отношению к температурам нагнетания R410A при той же температуре окружающей среды и условиях испытаний. Температура нагнетания хладагента R32 на 17–30 ° C (30–55 ° F) выше, чем у R410A.DR-5 имел немного повышенную температуру нагнетания на 3-5 ° C (от 5,4 до 9 ° F). Для R1234yf и DR-4 температуры нагнетания компрессора были ниже примерно на 11–30 ° C (от 20 до 55 ° F) и от 5 до 9 ° C (от 9 до 16,2 ° F), соответственно, по сравнению с R410A.

Рисунки 2 и 3. Температура нагнетания компрессора 1

Степень давления компрессора 1

На Рисунке 3 показаны отношения давления компрессора всех хладагентов, нормализованные (P r , N ) по отношению к R410A.Нормализованные отношения давлений были рассчитаны с использованием приведенных ниже уравнений (1) и (2).

(1) Pr = Давление нагнетания компрессора Давление всасывания компрессора = PdischargePsuction

(2) Pr, N = Pr, refPr, R410A

На Рисунке 3 хладагенты R32 и DR-5 имели отношения давления компрессора, аналогичные давлению R410A для условий испытания B. . В условиях испытаний A и при экстремально высоких температурах окружающей среды R32 имел степень сжатия до 3% выше по сравнению с R410A, в то время как степень сжатия DR-5 была ниже, чем у R410A.Для R1234yf и DR-4 отношения давления были примерно на 15% и 7% соответственно ниже, чем у R410A, когда система работала при одинаковых температурах окружающей среды и тех же условиях испытаний в помещении.

Объемный КПД компрессора 1 был рассчитан на основе измерений давления, температуры и расхода хладагента. Отношение фактического и идеального массового расхода было оценено с использованием уравнения (3), а затем нормализовано (η v , N ) по отношению к R410A с использованием уравнения (4).

(3) ηv = Фактический измеренный массовый расход Идеальный массовый расход = Фактический измеренный массовый расход Плотность всасывания V˙comp

(4) ηv, N = ηv, refηv, R410A

Плотность всасывания была рассчитана на основе измерений давления и температуры на всасывающем отверстии компрессора. идеальный объемный расход компрессора V˙comp был определен на основании технических данных производителя. На рисунке 4 показаны нормализованные объемные эффективности для всех хладагентов по отношению к R410A для всего диапазона наружных температур.Объемный КПД R32 был на 1-2% ниже, чем у R410A при расчетных условиях эксплуатации A и B. При экстремально высоких температурах окружающей среды объемный КПД R32 снижается до 5% ниже, чем у R410A. Объемный КПД DR-4 также был на 3–6% ниже по сравнению с R410A. R1234yf обеспечивает более высокий объемный КПД до 7% по сравнению с R410A. Хладагент DR-5 имел на 2% больший объемный КПД, чем R410A при тех же температурах окружающей среды.

Рисунки 4 и 5.Объемный КПД компрессора 1

Тепловой КПД компрессора 1

Тепловой КПД компрессора (η T ) был определен, как показано в уравнении (5). всасывание.hcomp, нагнетание, фактическое-hcomp, всасывание.

Где h comp, dis., Actual и h comp, dis., Isentropic — фактическая и изоэнтропическая энтальпии на выходе компрессора и h comp, su — энтальпия на всасывании компрессора.Изэнтропическая работа была рассчитана на основе измерений температуры и давления на всасывании и давления нагнетания, а фактическая работа была рассчитана на основе температур и давлений всасывания и нагнетания компрессора. Фактические тепловые потери из корпуса компрессора не учитывались при оценке теплового КПД компрессора. Однако компрессор 1 был заключен в изолированную коробку внутри агрегата. Поскольку границы на кожухе компрессора могут не быть идеально адиабатическими, авторы называют эту величину термическим КПД, а не изоэнтропическим КПД компрессора.На рис. 5 представлены данные о тепловом КПД для всех хладагентов во время испытаний компрессора 1, когда он работал в сплит-системе с источником воздуха. Следует подчеркнуть, что данные теплового КПД на Рисунке 5 не были нормализованы и R410A показан сплошными черными полосами. Хладагент R32 имеет такой же термический КПД, что и R410A, и находится в диапазоне от 0,87 до 0,89 для диапазона температур окружающей среды от 27,8 ° C (82 ° F, тест B) до 46 ° C (115 ° F, тест HT2). Для R1234yf тепловой КПД был немного ниже, а тепловые КПД DR-5 и DR-4 варьировались от 0.75 до 0,77 и с 0,71 до 0,74 соответственно. Этот результат является ожидаемым, поскольку спиральный компрессор был разработан и оптимизирован для R410A, а более низкий тепловой КПД компрессоров DR-5 и DR-4 был обусловлен их термодинамическими свойствами и характеристиками теплопередачи газообразных хладагентов в процессе сжатия. Следует подчеркнуть, что, поскольку 4-ходовой клапан присутствовал во время измерений, тепло передается внутри 4-ходового клапана от линии горячего нагнетания пара к линии холодного пара всасывания.Чем выше разница температур между этими двумя потоками, тем выше теплообмен. По этой причине 4-ходовой клапан привел к неточности в измерениях фактической температуры хладагента, и она была устранена в специальной компрессорной установке, используемой для компрессора 2.

Цикл охлаждения и принцип его работы

Гэри МакКриди — специалист по HVAC, создатель hvacknowitall.com и подкаста HVAC Know It All


Чтобы настроить это должным образом, мне действительно следует вспомнить, когда я в первый раз вложил некоторые вялые мысли в охлаждение или кондиционирование воздуха.Я был молодым подростком, который шел рядом с моим домом в жаркий летний день, у нас был сильно истощающий, неэффективный монстр в виде оконного блока, который навязчиво свешивался с стены дома, почти загораживая проход.

Он выделял большое количество тепла, и вода капала со спины на землю. Я вошел в дом, и там было прохладнее и менее влажно, чем на улице. Да, у меня было прозрение: действительно ли тепло, которое я чувствовал, исходящее от гигантского коричневого ящика, вытягивалось из моего дома, и капающая вода каким-то образом откачивалась из воздуха в помещении и переносилась на улицу?

Я знал, что это должно быть правдой, но это было до Интернета или Интернета, как мы теперь знаем, и информация, которая мне нужна, была недоступна.Лишь несколько лет спустя в профессиональном училище я узнал, что моя теория действительно верна.

Прежде чем мы начнем, если вы ищете профессиональную онлайн-среду для обсуждения торговли, ознакомьтесь с приложением HVAC Know It All на основе подписки.

Холодильный цикл — это наука, знать ее и хорошо знать — это подарок и проклятие. Подарок, как известно специалистам по обслуживанию, — это наш хлеб с маслом, то, как мы зарабатываем на жизнь и обеспечиваем свои семьи.Проклятие, да, как известно специалистам по обслуживанию, когда на улице становится жарко, а их шурин хочет или нуждается в услуге. Чтобы понять цикл охлаждения, нам необходимо понять, как хладагент действует в системе. Нам также необходимо понять, как хладагент реагирует на изменение окружающей температуры в зависимости от его давления.

Прочитав эту статью, посмотрите это видео, объясняющее цикл охлаждения более наглядным образом.

Давайте возьмем R410a, популярный на данный момент хладагент, и посмотрим на его температуру насыщения 72⁰F.Обратите внимание, что давление на ползунок хладагента Danfoss RefTools составляет 207,7 фунтов на квадратный дюйм. Если мы увеличим температуру насыщения того же хладагента до 80 ° F, давление возрастет до 235,7 ° F. Первый урок заключается в том, что давление хладагента увеличивается с повышением температуры и, наоборот, давление хладагента уменьшается с понижением температуры.

Я упомянул температуру насыщения в предыдущем абзаце, так что давайте посмотрим на это и рассмотрим урок номер два. Насыщение — это, по сути, точка кипения хладагента, когда он одновременно является жидкостью и паром.Как видно из приведенных выше изображений на слайдере хладагента, R410a при атмосферном давлении кипит при -60,60⁰F. Давайте сравним это с температурой кипения воды. Вода на уровне моря закипит при 212⁰F (100⁰C), когда вода достигнет точки кипения, это будет жидкость (внутри кастрюли) и пар (парящий над жидкостью внутри кастрюли) одновременно.

Вода достигла температуры насыщения или кипения. Использование воды в качестве примера обычно помогает понять эту концепцию. Но вода также подчиняется правилам соотношения давления и температуры.Вода закипит при комнатной температуре в вакууме 29,92 дюйма ртутного столба. Поместив стакан с водой в замкнутое пространство и затем медленно уменьшив давление в этой среде, создав вакуум, вода закипит, но при комнатной температуры, все верно, не жарко.

Это упражнение, которое многие инструкторы HVAC / R используют, чтобы продемонстрировать взаимосвязь между давлением и температурой. Как и в случае с хладагентом, когда мы понижаем давление, мы понижаем температуру насыщения или кипения воды, для многих студентов это обычно приводит в движение колеса.

Посмотрите этот эксперимент в домашних условиях, кипячение воды комнатной температуры в вакууме

Мы не можем двигаться дальше, пока не поговорим кратко о перегреве и переохлаждении, это жизненно важные факторы для понимания цикла охлаждения и того, что происходит в системе. Перегрев и переохлаждение часто используются для диагностики систем и определения количества заправленного хладагента.

Перегрев в холодильной системе

Проще говоря, перегрев — это что-нибудь выше точки насыщения.Перегрев гарантирует, что вещество на 100% состоит из паров. Если мы снова возьмем R410a в качестве нашего примера и посмотрим на его температуру насыщения 118 фунтов на квадратный дюйм, это соответствует 40⁰F. Теперь это обычное соотношение давления и температуры, относящееся к испарителю для комфортного охлаждения. Иногда мы называем это температурой насыщения на всасывании или SST. Если бы мы взяли фактическую температуру всасывающей линии, и она была измерена при 50 ° F, наш перегрев был бы рассчитан на 10 ° F.

