Главная | Обратная связь
МегаЛекции

Компрессионного холодильника





ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"Ивановская государственная текстильная академия"

 

 

Кафедра проектирования текстильного

отделочного оборудования

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

БЫТОВЫХ МАШИН И ПРИБОРОВ

РАСЧЕТ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ

ХОЛОДИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ БЫТОВЫХ

КОМПРЕССИОННЫХ ХОЛОДИЛЬНИКОВ

Методические указания

для студентов направления подготовки 230000 Сервис

специализации 230708 Сервис бытовых машин и приборов

дневной и заочной форм обучения

 

ИВАНОВО 2006

 

В методических указаниях рассмотрены вопросы, связанные с процессами получения холода в бытовых холодильных приборах. Использованы основные сведения из термодинамики и теории теплообменных процессов.

Данные методические указания позволяют студентам изучить вопросы, связанные с устройством современных бытовых приборов, анализом их технического состояния, основами расчета, определения и выбора рациональных параметров.

 

 

Составители: канд. техн. наук, проф. Б.В. Яблоков

доц. С.В. Белов

 

 

Научный редактор д-р техн. наук, проф. Ю.Г. Фомин

 

 

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 2

 

"РАСЧЕТ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ

ХОЛОДИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ БЫТОВЫХ

КОМПРЕССИОННЫХ ХОЛОДИЛЬНИКОВ"

 

Цель и задачи практического занятия

1.1. Ознакомиться с основными рабочими процессами и принципиальной схемой холодильного агрегата бытовой компрессионной холодильной машины.

1.2. Изучить методы определения основных термодинамических параметров состояния холодильного агента и показателей термодинамической эффективности цикла холодильного агрегата.

1.3. Произвести расчет всех термодинамических параметров состояния рабочего вещества в узловых точках цикла и основных показателей цикла в соответствии с вариантом задания.

 

Методика расчета цикла холодильного агрегата бытового компрессионного холодильника



Цикл паровой компрессионной холодильной машины представляет собой замкнутую последовательность процессов, происходящих в отдельных элементах холодильного агрегата.

Конструктивное исполнение холодильных агрегатов бытовых холодильников может быть различным, однако они всегда включают в себя следующие основные элементы: компрессор, конденсатор, фильтр – осушитель, капиллярную трубку, испаритель, всасывающий трубопровод (рис.1). Часть капиллярной трубки и всасывающего трубопровода, находящиеся в тепловом контакте, образуют регенеративный теплообменник.

Цикл холодильного агрегата бытового холодильника обычно строится в диаграммах температура – энтропия (Т – S) и давление – энтальпия (P – i)

Все поле диаграмм Т - S и P - i двумя пограничными кривыми - линией насыщенной жидкости (слева) и линией насыщенного пара (справа) разделяется на три зоны. Слева от левой пограничной кривой находится область переохлажденной жидкости. Между левой и правой пограничными кривыми - область влажного пара. Справа от правой пограничной кривой находится зона перегретого пара.

Цикл холодильного агрегата бытового холодильника (рис.2) осуществляется одновременно в трех областях: переохлажденной жидкости, влажного пара и перегретого пара.

Любая точка на диаграммах характеризуется пятью основными термодинамическими параметрами: давлением - Р (´105Па), температурой - t (°С), энтропией - S (кДж/кг×К), энтальпией - i (кДж/кг), удельным объемом - v (м3/кг). Зная значения любых двух параметров, можно найти три остальных.

На диаграммах (рис.1) изображены основные процессы, протекающие в холодильном агрегате.

Линия 2-5 – процесс кипения хладагента в испарителе; процесс изобарический, изотермический. Паросодержание хладагента в области влажного пара изменяется до х = 1 (правая пограничная кривая). Точка 2 характеризует начало, а точка 5 – окончание процесса кипения, т.е. в точке 5 - 100% пара.

Линия 5–6 –процесс перегрева всасываемых паров во всасывающей трубке на пути из испарителя в компрессор. В процессе повышается температура, давление остается постоянным. Перегрев паров происходит за счет регенеративного теплообмена с жидким хладагентом в капиллярной трубке (линия3-4).

