Л.М. Дыскин, Н.Т. Пузиков - Расчёт термодинамических циклов (1062534), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Цикл воздушной холодильной установки в координатах p-v и T-sЗатем цикл повторяется в том же порядке.Работа компрессора в этом цикле:lк = cp(T2 - T1) = h2 - h1 , кДж/кг.(3.1)51Работа детандера:lд = cp(T3 - T4) = h3 - h4 , кДж/кг.(3.2)Работа, затрачиваемая за цикл:lц = lк - lд , кДж/кг.(3.3)Количество теплоты, отводимое от охлаждаемого тела хладоагентом(удельная холодопроизводительность):qо = q2 = cp(T1 - T4) = h1 - h4 , кДж/кг.(3.4)Холодильный коэффициент цикла:ε=qоh1 h4.l ц (h2 h1 ) (h3 h4 )(3.5)Расход хладоагента:M = Q0 / qо, кг/с,(3.6)где Q0 = Q2, кДж/с (кВт) - холодопроизводительность цикла.Теоретическая мощность для привода компрессора:NT = M lк , кВт.(3.7)Вследствиемалойхолодопроизводительностьтеплоемкостивоздушныхвоздухаудельнаяхолодильныхустановокограничена.
Использование малогабаритного турбодетандера позволяетприменять такие установки в авиационных системах кондиционированиявоздуха.52При регенерации холода экономичность воздушных холодильныхустановок возрастает и их используют для получения глубокого холода,например, в процессах сжижения воздуха.В воздушной холодильной установке подвод и отвод теплотыпроизводитсяпоизобарам,чтоснижаетвеличинухолодильногокоэффициента. При использовании в качестве хладоагента влажного паракакой-либо низкокипящей жидкости, процессы подвода и отвода теплотыудается осуществить изотермически.
В этом случае холодильный циклбудет в большей степени приближен к обратному циклу Карно, и поэтомухолодильный коэффициент в парокомпрессионных установках значительновыше, чем в воздушных.Нарис.3.3показанасхемапарокомпрессионнойхолодильнойустановки, а на рис.3.4 ее цикл в координатах p-v и T-s. Из испарителя Ирабочее тело в виде влажного пара поступает в компрессор К, гдесжимается по адиабате. После сжатия пар будет перегретым (процесс 1-2)или сухим насыщенным (процесс 1’-5).
Из компрессора пар направляется вконденсатор КН, в котором превращается в жидкость за счет отдачитеплоты парообразования охлаждающему телу (воздуху или воде). Процессконденсации пара 2-3 изобарный, на участке 5-3 он является одновременноизотермическим. Из конденсатора жидкость поступает в редукционныйвентиль (дроссель) ДР, где она дроселируется с понижением давления итемпературы (процесс 3-4). В результате дросселирования 3-4 энтальпиярабочего тела остается постоянной h3 = h4.Полученный влажный насыщенный пар с низкой температуройпоступает в испаритель И, расположенный в холодильной камере ХК, гдеотбирает теплоту от охлаждаемого объекта и подсушивается припостоянных давлении и температуре по линии 4-1, чем завершается цикл.53Рис.3.3. Схема парокомпрессионной холодильной установкиРис.3.4.
Цикл парокомпрессионной холодильной установкив координатах p-v и T-sРабота, затрачиваемая на осуществление цикла, определяется толькоработой компрессора, так как расширение происходит без производстваработы.Работа компрессораlк = h2 - h1 = lц , кДж/кг.(3.8)54Тепловая нагрузка конденсатораq1 = h2 - h3 , кДж/кг.(3.9)Количество теплоты, отводимой от охлаждаемого тела одним кгхладоагента, т.е. удельная холодопроизводительностьqо = q2 = h1 - h4 = r(x1 - x4), кДж/кг,(3.10)где r - теплота парообразования при давлении р1;х1, х4 - степени сухости пара в точках 1 и 4 соответственно.Количество хладоагента и теоретическую мощность, подводимую ккомпрессору, определяют по тем же формулам, что и для цикла воздушнойхолодильной установки.Холодильный коэффициентε=Сравниваяциклq о h1 h4.l ц h2 h11’-5-3-4-1’(3.11)идеальнойхолодильнойпарокомпрессионной установки (рис.3.4) и обратный цикл Карно 1’-5-3-4’1’, можно видеть, что при одинаковом изменении температур холодильныйкоэффициентпервогоциклаблизокковторому.Следовательно,парокомпрессионная холодильная установка термодинамически весьмасовершенна.3.2.