Фактическая температура линии 50⁰F — SST 40⁰F = перегрев 10⁰F

Как мы коснемся позже, перегрев в линии всасывания необходим, чтобы гарантировать, что только пар поступает в компрессор во время рабочего цикла.

В этом коротком видео объясняется, как проверить перегрев испарителя

Переохлаждение в системе охлаждения

Переохлаждение — это противоположность перегрева, это все, что ниже точки насыщения или температуры кипения, переохлаждение гарантирует, что вещество на 100% является жидкостью. Обычная температура конденсации насыщенного конденсата при комфортном охлаждении находится в диапазоне от 100 до 110 ° F, давайте для этого примера остановимся на 100 ° F.При повторном использовании R410a температура конденсации насыщения или SCT, равная 100 ° F, соответствует 317 фунтам на квадратный дюйм. Если взять фактическую температуру в жидкостной линии и получить значение 90 ° F, наше переохлаждение для этого примера составит 10 ° F.

SCT 100⁰F — Фактическая температура линии 90⁰F = 10⁰F

Переохлаждение необходимо в жидкостной линии, чтобы наше дозирующее устройство получало полный столб жидкости.

Четыре основных компонента

Холодильный цикл не может осуществляться без следующих жизненно важных компонентов.Поймите, что многие навороты могут быть добавлены в смесь как дополнительные элементы в цепи, но пока мы сосредоточимся на четырех основных частях головоломки.

1) Компрессор

Компрессоры

бывают разных форм, размеров и типов, но все они имеют один и тот же валок, чтобы облегчить движение хладагента через систему. Когда компрессор запитан, его работа заключается в отборе паров хладагента с низким давлением и низкой температурой из линии всасывания и их сжатии в пар хладагента с высоким давлением и высокой температурой в линию нагнетания.Компрессоры предназначены для перемещения пара через систему, а не жидкости.

Любой жидкий хладагент, попавший в компрессор, может вызвать повреждение и отказ компрессора. Большинство компрессоров содержат масло, масло должно быть совместимо с типом хладагента, который используется в системе. Масло проходит через систему с хладагентом и поддерживает смазку компрессора и деталей системы. Жидкий хладагент внутри компрессора может смыть компрессорное масло, что приведет к выходу из строя внутренних деталей.

Распространенные типы компрессоров:

  • Свиток
  • Поршневой
  • Поворотный
  • Винт

Термин «полугерметичный» означает, что компрессор не полностью герметичен и может быть разобран для обслуживания. Полностью герметичный компрессор или жестяная банка, как его иногда называют, является полностью герметичным устройством и не может обслуживаться в полевых условиях.

Это отличный список проверок компрессора от Danfoss Cool

2) Конденсатор

Конденсатор представляет собой устройство отвода тепла.Система хладагента улавливает тепло в испарителе, а также за счет тепла сжатия (от самого компрессора), а конденсатор отклоняет или отводит тепло. Конденсатор может охлаждаться воздухом с помощью вентилятора для перемещения воздуха через змеевик и ребра, или водяным охлаждением с помощью насоса для перемещения воды через коаксиальный змеевик, паяный пластинчатый теплообменник или узел конденсатора.

Поскольку конденсатор принимает перегретый пар хладагента из выпускной линии, его первая задача заключается в охлаждении газа путем его удаления из перегрева.Как только хладагент достигает своей температуры насыщения или кипения, следующая задача конденсаторов — переохлаждение хладагента. Это гарантирует, что когда хладагент покидает конденсатор по жидкостной линии, полный столб жидкости направляется к дозирующему устройству.

Общие типы конденсаторов:

  • Традиционный медный змеевик с алюминиевыми ребрами
  • Микроканал
  • Узел конденсатора
  • Коаксиальная катушка
  • Паяный пластинчатый теплообменник

2) Дозирующее устройство

Дозирующее устройство может быть адаптивным, например терморегулирующим клапаном, или фиксированным, например капиллярной трубкой или фиксированным отверстием.Его задача — дозировать переохлажденную жидкость в испаритель. Дозирующее устройство разделяет систему со стороны высокого и низкого давления.

Когда переохлажденная жидкость проходит через дозирующее устройство, она образует мгновенный газ. Это означает, что часть жидкости немедленно превращается или превращается в пар из-за падения давления. Практическое правило: в испаритель попадает 75% жидкости и 25% пара. Чтобы узнать больше о приборах учета, прочтите эту статью.

Распространенные типы измерительных приборов

  • Терморегулирующий клапан
  • Автоматический расширительный клапан
  • Капиллярная трубка
  • Фиксированное отверстие
  • Шаговый двигатель электронного расширительного клапана

Будущее дозирования хладагента

Прежде чем мы поговорим о четвертом главном компоненте, мы должны кратко обсудить явное и скрытое тепло и различия между ними.

Явное тепло

Явное тепло — это тепло, необходимое для изменения температуры вещества. Например, если мы возьмем воздух при 80 F и удалим 10 F, так что теперь температура воздуха составит 70 F, то получится отвод явного тепла на 10 F. Температура, отображаемая на стандартном дисплее термостата, является примером изменения явного тепла.

Скрытое тепло

Скрытая теплота — это теплота, необходимая для изменения состояния вещества.Под изменением состояния мы подразумеваем превращение воды, например, в пар или водяного пара обратно в жидкость.

4) Испаритель

Ах, для меня здесь происходит волшебство. Работа испарителя заключается в поглощении тепла и удалении влаги из проходящего над ним воздуха, если мы говорим о стандартном змеевике испарителя. Стандартный змеевик удаляет скрытое и явное тепло из проходящего мимо воздуха. Скрытый отвод тепла отвечает за удаление влаги или влажности из воздуха, поскольку влажный воздух контактирует с холодным змеевиком, водяной пар прилипает к нему, пар меняет состояние с пара на жидкость, что называется конденсацией.Конденсат собирается в дренажном поддоне испарителя и выходит через дренажный трубопровод. После удаления скрытой теплоты (влаги из воздуха) отвод явного тепла может происходить более быстрыми темпами.

Явный отвод тепла, как обсуждалось ранее, отвечает за снижение температуры воздуха. В чиллерах испаритель поглощает тепло, но не влагу, воздух не проходит через этот тип испарителя. В чиллерах используется испарительный блок, в который входит хладагент и вода или гликоль, и происходит обмен тепла.Блоки чиллера могут выполнять только отвод явного тепла. В этом примере мы сосредоточимся на стандартной воздушной катушке.

По мере того, как хладагент попадает в испаритель через дозирующее устройство, давление и температура снижаются. Исходя из нашего практического правила, приведенного выше, мы использовали смесь из 75% жидкости и 25% пара, поступающих в испаритель. Оставшаяся жидкость испаряется, поскольку она поглощает тепло из воздуха, проходящего над змеевиком.

Теоретически вся жидкость испаряется в испарителе, любое добавленное тепло после кипения является дополнительным, это дополнительное тепло известно как сверхвысокое тепло.Перегрев гарантирует, что только пары хладагента покидают испаритель и попадают в линию всасывания. Компрессор возвращает перегретый пар и перезапускает процесс.

Распространенные типы испарителей:

  • Ребристый испаритель (змеевик A и змеевик N)
  • Комплект испарителя
  • Пластинчатый испаритель
  • Трубка без покрытия

Посмотрите короткий эпизод подкаста, объясняющий цикл охлаждения

Цикл

Теперь, когда мы разбили основные компоненты, давайте объединим цикл как единое целое.

По запросу на охлаждение или охлаждение запускается компрессор. Компрессор, действуя как насос, нагнетает пар хладагента в нагнетательный трубопровод с образованием высокотемпературного газа под высоким давлением.

Пар хладагента в нагнетательной линии перегрет. Линия нагнетания подает хладагент в конденсатор, по мере того, как хладагент движется через конденсатор, газ охлаждается, чтобы удалить перегрев. Хладагент переходит в насыщенное состояние (жидкость и пар одновременно) после того, как он перегрет.В этот момент тепло отводится, хладагент становится переохлажденной жидкостью, так как его температура теперь ниже точки кипения или насыщения.

Переохлажденная жидкость поступает в жидкостную линию, в этот момент все еще находится под высоким давлением, но с пониженной температурой. Переохлажденная жидкость движется через дозирующее устройство, понижая свое давление и температуру, попадая в испаритель. Когда воздух проходит через змеевик испарителя, хладагент поглощает тепло.

Поглощенное тепло приводит к тому, что хладагент достигает точки насыщения или кипения.Хладагент продолжает поглощать тепло выше точки насыщения, дополнительное тепло перегревает пар. Перегретый пар поступает в линию всасывания и возвращается в компрессор для повторения цикла.

Ключевые точки

  • Компрессор действует как паровой насос, перемещая хладагент по системе. Компрессор не предназначен для перекачивания жидкости.

  • Конденсатор отводит тепло, забираемое системой (испаритель и компрессор), и отвечает за то, чтобы хладагент на выходе был переохлажденной жидкостью.

  • Дозирующее устройство регулирует подачу жидкого хладагента в испаритель, снижая температуру и давление. Как правило, он попадает в испаритель в виде 75% жидкости и 25% пара.

  • Испаритель поглощает тепло, например, из воздуха в доме, выпаривая оставшийся жидкий хладагент. Хладагент забирает дополнительное тепло, добавленное тепло называется перегревом. Перегретый пар поступает во всасывающий трубопровод и обратно в компрессор.

Дополнительные компоненты

Поскольку мы рассмотрели четыре основных компонента, есть несколько дополнительных компонентов, которые важны для системы, которую мы рассмотрим в качестве дополнительного материала.

