Приклад виконання розрахунково-графічного завдання

Данні для розрахунку:

Холодоагент - аміак.

Цикл одно стадійний з переохолодженням холодоагента (рис. 1).

 

- температура холодоагенту у випарнику t₀ = -18 ºC;

- температура холодоагенту у конденсаторі t_K = 30 ºC;

- температура холодоагенту на вході до компресору t₁ = 7 ºC;

- об'єм, що описується поршнями компресора V_h = 10 м³/г;

- температура холодоносія на вході у випарник = t₀ + 15 = -18 + 15 = -3 ºС;

- температура охолоджуючої води на вході у конденсатор = 20 ºС;

- кінцева мінімальна різниця температур у конденсаторі = 5 ºC і у випарнику = 3 ºC;

- в охолоджувач холодоагенту подається артезианська вода в обсязі G_ПО = 0.5 т/ч = 0.139 кг/с;

- температура артезианської води t_{артез.води} = 6 ºС;

- мінімальна різниця температур у переохолоджувачі = 4 ºC;

- витік холодоагенту L_ХЛ =

- маса холодоагенту і спінюючого агенту, що знаходяться в установці m_ХЛ =;

- час експлуатації обладнання N =.

 

Завдання

Розрахувати параметра циклу одно стадійної холодильної установки з переохолодженням холодоагенту (рис. 1) при роботі на двох холодоагентах. На діаграмах (lnP-h) обозначити точки холодильного циклу. Визначити в кожній з вузлових точек наступні параметри: температуру, тиск, ентальпію, ентропію і лише для точки 1 визначити густину. Занести знайдені дані до таблиці.

Виконати розрахунок енергетичних характеристик холодильної установки при роботі на двох холодоагентах (холодопродуктивність, навантаження на теплообмінні апарати, потужність, що споживається компресором).

По параметрам в характерних точках, отриманних в наслідку попередніх розрахунків, скласти ексергетичний баланс установки, визначити втрати ексергії в окремих елементах установки і ККД. Побудувати схему ексергетичного балансу установки при роботі на кожному з холодоагентів.

Виконати розрахунок еколого-енергетичних характеристик компресійної системи при роботі на двох холодоагентах. Виконати порівняння отриманих енергетичних і еколого-енергетичних характеристик холодильної установки при роботі на двох холодоагентах. Зробити висновки о доцільності застосування одного з них.

 

Рішення.

Усі індекси при параметрах в наведених нижче формулах відповідають позначенням вузлових точок на рис. 1.

Рис. 1 – Схема компресійної холодильної установки з переохолоджувачем і процес у Т-s діаграмі

 

Знаходження параметрів в характерних точках цикла

 

По температурам холодоагенту в випарнику і конденсаторе, визначаємо тиск: P₀ = 207.563 кПа, P_К = 1167.197 кПа.

Визначаємо параметри для точки 1: t₁ = 7 ºC, P₁ = P₀ = 207.563 кПа → h₁ = 1642.4406 кДж/кг, s₁ = 6.5655 кДж/(кг·K), ρ₁ = 1.562 кг/м³.

Визначаємо витрати холодоагенту:

- коефіцієнт підігріву;

ΔР_УС = 0.005 МПа - депресія на усмоктування;

ΔР_Н = 0.01 МПа - депресія на нагнітання;

с = 0.05 – відносний мертвий простір;

- коефіцієнт видимих об’ємних втрат;

- коефіцієнт подачі;

.

Так как процес 1 - 2′ ізоентропійний, визначаєм параметри для точки 2′: s_2′ = s₁ = 6.5655 кДж/(кг·K), P_2′ = P_К = 1167.197 кПа → t_2′ = 140.95 ºC, h_2′ = 1923.0055 кДж/кг.

Ентальпія робочого агенту на виході з компресору (в точці 2) при внутрішнім адіабатном ККД (індікаторном ККД) η_i.:

Визначаємо параметри для точки 2: h₂ = 1993.1467 кДж/кг, P₂ = P_К = 1167.197 кПа → t₂ = 169.26 ºC, s₂ = 6.7294 кДж/(кг·K).

Визначаємо параметри для точки 3: t₃ = 30 ºC, P₃ = P_К = 1167.197 кПа → h₃ = 484.9115 кДж/кг, s₃ = 1.9597 кДж/(кг·K).

Визначаємо характер теплообміну в переохолоджувачі:

Тепловий еквівалент по воді:

.

Тепловий еквівалент по холодоагенту:

,

де и теплоємність води і холодоагенту, відповідно; значення яких визначаються по ізобарі при відповідних температурах, кДж/(кг^·К).

При характер теплообміну відповідає графіку зміни температур, зображеному на рис. 2.а, а при – графіку на рис. 2. б.

t′′ПО

t

t4

t3

t′′ПО

Δtmin

δtБ

δtM

l

а)

t

t4

t3

t′ПО

Δtmin

δtБ

δtM

l

б)

t′ПО

Рис. 2. Графіки зміни температур в переохолоджувачі

 

Так как в данном випадку характер теплообмін відповідає рис. 2.а, то значення температури в точці 4:

.

Визначаємо параметри для точки 4: t₄ = 10 ºC, P₄ = P_К = 1167.197 кПа → h₄ = 390.0311 кДж/кг, s₄ = 1.6359 кДж/(кг·K).

Визначаємо параметри для точки 6 (стан насиченої рідини): t₆ = t₀ = -18 ºC → h₆ = 260.7557 кДж/кг.

Визначаємо параметри для точки 7 (стан насиченої пари): t₇ = t₀ = -18 ºC → h₇ = 1583.5491 кДж/кг.

Так как процес 4 - 5 ізоентальпійний, визначаємо параметри для точки 5:

де - ступінь сухості аміаку в точці 5.