Ψύξη: κύκλος συμπύκνωσης vs κύλου Brayton

[AlexisPap]

Ο κυρίαρχος θερμοδυναμικός κύκλος στις εγκαταστάσεις ψύξεως περιλαμβάνει την συμπύκνωση και εξάτμιση του ψυκτικού υγρού (Vapor-compression refrigeration) και καταχρηστικά ονομάζεται ενίοτε κύκλος Brayton.

 

Ο κύκλος αυτός έχει μειωμένη απόδοση εν σχέση με τον ανάστροφο κύκλο Brayton ή τον ανάστροφο κύκλο Rankine, τόσο λόγω των απωλειών που σχετίζονται με την αλλαγή φάσης του ρευστού, όσο και με την ισεντροπική εκτόνωση. Παράλληλα, απαιτεί τα στοιχεία συμπυκνώσεως και εξατμίσεως να λειτουργούν σε ένα σχετικά στενό εύρος θερμοκρασιών προκειμένου να είναι αποδεκτή η απόδοσή του.

 

Αντίθετα, οι άλλοι δύο θερμοδυναμικοί κύκλοι έχουν υψηλότερη απόδοση, καθώς περιλαμβάνουν μία αδιαβατική εκτόνωση κατά την οποία μέρος της ενέργειας ανακτάται ως μηχανική ενέργεια στον άξονα του συμπιεστή, ενώ παράλληλα καθίσταται εφικτό να επιτευχθούν πολύ χαμηλές θερμοκρασίες.

 

Για ποιον λόγο δεν υπάρχουν στην αγορά αντλίες θερμότητας βασισμένες σε αυτούς του θερμοδυμανικούς κύκλους;

Edited Ιούλιος 31 , 2012 by AlexisPap

[kosmas85]

Το πιο "κοντινο" κυκλο οπου θα λεγαμε οτι προσεγγιζει τις ψυκτικες μηχανες ειναι το κυκλο rankine αλλα το πραγματικα ιδανικο *με υπερθερμανη στον εξατμιστη και υποψυξη στον συμπυκνωτη) και οχι το κυκλο brayton η carnot . To carnot αντι για εκτονωτικη διαταξη εχει μια αντλια. Ο κυκλος rankine κατα αρχας υπερτερει του carnot στη καταλληλοτητα της χρησιμοποιησης ενος συμπιεστη για αναρροφηση και καταθλιψη ατμου παρα μιγματος υγρου ατμου οπως απαιτειται στον carnot. Επισης ειναι απλουστερη η διαδικασια της εκτονωσης με εκτονωτικη βαλβιδα παρα με εκτονωτικο μηχανημα οπου θα παραλαμβανει κορεσμενο ατμο και θα παρεχει μιγματα ατμου υγρου οπως απαιτειται.(ο λογος που δεν επικρατησε το κυκλο που περιγραφεις οπου προσδιδει ενεργεια στον συμπιεστη κατα την εκτονωση)

(εβαλα στο παιχνιδι τον carnot γιατι θεωρω οτι καπου εκει εχεις το μυαλο σου και οχι στον brayton)

 

To κυκλο brayton ειναι κυκλο ισχυος αεριοστροβιλου με θαλαμο καυσης ενω αν σκεφτουμε τον αναστροφο κυκλο brayton θα ηταν ενας κυκλος carnot πανω κατω αλλα οχι ατμου αλλα κυκλο αερα (ανοιχτου η κλειστου οπως διαχωριζονται)

 

Σχετικη βιβλιογραφια :Εφαρμοσμενη θερμοδυναμικη Π.Κ.Νικα. Τομος δευτερος

Edited Ιούλιος 31 , 2012 by kosmas85

[AlexisPap]

Αναφέρω Brayton επειδή έχω στον νου μου δύο ισοβαρείς και δύο αδιαβατικές μεταβολές: Αδιαβατική συμπίεση και εκτόνωση, ισοβαρή πρόσληψη θερμότητα στο "στοιχεία ατμοποιήσεως" και ισοβαρή αποβολή θερμότητας στο "στοιχεία συμπυκνώσεως"...

 

Η ουσιώδης διαφορά είναι ότι μιλάω για αντλία θερμότητα που δεν περιλαμβάνει αλλαγή φάσης (επομένως οι όροι ατμοποίηση και συμπύκνωση δεν ισχύουν).