Реле давления

Как минимум, системы должны быть оборудованы реле высокого и низкого давления для защиты компрессора. Есть много предохранительных выключателей, которые мы могли бы обсудить, но отключение по высокому и низкому давлению очень важно для любой системы.

Реле высокого давления

Реле высокого давления можно найти на напорном или жидкостном трубопроводе любой данной системы, оно также может быть установлено непосредственно на головке полугерметичного компрессора. Он контролирует давление в системе и отключает компрессор при возникновении высокого давления. События высокого давления могут быть вызваны, например, загрязненным змеевиком конденсатора, неисправным вентилятором конденсатора и перезарядкой.

Настройка реле высокого давления может быть регулируемой или фиксированной в зависимости от типа используемого переключателя.Настройка переключателя зависит от используемого хладагента. Не все хладагенты создают одинаковое давление на стороне высокого давления и требуют разных настроек. Я обнаружил, что настройка отключения обычно находится в диапазоне от 140⁰F до 155⁰F температуры насыщения конденсации или SCT. Если вы посмотрите на давления, которые попадают в этот температурный диапазон для любого данного хладагента, это обычно хорошая точка отсчета для отключения по высокому давлению.

Реле низкого давления

Выключатель низкого давления устанавливается на всасывающей линии или даже иногда на корпусе компрессора, как в случае с некоторыми полугерметичными компрессорами.Как и реле высокого давления, реле низкого давления могут быть фиксированными или регулируемыми. Кроме того, установка переключателя зависит от хладагента и области применения. Реле низкого давления при комфортном охлаждении обычно устанавливаются около или выше давления, соответствующего замораживанию. Например, R410a при насыщении 32⁰F соответствует давлению 101,6 фунт / кв.дюйм.

Чтобы защитить систему от замерзания, необходимо установить переключатель в положение около 101,6 фунтов на квадратный дюйм. Говоря о холоде, реле низкого давления обычно настраивается на отключение системы при достижении заданного значения или после откачки.Настройка будет зависеть от конкретной области применения и используемого хладагента и может потребовать некоторого размышления.

Реле низкого давления в целом также защитят систему при низком уровне заряда. Если, например, в системе возникнет утечка и произойдет потеря заряда, реле низкого давления разомкнется и не позволит компрессору работать.

Фильтр-осушитель на жидкостной линии

Фильтр-осушитель на жидкостной линии является очень важным аксессуаром для большинства систем.Устанавливается на жидкостной линии как можно ближе к дозирующему устройству. Его задача — отфильтровать любой мусор в системе и удалить следы влаги, которые могут присутствовать, с помощью влагопоглотителя.

Смотровое стекло Liquid Line

Смотровое стекло — это встроенное устройство, которое также устанавливается в жидкостной линии после (после) фильтра-осушителя. Он указывает на наличие полного столба жидкости, поступающего в дозирующее устройство, а также имеет индикатор влажности, который меняет цвет при наличии влаги в системе.Смотровое стекло на линии жидкости также может указывать на наличие проблемы в системе.

Приемник

Ресивер — это накопительное устройство, которое хранит хладагент в выключенном состоянии после откачки или хранит хладагент до тех пор, пока он не понадобится. Примером этого является зимняя эксплуатация, при низких температурах окружающей среды требуется больше хладагента для повышения давления в системе. Хладагент будет храниться в ресивере при более высоких температурах окружающей среды, и когда температура окружающей среды начинает падать, хранящийся хладагент используется для поддержания давления в системе.

Электромагнитный клапан жидкостной линии

Электромагнитный клапан жидкостной линии — это еще один встроенный компонент, устанавливаемый в жидкостной линии. Он используется в большинстве случаев для откачки системы. Когда клапан принудительно закрывается, компрессор продолжает работать, хладагент перекачивается в конденсатор / ресивер. При падении давления в испарителе и линии всасывания реле низкого давления откроет операцию резания компрессору. Когда клапан открывается во время вызова, испаритель и линия всасывания находятся под давлением хладагента.Реле низкого давления замыкается, и компрессор возобновляет работу.

На этом изображении из приложения Danfoss RefTools App Troublehooter показаны последовательно соединенные фильтр-осушитель жидкостной линии, смотровое стекло и соленоидный клапан с потоком, движущимся справа налево.

Это отличный анимационный ролик от Данфосс, демонстрирующий, как работает цикл откачки.

Холодильный цикл — это наука, в которой задействовано множество факторов и переменных.Хорошее знание цикла обеспечит успех при обслуживании, установке и техническом обслуживании.

Гэри МакКриди

Подписывайтесь на HVAC Know It All в Instagram, Facebook, YouTube и LinkedIn и СЛУШАЙТЕ на подкаст HVAC Know It All

Сэкономьте 8% на покупках в TruTech Tools с кодом knowitall (за исключением продуктов Fluke и Flir)

Вязкость

— The Physics Hypertextbook

Обсуждение

определений

Неформально вязкость — это величина, которая описывает сопротивление жидкости потоку.Жидкости сопротивляются относительному движению погруженных в них объектов через них, а также движению слоев с разными скоростями внутри них.

(динамическая) вязкость

Формально вязкость (обозначенная символом η «eta») — это отношение напряжения сдвига ( F / A ) к градиенту скорости (∆ v x / ∆ z или dv x / dz ) в жидкости.

или

Более обычная форма этого соотношения, называемая уравнением Ньютона , утверждает, что результирующий сдвиг жидкости прямо пропорционален приложенной силе и обратно пропорционален ее вязкости.Сходство со вторым законом движения Ньютона ( F = ma ) должно быть очевидным.

Или, если вы предпочитаете символы исчисления (а кто нет)…

Единицей вязкости в системе СИ является паскаль-секунда [Па · с], которая не имеет специального названия. Несмотря на самопровозглашенное название международной системы, Международная система единиц мало повлияла на вязкость в международном масштабе. Паскаль-секунда встречается сегодня в научной и технической литературе гораздо реже, чем следовало бы.Самая распространенная единица вязкости — дин-секунда на квадратный сантиметр [дин-с / см 2 ], получившая название пуаз [P] в честь французского физиолога Жана Пуазейля (1799–1869). Десять пуаз равны одной паскаль-секунде [Па с], что делает сантипуаз [сП] и миллипаскаль секунд [мПа с] идентичными.

1 Па · с = 10-пол.
1000 мПа · с = 10-пол.
1 мПа · с = 0.01 P
1 мПа · с = 1 сП
кинематическая вязкость

На самом деле есть две величины, которые называются вязкостью. Величина, определенная выше, иногда называется динамической вязкостью , абсолютной вязкостью или простой вязкостью , чтобы отличить ее от других величин, но обычно это просто вязкость. Другая величина, называемая кинематической вязкостью , (обозначается греческой буквой ν «ню») — это отношение вязкости жидкости к ее плотности.

Кинематическая вязкость — это мера сопротивления потока жидкости под действием силы тяжести. Его часто измеряют с помощью устройства, называемого капиллярным вискозиметром — в основном это градуированная банка с узкой трубкой на дне. Когда две жидкости равного объема помещаются в одинаковые капиллярные вискозиметры и позволяют течь под действием силы тяжести, более вязкая жидкость протекает через трубку дольше, чем менее вязкая. Капиллярные вискозиметры будут рассмотрены более подробно позже в этом разделе.

Единица измерения кинематической вязкости в системе СИ — квадратных метров в секунду 2 / с], не имеющая специального названия. Этот агрегат настолько велик, что используется редко. Более распространенная единица кинематической вязкости — квадратных сантиметров в секунду [см, 2 / с], получившая название Stokes [St] в честь ирландского математика и физика Джорджа Стокса (1819–1903). Один квадратный метр в секунду равен десяти тысячам стоек.

1 см 2 / с = 1-я улица
1 м 2 / с = 10,000 см 2 / с
1 м 2 / с = 10,000 ул

Даже эта единица измерения слишком велика, поэтому наиболее распространенной единицей измерения является, вероятно, квадратных миллиметров в секунду [мм 2 / с] или сантистоксов [сСт].Один квадратный метр в секунду равен одному миллиону сантистоксов.

1 мм 2 / с = 1 сСт
1 м 2 / с = 1000000 мм 2 / с
1 м 2 / с = 1000000 сСт

Stokes — редкий пример слова в английском языке, в котором формы единственного и множественного числа идентичны. Рыба — самый непосредственный пример такого слова.1 рыба, 2 рыбы, красная рыба, синяя рыба; 1 сток, 2 стокса, несколько стоксов, несколько стоксов.

Факторы, влияющие на вязкость

Вязкость в первую очередь зависит от материала. Вязкость воды при 20 ° C составляет 1,0020 миллипаскаль секунды (что удобно близко к единице только по совпадению). Большинство обычных жидкостей имеют вязкость порядка от 1 до 1000 мПа с, в то время как газы имеют вязкость от 1 до 10 мкПа с. Пасты, гели, эмульсии и другие сложные жидкости сложнее обобщить.Некоторые жиры, такие как масло или маргарин, настолько вязкие, что кажутся больше похожими на мягкие твердые вещества, чем на текущие жидкости. Расплавленное стекло чрезвычайно вязкое и по мере затвердевания приближается к бесконечной вязкости. Поскольку этот процесс не так хорошо определен, как истинное замораживание, некоторые считают (ошибочно), что стекло все еще может течь даже после полного охлаждения, но это не так. При обычных температурах стекла такие же твердые, как и настоящие твердые тела.

Из повседневного опыта должно быть известно, что вязкость зависит от температуры.Мед и сиропы могут течь легче при нагревании. Моторное масло и гидравлические жидкости значительно загустевают в холодные дни и существенно влияют на работу автомобилей и другой техники в зимние месяцы. Как правило, вязкость простой жидкости уменьшается с повышением температуры. С повышением температуры средняя скорость молекул в жидкости увеличивается, а время, которое они проводят «в контакте» со своими ближайшими соседями, уменьшается. Таким образом, с повышением температуры средние межмолекулярные силы уменьшаются.Фактический способ изменения этих двух величин является нелинейным и резко меняется, когда жидкость меняет фазу.