Рисунок 1 – Цикл холодильного агрегата бытового

компрессионного холодильника

Линия 6-7 - процесс адиабатического изоэнтропного сжатия в цилиндре компрессора. Изменяются все параметры, за исключением энтропии (S = соnst). Адиабатический процесс – это процесс, проходящий без теплообмена с окружающей средой.

Линия 7-8 - процесс охлаждения паров хладагента, который протекает на пути от нагнетательного клапана компрессора до того участка конденсатора, где начинается процесс конденсации. В этом процессе постоянным остается давление.

Линия 8-9 - процесс конденсации, который происходит в конденсаторе при постоянных значениях давления и температуры. В процессе снижается паросодержание от х = 1 до х = 0. Точка 9 характеризует окончание процесса, когда полностью закончен фазовый переход хладагента из парообразного состояния в жидкое.

 

Рисунок 2 – Принципиальная схема холодильного агрегата

бытового компрессионного холодильника:

1 - компрессор; 2 - конденсатор; 3 – фильтр – осушитель; 4 -капиллярная трубка; 5 - испаритель; 6 - всасывающий трубопровод;

*1 - *9 - реперные точки, отмеченные на Т - S и P - i диаграммах.

Линия 9-1 - процесс переохлаждения жидкости в части конденсатора после завершения процесса конденсации и в фильтре – осушителе (цеолитовом патроне). В данном процессе снижается температура и незначительно снижается давление.

Линия 1-3-4-2 соответствует процессу дросселирования холодильного агента в капиллярной трубке. В связи с тем, что процесс протекает при разных условиях теплообмена, целесообразно разделить его на три стадии.

Линия 1-3 - процесс дросселирования жидкого хладагента в капиллярной трубке при теплообмене с окружающей средой. Данная стадия процесса дросселирования начинается на входе в капиллярную трубку и завершается на входе в регенеративный теплообменник. В процессе дросселирования 1-3 снижаются давление и температура хладагента.

Линия 3-4 - процесс дросселирования хладагента в капиллярной трубке при регенеративном теплообмене с всасываемыми из испарителя парами. На данной стадии процесса дросселирования снижаются давление, температура и начинается частичное парообразование хладагента.

Линия 4-2 – адиабатический изоэнтальпический процесс дросселирования. Данная стадия процесса дросселирования начинается на выходе капиллярной трубки из регенеративного теплообменника и завершается в конце капиллярной трубки, т. е. непосредственно в испарителе. В процессе 4-2 происходит снижение давления и температуры хладагента и продолжается парообразование, при котором часть жидкого хладагента превращается в пар.

Температура жидкого хладагента после регенеративного теплообмена определяется из условия теплового баланса: количество тепла, подведенного к пару (i6 - i5), равно количеству тепла, отведенного от жидкости (i3 - i4):

i4 = i3 - i6 + i5. (1)

Теоретический цикл работы холодильного агрегата бытового холодильника может быть построен по следующим исходным данным:

tо - температура кипения хладагента в испарителе;

tк - температура конденсации хладагента в конденсаторе;

tпер - температура перегрева паров, всасываемых в цилиндр компрессора;

tо.с.- температура окружающей среды;

tпо - температура переохлаждения жидкости перед дросселированием.

Построение теоретического цикла по исходным данным и определение с помощью таблиц или диаграмм параметров хладагента в реперных точках позволяет провести приближенный расчет основных элементов холодильного агрегата.

Основные показатели термодинамической эффективности цикла рассчитываются по следующим формулам.

1. Удельная массовая холодопроизводительность, кДж/кг:

qо = i5 - i2. (2)

2. Удельная изоэнтропическая работа компрессора, кДж/кг:

s = i7 - i6. (3)

3. Удельное количество теплоты, отведенное в конденсаторе, кДж/кг:

qк = i8 - i9. (4)

4. Холодильный коэффициент теоретического цикла:

e = qо / ℓs. (5)

Построение теоретического цикла работы холодильного агрегата рассмотрим на примере по следующим исходным данным: tо= -30°С; tк = 30°С; tо.с. = 20°С; tпер = 23°С.

Температура переохлаждения определяется из соотношения:

tпо = tк - (2…4) °С. (6)

Построение цикла удобно начинать с точки 5 и нанесения линии, изображающей на диаграммах Т - S и Р - i процесс кипения. В области влажного пара этот процесс совпадает с изобарой, соответствующей давлению кипения Ро=1,002´105 Па (tо=-30°С).

