Реферат: Расчет парожидкостных компрессионных трансформаторов тепла

Курсовая работа по дисциплине:

«Судовые холодильные установки»
на тему

«Расчет парожидкостных компрессионных трансформаторов тепла»
Содержание


1. Назначение и краткое описание трансформаторов тепла.

Трансформаторами тепла (или термотрансформаторами) называю­тся технические системы, в которых осуществляется отвод энергии в форме тепла от объектов с относи­тельно низкой температурой к при­емникам тепла с более высокой температурой.Такое преобразова­ние, называемое в технике повыше­нием потенциала тепла, не может, как следует из термодинамики, про­исходить самопроизвольно. Для по­вышения потенциала тепла необхо­дима затрата внешней энергии того или иного вида: электрической, ме­ханической, химической, кинетичес­кой энергии потока газа или пара и др.

Процессы повышения потенци­ал тепла классифицируются обычно в зависимости от положения температурных уровней: верхнего — теплоприемника ТВи нижнего — теплоотдатчика ТНпо отношению к температуре окружающей сре­ды ТОС, принимаемой в большин­стве случаев равной 20° С (293 К).

В том случае, когда температура теплоотдатчика ниже температуры окружающей среды ТНВ = ТОС, осуществляющая отвод тепла система (трансформатор теп­ла) называется рефрижератором (класс R — от английского слова refrigeration — охлаждение)

При ТВ/>ТОС соответ­ствующий трансформатор тепла на­зывается тепловым насосом (класс Н — от английского слова heat — тепло)

При ТВ/>ТОС/>и ТВ/>ТОС транс­форматор тепла осуществляет обе функции — и рефрижератора, и теп­лового насоса; он называется ком­бинированным (класс RH).

В основном работа рефрижера­тора заключается в выработке хо­лода, т. е. отводе в окружающую среду тепла от объектов, температу­ра Тикоторых ниже температуры окружающей среды. В зависимости от уровня ТН рефрижераторы де­лятся на две подгруппы: приТВ/>120 соответствующие системы называются холодильными, при ТН
Теплонасосная система предназ­начена для использования тепла, отводимого от окружающей среды или другого низкопотенциального источника (например, отработавшей воды или пара), для бытового или технологического теплоснабжения— подвода тепла при ТВОС. Обычно ТВ не превышает 400—450 К, по­скольку тепло более высокого по­тенциала, как правило, выгоднее получать при использовании хими­ческого или ядерного топлива.

На рис.1 показаны характер­ные температурные зоны использо­вания трансформаторов тепла раз­личного назначения.

Теплоприемником — охлаждаю­щей средой, к которой отводится тепло от охлаждаемого объекта, в рефрижераторных системах служит обычно окружающая среда (атмо­сферный воздух или вода), в теплонасосных и комбинированных си­стемах отапливаемые помещения или обогреваемые элементы техно­логической аппаратуры.

/>

Рис.1 Температурные зоны использова­ния трансформаторов тепла различного на­значения

Очевидно, что процессы во всех трансформаторах тепла трех опи­санных видов (R, Н и RH) незави­симо от конкретной схемы должны моделироваться обратными термо­динамическими циклами. В общем виде такие обратные циклы на Т, s -диаграмме показаны на рис. 2

Процессы 1-2, характеризуемый отводом тепла и уменьшением эн­тропии, 3-4, характеризуемый под­водом тепла и возрастанием энтро­пии, а также 2-3 и 4-1, происходя-щие соответственно с понижением и повышением температуры рабоче­го тела, могут проводиться самыми разными способами и с использова­нием различных рабочих тел. Одна­ко во всех случаях изменения энтро­пии и температур, перечисленные выше, неизбежно осуществляются.

Особое значение в трансформа­торах тепла имеет процесс 2-3', свя­занный с понижением температуры до самой нижней точки цикла Т'3, его рассмотрению будет уделено в дальнейшем особое внимание. Наи­более простым эталоном цикла трансформатора тепла может слу­жить обратный цикл Карно. Но на практике для трансформации тепла обычно используются другие циклы и процессы, существенно отличаю­щиеся от цикла Карно. Причина этого не только в том, что систему, в которой бы протекал реальный цикл, близкий к циклу Карно, труд­но реализовать на практике, но и в том, что существуют и другие цик­лы (в частности, с регенерацией), которые позволяют при прочих рав­ных условиях обеспечить более вы­сокую эффективность системы тран­сформатора тепла. Кроме того, не­которые процессы трансформации тепла, производимые, например, по­средством полупроводниковых тер­моэлементов, протекают вообще без каких-либо циклов. Однако их ко­нечные термодинамические показа­тели определяются, естественно, те­ми же значениями, что и для обрат­ных циклов.