Вязкость обычно не зависит от давления, но жидкости под экстремальным давлением часто имеют повышенную вязкость. Поскольку жидкости обычно несжимаемы, увеличение давления на самом деле не приводит к значительному сближению молекул. Простые модели молекулярных взаимодействий не могут объяснить такое поведение, и, насколько мне известно, не существует общепринятой более сложной модели, которая могла бы это сделать.Жидкая фаза, вероятно, наименее изучена из всех фаз вещества.

В то время как жидкости становятся более текучими по мере того, как они нагреваются, газы становятся более густыми. (Если представить себе «густой» газ.) Вязкость газов увеличивается с увеличением температуры и приблизительно пропорциональна квадратному корню из температуры. Это связано с увеличением частоты межмолекулярных столкновений при более высоких температурах. Поскольку большую часть времени молекулы в газе свободно летают через пустоту, все, что увеличивает количество раз, когда одна молекула контактирует с другой, снижает способность молекул в целом участвовать в скоординированном движении.Чем больше эти молекулы сталкиваются друг с другом, тем более беспорядочным становится их движение. Физические модели, выходящие за рамки этой книги, существуют уже почти столетие, которые адекватно объясняют температурную зависимость вязкости в газах. Новые модели работают лучше, чем старые. Они также согласны с наблюдением, что вязкость газов примерно не зависит от давления и плотности. Газовая фаза, вероятно, является наиболее изученной из всех фаз материи.

Поскольку вязкость очень зависит от температуры, без нее нельзя указывать ее.

Вязкость выбранных материалов (обратите внимание на разнообразие префиксов единиц измерения)

простые жидкости T (° C) η (мПа с)
спирт этиловый (зерновой) 20 1,1
спирт изопропиловый 20 2,4
спирт метиловый (дерево) 20 0.59
кровь 37 3–4
этиленгликоль 25 16,1
этиленгликоль 100 1,98
фреон 11 (пропеллент) −25 0,74
фреон 11 (пропеллент) 0 0,54
фреон 11 (пропеллент) +25 0,42
фреон 12 (хладагент) −15 ?
фреон 12 (хладагент) 0 ?
фреон 12 (хладагент) +15 0.20
галлий > 30 1 ~ 2
глицерин 20 1420
глицерин 40 280
гелий (жидкий) 4 К 0,00333
ртуть 15 1,55
молоко 25 3
масло растительное, рапсовое 25 57
масло растительное, рапсовое 40 33
масло растительное кукурузное 20 65
масло растительное кукурузное 40 31
масло растительное, оливковое 20 84
масло растительное, оливковое 40 ?
масло растительное, соевое 20 69
масло растительное, соевое 40 26
масло машинное светлое 20 102
масло машинное тяжелое 20 233
пропиленгликоль 25 40.4
пропиленгликоль 100 2,75
вода 0 1,79
вода 20 1,00
вода 40 0,65
вода 100 0,28
газы T (° C) η (мкПа с)
воздух 15 17.9
водород 0 8,42
гелий (газ) 0 18,6
азот 0 16,7
кислород 0 18,1
сложные материалы T (° C) η (Па · с)
герметик 20 1000
стекло 20 10 18 –10 21
стекло, деформация pt. 504 10 15,2
стекло, отжиг ч. 546 10 12,5
стекло, смягчение пт. 724 10 6,6
стекло рабочее пт. 10 3
стекло плавки пт. 10 1
мед 20 10
кетчуп 20 50
сало 20 1000
меласса 20 5
горчица 25 70
арахисовое масло 20 150–250
сметана 25 100
сироп шоколадный 20 10–25
сироп кукурузный 25 2–3
сироп кленовый 20 2–3
деготь 20 30 000
овощной жир 20 1200

моторное масло

Моторное масло похоже на любую другую жидкость тем, что его вязкость зависит от температуры и давления.Поскольку можно предвидеть условия, в которых будет эксплуатироваться большинство автомобилей, поведение моторного масла можно определить заранее. В Соединенных Штатах организацией, которая устанавливает стандарты характеристик моторных масел, является Общество автомобильных инженеров (SAE). Схема нумерации SAE описывает поведение моторных масел в условиях низких и высоких температур — условий, которые соответствуют температуре запуска и эксплуатации. Первое число, за которым всегда следует буква W для зимы, описывает низкотемпературное поведение масла при запуске, а второе число описывает высокотемпературное поведение масла после того, как двигатель проработал некоторое время.Более низкие значения SAE обозначают масла, которые предназначены для использования при более низких температурах. Масла с низкими числами SAE обычно более текучие (менее вязкие), чем масла с высокими числами SAE, которые имеют тенденцию быть более густыми (более вязкими).

Например, масло 10W ‑ 40 будет иметь вязкость не более 7000 мПа с в картере холодного двигателя, даже если его температура упадет до -25 ° C холодной зимней ночью и вязкость не менее 2,9 мПа с в детали двигателя под высоким давлением вблизи точки перегрева (150 ° C).

Вязкостные характеристики моторных масел марок

Характеристики низких температур
sae
префикс
динамическая вязкость,
проворачивание максимум
динамическая вязкость,
накачка максимальная
00 Вт 06 200 мПа с (-35 ° C) 60,000 мПа с (-40 ° C)
05Вт 06 600 мПа с (-30 ° C) 60,000 мПа · с (-35 ° C)
10 Вт 07,000 мПа · с (-25 ° C) 60,000 мПа с (-30 ° C)
15 Вт 07,000 мПа · с (-20 ° C) 60,000 мПа · с (-25 ° C)
20 Вт 09,500 мПа · с (-15 ° C) 60,000 мПа · с (-20 ° C)
25Вт 13000 мПа с (-10 ° C) 60,000 мПа · с (-15 ° C)
Высокотемпературные характеристики
sae
суффикс
кинематическая вязкость,
низкая скорость сдвига (100 ° C)
динамическая вязкость,
высокая скорость сдвига (150 ° C)
08 04.0–6,10 мм 2 / с > 1,7 мПа с
12 05,0–7,10 мм 2 / с > 2,0 мПа с
16 06,1–8,20 мм 2 / с > 2,3 мПа с
20 05,6–9,30 мм 2 / с > 2,6 мПа с
30 09,3–12,5 мм 2 / с > 2,9 мПа с
* 40 * 12.5–16,3 мм 2 / с > 2,9 мПа с
40 12,5–16,3 мм 2 / с > 3,7 мПа с
50 16,3–21,9 мм 2 / с > 3,7 мПа с
60 21,9–26,1 мм 2 / с > 3,7 мПа с

капиллярный вискозиметр

Математическое выражение, описывающее течение жидкости в круглых трубках, было определено французским врачом и физиологом Жаном Пуазейлем (1799–1869).Поскольку оно было также независимо открыто немецким инженером-гидротехником Готтильфом Хагеном (1797–1884), оно должно называться уравнением Хагена-Пуазейля , но обычно его называют просто уравнением Пуазейля . Я не буду выводить это здесь (но, вероятно, когда-нибудь смогу). Для нетурбулентного, непульсирующего потока жидкости через однородную прямую трубу объемный расход ( q м ) составляет…

  • прямо пропорциональна разности давлений (∆ P ) между концами трубки
  • обратно пропорционально длине (ℓ) трубки
  • обратно пропорционально вязкости (η) жидкости
  • пропорционально четвертой степени радиуса ( r 4 ) трубки

Решите для определения вязкости, если это то, что вы хотите знать.

Капиллярный вискозиметр… продолжайте писать… извините, это неполно.

падающая сфера

Математическое выражение, описывающее силу вязкого сопротивления на сфере, было определено британским физиком XIX века Джорджем Стоуксом. Я не буду выводить это здесь (но, вероятно, когда-нибудь в будущем).

R = 6πη rv

Формула подъемной силы на сфере утверждена древнегреческим инженером Архимедом из Сиракуз, но тогда уравнения не были изобретены.

B = ρ жидкость гВ смещенный

Формула веса должна была быть изобретена кем-то, но я не знаю кто.

Вт = мг = ρ объект гВ объект

Давайте объединим все это вместе для сферы, падающей в жидкость. Вес указывает вниз, точки плавучести вверх, точки перетаскивания вверх. Через некоторое время сфера упадет с постоянной скоростью. Когда это произойдет, все эти силы аннулируются.Когда сфера падает сквозь жидкость, она полностью погружается в воду, поэтому можно говорить только об одном объеме — объеме сферы. Давайте поработаем над этим.

B + р = Вт
ρ жидкость гВ + 6πη rv = ρ объект гВ
6πη rv = объект — ρ жидкость ) гВ
6πη rv = ∆ρ г 4 3 π r 3

И вот мы.

Бросьте шар в жидкость. Если вы знаете размер и плотность шара, а также плотность жидкости, вы можете определить вязкость жидкости. Если вы не знаете плотность жидкости, вы все равно можете определить кинематическую вязкость. Если вы не знаете плотность сферы, но знаете ее массу и радиус, тогда вы можете вычислить ее плотность.

неньютоновские жидкости

Уравнение Ньютона связывает напряжение сдвига и градиент скорости с помощью величины, называемой вязкостью.Ньютоновская жидкость — это жидкость, в которой вязкость является просто числом. Неньютоновская жидкость — это жидкость, вязкость которой является функцией некоторой механической переменной, такой как напряжение сдвига или время. Считается, что неньютоновские жидкости, которые изменяются со временем, имеют память и .

