Схема и цикл газовой (воздушной) холодильной установки

Впервые промышленное получение холода было осуществлено с помощью, воздушной холодильной установки.

Схема и обратимый цикл воздушной холодильной установки представлены на. 10, 2, 10, 3, 10.4.

Работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре (площадь а-1-2-b в p-v- диаграмме),

Работа, получаемая при расширении воздуха в детандере (площадь а-4-3-b),

частично компенсирует затраты работы на сжатие (компрессор, детандер и электродвигатель находятся на одном валу).

Обозначения: К - компрессор; Д - детандер; ХК - холодильная камера;

Т -теплообменник, охлаждаемый водой; ЭД - электродвигатель; Т_ос= Т₃ -

температура окружающей среды; Т_х = Т₁ - температура вырабатываемого

холода.

Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла 1-2-3-4.

Результирующая затрачиваемая работа (площадь цикла 1-2-3-4 в p-v- и T-s- диаграммах)

Удельная холодопроизводительностъ обратимого цикла (площадь 1 -4-c-d в T-s- диаграмме)

Теплота, передаваемая от охлаждаемого воздуха к воде в теплообменни­ке (Площ. 2-3-c-d),

Холодильный коэффициент обратимого цикла

 

В газовой холодильной установке невозможно осуществить изотермиче­ский процесс подвода и отвода теплоты, поэтому обратимый цикл 1-2-3-4 от­личается от цикла Карно 1-2'-3-3' для данного интервала температур Т_х - T_oc. Из T-s- диаграммы видно, что в цикле Карно удельная холодопроизводительность больше (Площ. c3'ld > Площ. c4ld), а затрачиваемая работа меньше (Площ. 1-2'-3-3'< Площ. 1-2-3-4), чем в цикле воздушной холодильной уста­новки, следовательно, холодильный коэффициент цикла Карно

Эксергетический КПД обратимого цикла для газовых холодильных ус­тановок

=0, 2-0, 25,

 

что говорит о низком термодинамическом совершенстве газовых циклов.

На. 10.5 представлен действительный цикл воздушной холодильной установки 1-2 -3-4 .

Степень необратимости процессов сжатия и рас­ширения воздуха учитывается внутренним относи­тельным КПД компрессора и внутренним относитель­ным КПД детандера:

Механические и электрические потери в ком­прессоре, детандере и электродвигателе учитываются электромеханическим КПД (η _эм).

Удельная холодопроизводительность действительного цикла

Затрачиваемая работа с учетом всех потерь (электрическая работа)

Холодильный коэффициент и эксергетичеекий КПД холодильной уста­новки (с учетом всех потерь)

Учет потерь от необратимости снижает эксергетичеекий КПД установки ( ) по сравнению с эксергетическим КПД обратимого цикла ( ) при­мерно в два раза.

Вследствие малой теплоемкости воздуха удельная холодопроизводи­тельность воздушных холодильных установок

q_x =Δ h = c_pΔ t, кДж/кг_,

мала. Для получения необходимой холодопроизводительности

Q_x=Gq_x, кВт

требуются большие расходы циркулирующего воздуха, с которыми успешно справляются турбокомпрессоры и турбодетандеры.

Газовые холодильные машины применяются для получения искусствен­ного холода с низкими температурами (t< -100 °С).

1 0.3. Схема и цикл парокомпрессионной холодильной установки

Хладоагентами (ХА) парокомпрессионных холодильных установок яв­ляются пары иизкокипящих жидкостей: аммиака (NH₃, фреонов ( ).

На. 10.6 и 10.7 представлены схема и цикл парокомпрессионной хо­лодильной установки.

Обозначения: К- компрессор; КН - конденсатор; ДВ- дроссельный вентиль; И-испаритель; ЭД - электродвигатель; t'_xл, t" _хл -температуры хладоносителя. Цифры на схеме (. 10.6) соответствуют узловым точкам обратимого цикла 1-2-3-4 (. 10.7).