/>

Рис. 2 Принципиальная схема циклов трансформаторов тепла на Т, s-диаграмме.

а — рефрижератор; б — тепловой насос; в — комбинированный трансформатор тепла.
2. Исходные данные для расчета
Холодопроизводительность Q0=69,75 кВт;

Температура охлаждаемой среды на входе в испаритель Тн1=-8 0С;

Температура охлаждаемой среды на выходе из испарителя Тн2=-15 0С;

Температура охлаждаемой среды на выходе из конденсатора Тв1=26 0С;

Температура охлаждаемой среды на входе в конденсатор Тв2=20 0С;

ΔТк1=5 0С;

ΔТи=3 0С;

Объемная подача V0=11 м3/ч.
3. Описание расчетной схемы

/>



Рис. 3 Принципиальная схема и процесс работы реального компрессионного трансформатора тепла.

а) – Принципиальная схема б) – Т-S диаграмма


Установка работает следующим обра­зом. Тепло от теплоотдатчика подводится к рабочему агенту в испарителе VI. В ре­зультате подвода тепла рабочий агент ки­пит в испарителе при давлении Р0и тем­пературе Т0. Пар, полученный в испарите­ле, поступает в отделитель жидкости V, где он освобождается от капель влаги, а затем засасывается компрессором.

В компрессоре пары рабочего агента сжимаются с давления Р0до давления Рк Температура конденсации пара при этом соответственно повышается с Т0до Тк.

Из-за трения и необратимого теплооб­мена процесс сжатия в компрессоре 1-2 не совпадает с изотропным сжатием 1-2'.

Из компрессора пар поступает в кон­денсатор II, где в результате отвода тепла к теплоприемнику происходят охлаждение рабочего агента и конденсация пара.

Жидкий хладоагент при давлении Рк и температуре Тк проходит через дроссельный вентиль IV, где в результате дросселирования давление рабочего агента падает с Рк до Ро и температура снижается. При этом рабочий агент частично испаряется. После дрос­сельного вентиля охлажденный рабочий агент проходит через отделитель жидкости, в котором производится отделение жидкой фазы от паровой. Жидкий агент поступает в испаритель VI, где к нему подводится тепло q0теплоотдатчика (объекта охлаж­дения), полученный пар отводится непо­средственно во всасывающий патрубок.
4. Расчет аммиачной одноступенчатой холодильной установки.
Определим температуры испарения и конденсации:

/>=/>-/>= -18 0С;

/>=/>+/>=31 0С.

Находим параметры рабочего агента в характерных точках схемы по термодинамической диаграмме или по таблицам аммиака:

Т1= -18 0С=255 К;

/>=0,22 МПа;

/>=0,58 м3/кг;

/>=1662 кДж/кг.

/>=1,2 МПа;

/>=1925кДж/кг;

Т2=110 0С=383 К.

Т3К =31 0С=304 К;

/>=1,2МПа;

/>=566кДж/кг.

Т4==255 К;

/>=0,22МПа;

/>=566 кДж/кг.

По формуле />находим энтальпию рабочего агента

на выходе из компрессора:

/>кДж/кг.

Находим удельную работу компрессора li:

/>;

/>кДж/кг;

/>;

/>кДж/кг.

Определяем удельный расход тепла на единицу расхода рабочего агента:

— в испарителе: />=1662-566=1096 кДж/кг;

— в конденсаторе: />=1990,75-566=1424,75 кДж/кг;

Проверяем энергетический баланс по формуле:

/>;

1096+328,75=1424,75;

1424,75=1424,75.

Массовый расход рабочего агента:

/>=69,75/1096=0,06 кг/с;

Объемная производительность компрессора:

/>м3/с;

Расчетная тепловая нагрузка конденсатора:

/>кДж/с;

Электрическая мощность компрессора:

/>=21 кВт;

/> — удельный расход электрической энергии на выработку холода – безразмерная величина, определяемая по формуле:

/>;

/>=0,3

Холодильный коэффициент />и КПД рефрижераторной установки />определяются по формулам: />=1/0,3=3,3

/>=0,4

Средняя температура хладоагента может быть определена по формуле:

/>;

/>К;

Удельный расход электрической энергии в идеальном цикле:

/>=0,12;

Эксергетический КПД холодильной установки:

/>0,40.

Значения эксергий рабочего агента в характерных точках процесса могут быть определены по e, i – диаграмме или формуле:

/>

Значения основных параметров рабочего агента в характерных точках процесса заносим в таблицу:

Номера точек

Давление />, МПа

Температура />, К

Энтальпия />, />

Энтропия />, />

Эксергия />,/>

1

2

3

4

0,22

1,2

1,2

0,22

255

409

304

255

1662

1990,75

566

566

9,1

9,26

4,73

4,80

107

389

291

271

Составим эксергетический баланс для />расхода рабочего агента.

