2025-12-09 · 3m · مقالات

ترمودینامیک

ترمودینامیک

به هر تحولي که در آن حرارت گرفته مي شود تبريد مي گويند. سیکل تبرید فرآیند ترمودینامیکی است که بر اساس قانون دوم ترمودینامیک، انتقال حرارت از محیط کم‌دما به محیط پر ‌دما را با ورود کار خارجی ممکن می‌سازد. این فرایند معکوس، برخلاف انتقال طبیعی حرارت، نیاز به کار مکانیکی دارد. اصل انرژی برای سیستم تبرید به معادله‌ی  خلاصه می‌شود، که در آن QH گرمای تحویل‌شده به محیط گرم، QL گرمای جذب‌شده از محیط سرد، و W کار ورودی است. مهم‌ترین پارامتر برای ارزیابی کارایی سیستم تبرید، ضریب عملکرد یا COP است، که از رابطه‌ی

  محاسبه می‌شود. این ضریب نشان‌دهنده‌ی میزان حرارتی است که برای هر واحد کار ورودی جذب می‌شود. هرچه COP بزرگ‌تر باشد، سیستم تبرید کارایی بیشتری دارد و مصرف انرژی کمتری خواهد داشتسیکل تبرید از چهار فرایند ترمودینامیکی متوالی تشکیل شده است که هر کدام نقش مهمی در عملکرد کلی سیستم ایفا می‌کند. مرحله‌ی اول، فشرده‌سازی است که در آن بخار مبرد با فشار کم و دمای پایین به کمپرسور وارد می‌شود. در اینجا، مبرد تحت فشردگی ایزنتروپیک (بدون انتقال حرارت) قرار می‌گیرد و فشار و دمای آن به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد.

در این فرایند، انتروپی ثابت می‌ماند یعنی  می‌باشد و کار ورودی کمپرسور از رابطه‌ی  محاسبه می‌شود. بخار داغ و فشرده‌شده سپس وارد مرحله‌ی دوم، یعنی تراکم می‌شود. در مرحله‌ی دوم، بخار داغ فشرده‌شده وارد کندانسور می‌شود، جایی که حرارت خود را به محیط اطراف واگذار می‌کند. این محیط می‌تواند هوا باشد (در سیستم‌های معمول) یا آب (در سیستم‌های صنعتی بزرگ‌تر). در این فرایند ایزوبار، فشار ثابت می‌ماند اما دما کاهش می‌یابد و مبرد از حالت بخار به مایع تبدیل می‌شود.

مرحله‌ی سوم، انبساط است. در این مرحله، مایع با فشار بالا از شیر تنظیم (expansion valve) عبور می‌کند، جایی که فشار به‌طور ناگهانی و قابل‌توجهی کاهش می‌یابد. این فرایند آنتالپی است، یعنی ، اما این فرایند غیرقابل‌برگشت است و انتروپی آن افزایش می‌یابد. در نتیجه‌ی این افت فشار ناگهانی، مبرد از مایع تک‌فاز به مخلوط دو‌فاز تبدیل می‌شود.

مرحله‌ی چهارم و پایانی، تبخیر یا جذب حرارت است. این مخلوط سردی مایع‌بخار مبرد وارد اواپراتور می‌شود، جایی که از محیط سردی که می‌خواهیم آن را خنک کنیم، حرارت جذب می‌کند. این فرآیند ایزوبار است، یعنی فشار ثابت می‌ماند. در این مرحله دمای آن افزایش می‌یابد و به‌تدریج از حالت مخلوط به بخار کامل تبدیل می‌شود. بخار خروجی از اواپراتور سپس دوباره به کمپرسور برگردانده می‌شود و سیکل تکرار می‌شود. این چهار مرحله‌ی متوالی، سیکل کامل تبرید را فراهم می‌سازد.

انواع مختلفی از سیکل های تبرید وجود دارد که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند.

دستگاه RT055 یک دستگاه پمپ حرارتی است که توسط آن می‌توان سیکل تبرید را به خوبی مورد بررسی قرار داد. یک دستگاه آزمایشگاهی پیشرفته است که توسط آن می توان ضریب عملکرد و نحوه کارکرد سیکل تبرید را مورد بررسی قرار داد. همچنین به دستگاه RT053 که سیکل تبرید تراکمی و دستگاه RT054 که سیکل تبرید جذبی آمونیاک است، می توان اشاره کرد.