Указания к выполнению заданияПри определении параметров в основных точках цикла воздушнойхолодильнойустановкиследуетруководствоватьсяуравнениямипроцессов, протекающих между точками, уравнением состояния газаpv = RT. Уравнения процессов приведены в задании 1 данного пособия.Приопределениипараметровосновныхточекциклапарокомпрессионной холодильной установки следует руководствоваться55уравнениями для паровых процессов и таблицами свойств насыщенногопара, приведенных в табл.1-3 приложения.Защита выполненного задания по расчету холодильного циклавключаетпроверкузнанийработыразличныхсхемхолодильныхустановок. Могут быть предложены вопросы, касающиеся теоретическихоснов расчета циклов холодильных установок.3.3. Пример расчета холодильного циклаДан цикл холодильной установки, рис.3.5.Хладоагент - фреон-12; температура хладоагента перед компрессоромt1 = -15 0C; степень сухости x1 = 0,97; холодопроизводительностьQ0= 22 кДж/с.1.
Определяем параметры p, v, t, h, s всех основных точек цикла иполученные результаты сводим в таблицу 3.1.Энтальпия влажного пара в точке 1:h1 = h1’ + r x1 ,где h1’ - энтальпия жидкости при t1 = - 15 0С;r - теплота парообразования при давлении p1, кДж/кг.По табл. 1 приложения находим:h1’ = 385,98 кДж/кг;r = 159,28 кДж/кг;h1 = 385,98 + 159,28 0,97 = 540,48 кДж/кг.Рис.3.5. Цикл холодильной установки56Таблица 3.1Параметрыр,v,МПам3/кг10,183020,8456хt,h,s,СкДж/кгкДж/кгК0,0885-15540,484,54630,972580,0208035566,654,5463130830,8456 0,0007861 35434,094,1160030840,1830434,094,1340Точка0,0280-15Т,К0,302 258Энтропия влажного пара в точке 1:s1 = s1’ + x1 (s1” - s1’) ,где энтропия кипящей жидкости s1’ = 3,9476 кДж/кгК; энтропия сухогонасыщенного пара s1” = 4,5648 кДж/кгК.Тогда s1 = 3,9476 + 0,97(4,5648 - 3,9476) = 4,5463 кДж/кгК.
Так какпроцесс 1-2 адиабатный , то s1 = s2 . По значению s по табл. 1 приложенияопределяют температуру t и остальные параметры точек 2 и 3.Приопределениипараметровточки4используютусловиеизоэнтальпийности процесса дросселирования: h3 = h4.Поэтомуh4 h1, 434 ,09 385 ,98х4 0 ,302 .r159 ,28Значения параметров влажного насыщенного пара определяют поформуламvx = v’ + (v” - v’) x ;(3.12)sx = s’ + (s” - s’) x ;(3.13)hx = h’ + rx = h’ + (h” - h’) x .(3.14)2.
Цикл строят в масштабе в координатах p-v и T-s (рис.3.6).Координаты промежуточных точек криволинейных процессов циклаопределяют, задавшись средним давлением или средней температурой57процесса. По принятому давлению (температуре) находят из таблицнасыщенного пара величины v’ и v”, h’ и h”, s’ и s”. Затем, используяхарактер процесса, определяют величину степени сухости х, по которойнаходят удельный объем v пара в средней точке процесса.Например, задаемся для точки “а” адиабаты 1-2 средним давлениемра = 0,4913 МПа (желательно, чтобы эта величина совпадала с ближайшимтабличным значением, во избежание необходимости интерполяции). Потабл.
1 приложения находим для этого давления: va’ = 0,74310-3 м3/кг, va” =0,03569 м3/кг, ha’ = 414,36 кДж/кг, ha” = 558,59 кДж/кг, sa’ = 4,0507кДж/кгК, sa” = 4,5512 кДж/кгК.Из условия адиабатности процесса 1-2:sа = sа’ + (sа” - sа’) xа = s2 ,откудаха s 2 sа,sa,, sa,4 ,5461 4 ,0507 0 ,9898 .4 ,5512 4 ,0507Удельный объем пара в точке “а”:vа = vа’ + (vа” - vа’) xа = 0,000743 + (0,03569 - 0,000743) 0,9898 =0,03574 м3/кг .Аналогично, но из условия изоэнтальпийности процесса 3-4 (hв = h3)определяют величину vв.В диаграмме T-s координаты средней точки процесса 3-4 можно неопределять, поскольку здесь линия этого процесса имеет небольшуюкривизну.58Рис.3.6. Цикл холодильной установки в p-v - и T-s - координатах3.