Параметры точки 5 определяются по заданной температуре tо из таблицы термодинамических свойств насыщенных паров хладагента R12 (приложение 5.2). В таблицах термодинамических свойств параметры жидкости обозначаются одним штрихом (v¢, i¢, S¢), а параметры паровой фазы – двумя штрихами (v², i², S²).В точке 5 хладагент находится в паровой фазе, поэтому из таблицы 5.2 выбираем значения v², i², S².

Точка 6, характеризующая состояние пара, поступающего в цилиндр компрессора, находится в области перегретых паров. Параметры точки 6 определяются из таблицы термодинамических свойств перегретых паров хладагента (приложение 5.3) по давлению Ро и заданной температуре tпер. В рассматриваемом примере tпер = 23°С, поэтому значения удельного объема, энтальпии и энтропии находятся по таблице 5.3 перегретых паров для Ро = 1,002´105 Па и tпер = 23°С.

В таблице 5.3 все параметры даны с шагом по температуре в 5°С, поэтому для промежуточных значений температуры используется метод линейной интерполяции. Метод основан на предположении о линейном характере изменения значений функции в интервале между двумя заданными значениями аргумента. Реализацию этого метода рассмотрим на примере (рис.3).

 

Рисунок 3 – Пример использования метода

Линейной интерполяции

Согласно методу линейной интерполяции при заданных значениях аргумента Z1 и Z2 и условии (Z1<Z2) приведены значения функции Y1 и Y2. Для нахождения значения функции Y при промежуточном аргументе Z используется уравнение прямой линии (линия 1-2 на рис.3):

, (7)

где . (8)

В рассматриваемом примере в табл. 5.3 при давлении Ро = 1,002´105 Па приведены значения температуры 20 и 25°С. Для определения удельного объема, энтальпии и энтропии при промежуточных значениях температуры используются приведенные выше уравнения:

Аналогично по уравнениям (7) и (8) определяются значения энтальпии i6=570,12 кДж/кг и энтропии S6=4,6943 кДж/кг×К.

В случае, если значение давления Ро в табл. 5.3 отсутствует, но есть значение температуры tпер, все необходимые параметры также определяются с помощью метода линейной интерполяции. В качестве аргумента Z используется давление, а значения удельного объема, энтальпии и энтропии рассчитываются из уравнения (7).

Состояние пара в конце процесса сжатия характеризуется точкой 7, находящейся на пересечении адиабаты сжатия (S6 = S7 = 4,6943 кДж/кг) с изобарой конденсации, соответствующей заданной температуре конденсации.

Для определения температуры, удельного объема и энтропии в точке 7 предварительно из табл. 5.2 по температуре конденсации tк = 30°С находится давление конденсации Рк =7,436´105 Па. Температура конца процесса сжатия t7 на данном этапе расчета неизвестна, и для ее вычисления используется условие постоянства энтропии в адиабатическом процессе сжатия: S6 = S7 = 4,6943 кДж/кг. Так как данное численное значение не совпадает с табличным для давления Рк =7,436´105 Па, то вычисление температуры производится на основе метода линейной интерполяции. Для этого выбираются два ближайших табличных значения энтропии, между которыми находится S7, т. е.

S71 = 4,6858 кДж/кг и S72 = 4,6953 кДж/кг, причем S71< S72.

,

,

,

.

Состояние паров хладагента в начале процесса конденсации характеризуется точкой 8, в конце процесса – точкой 9,расположенных соответственно на правой и левой пограничных кривых. Значения параметров в этих точках находятся по таблице 5.2 насыщенных паров по известному значению температуры конденсации (tк = 30°С). Для точки 8 (насыщенный пар) выбираются значения с двумя штрихами, для точки 9 (насыщенная жидкость) - с одним штрихом.

Термодинамические параметры, характеризующие состояние хладагента в точке 1 (жидкость) определяются по табл. 5.2 насыщенных паров для температуры переохлаждения tпо. Давление Р1 переохлажденной жидкости не соответствует температуре t1 и определяется по соотношению:

Р1 = Рк - (0,05…0,1) ´105 Па,

Для рассматриваемого случая принимаем Р1 = 7,350 ´105 Па, температура переохлаждения tпо = 28°С.

