Принцип работы теплового насоса. Расчет теплоотдачи от стены при естественной конвекции. Расчет тепловых потерь дома. Расчет оптимального коэффициента для обратного равновесного цикла Карно, страница 6

n = ------------- = 4,16*10^-7 м²/с;

                            977

                       1.5*17*10^-3

Re = --------------- = 61298.1.

                         4.16*10^-7   

   Коэффициент Нуссельта:

Nu = 0.021*Re^0.8*Рr^0.43;                                                                              (45)

где         Рr – число Прандтля (при t = 700C, Pr = 2.57)

Nu = 0,021*61298,1^0,8*2,57^0,43 = 213,0336

   Коэффициент теплоотдачи определяем по формуле (42)

                         213,0336*66,1*10^-2

a2 = ---------------------------- = 8283, 2476 Вт/м^{2 o}C

                                  0,017

   Температура tст 2, ^оC:

tст2 = g/a2 + tж                                                                                          (46)

tст2 = (1*10⁴/8283,2476) + 70 = 71, 2 ^oC

   Температура tст1, ^oC:

q*d

            tст1 = ------ + tст2            (47)

l

где            l - коэффициент теплопроводности, Вт/м ^оС (l = 70 Вт/м ^oС).           

tст1 = (1*10⁴*1,5*10³/70) + 71, 2073 = 71, 42 ^oC

   Число Рейнольдса Re*

Re* = 2,3*(Ar*)^0,2                                                                                                                                            (48)

где         Ar* - критерий Архимеда (табл. 3 [1]) (Ar* = 1,92*10⁵).

Re* = 2,3*(1,92*10⁵) = 26,2

   Число Рейнольдса для плёнки Re:

q*H

Re = ------                                                                                                       (49)

r*M

где            r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг. (табл. 3 [1]

r = 192,2*10³ Дж/кг).

M – динамическая вязкость жидкости.

M = r*n                                                                                                         (50)

где           n - кинематическая вязкость жидкости, м²/с (n = 2,05*10^-7 м²/с).

r - плотность жидкости, кг/м³ (r = 1218 кг/м³).

M = 1218*2,05*10^-7 = 2,5*10^-4 Н*с/м².

   По формуле (48):

                             1*10⁴*0,7

Re = --------------------------- = 145, 7.

                       192,2*10³*2,5*10^-4

   Для волнового режима течения:

Nu = 0,527/Ar*^0,067                                                                                                                                         (51)

Nu = 0,527/(1,92*10⁵)^0,067 = 0,233

   Коэффициент теплоотдачи a1, Вт/м^{2 о}C:

Nu*l`

a1 = -------,                                                                                                    (52)

ln

где         l` - коэффициент теплопроводности (для хладона 21 – при t = 80 ^oС                    

               табл. 3 [1]), Вт/м ^оС. (l` = 8,1*10^-2 Вт/м ^оС);

ln - гравитационная постоянная, м (ln = 1,64*10^-5 м)

                      0,233*8,1*10^-2

a1 = ------------------- = 1150,8 Вт/м ^{2 о}С

                          1,64*10^-5

   Удельный тепловой поток по формуле (33):

q = 1150,8*(80-71,42) = 0,9867*10⁴ Вт/м²

   Относительное отклонение d %:

qзад - qрасх

d = -----------------*100%                                                                            (53)

qзад

                        1*10⁴ – 0,99*10⁴

d = -----------------------*100% = 1%

                             1*10⁴  

 Вычисляем число трубк в конденсаторе N

Qотоп

N = ---------                                                                                                 (54)

Q1

где   Qотоп – тепловые потери дома, Дж (Qотоп = 12153,07 Дж).

                      12153,07

N = ------------- = 27,6     

                         439,6

   Число трубок в конденсаторе N = 28

Заключение:

          Наибольшие тепловые потери в коттедже осуществляются через стены, имеющие несоизмеримо большую площадь, нежели окна. Для уменьшения потерь через стены следует использовать засыпки, исполняющие роль утеплителя (гравий керамзитовый, шлак, торф).

          Для повышения КПД теплового насоса следует уменьшить степень неравновесности цикла теплового насоса, посредством повышения  эффективности работы конденсатора и испарителя.