Рабочее вещество – холодильный агент (ХА) при работе холодильной машины, пребывая в различных ее элементах (компрессор, конденсатор, испаритель и т.п.), претерпевает различные изменения своего состояния:
жидкость – пар, нагрев – охлаждение, расширение – сжатие.
Любое состояние вещества можно описать такими параметрами его состояния как давление, температура, энтальпия, энтропия. Любые изменения параметров состояния для идеального газа, как известно можно описать уравнением состояния идеального газа PV=RT. Для реальных газов – холодильных агентов это уравнение неприменимо.
Для реальных хладагентов связь между параметрами для удобства технических расчетов представляется графически. Графические зависимости связи между параметрами, представленные в двухмерной системе координат, принято называть диаграммами.
Важным преимуществом диаграмм состояния по сравнению с таблицами термодинамических свойств хладагентов является их наглядность, хотя численные значения величин, которые можно получить из диаграмм, по точности уступают таблицам.
Такие параметры состояния, как объем произвольной массы газа, энтальпия и энтропия являются экстенсивными величинами, т.е. зависящими от массы вещества, поэтому диаграммы построены для удельных величин. Наиболее употребительными являются диаграммы, построенные в системе координат s-T и i-lgP (рис.1а,б).
Рис. 1 Диаграммы состояния: а) T-s, б) lgP-i
В s-T диаграмме (рис. 1а) по горизонтальной оси откладывают энтропию, а по вертикальной - температуру. Следовательно, сетка диаграммы образована изотермами (горизонтальные линии) и линиями постоянной энтропии - изоэнтропами, которые, являются также адиабатами.
Изобары (линии постоянных давлений) в области влажного пара параллельны оси абсцисс и совпадают с изотермами – (линиями постоянных температур). В области перегретого пара они круто поднимаются вверх. Изобары в области жидкости практически совпадают с левой пограничной кривой и незначительно отклоняются от нее вблизи критической точки. Изохоры – (линии постоянных объемов) в области перегретого пара идут круче изобар.
Диаграмма s-T удобна для анализа работы холодильной машины, т.к. подведенное и отведенное тепло в процессах в этой диаграмме изображается площадями (òdq = òТds).
В диаграмме i-lgP (рис. 1б) сетка образована линиями постоянной энтальпии и изобарами. Изотермы в области влажного пара совпадают с изобарами, в области перегретого пара они круто опускаются вниз. В области жидкости изотермы практически вертикальны. Отведенное и подведенное тепло на диаграмме изображается отрезками энтальпий.
Холодильный агент, произведя определенную работу, возвращается в свое исходное состояние, совершая круговой процесс или цикл. Такие циклы в диаграммах состояния рабочего вещества удобны для расчетов холодильных машин.
Рис. 2 – Схема холодильной машины и цикл в диаграмме i-lgP