Главная | Обратная связь

Физические основы искусственного охлажденияВ Мой Мир

Всякое тело, если оно имеет более высокую температуру, чем окружающая среда, охлаждается естественным путем. В этом случае тепло от более нагретого тела будет передаваться окружающей среде, а температура тела будет понижаться. Понижение температуры тела ниже температуры окружающей среды возможно только искусственным путем.

Для получения искусственного холода может быть применен любой физический процесс, связанный с отводом тепла. Наиболее эффективными являются процессы, сопровождаемые изменением агрегатного состояния вещества, т.е. переходом вещества из одного состояния в другое.

С изменением агрегатных состояний веществ мы встречаемся повседневно как в естественных условиях, так и в результате искусственных процессов: замерзание рек, кипение воды в чайнике, литье металлов, сжижение газов и пр.

Наиболее распространенные методы получения холода связаны с кипением или испарением некоторых жидкостей, а также плавлением и сублимацией определенных твердых тел. Сублимацией называется процесс перехода твердого вещества непосредственно в парообразное состояние.

Элементарным примером охлаждения при испарении жидкости может служить известное всем охлаждающее действие эфира или спирта при смачивании ими какого-либо участка нашего тела. Для примера охлаждения при плавлении и сублимации твердого вещества достаточно привести общеизвестное с давних пор использование водного льда, а также распространенное в настоящее время применение твердой углекислоты – сухого льда.

Охлаждение при кипении (испарении) жидкости или плавлении и сублимации твердого тела происходит в результате отнятия кипящей жидкостью или твердым телом тепла (теплоты парообразования, плавления, сублимации) от охлаждаемого объекта, отчего понижается его температура.

Однако охлаждение путем плавления и сублимации твердого вещества имеет недостаток: с изменением агрегатного состояния вещества его охлаждающие свойства теряются, и для обеспечения непрерывного процесса охлаждения необходимо это вещество все время пополнять новым.

Вещества, отбирающие тепло от охлаждаемого объекта, называются рабочими веществами, или холодильными агентами (хладагентами).

В качестве холодильных агентов, в зависимости от требуемого охлаждения, используют различные жидкости с низкими температурами кипения (испарения). Например, смесь дихлорэтилена кипит при температуре 50°С (при нормальном атмосферном давлении), аммиак -при минус 33,4° С, трифторметан – при минус 82,2° С и т. д.

Получение искусственного холода, т.е. отнятие тепла холодильным агентом от охлаждаемого объекта и отдача его более теплой окружающей среде, невозможно без затраты энергии в виде работы или тепла. Такой процесс осуществляют холодильные машины.
Холодильные машины, работа которых сопровождается кипением (испарением) жидкого холодильного агента, называют паровыми.

Принцип работы паровой холодильной машины заключается в следующем. В замкнутой системе машины циркулирует хладагент. Одна из основных частей холодильной машины, называемая испарителем, находится в среде, подлежащей охлаждению. Остальные элементы помещаются вне охлаждаемого объекта.

Если температура среды, окружающей испаритель, будет выше температуры кипения (испарения) хладагента при существующем в испарителе давлении, то жидкий хладагент, попав в испаритель, будет кипеть или испаряться за счет теплоты среды, окружающей испаритель.

Так как температура кипения жидкостей зависит от давления насыщающих паров и с понижением давления жидкости кипят при более низких температурах, в испарителе создается пониженное давление.

Для последующего использования хладагента, имеющегося в холодильной машине, его необходимо вновь перевести из парообразного состояния в жидкое. В связи с этим необходимо повысить давление паров хладагента и охладить их до температуры, при которой пары будут конденсироваться. Охлаждение паров хладагента и переход их в жидкое состояние (конденсация) происходят в конденсаторе, охлаждаемом водой или окружающим воздухом. Отдавая тепло этой среде и переходя в жидкое состояние, хладагент вновь поступает в испаритель, и процесс снова повторяется.

В бытовых холодильниках применяют паровые машины двух типов – компрессионные и абсорбционные.

Машины существенно отличаются по своему устройству. В компрессионных холодильных машинах циркуляция хладагента и сжатие его паров для конденсации-осуществляются компрессором, который приводится в действие электродвигателем. В абсорбционных холодильных машинах хладагент циркулирует за счет тепловой энергии, выделяемой при сжигании подводимого топлива или электронагреве.

В бытовых холодильниках наибольшее распространение получили компрессионные холодильные машины. Они имеют высокие эксплуатационные качества и надежны в работе, выделяются экономичным расходованием электроэнергии и достаточно низким уровнем шума. Абсорбционные холодильные машины потребляют больше электроэнергии, чем компрессионные, и имеют сравнительно небольшую холодопроизводительность. В то же время абсорбционные холодильные машины надежны в работе, совершенно бесшумны, технологически менее сложны в производстве и дешевле компрессионных.