Расчёт холодильной парокомпрессионной установки с регенерацией тепла

Введение

Холодильной машиной называется машина, осуществляющая перенос теплоты с низкого уровня на более высокий:

Холодильная машина, в которой цикл осущёствляется с помощью механического компрессора, называется компрессионной холодильной машиной. В паровой компрессионной машине холодильный агент, в качестве которого обычно используется низкокипящая жидкость, изменяет свое агрегатное состояние.

Теплота, необходимая для испарения хладагента, передается от охлаждаемых объектов с помощью веществ, называемых хладоносителями.

Рисунок 1. Холодильный цикл с регенерацией тепла

На рис.1 изображена схема холодильной машины, где 1 — компрессор, 2 — конденсатор, в котором происходит охлаждение сжатых паров и их конденсация. Поскольку теплота конденсации значительно превосходит теплоту охлаждения, то суммарный процесс называется конденсацией, а аппарат — конденсатором. Конденсатор обычно охлаждается водой или воздухом, поступающим из окружающей среды. Понижение температуры хладагента до заданного значения происходит при понижении его давления за счет дросселирования в регулирующем дроссель-вентиле З, при этом

жидкий хладагент превращается во влажный пар. Затем хладагент переходит в парообразное состояние в испарителе 4 за счет теплоты, отбираемой от холодного источника — хладоносителя, который сам при этом охлаждается.

Парообразный хладагент обычно перегревается на (5...10)К и отсасывается компрессором 1. В цикле с регенерацией тепла полагается, что охлаждение жидкости от точки 4 до точки 5 осуществляется за счет нагрева пара от точки 7 до точки 1 с учетом потерь; заданных КПД регенеративного теплообменника (5) h^рт.

На рисунке 2 изображен цикл действительной холодильной машины в Т-S координатах. 1-2 — сжатие хладагента в компрессоре 1 от Р_пн до Р_пв, реально происходящее по политропе с увеличением энтропии: S₂>S₁

Удельная работа, затрачиваемая в компрессоре l_км=l_пв=i₁-i₂. Сжатие происходит в области перегретого пара хладагента. 2-З — охлаждение перегретого пара хладагента до состояния насыщения, З-4 — его конденсация. Эти процессы происходят при постоянном давлении Р_пв. В процессе 2-З-4 выделяется удельная теплота q_охл=i₂-i₄, которая обычно отводится в окружающую среду. 4-5 — переохлаждение конденсата при том же давлении Р_пв Отводимая при этом удельная теплота q_охл=i₄-i₅. 5-6 — процесс дросселирования, происходящий по линии постоянной энтальпии i₅=i₆, но при увеличении энтропии. Именно этот процесс снижает температуру хладагента до заданного значения при понижении давления от Р_пв до Р_пн. 6-7 — испарение хладагента при постоянном давлении Р_пн и постоянной температуре Т_пн. Теплота перегрева паров хладагента, процесс 7-1, включается в общий расчет: q_пн=i₁-i₆.

Рисунок 2. Т-S диаграмма холодильного цикла

Задание

В курсовом проекте должны быть рассчитаны основные параметры рабочего тела в характерных точках цикла с учетом возможных потерь в различных процессах.

Анализ потерь энергии выполняется на основании метода коэффициентов полезного действия. В методе рассматривается уравнение энергетического баланса, рассчитываются составляющие. Результаты должны быть представлены в виде диаграммы.

В эксергетическом методе анализа циклов составляются баланс потоков эксергии для энерготехнологической установки в целом.

Курсовой проект включает в себя также графическую часть, в :соторой должны содержаться диаграммы и схемы, относящиеся к рассматриваемому циклу.

Предметом изучения в курсовом проекте является цикл холодильной установки состоящей из одноступенчатой парокомпрессионной машины с дросселирующим устройством и регенеративного теплообменника.

Исходные данные:

Рабочее вещество — NH3

G_p=21.3 т/ч;

Температура конденсации, t₄=51 ⁰С;

Начальная температура t₅=46 ⁰С;

Конечная температура t_к=-28 ⁰С;

Внутренний относительный КПД компрессора h^км_0i=93%;

Механический КПД компрессора h^км=49%;

КПД регенеративного теплообменника h^рт=86%;

КПД испарителя h^исп=86%;

КПД изоляции h^из=96.1%.

Анализ эффективности работы цикла

1. Расчет значений основных параметров состояния в характерных точках цикла

Агрегатное состояние рабочего тела в характерных точках цикла (согласно Т-S диаграмме):

(•) 4, 5, 8 – кипящая жидкость

(•) 3, 7 – сухой насыщенный пар

(•) 0, 6 – влажный пар

(•) 1, 2, 2д – перегретый пар

Примем температуру на выходе горячего хладагента из регенеративного теплообменника Т₅=46 ⁰С.

Зная по два параметра находим по таблицам свойств хладагента NH3 [1] остальные:

Точка 6

i₆=i₅=720,04 кДж/кг, так как процесс 5–6 протекает при постоянной энтальпии.

Т₆=Т₇=–33 ⁰С=240 К

Р₆=Р₇=103,66 кПа.

Для дальнейшего определения параметров данной точки найдем степень сухости:

х₆=(i₅- i₈)/(i₇- i₈)=(720,04-350,52)/(1719,2-350,52),