Lektsii_Lavrova_NOK (1) (Все лекции ), страница 11

= ℎ∗ + (1 − )ℎ5 (ℎ5 − ℎ∗ ) = (ℎ5 − ℎ1 ) − о.с.132ℎ5 − ℎ1 = ∆ℎ 1 − 5∆н (ℎ5 − ℎ∗ ) = ∆ℎ 1 − 5∆н − о.с.=∆ℎ 1 − (о.с. + 5∆н )ℎ5 − ℎ∗В числителе величина, равная полезнойхолодопроизводительности аналогичного рефрижераторного цикла.В знаменателе стоит теплота, необходимая для охлаждения ипоследующей конденсации рабочего вещества в цикле.Рисунок 130. Работа ожижения.Затрачиваемая работа цикла равно работе сжатия в компрессоре. = сж° =Т =1 ln ( н )вс=изкДж[]; кг жидк.°– минимальная работа ожижения газа133Рисунок 131.

Минимальная работа ожижения. = 1(1 − ∗ ) − (ℎ1′ − ℎ∗)Цикл идеальный, на практике применить нельзя.Зависимость характеристик цикла от давления сжатия.Рисунок 132. Оптимальное давление ожижения.Оптимальное давление будет равно давлению инверсии при температуреизотермического сжатия.Пример:Дано:воздух, метан, 1 = 300К, вс = 0,1МПа, о.с. = 5, 0 , Т −?воздух Т? = 78,78К, = 741,4кДжкг;134кДжкг, ∆н = 5К, н − varметан Т∗ = 111,5К, = 1092кДжкг;воздухн , МПа101520метанн , МПа101520кДжТкг жидк0,0245 26 9000,02750,0437 16 4000,04510,0586 13 0000,0572 0кДжТкг жидк0,092 13 0000,08450,142 9 1400,1200,18 7 6300,144 0Из таблицы видно, что метан является лучшим криоагентом, чем воздух, ноего использование ограничено пожароопасностью.Дроссельный цикл с предварительным охлаждением.В данном цикле первым основным холодопроизводительным процессомявляется охлаждение сжатого газа в ванне с кипящей внешне криогеннойжидкостью, либо отвод теплоты при < о.с.

внешним источником "холода"– парокомпрессионные машины, либо газовые холодильные машины.Вторым холодопроизводительным процессом может быть изотермическоесжатие в компрессоре ниже линии инверсии.Данный цикл может быть использован для трёх веществ - Ne, H2, He. В томслучае, если T уровень предварительного охлаждения ниже температурыинверсии для давления сжатия рабочего тела. Обычно T предварительногоохлаждения считается ниже верхней T инверсии для рабочего вещества вцикле.135Рефрижераторный режим.Рисунок 133.

Рефрижератор.Условно разделяем низкотемпературную часть установки на две части –нвнверхнюю и нижнюю. В каждой части есть свой теплоприток о.с.и о.с.(о.с.<во.с. обычно, вследствие более хорошей теплоизоляции).Задаёмся разной недорекуперацией ∆нн и ∆нв (∆нв > ∆нн обычно).Для определения полезной холодопроизводительности записываемуравнение теплового баланса нижней части установки.Рисунок 134.нℎ3 + о.с.+ = ℎ7н = (ℎ7 − ℎ3 ) − о.с.ℎ7 − ℎ3 = (ℎ3′ − ℎ3 ) − (ℎ3′ − ℎ7 ) = ∆ℎТ3 − 7∆ннн = ∆ℎТ3 − (7 ∆нн − о.с.)(1)↗Получилось выражение, аналогичное полезной холодопроизводительностицикла простого дросселирования, но не на температурном уровнеизотермического сжатия в компрессоре, а на температурном уровнепредварительного охлаждения.136Поскольку с понижением температуры тепловой эффект дросселированияувеличивается, его полезная холодопроизводительность в цикле спредварительным охлаждением будет больше, чем в цикле простогодросселирования.Определим величину теплоты предварительного охлаждения из уравнениятеплового баланса верхней части установки.Рисунок 135.

Ступень предварительного охлаждения.ℎ1 + ℎ7 + о.с. = ℎ3 + ℎ8 + п.о. (по – предварительное охлаждение)п.о. = (ℎ7 − ℎ3 ) − (ℎ8 − ℎ1 ) + о.с. ⇒⇒ ℎ8 − ℎ1 = ∆ℎТ1 − 8 ∆н6(2)Из (1) в (2):в⇒ п.о. = (∆ℎТ3 − ∆ℎТ1 ) + (8∆нв − 7∆нн ) + о.с.Теплота предварительного охлаждения затрачивается на:1) увеличение теплового эффекта дросселирования с температурногоуровня изотермического сжатия в компрессоре до температурногоуровня предварительного охлаждения;2) частичную компенсацию потерь вследствие недорекуперациитемпературы обратного потока на тёплом конце теплообменника;3) компенсацию теплопритока из окружающей среды к верхней частиустановки;Затрачиваемая работа в цикле состоит из 2-ух частей:1371) работа сжатия компрессора;2) работа, необходимая для получения п.о.п.о. =1п.о.;п.о. = п.о.

