Разработка и анализ эффективности холодильных машин на диоксиде углерода, работающих на уровне температур от -80 до -120 °С (1025661), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Параметры вточках цикла приведены в Таблице 9.Вывод по четвертой главеРассчитанные холодильные коэффициенты циклов низкотемпературныхустановок приведены в Таблице 10.82Сравнительная таблица холодильных коэффициентов рассмотренных циклов,экологически безопасных низкотемпературных холодильных установок,работающих на уровне температур -120 ℃Четырехступенчатая схема с неполным промежуточным охлаждением0,32на диоксиде углеродаВакуумно-сублимационнаяхолодильнаямашинасдвумя0,14параллельными детандерамиТрехкаскадная холодильная машина с сублимацией диоксида углерода 0,19Трехкаскадная холодильная машина на углеводородах0,21Сопоставление по холодильному коэффициенту показало преимуществочетырехступенчатой схемы. К недостаткам данной системы можно отнести:работа верхней ступени в закритической области, что связано с необходимостьюиспользованиябольшогогазоохладителяввидумалыхкоэффициентовтеплоотдачи газа, протекающего внутри трубок, наличие высокого давления вверхней ступени, сложная схема с большим количеством вспомогательныхаппаратов, повышенные требования к смазке и охлаждению многоступенчатогокомпрессора.Хорошиехолодильныекоэффициентыимеютрассмотренныетрехкаскадные холодильные установки на углеводородах, и на углеводородах вверхних каскадах и диоксиде углерода в нижнем каскаде.
К недостаткам можноотнести: технологическую сложность систем, ввиду наличия 3-х каскадов,наличие горючих и взрывоопасных рабочих веществ.Вакуумно-сублимационная холодильная машина с двумя параллельнымидетандерамипоказываетменьший,носопоставимыйхолодильныйкоэффициент. При использовании безмасляных средств вакуумной откачки икомпрессора центробежного принципа действия, система лишается ряданедостатков, связанных с обеспечением циркуляции масла. Приведенная схемав своем составе имеет минимальное число вспомогательных аппаратов.Максимальное давление в цикле составляет 6 атм. Использование диоксида83углерода в качестве рабочего вещества позволяет добиться максимальнойэкологичности и безопасности системы.В ряде случаев при ведении короткоцикловых испытаний оборудования,целесообразно использование разомкнутой схемы с прямой откачкой,предварительно загруженной конечной массы твердофазного диоксида углерода,рассчитанной на весь цикл работы машины.
При этом герморезервуарснабжается теплообменником нагрузки с циркулирующим теплоносителем илиже продукт, подлежащий охлаждению, загружается непосредственно в диоксидуглерода.К недостаткам вакуумно-сублимационных холодильных машин можноотнести сложность организации теплообмена при наличии поверхностноготеплообменника нагрузки. Данную проблему предлагается решать с помощьюособой организации теплообменника нагрузки, предложенной в заявке напредполагаемое изобретение № 2017114944 (Рисунок 4.10).Схема организации теплообменника нагрузки вакуумносублимационной холодильной машины плиточного типа1 - теплообменник нагрузки; 2 - дроссельные форсунки; 3 теплообменная поверхность; 4 - охлаждаемый продукт; 5 всасывающая магистральТакая схема теплообмена применима для четырехступенчатой схемы снеполным промежуточным охлаждением, при этом в дроссельные форсункитеплообменника нагрузки подается жидкость.84Второй негативный фактор, это наличие низких давлений, высокогоудельного объема откачиваемых паров, при этом плотность паров рабочеговещества низкая, что приводит к необходимости использования на нижнейступени средств вакуумной откачки высокой производительности (Рисунок 4.11).График зависимости необходимой действительнойпроизводительности вакуумного насоса на выходе из теплообменниканагрузки для получения холодопроизводительности 1 кВт, на различныхтемпературных уровняхК достоинствам данных систем можно отнести возможность уменьшенияколичества вспомогательных аппаратов и устройств, а также использованияприродного рабочего вещества.Ввиду обозначенноговакуумно-сублимационныеустановки имеютперспективы применения в областях, обозначенных в актуальности.85Основные выводы и результаты1.
С помощью выражения теплового баланса примененного к процессусублимации диоксида углерода при вакуумной откачке, получены аналитическоеи численное решение для нахождения времени достижения заданнойтемпературы в диапазоне от -80 до -120 °C. Получено численное решение для тел(приBi<0,1),подвергающихсянизкотемпературнойтермообработкевгранулированном диоксиде углерода.2. Экспериментально исследован процесс охлаждения массы CO2 ввакуумно-сублимационной холодильной установке на основе твердофазногохладагента - гранулированного CO2, работающей по разомкнутому циклу.Исследованпроцессохлаждениясферическихтелдиаметром8мм,подвергающихся термообработке в гранулированном диоксиде углерода,выполнено сопоставление расчетных данных и данных эксперимента поизменению температуры рабочего вещества и погруженных в него тел.Получен коэффициент теплоотдачи при теплообмене с гранулированнымдиоксидом углерода.3.