Некоторые гели и пасты ведут себя как жидкость при работе или взбалтывании, а затем переходят в почти твердое состояние в состоянии покоя. Такие материалы являются примерами жидкостей , разжижающих сдвиг. Краска для дома — это жидкость, разжижающая сдвиг, и это тоже хорошо.Чистка щеткой, прокатка или распыление — это средства временного приложения напряжения сдвига. Это снижает вязкость краски до точки, при которой она может вытекать из аппликатора на стену или потолок. После снятия напряжения сдвига краска возвращается к своей остаточной вязкости, которая настолько велика, что соответствующий тонкий слой ведет себя больше как твердое тело, чем жидкость, и краска не растекается и не капает. Подумайте, каково было бы рисовать водой или медом для сравнения. Первый всегда слишком жидкий, а второй — слишком липкий.

Зубная паста — еще один пример материала, вязкость которого снижается под действием нагрузки. Зубная паста находится в состоянии покоя внутри тюбика. Он не будет вытекать самопроизвольно, когда колпачок снят, но он потечет, когда вы надавите на него. Теперь он перестает вести себя как твердое тело и начинает действовать как густая жидкость. когда паста попадает на вашу зубную щетку, напряжение снимается, и зубная паста возвращается в почти твердое состояние. Вам не нужно беспокоиться о том, что он стекает с кисти, когда вы подносите ее ко рту.

Жидкости для разжижения при сдвиге можно разделить на одну из трех основных групп. Материал, вязкость которого снижается под действием напряжения сдвига, но остается постоянной с течением времени, называется псевдопластическим . Материал, вязкость которого снижается под действием напряжения сдвига, а затем продолжает уменьшаться со временем, называется тиксотропным . Если переход от высокой вязкости (почти полутвердый) к низкой вязкости (по существу, жидкости) происходит только после того, как напряжение сдвига превышает некоторое минимальное значение, то говорят, что материал представляет собой пластик bingham .

Материалы, которые загустевают при работе или перемешивании, называются загустителями при сдвиге . Пример, который часто показывают в классах естественных наук, — это паста из кукурузного крахмала и воды (смешанная в правильных пропорциях). Получающаяся в результате странная слизь ведет себя как жидкость при медленном сжатии и как эластичное твердое вещество при быстром сжатии. Честолюбивые демонстранты науки наполнили резервуары этим веществом, а затем наткнулись на него. Пока они движутся быстро, поверхность действует как кусок твердой резины, но в тот момент, когда они перестают двигаться, паста ведет себя как жидкость, и демонстратор принимает ванну с кукурузным крахмалом.Из-за утолщения при сдвиге из ванны трудно выйти. Чем усерднее вы работаете, чтобы выбраться, тем сильнее материал втягивает вас обратно. Единственный способ избежать этого — двигаться медленно.

Материалы, которые под воздействием стресса становятся почти твердыми, — это больше, чем просто любопытство. Они идеальные кандидаты для бронежилетов и защитной спортивной прокладки. Пуленепробиваемый жилет или наколенник, сделанный из материала, утолщающего сдвиг, будет гибким и податливым для легких нагрузок, возникающих при обычных движениях тела, но станет твердым как камень в ответ на травматическое напряжение, вызванное оружием или падением на землю.

Загустители при сдвиге также делятся на две группы: жидкости с зависящей от времени вязкостью (материалы с памятью) и жидкости с вязкостью, не зависящей от времени (материалы без памяти). Если увеличение вязкости со временем увеличивается, говорят, что материал реопектик . Если увеличение примерно прямо пропорционально напряжению сдвига и не меняется со временем, говорят, что материал является дилатантом .

Классы нелинейных жидкостей с примерами и приложениями
для истончения сдвига утолщение под сдвиг
в зависимости от времени
(материалы памяти)
тиксотропный
кетчуп, мед, зыбучие пески, змеиный яд, полимерные толстопленочные чернила
реопектический
сливки взбитые
не зависящие от времени
(материалы без памяти)
псевдопластик
краска, гель для укладки, взбитые сливки, тесто для торта, яблочное пюре, чернила шариковой ручки, металлокерамические чернила
дилатант
крахмальные пасты, глупая замазка, синовиальная жидкость, шоколадный сироп, вязкие связующие жидкости, жидкая броня
с пределом текучести bingham plastic
зубная паста, буровой раствор, кровь, масло какао, майонез, йогурт, томатное пюре, лак для ногтей, отстой сточных вод
н / д

С небольшой корректировкой уравнение Ньютона может быть записано как степенной закон , который обрабатывает псевдопластику и дилантанты — уравнение Оствальда-де Ваэля

Факс = к

дв x n

А дз

, где η вязкость заменена на k индекс консистенции потока [Па · с n ], а градиент скорости повышен до некоторой степени n , называемый индексом поведения потока [безразмерный].Последнее число зависит от класса жидкости.

n <1 n = 1 n > 1
псевдопластический ньютонов дилатант

Для работы с пластиками Бингема необходима другая модификация уравнения Ньютона — уравнение Бингема

Факс = σ y + η pl дв x
А дз

, где σ y — предел текучести [Па], а η pl — пластическая вязкость [Па · с].Первое число отделяет пластик Бингема от ньютоновских жидкостей.

σ y <0 σ y = 0 σ y > 0
невозможно ньютонов пластик bingham

Объединение степенного закона Оствальда-де Ваэля с пределом текучести Бингема дает нам более общее уравнение Гершеля-Балкли

Факс = σ y + k

дв x n

А дз

где снова σ y — предел текучести [Па], k — это индекс консистенции потока [Па с n ], а n — индекс поведения потока [безразмерный].

Вязкоупругость

Когда к объекту прикладывается сила ( F ), может произойти одно из четырех событий.

  1. Он может разогнать в целом, и в этом случае будет применяться второй закон движения Ньютона …

    F = ma

    Этот термин нам сейчас не интересен. Мы уже обсуждали такое поведение в предыдущих главах. Масса ( м, ) — это сопротивление ускорению ( a ), которое является второй производной от положения ( x ).Перейдем к чему-то новому.

  2. Он может течь как жидкость, что может быть описано этим соотношением …

    F = — bv

    Это упрощенная модель, в которой сопротивление прямо пропорционально скорости ( v ), первой производной от положения ( x ). Мы использовали это в задачах о конечных скоростях только потому, что они давали легко решаемые дифференциальные уравнения. Мы также использовали его в затухающем гармоническом осцилляторе, опять же потому, что он давал дифференциальные уравнения, которые было легко решить (во всяком случае, относительно легко).Константу пропорциональности ( b ) часто называют коэффициентом демпфирования.

  3. Он может деформировать как твердое тело в соответствии с законом Гука …

    F = — kx

    Константа пропорциональности ( k ) — это жесткость пружины. Позиция ( x ) не является частью какой-либо производной и не повышается до какой-либо степени.

  4. Может застрять

    F = — F

    Этот символ f делает вид, будто мы обсуждаем статическое трение.В жидкостях (а точнее, неньютоновских жидкостях) такой термин связан с пределом текучести. Позиция ( x ) никак не задействована.

Сложите все вместе и укажите ускорение и скорость как производные от положения.

F = м d 2 x б dx кх к
дт 2 дт

Это дифференциальное уравнение суммирует возможное поведение объекта.Интересно то, что он смешивает поведение жидкостей и твердых тел. Более интересно то, что бывают случаи, когда оба поведения будут присутствовать в одном предмете. Материалы, которые текут как жидкости и деформируются как твердые тела, считаются вязкоупругими — очевидное сочетание вязкости и эластичности. Изучение материалов с жидкими и твердыми свойствами называется реология , что происходит от греческого глагола ρέω ( reo ) — течь.

Какая старая книга подсказала мне эту идею? Что мне написать дальше?

Пищевые продукты обычно демонстрируют так называемое вязкоупругое поведение, при котором сочетание характерных упругих свойств твердых тел и текучести жидкостей обнаруживается в различной степени.

  • Вытягивание сыра происходит, когда тающие жиры смазывают связанные белковые нити.Жиры текут как жидкость, а белки растягиваются как твердое тело.

Каким должно быть высокое и низкое давление на стороне R22? — MVOrganizing

Каким должно быть давление на стороне высокого и низкого давления для R22?

Нижняя сторона должна быть около 30 фунтов на квадратный дюйм при 90 градусах по Фаренгейту или меньше. Слишком низкое или высокое давление указывает на наличие проблемы. В правильно работающей системе давление на стороне высокого давления будет примерно в два раза выше температуры окружающей среды, плюс 50 фунтов на квадратный дюйм.

Каким должно быть давление переменного тока в моем доме?

Большинство технических специалистов в области HVAC знают нормальный рабочий диапазон для стороны низкого давления системы кондиционирования воздуха. Это обычно составляет от 60 до 85 фунтов на квадратный дюйм для R-22 и от 105 до 143 фунтов на квадратный дюйм для R-410A и зависит от условий эксплуатации.

Почему мой кондиционер перезаряжается?

Добавление слишком большого количества хладагента в линии системы кондиционирования является причиной ее перезарядки. Не все специально добавляют слишком много хладагента.Некоторым людям не повезло, что они купили плохую банку охлаждающей жидкости с ошибочным датчиком.

Какое должно быть давление на стороне высокого давления на автоматическом кондиционере?

Система должна иметь давление от 25 до 30 фунтов на квадратный дюйм на стороне низкого давления и от 200 до 250 фунтов на квадратный дюйм на стороне высокого давления. Если температура окружающей среды выше или ниже нормы (от 70 до 80 ° F), давление будет соответственно повышаться или понижаться.

Что должны показывать манометры коллектора переменного тока?

Показания манометров будут зависеть от температуры окружающей среды.Когда кондиционер выключен — в холодный день давление будет низким, в жаркий день давление будет высоким… ТИП КОМПРЕССОРА.