Термодинамическое состояние хладагента в точке 3 определяется по значению заданной температуры окружающей среды tос из табл. 5.2. Температура, удельный объем, энтальпия и энтропия определяются для жидкой фазы хладагента по температуре tос.

Параметры состояния хладагента в точке 4 определяются из условия теплового баланса регенеративного теплообменника:

где и – средняя удельная теплоемкость хладагента.

Значения теплоемкостей С3 и С4 определяются по табл. 5.4 теплофизических свойств насыщенной жидкости по значениям t3 и t4. Температура хладагента в точке 4 на данном этапе неизвестна, поэтому для определения теплоемкости С4 задается приближенное значение t4¢, выбираемое в зависимости от заданного значения tо.с.

При tо.с. = 20°С теплоемкость С4 определяется по температуре t4¢= -13°С; при tо.с. = 25°С значение С4 определяется по температуре t4¢= -10°С; при tо.с. = 32°С значение С4 определяется по температуре t4¢= 0°С; при tо.с. = 43°С значение С4 определяется по температуре t4¢= 5°С.

Для рассматриваемого случая С3 = 0.979 кДж/кг´К. Температура t4¢ принимается равной -13°С и по этому значению температуры из табл. 5.4 определяется С4:

Значения С5 и С6 определяются по табл. 5.5 теплофизических свойств сухого насыщенного пара R12 для значений температур соответственно t5 и t6.

С5 = 0,576 кДж/кг×К; С6=0,708 кДж/кг×К.

Значение полной удельной энтальпии i4 в точке 4 определяется по соотношению, вытекающему из уравнения теплового баланса регенеративного теплообменника (1):

Значение массового расходного паросодержания хладагента Х4 в точке 4 определяется из соотношения:

,

где i4¢, i4² – энтальпия соответственно жидкости и пара, определяемая по температуре t4 из таблицы 5.2.

Значения V4 и S4 парожидкостной смеси хладагента определяются из выражений:

v4 = v4¢ + x4×(v4² - v4¢) = 0,0006919+0,019×( 0,09518-0,0006919) = =0,00249 м3/кг;

S4 = S4¢ + x4×(S4² - S4¢) = 3,9437 + 0,019×(4,5680 – 3,9437) =

= 3,9556 кДж/кг×К.

где v4¢, v4² – удельный объем соответственно жидкости и пара, определяемый по температуре t4 из табл. 5.2;

S4¢, S4² – энтропия соответственно жидкости и пара, определяемая по температуре t4 из табл. 5.2.

Термодинамические параметры, характеризующие состояние хладагента в точке 2, определяются следующим образом. Массовое расходное паросодержание хладагента Х2 рассчитывается из условия равенства энтальпии в точках 4 и 2 (i2= i4) при изоэнтальпическом процессе дросселирования:

где i2¢, i2² – энтальпия соответственно жидкости и пара, определяемая по температуре кипения tо из таблицы 5.2.

Значения удельного объема V2 и энтропии S2 рассчитываются аналогично соответствующим параметрам точки 4:

v2 = v2¢ + x2×(v2² - v2¢); S2 = S2¢ + x2×(S2² - S2¢).

Все параметры основных термодинамических точек цикла заносятся в таблицу.

Таблица 1

№ точки Р, ´105 Па t, °С V, м3/кг i, кДж/кг S, кДж/кг×К
1,002 -30 0,1608 538,88 4,5783
1,002 0,1993 570,16 4,6943
7,436 99,5 0,0320 614,14 4,6943
7,436 0,0238 565,46 4,5497
7,436 0,0007739 429,25 4,1004
7,350 0,0007695 427.25 4,0939
5,665 0,0007528 419,31 4,0675
1,757 -16 0,0024875 388,03 3,9556
1,002 -30 0,0159 388,03 3,9580

Порядок выполнения работы

3.1. Изучить методику расчета цикла холодильного агрегата.

3.2. По данным своего варианта задания произвести расчет термодинамических параметров хладагента в узловых точках цикла.

3.3. Рассчитать основные термодинамические показатели эффективности цикла холодильного агрегата.





Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015- 2020 megalektsii.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.