Предложены оригинальные схемные решения холодильных установокдля получения низких температур. Получен патент на изобретение №2617039,подана заявка на предполагаемое изобретение № 2017114944. Выполненорасчетноесопоставлениеихэнергоэффективностикоэффициенту) на уровне температур -120°C.(похолодильному86Список сокращений и обозначенийBi – число Биоε – холодильный коэффициент0 – удельная холодопроизводительность, кДж/кг – удельная теплота конденсации, кДж/кгТивт – температура источника высокого потенциала, КТинт – температура источника низкого потенциала, Кpk – давление конденсации, Паp0 – давление кипения, Паηм – механический КПД компрессораηi - индикаторный КПД компрессораηe – эффективный КПД компрессораηЭ – электрический КПД компрессора – удельная работа сжатия, кДж/кгρ” – плотность насыщенных паров, кг/м30 – температура кипения, °Cρ – плотность, кг/м3l – удельная теплота сублимации, кДж/кгC – теплоемкость, кДж/кг∙КP – давление, ПаT – температура, КS0 – скорость откачки вакуумного насоса, м3/сλ – коэффициент подачитепл – теплоприток в герморезервуар, ВтRt – сопротивление термометра сопротивления при измеряемой температуре, ОмR0 – сопротивление термометра сопротивления при 0 °C, Омαt – температурный коэффициент термометра сопротивления, °C-1δ – относительное отклонение, %I – энтальпия, кДж/кгS – энтропия, кДж/кг∙К87α – относительный массовый расходλ – теплопроводность, Вт/мμ – динамическая вязкость, Па∙сmax - максимальное значениеmin – минимальное значение0 – испаренияk – конденсациитв – к твердой фазенач – начальнаякон – конечнаяг - геометрическая“ – параметры насыщениях – в холодильникед – точки по пути вспомогательного потокан – низкотемпературная ветвь каскадас – среднетемпературная ветвь каскадав – высокотемпературная ветвь каскадав-с – между высокотемпературным и среднетемпературным каскадамис-н – между среднетемпературным и высокотемпературным каскадамиCO2 – относится к диоксиду углеродавых – параметры на выходевх – параметры на входе88Список литературы1.
Полевой А.А. Холодильная машина появилась на четыре года раньшепаровоза // Холодильный бизнес, 2011. №8 С. 38-42.2. Цветков О.Б. Энергоэкологические парадигмыхолодильных агентов //Электронная версия Вестник “ЮНИДО в России” №3. Москва: UNIDO,2015.URL.http://www.unido-russia.ru/archive/num3/art3_4/(датаобращения05.11.2016).3. Бабакин Б. С. Хладагенты: История появления, классификация,применение//Интернет-газетаХолодильщик.ru,№1.М.,2005.URL.http://www.holodilshchik.ru/index_holodilshchik_issue_1_2005_Freon.(датаобращения 06.09.2016).4.
Хладоновая проблема в России − пути и методы решения:Информационно-аналитическая справка / ЗАО НПО ПиМ-Инвест. М. 2002. 25 с.5. Википедия [Электронный ресурс]: Свободная энциклопедия. /WikimediaFoundation,Inc.Режимhttps://ru.wikipedia.org/wiki/Монреальский_протоколдоступа:(датаобращенияпосткиотскомэкологическом23.06.2016).6.ЦветковО.Б.Хладагентынапространстве // Холодильная техника. 2012.
№1, С. 70-72.7. Синтетические хладагенты, регулируемые киотским протоколом /Цветков О.Б, Бараненко А.В., Лаптев Ю.А. // Научный журнал НИУ ИТМО.Серия Холодильная техника и кондиционирвоание. 2015. №4, С. 1-8.8. Калнинь И.М., Пустовалов С.Б., Кривцов Д.В. Масштабы иперспективы применения тепловых насосов на R744 // Холодильная техника.2013. №3. С.
22-27.9. Системный кризис при выборе рабочих тех холодильных установокМазурин И.М. [и др.] // Электрон. журн. Электронное научное издание АльманахПространство и Время. Т2. Вып. 1, 2013. URL.https://cyberleninka.ru (датаобращения 04.10.2016).8910. Энергоэффективность и экологическая безопасность техники низкихтемператур / Ховалыг Д.М., Синицина К.М., Бараненко А.В. [и др.] // Научныйжурнал НИУ ИТМО. Серия Холодильная техника и кондиционирование. 2014.№2(26), С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
