Определение числа независимых параметров, определяющих термодинамическую систему

Исходные данные:

хладоагент - NH₃

холодный источник – воздух

t_н= 7ºC; t_к= 2ºC (приняли)

V_в= 360 м³/ч, t_конден=73ºC

G_в=(V_в·ρ_в)/3600 = (360·1,29)/3600 = 0,129 кг/с

 

Плотность воздуха ρ_возд=1,29 кг/м³

Теплоемкость воздуха С_возд=1,1 кДж/(кг·град)

Примем температуру NH₃ в испарителе t₄=t₅= -3ºC

Температура окружающей среды Ток=293 К

Энтальпия окружающей среды i_ок=1797 кДж/кг

Энтропия окружающей среды s_ок = 7,573 кДж/(кг·К)

Отопительная система: вода t_н= 25ºC; t_к= 85ºC

3. Расчет значений основных параметров состояния в характерных точках

В точке 2:

Определение числа независимых параметров, определяющих термодинамическую систему:

S = 2 + к – n

Для (·)2: к = 1, n = 2, тогда S = 2 + 1 - 2 =1, то необходимо знать один параметр:

t₂ = 73ºC. По [1] найдем остальные значения:

P₂ = 3,5496 МПа;

i₂ = 2244,6 кДж/кг

s₂ = 9,5062 кДж/кг

v₂ = 0,03527 м³/кг

В точке 3:

S = 2 + к – n

Для (·)3: к = 1, n = 2, тогда S = 2 + 1 - 2 =1, необходимо знать один параметр: t₂ = t₃ = 73ºC, по [1]:

P₃ = 3,5496 МПа;

i₃ = 1320,38 кДж/кг

s₃ = 6,8330 кДж/кг

v₃ = 0,001922 м³/кг

В точке 5:

S = 2 + к – n

Для (·)5: к = 1, n = 2, тогда S = 2 + 1 - 2 =1, t₄=t₅= -3ºC. По таблице 5:

P₅ = 0,3848 МПа;

i₅ = 2219,0 кДж/кг

s₅ = 10,354 кДж/кг

v₅ = 0,3234 м³/кг

В точке 4:

S = 2 + к – n

Для (·)5: к = 1, n = 2, тогда S = 2 + 1 - 1 =2, необходимо знать два параметра: t₄= -3ºC и i₃ = i₄ = 1320,38 кДж/кг, поэтому необходимо рассчитать степень сухости:

В точке 1:

S = 2 + к – n

Для (·)1: к = 1, n = 2, тогда S = 2 + 1 - 1 =2, необходимо знать два параметра: s₅ = s₁ =10,354 кДж/кг – т.к. процесс 5-1 – процесс адиабатного сжатия в компрессоре.

Процесс 1 - (1д) - 2 - 3 - изобарный процесс и Р₁ = Р_1д = Р₂ = Р₃ = 3,5496 МПа, по [1]:

v₁ = 0,05691 м³/кг

i₁ = 2568,7 кДж/кг

t₁=172,39ºC

В точке 0:

Для определения параметров в (·)0 воспользуемся .

Количество теплоты, полученное от холодного источника без учета потерь в трубопроводе i₄ - i₅, с учетом потерь i₀ - i₄,  тогда КПД изоляции ,

отсюда 

В точке 1д:

P_1д = 3,5496 МПа;

s_1д = 10,404 кДж/кг

v_1д = 0,05851 м³/кг

t_1д=180,33ºC

№	Т, К	Р, МПа	v, м3/кг	i, кДж/кг	s, кДж/кг·К	х
1	445,39	3,5496	0,05691	2568,7	10,354	-
1д	453,33	3,5496	0,05851	2590,28	10,404	-
2	346	3,5496	0,3527	2244,6	9,5062	1
3	346	3,5496	0,001922	1320,38	6,833	0
4	270	0,3848	0,09779	1320,38	7,005	0,29
0	270	0,3848	0,317	2196,53	10,26	0,98
5	270	0,3848	0,3234	2219,0	10,354	1

4. Тепловой баланс

4.1. Расчет расхода хладагента

Количество теплоты, отводимое от воздуха:

Q_в =G_в·C_в·(t_н - t_к)

Q_в =0,129·1,1·(7 - 2) = 0,71 кВт

Определим расход хладагента:

4.2. Расчет потерь в цикле

Теплота, отведенная в конденсаторе:

Теплота подведенная в испарителе:

Отсюда теплота от холодного источника:

Потери энергии в трубопроводе через изоляцию

Теплота поступающая в испаритель из окружающей среды:

Следовательно:

Определим энергию в компрессоре::

Определим потери в компрессоре:

Баланс:

Таблица

Материальный баланс

Испаритель			Конденсатор
Поток	Приход, кг/с	Расход, кг/с	Поток	Приход, кг/с	Расход, кг/с
NH3	0,00086	0,00086	NH3	0,00086	0,00086
Воздух	0,129	0,129	Вода	0,00434	0,00434
Всего	0,12986	0,12986	Всего	0,0052	0,0052

Таблица

Тепловой баланс

Испаритель			Конденсатор
Поток	Приход, кВт	Расход, кВт	Поток	Приход, кВт	Расход, кВт
NH3	1,14	1,91	NH3	2,21	1,14
Воздух	39,73	39,023	Вода	5,42	6,51
Потери	-	0,0603	Потери	-	0,000075
Всего	40,87	40,87	Всего	7,63	7,638825

7. Анализ эффективности работы цикла

Характеристикой совершенства работы теплового насоса является отношение отданного тепла потребителю к затраченной на это удельной работе. Отопительный коэффициент или коэффициент трансформации тепла:

8. Сравнение эффективности работы теплового насоса с обогревом первичными источниками.

В качестве первичного источника будет выступать котельная. Оценка эффективности проводится по расходу топлива, необходимого для получения одного и того же количества теплоты, равного отданного потребителю в конденсаторе. В случае теплового насоса будет рассматриваться расход топлива необходимого для выработки электроэнергии на ТЭС, для электропривода компрессора. Для определения расхода топлива для теплового насоса необходимо знать КПД цикла Ренкина, примем его равным 40%.