Хладоноситель - жидкость, не замерзающая при низких температурах (этиленгликоль, пропиленгликоль), используемая для транспортировки холо­да.

Для понижения температуры ХА в парокомпрессионных холодильных установках используется дроссельный вентиль. В процессе дросселирования 3-4 энтальпия ХА не изменяется (h₃ = h₄).

Теплота, необходимая для испарения ХА в испарителе, забирается от хладоносителя.

Удельная холодопроизводительность обратимого цикла

q_x=h₁-h₄.

Затрачиваемая работа в цикле (работа компрессора)

Теплота, отводимая в процессе охлаждения и конденсации ХА,

q₀=h₂-h₃.

Холодильный коэффициент обратимого цикла

Если пренебречь разностью температур в процессах теплообмена между хладоагентом и водой, охлаждающей конденсатор, между хладоагентом и хладоносителем в испарителе, то можно принять, что Т_х = Т₁, Т_ос= Т₃.

В парокомпрессионнои холодильной установке в интервале температур Т_х - Т_oc возможно осуществить цикл Карно 1-2'-3-4' с холодильным коэффи­циентом

Эксергетический КПД обратимого цикла парокомпрессионных холо­дильных установок

=0, 82-0, 85,

что говорит о высокой степени термодинамического совершенства паровых циклов.

Действительный цикл парокомпрессионной хо­лодильной установки представлен на. 10.8.

Затрачиваемая работа с учетом всех потерь

Холодильный коэффициент установки

Эксергетический КПД холодильной установки

Преимущество парокомпрессионных холодильных установок, по срав­нению с газовыми, в том, что они имеют более высокий эксергетический КПД, меньшие габариты, большую удельную холодопроизводительность.

Они применяются для получения холода в области умеренных температур (t > -100 °С), широко используются в промышленности и в быту.

Методические указания

Почему в теплотрансформаторах осуществляются обратные циклы? Это можно понять, если сравнить назначение теплотрансформаторов с назначе­нием тепловых двигателей. В теплотрансформаторах теплота передается от холодного тела к горячему и этот процесс требует затраты работы. Назначе­ние тепловых двигателей - получить полезную работу за счет тепла горячего источника; не превращенное в работу тепло самопроизвольно переходит к холодному источнику.

Важно разобраться с коэффициентами, оценивающими эффективность циклов теплотрансформаторов (ε, μ, k, η _ЭКС). Коэффициенты ε, μ, к зависят от температур источников тепла и не могут использоваться для сравнения по эффективности одноименных теплотрансформаторов, работающих в разных температурных интервалах. Показателем термодинамического совершенства любых теплотрансформаторов является эксергетический КПД (η _ЭKC).

Необходимо понимать особенности работы и применения газовых (воз­душных) и парокомпрессионных холодильных установок:

• почему в газовых холодильных установках не применяется дроссель­
ный вентиль вместо громоздкого детандера;

• почему термодинамическая эффективность циклов парокомпрессионных холодильных установок существенно выше, чем газовых;

• в каких установках больше расходы ХА и почему;

• как можно увеличить холодопроизводительность парокомпрессион­
ных холодильных машин и т.д.

Задачи

1. В цикле воздушной холодильной установки параметры воздуха на входе в компресс p₁ = 1 бар, t = -10 °С, параметры воздуха на входе в де­тандер р₃ = 5 бар, t₃ = 15 °С.

Определить удельную холодопроизводительность (q_x), затрачиваемую работу (/), холодильный коэффициент (s_t) и эксергетический КПД (η _Экс, ) об­ратимого цикла.

Теплоемкость воздуха принять постоянной согласно молекулярно-кинетической теории газов.

Решение

Схема и обратимый цикл воздушной холодильной установки приведены на. 10.2-10.4.

