Холодильная машина и комплекс составляющих ее технических элементов. Перенос тепла к источнику, температура которого значительно выше окружающей среды, при помощи холодильной машины. Классификация холодильных машин по виду затрачиваемой энергии.
Холодильная машина состоит из комплекса технических элементов, при посредстве которых за счет потребляемой при этом энергии происходит перенос тепла от источника низкой температуры - теплоотдатчика - к источнику с более высокой температурой - теплоприемнику. Обычно холодильная машина переносит тепло от источника, температура которого ниже окружающей среды, воде или воздуху; в этом случае машина служит для охлаждения или поддержания низких температур в определенном объеме - холодильной камере. При помощи холодильной машины тепло можно перенести к источнику, температура которого значительно выше окружающей среды. Холодильные машины применяются в пищевой, мясоперерабатывающей, молочной промышленности и сельском хозяйстве для замораживания и хранения пищевых продуктов, в химической и нефтеперерабатывающей промышленности при производстве синтетических волокон, каучука, спирта и т.д.; для кондиционирования воздуха в промышленных цехах предприятий, в общественных и административных зданиях и в бытовых помещениях, в горно-металлургической промышленности при проходке неустойчивых пластов грунта и т.д. Согласно этому методу, для первой точки цикла энтропия будет равна: = --R· , идеальный цикл холодильная машина где разность - учитывает изменение энтропии в зависимости от температуры, а член R ln (P1/P0) учитывает влияние давления на энтропию.
Введение
Холодильная машина состоит из комплекса технических элементов, при посредстве которых за счет потребляемой при этом энергии происходит перенос тепла от источника низкой температуры - теплоотдатчика - к источнику с более высокой температурой - теплоприемнику. Обычно холодильная машина переносит тепло от источника, температура которого ниже окружающей среды, воде или воздуху; в этом случае машина служит для охлаждения или поддержания низких температур в определенном объеме - холодильной камере.
При помощи холодильной машины тепло можно перенести к источнику, температура которого значительно выше окружающей среды. Это тепло можно полезно использовать, например, для отопления. В этом случае холодильную машину принято называть тепловым насосом.
По виду затрачиваемой энергии холодильные машины разделяются на компрессионные, теплоиспользующие и термоэлектрические. Компрессионные машины потребляют механическую энергию, теплоиспользующие - тепловую энергию источников тепла с температурой выше окружающей среды, термоэлектрические машины используют непосредственно электрическую энергию.
Для расчета, конструирования и эксплуатации холодильных машин необходимо знание сопротивления материалов, теории машин и механизмов, деталей машин, электротехники.
Над созданием первых холодильных машин работали многие ученные, изобретатели и инженеры. В развитие теории холодильных машин внесли большой вклад советские ученые - П.Л. Капица, А.А. Саткевич, В.С. Мартыновский, И.П. Усюкин, И.И. Левин, Ф.М. Чистяков, В.М. Бродянский, В.Е. Цыдзик и др.
Холодильные машины применяются в пищевой, мясоперерабатывающей, молочной промышленности и сельском хозяйстве для замораживания и хранения пищевых продуктов, в химической и нефтеперерабатывающей промышленности при производстве синтетических волокон, каучука, спирта и т.д.; для кондиционирования воздуха в промышленных цехах предприятий, в общественных и административных зданиях и в бытовых помещениях, в горно-металлургической промышленности при проходке неустойчивых пластов грунта и т.д.
1. Расчет идеального цикла воздушной холодильной машины
2. Определение параметров воздуха в характерных точках цикла ВХМ.
Рабочее тело ВХМ (воздух) рассматриваем как идеальный газ. Параметры р, V, T находятся с помощью уравнения состояния идеального газа и уравнения адиабатного процесса: P1V1 =T1 R - уравнение состояния идеального газа;
V1= , V1 = =0,7835 м3/ кг.
- уравнение адиабаты;
м3/ кг
P2 V2 =T2 R;
T2 = , T2 = =449 К.
P3 V3 =T3 R;
V3 = , V3 = = 0,1722 м3/кг.
, 0,5969 м3/кг.
P4 V4 =T4 R;
T4 = , T4 = 208 К.
Значение энтальпий h и внутренней энергии U воздуха выбираются для соответствующих температур из справочных таблиц термодинамических функций. Расчет энтропии S для характерных состояний цикла рекомендуется провести по методу "конечной энтропии". Отсчет S принимается от нормальных условий (Р0=101325Па и Т=273,15К), т.е. энтропия газа при этих условиях принимается равной нулю (S=0).
Согласно этому методу, для первой точки цикла энтропия будет равна: = - -R· , идеальный цикл холодильная машина где разность - учитывает изменение энтропии в зависимости от температуры, а член R ln (P1/P0) учитывает влияние давления на энтропию. Величина берется из справочных таблиц /2/ при Т1, а значение - при Т=273,15К;
t1 =273 - 273= 0?С => =6,6103 ;
t0 = 273 - 273= 0?С => =6,6103 ;
S1=S01 - S00-R ln (P1/P0)
S1 =6,6103-6,6103-0,287· ln ( ) = 0,003778 .
Для точки 2 S2=S1, так как процесс 1-2 изоэнтропный.
Для точки 3 цикла энтропия будет равна: = - - R· ;
где и берется из справочных таблиц по значениям температур Т3 и Т0 соответственно: t3= 342 - 273 =69?С, => = 6,83664 ;
S3=6,83664-6,6103-0,287·ln ( ) = - 0,269396 , Для точки 4 цикла S4=S3, так как процесс 3-4 изоэнтропный.