ТЕМП. ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ КРАСНЫЙ МАНОМЕТР (PSI) СИНИЙ МАНОМЕТР (PSI)
10 40-60 20-30
20 60-120 20-30
30 120–150 25-35
40 150-180 25-35

Почему у меня высокое давление на стороне высокого давления?

Давление воздуха выше нормы обычно является следствием двух ситуаций.Во-первых, ваша система кондиционирования воздуха может сталкиваться с ограниченным потоком воздуха через конденсатор или отсутствием его. Это, в свою очередь, может быть следствием неисправного двигателя вентилятора конденсатора. Во-вторых, другой причиной высокого давления может быть перегрузка системы.

Сколько унций r134a мне нужно?

Большинство новых систем кондиционирования легковых автомобилей не содержат много хладагента (всего от 14 до 28 унций), поэтому вы не захотите добавлять слишком много хладагента, если в системе низкий уровень. Одна банка с R-134a обычно вмещает 12 унций.

Сколько баллонов фреона должна везти машина?

На нижней стороне капота или в моторном отсеке должна быть постоянная этикетка с этой информацией.Самый распространенный хладагент — 134A. В зависимости от того, сколько еще осталось в системе, вам может понадобиться 1 или более банок. В среднем 3 банки.

Закон о газе

Опыт показал, что несколько свойств газа могут быть связаны друг с другом при определенных условиях. Свойства: давление ( P ), объем ( V ), температура ( T , в кельвинах) и количество материала, выраженное в молях ( n ). Мы обнаружили, что образец газа не может иметь случайных значений для этих свойств.Вместо этого будут встречаться только определенные значения, продиктованные некоторыми простыми математическими соотношениями.

Закон Бойля

Первое простое соотношение, называемое законом газа. Простая математическая формула, которая связывает два или более свойств газа., Находится между давлением газа и его объемом. Если количество газа в образце и его температура поддерживаются постоянными, то по мере увеличения давления газа объем газа пропорционально уменьшается. Математически это записывается как

P∝1V

, где символ «» означает «пропорционально.Это одна из форм закона Бойля — закона газа, который связывает давление и объем, который связывает давление газа с его объемом.

Более полезная форма закона Бойля связана с изменением условий газа. Для заданного количества газа при постоянной температуре, если мы знаем начальное давление и объем пробы газа, а также изменения давления или объема, мы можем вычислить, каким будет новый объем или давление. Эта форма закона Бойля записана как

P i V i = P f V f

, где нижний индекс i относится к начальным условиям, а нижний индекс f относится к конечным условиям.

Чтобы использовать P i V i = P f V f , вам необходимо знать любые три переменные, чтобы вы могли алгебраически вычислить четвертую переменную. Кроме того, величины давления должны иметь те же единицы измерения, что и две величины объема. Если две похожие переменные не имеют одинаковых переменных, одно значение должно быть преобразовано в единицу измерения другого значения.

Пример 4

Что произойдет с объемом газа, если его давление увеличится? Предположим, что все остальные условия остаются неизменными.

Решение

Если давление газа увеличивается, объем в ответ уменьшается.

Упражнение по развитию навыков

  1. Что произойдет с давлением газа, если его объем увеличится? Предположим, что все остальные условия остаются неизменными.

Пример 5

Если образец газа имеет начальное давление 1.56 атм и начальный объем 7,02 л, каков конечный объем при снижении давления до 0,987 атм? Предположим, что количество и температура газа остаются постоянными.

Решение

Ключевым моментом в подобных проблемах является способность идентифицировать, какие величины представляют какие переменные из соответствующего уравнения. По формулировке вопроса можно сказать, что 1,56 атм — это P i , 7,02 L — V i и 0.987 атм — это P f . Мы ищем окончательный объем — V f . Следовательно, подставив эти значения в P i V i = P f V f :

(1,56 атм) (7,02 л) = (0,987 атм) × В f

В выражении есть атмосферы с обеих сторон уравнения, поэтому они сокращаются алгебраически:

(1.56) (7,02 л) = (0,987) × В f

Теперь мы разделим обе части выражения на 0,987, чтобы выделить V f , количество, которое мы ищем:

(1,56) (7,02 л) 0,987 = Vf

Произведя умножение и деление, получаем значение V f , что составляет 11,1 л. Объем увеличивается. Это должно иметь смысл, потому что давление уменьшается, поэтому давление и объем обратно пропорциональны.

Упражнение по развитию навыков

  1. Если образец газа имеет начальное давление 3.66 атм и начальный объем 11,8 л, какое будет конечное давление, если объем уменьшится до 5,09 л? Предположим, что количество и температура газа остаются постоянными.

Если единицы аналогичных количеств не совпадают, одна из них должна быть преобразована в единицы другой величины, чтобы расчет работал правильно. Не имеет значения, какое количество преобразовано в другую единицу; единственное, что имеет значение, это то, что преобразование и последующая алгебра выполняются правильно.Следующий пример иллюстрирует этот процесс.

Пример 6

Если образец газа имеет начальное давление 1,56 атм и начальный объем 7,02 л, каков будет конечный объем, если давление будет изменено на 1775 торр? Имеет ли ответ смысл? Предположим, что количество и температура газа остаются постоянными.

Решение

Этот пример аналогичен примеру 5, за исключением того, что теперь конечное давление выражается в торр.Чтобы математика работала правильно, одно из значений давления должно быть преобразовано в другую единицу. Изменим начальное давление на торр:

1,56 атм × 760 торр 1 атм = 1190 торр

Теперь мы можем использовать закон Бойля:

(1190 торр) (7,02 л) = (1775 торр) × В f

Торр алгебраически сокращает обе части уравнения, оставляя

(1190) (7,02 л) = (1775) × В f

Теперь разделим обе части уравнения на 1,775, чтобы выделить V f с одной стороны.Решая для окончательного объема,

Vf = (1190) (7,02 л) 1775 = 4,71 л

Поскольку давление увеличивается, объем уменьшается.

Примечание

Ответ для окончательного объема по существу будет таким же, если мы переведем 1775 торр в атмосферы: 1775 торр × 1 атм. 760 торр = 2.336 атм. Используя закон Бойля: (1,56 атм) (7,02 л) = (2,335 атм) × В f ; Vf = (1,56 атм) (7,02 л) 2,336 атм = 4.69 л.

Упражнение по развитию навыков

  1. Если образец газа имеет начальное давление 375 торр и начальный объем 7,02 л, каково конечное давление, если объем будет изменен на 4577 мл? Имеет ли ответ смысл? Предположим, что количество и температура газа остаются постоянными.

Для вашего здоровья: дыхание

Дыхание, безусловно, является важным вкладом в ваше здоровье! Без дыхания мы не смогли бы выжить.Любопытно, что сам процесс дыхания — не более чем применение закона Бойля.

Легкие — это серия постоянно сужающихся трубок, которые заканчиваются множеством крошечных мешочков, называемых альвеолами. Именно в альвеолах кислород из воздуха передается в кровоток, а углекислый газ из кровотока передается в легкие для выдоха. Чтобы воздух поступал в легкие и выходил из них, давление внутри легких должно измениться, заставляя легкие изменять объем — как и предсказывает закон Бойля.

Изменение давления вызывается диафрагмой, мышцей, покрывающей нижнюю часть легких. Когда диафрагма опускается, она увеличивает размер наших легких. Когда это происходит, давление воздуха в наших легких немного снижается. Это заставляет приток нового воздуха, и мы вдыхаем. Снижение давления небольшое — всего 3 торр, или около 0,4% атмосферы. Мы вдыхаем только 0,5–1,0 л воздуха на нормальный вдох.

Для выдыхания воздуха необходимо расслабить диафрагму, которая давит на легкие и немного уменьшает объем легких.Это немного увеличивает давление воздуха в легких, и воздух вытесняется наружу; мы выдыхаем. Для выдоха требуется всего 1-2 торр дополнительного давления. Итак, с каждым вдохом наши тела проводят экспериментальную проверку закона Бойля.

Закон Чарльза

Другой простой газовый закон связывает объем газа с его температурой. Эксперименты показывают, что при повышении температуры пробы газа ее объем увеличивается до тех пор, пока давление и количество газа остаются постоянными.Математически это можно записать как

. V ∝ T

Здесь необходимо уточнить понятие температуры. Хотя шкала Кельвина является предпочтительной шкалой температуры, шкала Цельсия также является обычной шкалой температур, используемой в науке. Шкала Цельсия основана на точках плавления и кипения воды и на самом деле является общей температурной шкалой, используемой в большинстве стран по всему миру (за исключением США, где до сих пор используется шкала Фаренгейта). Значение температуры по Цельсию напрямую связано с ее значением по Кельвину простым выражением:

Температура Кельвина = Температура Цельсия + 273

Таким образом, легко перейти с одной шкалы температур на другую.

Примечание

Шкалу Кельвина иногда называют абсолютной шкалой, потому что нулевая точка на шкале Кельвина находится на абсолютном нуле, самой низкой из возможных температур. На других температурных шкалах абсолютный ноль составляет -260 ° C или -459 ° F.

Выражение, связывающее объем газа с его температурой, порождает следующий вопрос: с какой температурной шкалой связан объем газа? Ответ заключается в том, что объемы газа напрямую связаны с температурой Кельвина .Следовательно, температуру пробы газа всегда следует выражать в градусах Кельвина (или переводить в них).

Пример 7

Что произойдет с объемом газа, если его температура снизится? Предположим, что все остальные условия остаются постоянными.

Решение

Если температура пробы газа понижается, объем также уменьшается.

Упражнение по развитию навыков

  1. Что произойдет с температурой газа, если его объем увеличится? Предположим, что все остальные условия остаются постоянными.