∙ п.о.Поскольку холодильный коэффициент п.о. достаточно высок, то работа,затрачиваемая на получение "холода" предварительного охлаждения, будетневелика по сравнению с работой сжатия в компрессоре.Т =к=к =51 − 5Пример:Дано:ввоздух; вс = 0,1МПа; вс = 0,1МПа; 1 = 300К; ∆нв = 5К; ∆нн = 2К; о.с.=3кДжкгн; о.с.=2кДжкг; 3 − var , п.о. , , Т −?3 , К ,кДжкДжп.о. , ,кгкгТ27038,914,10,0512 0,14425046,721,90,0615 0,17320077,152,30,1010,284150123,798,30,1630,458Из таблицы видно, насколько температурный уровень предварительногоохлаждения влияет на холодильный коэффициент и степеньтермодинамического совершенства, особенно по сравнению с цикломпростого дросселирования.138Предварительное охлаждение обычно применяется для средней и крупнойпроизводительности ( > 1кВт). Для установок меньшейхолодопроизводительности применять предварительное охлаждениецелесообразно, поскольку усложнение и удорожание установки превалируетнад полученной большей холодопроизводительностью.Для установок с рабочими веществами Ne, H2, He предварительноеохлаждение обязательно.Для Ne, H2 используют ванну с кипящим азотом.Для He используют два предварительных охлаждения:1) с жидким азотом;2) с жидким H2 (или Ne);Рисунок 136.

Зависимость параметров цикла от давления.опт = инв при Т П. О.139Ожижительный режим.Рисунок 137. Ожижительный режим.Коэффициент ожижения x определяем из уравнения теплового балансанижней части установки.нℎ3 + о.с.= ℎ∗ + (1 − )ℎ7 (ℎ7 − ℎ∗) = (ℎ7 − ℎ3 ) − о.с.н (ℎ7 − ℎ∗) = ∆ℎТ3 − (7∆нн + о.с.)н∆ℎТ3 − (о.с.+ 7 ∆нн )=ℎ7 − ℎ∗Получилось выражение, аналогичное ожижательному режиму циклапростого дросселирования, но с тепловым эффектом дросселирования натемпературном уровне предварительного охлаждения, а в знаменателестоит теплота, необходимая для охлаждения газа с температуройпредварительного охлаждения до температуры конденсации и последующейконденсации.140Рисунок 138.

Теплота охлаждения до ожижения.Теплоту предварительного охлаждения определим из уравнения тепловогобаланса верхней части установки:ℎ1 + о.с. + (1 − )ℎ7 = ℎ3 + п.о. + ℎ8 (1 − )п.о. = (ℎ7 − ℎ3 ) − (ℎ8 − ℎ1 ) + (ℎ8 − ℎ7 ) + о.с.ℎ7 − ℎ3 = ∆ℎТ3 − 7∆ннℎ8 − ℎ1 = ∆ℎТ1 − 8∆нввп.о. = (∆ℎТ3 − ∆ℎТ1) + (8∆нв − 7∆нн ) + о.с.+ (ℎ8 − ℎ7 )141Лекция №22.28.11.2014Выражения для теплоты предварительного охлаждения в ожижительномрежиме имеет дополнительный член, который учитывает уменьшениеколичества обратного потока в верхнем теплообменнике вследствие выводаиз установки жидкости.1 ln = сж + п.о.

= 0 = [ [нвсиз.+ п.о. ∙ п.о.кДж]кг ∙ К жидкостикДж]кг сжиженного газаРисунок 139. Минимальная работа ожижения = 1(1′ − ж ) − (ℎ1′ − ℎ∗ )142Рисунок 140. Зависимость параметров ожижительного цикла взависимости от давления.Пример:Дано:воздух, метанвс = 0,1МПан = 20МПа1 = 300К∆нв = 5К∆нн = 3КкДжкгкДжно.с.=2кгво.с.=3, 0 , Т −?воздухТп.о. = Т32702502001500,09830,1240,2370,45 07924610732031686Т0,0960,1210,2320,440143метанТп.о. = Т32702502001500,2570,3190,5610,722 05323430127121907Т0,2060,2550,4040,575Диаграмма − .В холодильной технике чаще применяется не T-S диаграмма, а p-h, причём шкала давлениялогарифмическая.Рисунок 141. lg(p)-h диаграмма R22.Рисунок 142.

Изолинии сухости пара на lg(p)-h диаграмме R22.144Рисунок 143. Изоэнтропы на lg(p)-h диаграмме R22.Рисунок 144. Изохоры на lg(p)-h диаграмме R22.Рисунок 145. Изображение простейшего парокомпрессионного цикла диаграмме − R22.145Рисунок 146. Схема простейшего парокомпрессионного цикла.Цикл с двойным дросселированием (рефрижераторный цикл).Рисунок 147. Схема и TS-диаграмма цикла двойного дросселирования.Для простоты принимаем одинаковую недорекуперацию обоих обратных потоков втеплообменнике.Схема работает следующим образом:Сжатый во втором КМ газ (.) охлаждается в теплообменнике (.) 2 и затем дросселируется допромежуточного давления (.) 3, парожидкостная смесь попадает в сепаратор и разделяется.

Пар146промежуточного давления (.) 8 относительным количеством M нагревается в теплообменнике (.) 9и попадает на всасывание на второй КМ. Жидкость в точке (.) 4 дросселируется до окончательногодавления (.) 5 и к образовавшейся парожидкостной смеси подаётся полезная тепловая нагрузках .Образовавшийся пар (.) 6 нагревается в теплобменнике в (.) 7 и идёт на всасывание в первыйкомпрессор.Определим полезную холодопроизводительность х , исходя из уравнения теплового балансанижней (низкотемпературной) части установки:ℎ1 + х + о.с.