 |
Термодинамический и тепловой расчет парокомпрессионного теплового насоса.
|
|
|
|
Часть 2
Термодинамический и тепловой расчет парокомпрессионного теплового насоса.
2. 1. Термодинамический расчет цикла.
Температура насыщенного пара рабочего тела на выходе из испарителя:
= 
- ∆ 
(1)
Температура конденсации рабочего тела:
= 
+∆ 
(2)
Температуру перегретого пара РТ на входе в компрессор определим как:
(3)
где 
- температурный коэффициент регенерации тепла в регенеративном теплообменнике. Его расчетное значение 
= 0, 2 близко к реализуемым на практике значениям.
Степень сжатия рабочего тела в компрессоре:
(4)
Здесь 
, 
- соответственно равновесные давления конденсации и испарения РТ при температурах и .
Индикаторный КПД поршневого неохлаждаемого компрессора можно определить по формуле:
, (5)
где: 
и 
- удельные адиабатная и действительная работы сжатия; 
, 
и 
- энтальпии рабочего тела после при адиабатном сжатии, при реальном сжатии и перед компрессором соответственно; 
– коэффициент полноты индикаторной диаграммы; 
- коэффициент подачи компрессора.
Коэффициент подачи [2] можно определить как:
, (6)
где: 
- объемный коэффициент, учитывающий влияние вредного пространства; 
-коэффициент подогрева, учитывающий снижение объемной производительности компрессора из-за подогрева пара и испарения жидкости; 
- коэффициент плотности, учитывающий снижение производительности компрессора из-за перетекания РТ из пространства с более высоким давлением в пространство с меньшим давлением. Для машин, работающих со смазкой можно принять = 0, 95…0, 98.
|
|
|
Значение объемного коэффициента можно определить как:
(7)
Для неохлаждаемых компрессоров показатель политропы 
= 1, 0, а также:
(8)
С учетом того, что 
, а 
, их произведение 
1 и можно легко определить на основании вышеприведенных формул значения индикаторного КПД компрессора 
и коэффициента подачи 
.
Определим основные параметры состояния РТ в характерных точках термодинамического цикла (см. рис. 1-3), используя данные программы расчета термодинамических свойств хладагентов [3]:
Точка 1: 
; 
; 
; 
; 
; 
.
Точка 2: 
; 
; 
; ; 
.
Точка 3*: 
; 
; 
;
; 
= 
.
Точка 3: Процесс реального сжатия в компрессоре (процесс 2-3) отклоняется от адиабатного (процесс 2-3*), что приводит к увеличению затрат работы в цикле. Параметры в конечной точке сжатия при условии 
можно определить через , который характеризует степень отклонения реального процесса сжатия от изоэнтропного:
(9)
По 
и находим 
; 
; 
Точка 4*: В этой точке завершается процесс 3-4* охлаждения компримированных паров РТ до состояния насыщения ( =1, 000) в °К при температуре 
= и давлении 
= , для которых известны значения 
; 
; 
.
Точка 4: 
; 
= ; 
; 
; 
; = 0, 000
Давление РТ по ходу движения РТ вследствие несжимаемости жидкости от К до ДР считаем неизменным = 
= 
= . Наличие ОК и ТР, в которых происходит охлаждение конденсата РТ (процессы 4-5 и 5-6) перед процессом дросселирования (процесс 6-7), требует введения дополнительных условий, определяющих их совместную работу в составе ПКТН. На основании теплового баланса:
|
|
|
(10)
можно определить 
, если известно значение 
. В качестве дополнительного условия, позволяющего связать режимы работы охладителя конденсата и регенеративного теплообменника, примем следующее:
, (11)
использование которого совместно с (10) позволяет определить искомые значения энтальпий и :
(12)
(13)
Точка 5: 
; ; 
, = 0, 000.
Точка 6: 
; ; 
, = 0, 000.
Точка 7: 
; 
; 
; 
; 
Здесь: - долевое содержание насыщенного пара после дросселирования.
Точка 8: 
; 
= ; 
; 
; = 0, 000
2. 2. Расчет удельных тепловых нагрузок. Представление о тепловых нагрузках дает диаграмма «lgP – h» 
на рис. 3, где они представлены в виде соответствующих отрезков прямых линий, отражающих основные термодинамические процессы.
Удельная внутренняя работа компрессора КМ:
(14)
Удельная теплопроизводительность конденсатора К:
(15)
Удельная тепловая нагрузка испарителя И:
(16)
Удельная тепловая нагрузка охладителя конденсата ОК:
(17)
Удельная тепловая нагрузка регенеративного теплообменника ТР:
(18)
|
|
|
Проверим тепловой баланс:
(19)
2. 3. Определение тепловых нагрузок. Действительная объемная производительность компрессора КМ на расчетном режиме:
(20)
Массовый расход РТ:
(21)
Тепловая нагрузка испарителя И:
(22)
Теплопроизводительность конденсатора К:
(23)
Тепловая нагрузка охладителя конденсата ОК:
(24)
Тепловая нагрузка регенеративного теплообменника РТ:
(25)
Электрическая мощность электропривода ПР:
(26)
|
|
|