Как и в случае с законом Бойля, взаимосвязь между объемом и температурой может быть выражена в терминах начальных и конечных значений объема и температуры следующим образом:

ViTi = VfTf

, где V i и T i — начальный объем и температура, а V f и T f — конечный объем и температура.Это закон Чарльза — газовый закон, который связывает объем и абсолютную температуру. Ограничение на его использование состоит в том, что давление газа и количество газа должны оставаться постоянными. (Закон Шарля иногда называют законом Гей-Люссака в честь ученого, который продвигал работу Чарльза.)

Пример 8

Проба газа при 20 ° C имеет начальный объем 20,0 л. Каков ее объем, если температура изменяется на 60 ° C? Имеет ли ответ смысл? Предположим, что давление и количество газа остаются постоянными.

Решение

Хотя температуры даны в градусах Цельсия, мы должны преобразовать их в кельвины, прежде чем мы сможем использовать закон Чарльза. Таким образом,

20 ° C + 273 = 293 K = T и 60 ° C + 273 = 333 K = T f

Теперь мы можем подставить эти значения в закон Чарльза вместе с начальным объемом 20,0 л:

20,0 L293 K = Vf333 K

Умножая 333 K на другую часть уравнения, мы видим, что наши единицы измерения температуры отменяются:

(333 К) (20.0 L) 293 K = Vf

Решение для окончательного объема, V f = 22,7 л. Таким образом, при повышении температуры объем увеличивается. Это имеет смысл, потому что объем прямо пропорционален абсолютной температуре (пока давление и количество остаются постоянными).

Упражнение по развитию навыков

  1. Проба газа при 35 ° C имеет начальный объем 5.06 л. Каков его объем при изменении температуры до −35 ° C? Имеет ли ответ смысл? Предположим, что давление и количество газа остаются постоянными.

Закон о комбинированном газе

Могут быть построены и другие газовые законы, но мы остановимся только на двух. Комбинированный газовый закон Газовый закон, который связывает давление, объем и абсолютную температуру. объединяет законы Бойля и Чарльза, чтобы связать изменения давления, объема и температуры пробы газа:

PiViTi = PfVfTf

Чтобы применить этот газовый закон, количество газа должно оставаться постоянным.Как и в случае с другими законами о газе, температура должна быть выражена в кельвинах, а единицы измерения аналогичных величин должны быть одинаковыми. Из-за зависимости от трех величин одновременно, трудно предсказать заранее, что произойдет с одним свойством пробы газа при изменении двух других свойств. Лучший способ узнать это — вычислить это математически.

Пример 9

Образец газа имеет P i = 1,50 атм, V i = 10.5 л и T i = 300 K. Каков конечный объем, если P f = 0,750 атм и T f = 350 K?

Решение

Используя закон комбинированного газа, замените пять величин:

(1,50 атм) (10,5 л) 300 К = (0,750 атм) (Vf) 350 К

Мы алгебраически изменим это выражение, чтобы выделить V f на одной стороне уравнения:

Vf = (1.50 атм) (10,5 л) (350 К) (300 К) (0,750 атм) = 24,5 л

Обратите внимание, как отменяются все единицы, кроме единицы для объема.

Упражнение по развитию навыков

  1. Образец газа имеет P i = 0,768 атм, V i = 10,5 л и T i = 300 K. Каково конечное давление, если V f = 7,85 л и т ф = 250 К?

Пример 10

Баллон с пробой газа имеет температуру 22 ° C и давление 1.09 атм в аэропорту Кливленда. Баллон имеет объем 1070 мл. Воздушный шар доставляется самолетом в Денвер, где температура составляет 11 ° C, а давление — 655 торр. Каков новый объем воздушного шара?

Решение

Первая задача — преобразовать все количества в правильные и согласованные единицы. Температура должна быть выражена в кельвинах, а единицы измерения давления различны, поэтому необходимо преобразовать одну из величин. Преобразуем атмосферу в торр:

22 ° C + 273 = 295 K = T и 11 ° C + 273 = 284 K = T f 1.09 атм × 760 торр1 атм = 828 торр = Pi

Теперь мы можем подставить количество в комбинированный закон:

(828 торр) (1070 мл) 295 K = (655 торр) × Vf284 K

Чтобы решить для V f , мы умножаем 284 K в знаменателе правой части на числитель слева и делим 655 торр в числителе правой части на знаменатель слева:

(828 торр) (1070 мл) (284 K) (295 K) (655 торр) = Vf

Обратите внимание, что торр и кельвин сокращаются, поскольку они находятся как в числителе, так и в знаменателе.Единственная единица, которая остается, — это миллилитры, то есть единица объема. Итак, V f = 1300 мл. Общее изменение заключается в том, что объем баллона увеличился на 230 мл.

Упражнение по развитию навыков

  1. Воздушный шар, используемый для подъема метеорологических приборов в атмосферу, содержит газ объемом 1150 л на земле, где давление составляет 0,977 атм, а температура составляет 18 ° C.В воздухе этот газ имеет давление 6,88 торр и температуру -15 ° C. Какой новый объем газа?

Закон об идеальном газе

До сих пор используемые нами законы газа были сосредоточены на изменении одного или нескольких свойств газа, таких как его объем, давление или температура. Есть один газовый закон, который связывает все независимые свойства газа при любых конкретных условиях, а не изменение условий.Этот газовый закон называется законом идеального газа. Газовый закон, который связывает объем, давление, температуру и количество газа. Формула этого закона выглядит следующим образом:

PV = nRT

В этом уравнении P — давление, V — объем, n — количество молей и T — температура. R называется постоянной закона идеального газа Константа появляется в законе идеального газа. и представляет собой константу пропорциональности, которая связывает значения давления, объема, количества и температуры пробы газа.Переменные в этом уравнении не имеют индексов i и f , чтобы указать начальное и конечное состояние. Закон идеального газа связывает четыре независимых свойства газа при любых условиях .

Значение R зависит от того, какие единицы используются для выражения других величин. Если объем выражен в литрах, а давление в атмосферах, то правильное значение R будет следующим:

R = 0.08205 L⋅atmmol⋅K

Это может показаться странной единицей, но это то, что требуется для того, чтобы единицы работали алгебраически.

Пример 11

Какой объем в литрах 1,45 моль газа N 2 при 298 К и 3,995 атм?

Решение

Используя закон идеального газа, где P = 3,995 атм, n = 1,45 и T = 298,

(3,995 атм) × V = (1.45 моль) (0,08205 л⋅атммоль⋅К) (298 К)

С правой стороны кроты и кельвины сокращаются. Кроме того, поскольку атмосферы появляются в числителе по обе стороны уравнения, они также сокращаются. Единственная оставшаяся единица — литры, единица объема. Итак,

3,995 × В = (1,45) (0,08205) (298) л

Разделив обе части уравнения на 3,995 и оценив, мы получим В = 8,87 л. Обратите внимание, что условия газа не меняются. Скорее, закон идеального газа позволяет нам определить, каким должно быть четвертое свойство газа (здесь объем) , если известны три других свойства (здесь количество, давление и температура).

Упражнение по развитию навыков

  1. Каково давление пробы газа CO 2 , если 0,557 моль содержится в емкости объемом 20,0 л при температуре 451 К?

Для удобства ученые выбрали 273 К (0 ° C) и давление 1,00 атм в качестве набора стандартных условий для газов. Такое сочетание условий называется стандартной температурой и давлением (STP) 273 K (0 ° C) и 1.Давление 00 атм. В этих условиях 1 моль любого газа имеет примерно такой же объем. Мы можем использовать закон идеального газа, чтобы определить объем 1 моль газа на STP:

(1,00 атм) × V = (1,00 моль) (0,08205 л⋅атммоль⋅К) (273 К)

Этот объем равен 22,4 л. Поскольку этот объем не зависит от вида газа, идея о том, что 1 моль газа имеет объем 22,4 л при стандартном давлении, дает удобный коэффициент преобразования:

1 моль газа = 22,4 л (при СТП)

Пример 12

Циклопропан (C 3 H 6 ) — газ, который раньше использовался в качестве анестетика.Сколько молей газа содержится в пробе объемом 100,0 л, если газ находится на уровне STP?

Решение

Мы можем настроить простое одностадийное преобразование, которое связывает моль и литр:

100,0 л C3H6 × 1 моль 22,4 л = 4,46 моль C3H6

В 100,0 л содержится почти 4,5 моль газа.

Примечание

Из-за своей горючести циклопропан больше не используется в качестве анестезирующего газа.

Упражнение по развитию навыков

  1. Фреон — торговое название ряда фтор- и хлорсодержащих газов, которые ранее использовались в холодильных системах.Какой объем у 8,75 моль фреона на СТП?

Примечание

Многие газы, известные как фреон, больше не используются, потому что их присутствие в атмосфере разрушает озоновый слой, который защищает нас от ультрафиолетового излучения солнца.

Карьера: респираторный терапевт

Определенные заболевания, такие как эмфизема, рак легких и тяжелая астма, в первую очередь поражают легкие.Респираторные терапевты помогают пациентам с проблемами дыхания. Они могут оценить, помочь диагностировать и лечить нарушения дыхания и даже помочь оказать неотложную помощь при остром заболевании, когда дыхание затруднено.

Большинство респираторных терапевтов должны закончить как минимум два года обучения в колледже и получить степень младшего специалиста, хотя терапевты могут взять на себя больше ответственности, если у них есть высшее образование. Терапевты также должны сдать государственные или национальные сертификационные экзамены.После получения сертификата респираторные терапевты могут работать в больницах, кабинетах врачей, домах престарелых или на дому у пациентов. Терапевты работают с таким оборудованием, как кислородные баллоны и респираторы, иногда могут выписывать лекарства для облегчения дыхания, проводить тесты и обучать пациентов дыхательным упражнениям и другой терапии.

Поскольку респираторные терапевты работают напрямую с пациентами, умение хорошо работать с другими является обязательным условием для этой карьеры. Это важная работа, потому что она связана с одной из важнейших функций организма.