Находим удельную холодопроизводительность циклаq0 = h1 - h4 = 540,48 - 434,09 = 106,39 кДж/кг.Тепловую нагрузку конденсатора определяем по формулеq1 = h2 - h3 = 566,65 - 434,09 = 132,56 кДж/кг.Работа, затраченная в циклеlц = q1 - q0 = 132,56 - 106,39 = 26,17 кДж/кг,или в соответствии с уравнением (3.8)lц = h2 – h1 = 566,65 – 540,48 = 26,17 кДж/кг.Расход хладоагентаМQ022= 0,207 кг/с .q0106,39Холодильный коэффициентε q 0 106,39 4,065 .lц26,17Теоретическая мощность, необходимая для привода компрессораNтеор = М lц = 0,2068 26,17 = 5,41 кВт596061626364656667686970717273747576777879808182ПРИЛОЖЕНИЕТаблица 1Свойства насыщенного пара фреона-12p,МПа-50-45-40-35-30-25-20-15-10-5051015202530354045500,03920,05050,06430,08090,10060,12400,15130,18300,21960,26140,30910,36290,42350,49130,56690,65080,74350,84560,95771,0801,214Удельный объемv’ , м3/кгv”, м3/кг0,0006470,0006530,0006590,0006650,0006720,0006780,0006850,0006930,0007000,0007080,0007160,0007250,0007340,0007430,0007530,0007640,0007750,0007860,0007990,0008120,0008260,38340,30290,24210,19560,15950,13140,10910,091250,076890,065220,055660,047760,041190,035690,031050,027120,023760,020880,018400,016250,01437Энтальпияh’, кДж/кгh”, кДж/кг354,55358,93363,34367,80372,29376,81381,38385,98390,63395,30400,00404,75409,54414,36419,22424,13429,08434,09439,16444,28449,49528,90531,25533,60535,95538,30540,63542,96545,26547,55549,82552,06554,28556,45558,59560,69562,73564,72566,65568,48570,24571,89Энтропияs’, кДж/кгК3,81723,83663,85573,87453,89323,91153,92963,94763,96533,98284,00004,01714,03404,05074,06724,08364,09984,11604,13204,14794,1638s”, кДж/кгК4,59854,59194,58594,58064,57594,57164,56794,56484,56164,55904,55674,55474,55284,55124,54984,54854,54734,54614,54504,54384,5426r,кДж/кг174,35172,32170,26168,16166,01163,82161,58159,28156,92154,52152,06149,53146,91144,23141,47138,60135,64132,55129,32125,95122,4083t,C0Таблица 2Свойства насыщенного пара аммиакаp,МПа-50-45-40-35-30-25-20-15-10-5051015202530354045500,04090,05450,07170,09310,11950,15150,19010,23630,29080,35490,42960,51600,61530,72880,85781,0041,1671,3511,5561,7832,034Удельный объемv’ , м3/кгv”, м3/кг0,001420,001440,001450,001460,001470,001490,001500,001520,001530,001550,001570,001580,001600,001620,001640,001660,001680,001700,001730,001750,001782,62882,00721,55301,21620,96340,77100,62300,50810,41790,34630,28900,24280,20520,17450,14910,12800,11040,095690,083310,072500,06341Энтальпияh’, кДж/кгh”, кДж/кг275,1297,2319,4341,6363,9386,3408,8431,4454,2477,0500,0523,1546,4569,8593,5617,3641,3665,6690,2715,0740,21692,01700,21708,31716,01723,51730,31737,51744,11750,21756,11761,51766,61771,21775,41779,21782,51785,31787,61789,21790,31790,7Энтропияs’, кДж/кгК1,09381,19151,28741,38161,47421,56531,65481,74311,82991,91362,00002,08342,16582,24722,32782,40752,48662,56502,64292,72042,7975s”, кДж/кгК7,44307,34117,24467,15297,06586,98286,90356,82776,75526,69556,61856,55396,49156,43126,37276,31576,26026,20596,15266,10026,0483r,кДж/кг1416,91403,01388,91374,41359,61344,41328,71312,61296,11279,11261,51243,51224,81205,61185,81165,21144,01122,01099,01075,31050,584t,C0Таблица 3Свойства насыщенного пара углекислотыp,МПаУдельный объемv’ , м3/кгv”, м3/кг-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50510152025300,6840,8331,0051,2021,4271,6811,9672,2892,6473,0453,4853,9724,5065,0915,7326,4327,1920,0008670,0008810,0008970,0009130,0009310,0009500,0009710,0009940,0010190,0010480,0010810,0011200,0011660,0012230,0012980,0014170,0016770,05540,04580,03820,03200,02700,02290,01950,01660,01420,01210,01040,00880,00750,00630,00530,004170,00299Энтальпияh’, кДж/кгh”, кДж/кг314,0323,6333,3342,9352,5362,2372,2382,7394,0405,7418,7431,7445,9461,0477,3497,4527,1651,5652,7654,0654,8655,7656,1656,1656,1655,7654,8653,6651,1647,3641,4632,6616,7590,3Энтропияs’, кДж/кгК3,7773,8193,8593,9003,9393,9784,0174,0574,0984,1414,1874,2304,2784,3294,3834,4504,544s”, кДж/кгК5,2885,2615,2355,2105,1855,1625,1385,1155,0925,0705,0475,0184,9894,9554,9134,8504,752r,кДж/кг337,5329,1320,7311,9303,2293,9283,9273,4261,7249,1234,9219,4201,4180,4155,3119,363,285t,C086ЛИТЕРАТУРА1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