Удельное количество эксергии, вводимое в установку в виде

электрической энергии, подведенной к электродвигателю компрессора:

/>=21/0,06=350 кДж/кг;

Удельные электромеханические потери в компрессоре:

/>=35 кДж/кг

Внутренние потери в компрессоре.

В компрессор подводятся 2 потока эксергии: электрическая энергия

/>и эксергия потока всасываемого рабочего агента />; из компрессора отводится эксергия потока рабочего агента />. Следовательно, внутренние потери эксергии в компрессоре:

/>=315+107-389=33 кДж/кг;

3. Потеря эксергии в конденсаторе состоит из двух слагаемых: эксергии, отводимой охлаждающей водой, и эксергии, теряемой из-за необратимого теплообмена между рабочим агентом и охлаждающей водой.

Эксергия, отданная хладоагентом:

/>=389-291=98 кДж/кг;

Эксергия, полученная охлаждающей водой, приближенно определяется по формуле:

/>=10 кДж/кг

где /> — коэффициент работоспособности отводимого тепла, который определяется по формуле:

/>=1-293/298=0,007

ТВ.СР – средняя температура хладоагента в конденсаторе:

/>;

/>=295 К.

Эксергия, теряемая из-за необратимого теплообмена между рабочим агентом и охлаждающей водой:

/>=98-10=88 кДж/кг;

Так как эксергия охлаждающей воды после конденсаторов компрессионных установок обычно не используется, то суммарные потери эксергии в конденсаторе составят:

/>=88-10=78 кДж/кг;

Потеря эксергии в дроссельном вентиле:

/>=20 кДж/кг;

Отвод эксергии в испарителе:

/>=164 кДж/кг;

Отвод эксергии в испарителе равен эксергии холода, произведенного в испарителе:

/>;

Из эксергии, отводимой в испарителе, используется в виде эксергетической холодопроизводительности эксергия:

/>-131,5 кДж/кг;

/> — коэффициент работоспособности полученного холода, определяемый по формуле:

/>=1-293/261= -0,12;

Остальная эксергия />теряется из- за необратимого теплообмена в испарителе:

/>=164+131,5=295,5 кДж/кг.

Удельный баланс эксергии рассматриваемой холодильной установки:

Подвод эксергии

Отвод эксергии

Параметр

кДж/кг

%

Параметр

кДж/кг

%

По отношению к эл. энергии, %

Эл. энергия на компрессор

350

100

Эл.мех.потери

35

5,9

10




Внутр. потери на компрессоре

33

5,7

9,4




Потери эксергии в конденсаторе

78

13,1

22,3




Потери эксергии в дросселе

20

3,4

5,7




Потери в испарителе

295,5

49,8

84,4




Эксергетическая холодопроизводительность

131,5

22,1

37,5

Всего

350

100


593

100

169,3


5. Подбор поршневого компрессора.
Заданы:

Параметры всасывания:

/>=0,22 МПа;

/>=255 К;

/>=0,58 м3/кг

Давление нагнетания: />=1,2 МПа;

Температура конденсации />=304 К;

Расчетная объемная подача />=11 м3/ч.

Объемный коэффициент, учитывающий влияние вредного пространства:

/>;

/>=0,91;

где с = 0,03 – коэффициент вредного пространства;

m=1,3 – показатель политропы расширения.

Коэффициент подогрева:

/>=0,83;

Коэффициент плотности принимается равным />

Объемный коэффициент подачи компрессора:

/>=0,74.

Объем, описываемый поршнями компрессора:

/>=14,8 м3/ч;

За основу принимаем серию компрессоров с ходом поршня L = 0,07 м; и диаметром цилиндра Д = 0,08 м при частоте вращения коленчатого вала />. Тогда число цилиндров компрессора: />и округляем его до ближайшего целого числа:

/>=8

Выбираем по таблицам поршневых компрессоров, например, восьмицилиндровый компрессор марки АУУ – 90. Производительность этого компрессора составит при />:

/>;

/>=110 м3/ч;

Индикаторный КПД

/>=0,81.
Заключение.

В ходе данной курсовой работы была рассчитана схема аммиачной одноступенчатой холодильной установки с охладителем хладоагента, составлен эксергетический баланс установки и определены потери эксергии в отдельных ее элементах. В заключение был подобран поршневой компрессор и определены его объемные и энергетические коэффициенты. Результаты работы отражены в графической части, в которую входят основные диаграммы и расчетная схема установки.
Литература
Добровольский А.П. Судовые холодильные установки.

Соколов В.Я. Энергетические основы трансформации тепла и процессы охлаждения.

Стенин В.А., Матвиенко С.И. Холодильные машины и установки. Методические указания.
120>
еще рефераты
Еще работы по производству