Рассчитываются температуры в узловых точках цикла Т₂ и Т₄ по уравне­нию (4.48). (Для воздуха - двухатомный газ - показатель адиабаты k=1, 4):

Затрачиваемая работа при условий постоянной теплоемкости

определяется по формуле

Удельная холодопроизводительность

 

Холодильный коэффициент обратимого цикла

Холодильный коэффициент цикла Карно

Эксергетический КПД обратимого цикла

=1, 72/10, 52 = 0, 163.

Ответы: q_x= 81, 2 кДж/кг, l = 47, 3 кДж/кг, ε _t = 1, 72, η _ЭКС = 0, 163.

2. Компрессор аммиачной холодильной установки всасывает мокрый пар при давлении p₁ =1, 9 бар, степени сухости x₁ = 0, 9 и сжимает его адиабатно до давления р₂ = 8, 57 бар, при этом пар становится сухим насыщен­ным.

Определить холодопроизводительность (q_х), отводимое в конденсаторе тепло (q_о), работу компрессора (l_k), внутренний относительный КПД ( ), холодильный коэффициент и эксергетический КПД действительного цикла ( ).

Решение

Действительный цикл (1-2 -3-4), осуществляемый в аммиачной холодильной установке, представлен на. 10.9.

Энтальпии (h) в узловых точках цикла определяются с помощью таблицы насыщенного пара аммиака (табл.3 Приложения). Энтальпия и энтропия аммиака на входе в компрессор (h₁, s₁) рассчитываются по формулам (5.2), (5.4). Параметры h′, s′, h″, s″ берутся из табл.3 при p₁=1, 9бар:

h₁=1655, 9· 0, 9+(1-0, 9)· 327, 4=1523 кДж/кг,

кДж/кг· К

При p₂=8, 57 бар из табл.3 находятся значения h =h″ =1699, 4 кДж/кг, h₃=h₄=h′ =512, 5кДж/кг.

Степень сухости x₂ рассчитывается по формуле (5.7) через энтропию s₂=s₁:

энтальпия h₂ – рассчитывается по формуле (5.2):

h₂=1699, 4· 0, 978+(1-0, 978)· 512, 5=1673, 3 кДж/кг

Удельная холодопроизводительность

кДж/кг.

Теплота, отводимая в конденсаторе,

кДж/кг.

Работа компрессора

кДж/кг.

Внутренний относительный КПД компрессора

Холодильный коэффициент действительного цикла

По давлениям p₁ и p₂ из табл.3 находятся t_x=-20 ^оС, t_ос=20 ^оС. рассчитывается холодильный коэффициент обратного цикла Карно (по формуле (10.2))

и эксергетический КПД дeйcтвительного цикла

Ответы

q_x=1010, 5 кДж/кг, q₀=1186, 9 кДж/кг, l_к=176, 4 кДж/кг,

ε =5, 73, =0, 852, η _ЭКС =0, 906

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. F) объема производства при отсутствии циклической безработицы
2. II. Описание экспериментальной установки.
3. А. ОБСЛУЖИВАНИЕ РЕАГЕНТНОГО ХОЗЯЙСТВА И УСТАНОВКИ ПО ГИДРАЗИННОЙ ОБРАБОТКЕ ВОДЫ
4. А. Торможение автомобилей, иных, чем мотоциклы
5. А.Грицанов, Т.Румянцева, М.Можейко. История Философии: Энциклопедия.
6. Аксонометрическая схема стояка водоотведения и выпуска
7. Алгоритм выделения эйлерова цикла в связном мультиграфе с четными степенями вершин
8. Алгоритмическая структура цикл с предусловием
9. Алгоритмы классического цикла управления и основные направления развития менеджмента в здравоохранении.
10. Алгоритмы с повторениями. Цикл с предусловием WHILE. Цикл с постусловием REPEAT
11. Артуровский цикл и легенда о Святом Граале
12. Атомные паротурбинные установки