Результаты расчетов параметров сводим в таблицу 1.
Таблица №1.
Точка цикла Р, МПА V, м3/кг Т, К U, КДЖ/кг h, КДЖ/кг S, КДЖ/кг*К
1 0,1 0,7835 273 194,9 273,32 0,003778
2 0,57 0,226 449 322,11 451,06 0,003778
3 0,57 0,1722 342 244,42 342,65 - 0,269396
4 0,1 0,5969 208 148,39 208,15 - 0,269396
3. Построение цикла ВХМ в PV - и TS - диаграммах
На основе таблицы 1 методического указания построим цикл ВХМ в PV - диаграмме. Для построения адиабат 1-2 и 3-4 в PV - диаграмме дополнительно вычисляем параметры промежуточных точек 5 и 6 на этих адиабатах. Для промежуточных точек выбирается значение удельного объема: V5= 0,5 · (V1 V2) = 0,5 · (0,7835 0,226) = 0,5048 ;
Затем из первого уравнения адиабатного процесса вычисляем значение давления Р5 и Р6 на адиабатах 1-2 и 3-4 соответственно: Для промежуточных точек вычисляем значение давлений:
, .
Нанесем характерные точки цикла в PV - диаграмме (в масштабе) и соединяем их линиями (1-5-2; 2-3; 3-6-4; 4-1).
В TS - диаграмме адиабаты 1-2 и 3-4 изображаются вертикальными линиями. Для построения изобар дополнительно вычисляются параметры промежуточных точек 7 и 8. Промежуточную точку определим по температуре: T7= 0,5 · (T3 T2) = 0,5 · (342 449) = 395,5 K.
По этой температуре вычисляем соответствующее значение энтропии: t7 = 395,5 - 273 = 122,5 ?С, = 6,9833 , где S70 берем из справочных данных их таблицы /2/ по значению Т7.
S7 = S - S - R ln , S7=6,9833-6,6103-0,287·ln ( ) = - 0,1227 , Для изображения изобары 4-1 выбираем промежуточную температуру Т 8: T8=0,5 (T4 T1) = 0,5 (208 273) = 240,5 K, затем вычисляем энтропию: t = 240,5 - 273 = - 32,5 К, = 6,4833 , где значение взят из справочных данных таблицы /2/ по Т8: S8 = S - S - R ln , S8=6,4833-6,6103-0,287·ln ( ) = - 0,1232 , По полученным значениям S8, S7 и на основе таблицы 1 наносим характерные точки 1; 2; 3; 4; 8; 7; на TS - диаграмме (в масштабе) и соединяем их линиями (1-2; 2-7-3; 3-4; 4-8-1).
4. Определение изменения параметров DU, dh, DS и величин q и l во всех процессах цикла ВХМ.
Работа, затраченная в цикле ВХМ, равна разности работ компрессора lk детандера lд: Величина lk определяется из аналитического выражения 1-го закона термодинамики для потока: где для адиабатного процесса 1-2 q=0.
Можно также принять lкэ=0, а техническая работа LT для неохлаждаемого компрессора есть не что иное, как работа компрессора (LT=lk). Тогда получаем: Аналогично можно записать выражение и для работы, получаемой в детандере: Тогда: 6. Определение удельной холодопроизводительности и удельной тепловой нагрузки в теплообменнике - охладителе. где q0 - удельная холодопроизводительность, где q - удельная тепловая нагрузка в теплообменнике - охладителе.
7. Проверка энергетического баланса ВХМ.
8. Определение массового расхода хладагента (воздуха).
9. Определение мощностей Nk, Ng, Nц.
Мощность компрессора: Мощность детандера: Мощность, затраченная на получение холода: 10. Определение холодильного коэффициента ВХМ.
Холодильный коэффициент ВХМ представляет собой отношение удельной холодопроизводительности q0 к затраченной работе lц: (1)
11. Определение холодильного коэффициента обратного цикла Карно.
Для получения холода минимальная работа затрачивается в идеальном обратном цикле Карно 1-5-3-6 (рис.1). Из рисунка следует, что площадь цикла Карно 1-5-3-6 значительно меньше, чем площадь цикла ВХМ. Следовательно, согласно (1), холодильный коэффициент цикла ВХМ существенно меньше холодильного коэффициента цикла Карно, осуществляемого в том же интервале минимальной Т1 и максимальной Т3 температур, для которого: .
12. Определение эксергетического КПД ВХМ.
Эксергетический КПД ВХМ отражает эффективность работы установки вследствие потерь эксергии. Последние же возникает по причине внешней необратимости - теплопереноса в теплообменниках при конечной разности температур. Эксергетический КПД представляет собой отношение эксергии полученного холода , т.е. полезного эффекта холодильной установки, к затраченной энергии : или с учетом (1) получим: Здесь - мощность, затраченная в цикле, КВТ: - коэффициент работоспособности холода;
- средняя температура хладоагента в процессе 4-1;
- температура окружающей среды;
Список литературы
Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика. Учебное пособие для ВУЗОВ. - М., "Машиностроение", 1972. - 672с.
Термодинамические свойства газов. Справочник - 4-е издание перераб.М., Энергоатомиздат., 1987. - 288с.
Дубинский М.Г. Воздушные и газовые турбохолодильные машины. - М: Знание, 1968. - 256 с.
Кошкин Н.Н. Холодильные машины.М. Знание, 1973. - 356 с.
Б.В. Нащокин. Техническая термодинамика и теплопередача: Учеб. пособие для вузов. - 3-е изд., испр. И доп. - М.: Высш. школа, 1980. - 469 с., ил.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