Упражнения по обзору концепции

  1. Какие свойства помогают нам предсказать законы газа?

  2. Что отличает закон идеального газа от других законов газа?

ответов

  1. Газовые законы связывают четыре свойства: давление, объем, температуру и количество молей.

  2. Закон идеального газа не требует изменения свойств газа.

Ключевые вынос

  • Физические свойства газов можно предсказать с помощью математических формул, известных как законы газа.

Упражнения

  1. Какие условия пробы газа должны оставаться постоянными, чтобы можно было использовать закон Бойля?

  2. Какие условия пробы газа должны оставаться постоянными, чтобы можно было использовать закон Чарльза?

  3. Имеет ли значение идентичность газа при использовании закона Бойля? Почему или почему нет?

  4. Имеет ли значение идентичность газа при использовании закона Чарльза? Почему или почему нет?

  5. Проба газообразного азота помещается в баллон объемом 1.88 л и давление 1,334 атм. Каким будет объем баллона, если давление изменить на 0,662 атм? Предположим, что температура и количество газа остаются постоянными.

  6. Проба газообразного гелия в поршне объемом 86,4 мл под давлением 447 торр. Каким будет объем гелия, если давление на поршень увеличится до 1240 торр? Предположим, что температура и количество газа остаются постоянными.

  7. Если газ имеет начальное давление 24 650 Па и начальный объем 376 мл, каков будет конечный объем, если давление газа изменится на 775 торр? Предположим, что количество и температура газа остаются постоянными.

  8. Проба газа имеет начальный объем 0.9550 л и начальное давление 564,5 торр. Каким будет конечное давление газа при изменении объема до 587,0 мл? Предположим, что количество и температура газа остаются постоянными.

  9. Человек делает нормальный вдох объемом около 1,00 л. Если начальная температура воздуха составляет 18 ° C, а воздух нагревается до 37 ° C, каков новый объем воздуха? Предположим, что давление и количество газа остаются постоянными.

  10. Человек делает нормальный вдох объемом около 1,00 л. Если исходная температура воздуха составляет -10 ° C, а воздух нагревается до 37 ° C, каков новый объем воздуха? Предположим, что давление и количество газа остаются постоянными.

  11. Смесь паров воздуха и газа в автомобильном баллоне имеет начальную температуру 450 К и объем 12.7 см 3 . Газовая смесь нагревается до 565 ° C. Если давление и количество остаются постоянными, каков конечный объем газа в кубических сантиметрах?

  12. При следующих условиях для газа: V i = 0,665 л, T i = 23,6 ° C, V f = 1,034 л. Что такое T f в градусах Цельсия и Кельвина?

  13. Предполагая, что количество останется прежним, каким должен быть конечный объем газа, который имеет начальный объем 387 мл, начальное давление 456 торр и начальную температуру 65.0 ° C, конечное давление 1,00 атм и конечная температура 300 K?

  14. При нажатии на сопло баллончика 0,15 мл газа расширяется до 0,44 мл, а его давление падает с 788 торр до 1,00 атм. Если начальная температура газа составляет 22,0 ° C, какова конечная температура газа?

  15. Используйте закон идеального газа, чтобы показать, что 1 моль газа на STP имеет объем около 22.4 л.

  16. Используйте стандартный коэффициент преобразования, чтобы определить значение постоянной закона идеального газа R , которая имеет единицы измерения л · торр / моль · K.

  17. Сколько молей газа содержится в образце объемом 27,6 л при 298 К и давлении 1,44 атм?

  18. Сколько молей газа содержится в 0.066 л образца при 298 К и давлении 0,154 атм?

  19. Образец газообразного диоксида углерода 0,334 моль ограничен объемом 20,0 л и имеет давление 0,555 атм. Какова температура углекислого газа в кельвинах и градусах Цельсия?

  20. Что должно быть V для пробы газа, если n = 4.55 моль, P = 7,32 атм, T = 285 K?

  21. Каково давление 0,0456 моль газообразного Ne в объеме 7,50 л при 29 ° C?

  22. Каково давление 1,00 моль газообразного аргона, имеющего объем 843,0 мл и температуру -86.0 ° С?

ответов

  1. температура и количество газа

  2. Идентичность не имеет значения, потому что переменные закона Бойля не идентифицируют газ.

  3. Закон об идеальном газе подтверждает, что 22.4 л равняется 1 моль.

Обслуживание автомобильных кондиционеров — Euro Care Plus

Если с вашим автомобильным кондиционером возникнет серьезная проблема, вы можете столкнуться с новой терминологией.Такие слова, как «модернизация» и «альтернативный хладагент» теперь есть в глоссарии вашего механика. Вам может быть предоставлена ​​возможность «дооснащения» вместо простого ремонта и подзарядки фреоном. Модернизация включает в себя внесение необходимых изменений в вашу систему, которые позволят использовать новый принятый в отрасли «экологически чистый» хладагент R-134a. Этот новый хладагент имеет более высокое рабочее давление, поэтому вашей системе, в зависимости от возраста, могут потребоваться более крупные или более прочные детали, чтобы противостоять присущим ей характеристикам высокого давления.В некоторых случаях это значительно увеличит окончательную стоимость обслуживания автокондиционера, а если не будет выполнено должным образом, может снизить эффективность охлаждения, что приведет к более высоким эксплуатационным расходам и снижению комфорта.

Установлено, что автомобили имеют в основном три различных типа систем кондиционирования воздуха. Хотя каждый из трех типов отличается, концепция и дизайн очень похожи друг на друга. Наиболее распространенными компонентами, входящими в состав этих автомобильных систем кондиционирования воздуха, являются следующие:

  • КОМПРЕССОР
  • КОНДЕНСАТОР
  • ИСПАРИТЕЛЬ
  • ОТВЕРСТИЕ
  • КЛАПАН ТЕРМИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ
  • ПРИЕМНИК-ОСУШИТЕЛЬ
  • АККУМУЛЯТОР.

Примечание. Если в вашем автомобиле есть диафрагма, в ней не будет терморегулирующего клапана, поскольку эти два устройства служат одной и той же цели. Кроме того, у вас будет либо приемник-осушитель, либо аккумулятор, но не оба сразу.

Примечание: если в вашем автомобиле есть диафрагма, в ней не будет терморегулирующего клапана, поскольку эти два устройства служат одной и той же цели. Кроме того, у вас будет либо приемник-осушитель, либо аккумулятор, но не оба сразу.

Компрессор

Обычно называемый сердцем системы, компрессор представляет собой насос с ременным приводом, который крепится к двигателю.Он отвечает за сжатие и передачу хладагента.

Автоматическая система кондиционирования воздуха разделена на две стороны: сторону высокого давления и сторону низкого давления; определяется как нагнетание и всасывание. Поскольку компрессор в основном представляет собой насос, он должен иметь сторону всасывания и сторону нагнетания. Сторона всасывания или всасывания втягивает газообразный хладагент из выхода испарителя. В некоторых случаях это происходит через аккумулятор.

После того, как хладагент всасывается на сторону всасывания, он сжимается и отправляется в конденсатор, где затем может передавать тепло, которое поглощается изнутри автомобиля.

Конденсатор

Это область, в которой происходит рассеяние тепла. Конденсатор во многих случаях будет иметь такой же внешний вид, как и радиатор в вашем автомобиле, поскольку оба имеют очень похожие функции. Конденсатор предназначен для излучения тепла. Его расположение обычно перед радиатором, но в некоторых случаях из-за улучшения аэродинамики кузова транспортного средства его расположение может отличаться. Конденсаторы должны иметь хороший воздушный поток во время работы системы. На автомобилях с задним приводом это обычно достигается за счет использования охлаждающего вентилятора вашего двигателя.На автомобилях с передним приводом воздушный поток конденсатора дополняется одним или несколькими электрическими вентиляторами охлаждения.

Горячие сжатые газы попадают в верхнюю часть конденсатора и охлаждаются. По мере охлаждения газ конденсируется и выходит из нижней части конденсатора в виде жидкости под высоким давлением.

Испаритель

Испаритель, расположенный внутри автомобиля, выполняет функцию поглощения тепла. Испаритель выполняет несколько функций. Его основная задача — отвод тепла изнутри вашего автомобиля.Второстепенное преимущество — осушение. Когда более теплый воздух проходит через алюминиевые ребра змеевика более холодного испарителя, содержащаяся в воздухе влага конденсируется на его поверхности. Пыль и пыльца прилипают к влажным поверхностям и стекают наружу. Во влажные дни вы могли видеть, как вода капает со дна вашего автомобиля. Будьте уверены, это совершенно нормально.

Идеальная температура испарителя — 32 ° по Фаренгейту или 0 ° по Цельсию. Хладагент поступает в нижнюю часть испарителя в виде жидкости под низким давлением.Теплый воздух, проходящий через ребра испарителя, вызывает кипение хладагента (хладагенты имеют очень низкие точки кипения). Когда хладагент закипает, он может поглощать большое количество тепла. Затем это тепло уносится с хладагентом наружу автомобиля. Несколько других компонентов работают вместе с испарителем. Как упоминалось выше, идеальная температура для змеевика испарителя составляет 32 ° F. Для регулирования его температуры необходимо использовать устройства регулирования температуры и давления.Хотя существует множество вариантов используемых устройств, их основные функции одинаковы; поддержание низкого давления в испарителе и предотвращение его замерзания; Замерзший змеевик испарителя не будет поглощать столько тепла.

Устройства регулирования давления

Управление температурой испарителя может быть достигнуто путем управления давлением хладагента и потоком в испаритель. С 1940-х годов было введено множество вариаций регуляторов давления. Ниже перечислены наиболее часто встречающиеся.

Аккумуляторы

Накопители

используются в системах, в которых есть диафрагма для дозирования хладагента в испаритель.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*