[kosmas85]

Τωρα συννεοηθηκαμε καπως. Επομενως λες για ενα αναστροφο κυκλο ισχυος αερα. Ναι σαν λογικη θα μπορουσε να γινει αλλα μαλλον η χαμηλη αποδοση ειναι ο λογος. Το κυκλο brayton εχει αποδοση 45-55% λιγοτερο δηλαδη και απο το κυκλο otto - diesel, αναλογα τις πιεσεις και γενικα χρησιμοποιειται σε εφαρμογες οπου προταιρεοτητα ειναι η ταχυτητα. Γιαυτο το λογο και εχει εφαρμογη στα πεδια της αεριοπροωσης, προωσης πλοιων, στη παραγωγη ηλεκ. ενεργειαςκαι σε αλλα συνδιαστικα κυκλα ισχυος(ΜΕΚ και αεριοστροβιλοεγκαταστασεις) (cogenerations).

[nvel]

αυτό που περιγράφετε είναι σύστημα κλιματισμού αεροπλάνων

[aiche]

Εμείς στο μάθημα της Τεχνικής Θερμοδυναμικής τον κύκλο του Brayton τον λέγαμε κύκλο του Joule.

Ο κύκλος του Joule χρησιμοποιείται στις μηχανές συνεχούς ροής (π.χ. αεριοστρόβιλοι) και είναι παρόμοιος με τον κύκλο του Otto.

[AlexisPap]

Συνάδελφοι, σας ευχαριστώ όλους για τις απαντήσεις σας.

 

Τελικά είναι λάθος όλος ο προβληματισμός.

 

Ο κύκλος αυτός έχει μειωμένη απόδοση εν σχέση με τον ανάστροφο κύκλο Brayton ή τον ανάστροφο κύκλο Rankine, τόσο λόγω των απωλειών που σχετίζονται με την αλλαγή φάσης του ρευστού, όσο και με την ισεντροπική εκτόνωση. Παράλληλα, απαιτεί τα στοιχεία συμπυκνώσεως και εξατμίσεως να λειτουργούν σε ένα σχετικά στενό εύρος θερμοκρασιών προκειμένου να είναι αποδεκτή η απόδοσή του.

 

Οι κύκλοι Brayton και Rankine έχουν μεγαλύτερη απόδοση από τον Brayton με αλλαγή φάσης όταν εξελίσσονται στην ορθή φορά (μηχανές). Όταν τους εξετάζουμε για ψυκτικές μηχανές, αυτός που έχει την μέγιστη απόδοση είναι εκείνος που περικλείει το μικρότερο έργο εν σχέση με την μεταφερόμενη θερμότητα (δηλαδή εκείνος που θα ήταν ο πλέον ακατάλληλος για χρήση σε μηχανή).

 

Ένα διάγραμμα είναι αποκαλυπτικό:

 

Μολονότι οι δύο κύκλοι που απεικονίζονται είναι και οι δύο Brayton, και μολονότι περιλαμβάνουν περίπου το ίδιο μηχανικό έργο, ο μπλε κύκλος (που περιλαμβάνει αλλαγή φάσης του ρευστού) έχει μία πολύ μακρύτερη ισοβαρή γραμμή (αναφέρομαι στην κάτω ισοβαρή), που σημαίνει βεβαίως πολύ περισσότερη αποδιδόμενη θερμότητα...

 

Ακόμη, μερικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι στους καθαρούς κύκλους Brayton και Rankine, μπορεί να έχουμε πολύ μεγάλο εύρος θερμοκρασιών, αλλά η απόδοση και η θερμική ισχύς μεταβάλλονται δραματικά με την μεταβολή των θερμοκρασιών αυτών, καθιστώντας αναποτελεσματική την χρήση τους για μεταφορά θερμότητας από περιοχές με σημαντικά μεταβαλλόμενη θερμοκρασία.

 

Οπότε, είναι προφανές ότι οι κύκλοι Brayton και Rankine (αέριας μόνον φάσης) είναι ακατάλληλοι για ψυκτικές μηχανές.

 

Τέλος διαπιστώνω ότι στην βιομηχανία όταν πρέπει να γίνει ψύξη σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες χρησιμοποιείται το φαινόμενο Joule-Thomson σε ανοιχτούς κύκλους.

Edited Σεπτέμβριος 29 , 2012 by AlexisPap