Реферат: Определение равновесной температуры воздуха в охлаждаемом помещении (на примере низкотемпературных прилавков и шкафов)

МОСКОВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

Кафедра«Холодильная техника»

ХОЛОДИЛЬНЫЕУСТАНОВКИ

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕРАВНОВЕСНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В ОХЛАЖДАЕМОМ ПОМЕЩЕНИИ ( НА ПРИМЕРЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХПРИЛАВКОВ И ШКАФОВ )

 

Методическиеуказания к лабораторной работе для студентов специальностей  140504, 190603 инаправления 140500

ВВЕДЕНИЕ

 

Настоящая лабораторная работа посвящена изучению изакреплению знаний студентов по разделу «Типы холодильных установок,холодильников, параметры охлаждающей среды” курса “Холодильные установки”. В тоже время, в той или иной степени, рассматриваются отдельные вопросы разделов:»Изоляция охлаждаемых помещений", «Расчет теплопритоков вохлаждаемые помещения”, “Способы охлаждения помещений и аппаратов»,«Малые холодильные установки». Студенты также знакомятся соборудованием лабораторного стенда и его приборами, методикой проведенияисследований, с различными производственными ситуациями по установлениютемпературы воздуха в охлаждаемом помещении.

При включении холодильной машины в охлаждаемом помещенииустанавливается температура /> нижетемпературы /> наружного (окружающегопомещение) воздуха. Тогда внутрь помещения начнут проникать теплопритоки черезнаружные ограждения />, при этом отпродуктов (грузов), располагаемых в охлаждаемом помещении, будет отводиться теплоприток/>. Кроме того, приэксплуатации охлаждаемого помещения в него будут проникать теплопритоки />, вносимые при открываниидверей и выделяемые различными источниками, находящимися внутри помещения (отлюдей, от осветительных приборов, от двигателей и др.). Все эти теплопритокидолжны быть отведены испарителем холодильной машины (/>). В установившемсясостоянии наступит равенство подводимых в камеру теплопритоков и отводимых испарителем,т.е.  при балансе:

/>

При наступлении равновесия между теплопритоками итеплоотводом в камере установится определенная температура, называемая равновеснойтемпературой.

Рассмотрим наиболеепростой случай, когда внутрь охлаждаемого помещения проникают только наружные теплопритоки/>. Такое допущение вполнереально. Например, если в камеру хранения положили охлажденные или замороженныегрузы, имеющие температуру />, то отних теплопритока не будет. Не будет теплопритока от грузов и в случае, если этокамера длительного хранения, куда грузы заложены уже давно и их температурастала равна температуре в охлаждаемом помещении. Исключение составляют плоды иовощи, которые при хранении (при температуре выше температуры замерзания)выделяют теплоту «дыхания».

При закрытых дверях в камеры не будут поступать теплопритоки,вызванные открыванием дверей, а специальные камеры для хранения продуктов врегулируемой газовой среде вообще открываются редко и доступ в них людейвозможен только в специальном противогазе, защищающем органы дыхания. Приотсутствии людей в камерах освещение должно выключаться, следовательно,теплопритока от освещения не будет. Поэтому возможно (для простоты) принять,что />. Для ограждения, неподверженного действию солнечной радиации:

                                        />                                           (1)

Холодопроизводительность испарителя:

                                        />                                            (2)

Из уравнений (1) и (2) следует, что равновесная температуравоздуха в охлаждаемом помещении:

                     />/>,                         (3)

где: />, /> - коэффициентытеплопередачи наружного ограждения камеры и охлаждающего прибора (батареи,воздухоохладителя) соответственно, />;

/>, /> - площади поверхностей наружных огражденийохлаждаемого помещения и охлаждающих приборов соответственно, />;

/> - температура рабочего тела (кипения хладагента) вприборах охлаждения, />.

Наличие других (кроме />)теплопритоков приведет к повышению температуры в охлаждаемом помещении. Приэтом установится равновесная температура:

                />/>                    (3а)

Холодильные установки работают при переменных внешнихусловиях, поэтому рассматриваемое равновесие является временным явлением.Соответствующие преобразования уравнения (3) приводят к выводу, что температуравоздуха в охлаждаемом помещении в общем виде устанавливается на уровне: />

Выполнение работы рассчитано на 4 часа. При этом значительнаячасть расчетов и оформление работы проводится во внеаудиторное время (ваудитории, библиотеке, дома).

В содержание отчета должно входить:

— титульный лист

— оформленные журнала наблюдений; расчеты; построенные на ихоснове графики зависимостей />, />, />, />; выводы об установлении />, />, коэффициентарабочего времени машины />; проведенныесравнения расчетных и наблюдаемых в лабораторной работе величин;

-  умение ответить на поставленные вопросы.

Порядок выполнения работыУСТРОЙСТВО ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Лабораторный стендсмонтирован на базе холодильного низкотемпературного прилавка ПХН-1-0,4 М схолодильной машиной. Стенд включает потенциометр КСП-4 многоточечный,инструмент, приборы КИП.

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯХОЛОДИЛЬНОГО НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПРИЛАВКА

Прилавок ПХН-1-0,4 М предназначен для кратковременногохранения и продажи непосредственно из него предварительно замороженныхпродуктов в продовольственных магазинах и имеет следующую техническую характеристику:

-  средняя температура за цикл в центре охлаждаемого объема(при температуре окружающего воздуха не более 32°С и его относительнойвлажности не более 55%) °С____________________________________- 13;

-  номинальный внутренний объем, м3_________________________0,4;

-  максимальная одновременная загрузка продуктов,кг___________80;

Характеристика холодильного агрегата:

— тип_________________________________________________ВН 400;

— холодопроизводительность,Вт_____________________________410;

— расположение____________________________________встроенный;

— холодильный агент_____________________________R134а или R22 ;

— ток______________________________________________трехфазный;

— установленная мощность, Вт, неболее_______________________411;

- коэффициентрабочего времени холодильного агрегата, не более

________________________________________________________0,75;

— оттаивание испарителя автоматическое, с помощью трубчатогоэлектронагревателя мощностью, Вт_____________________________400;

-  масса, кг, не более_______________________________________210.

Описание конструкции прилавка

Прилавок холодильныйнизкотемпературный (рис. 1)  состоит из холодильной камеры и машинногоотделения.

Холодильная камерапредставляет собой короб, внутренняя обшивка которого выполнена из листовогоалюминия. Наружные обшивки прилавка выполнены из листовой стали, окрашенной вбелый цвет. Между наружными обшивками и внутренним коробом уложентеплоизоляционный материал ПСБ-С. Изоляционный материал окрашен с обеих сторонбитумом толщиной по 1 мм для уменьшения возможности его увлажнения.

/>

Рис. 1. Продольныйразрез прилавка холодильного низкотемпературного ПХН-1-0,4 М:

1 – машинноеотделение; 2 – поддон; 3 – воздухоохладитель; 4, 5 – манометры; 6 — термометрнаружного воздуха; 7 – манометрический термометр; 8 – створки раздвижные; 9 –потенциометр КСП-4; 10 – холодильная камера; 11 – решетки для продуктов; 12 –щитки воздуховодов; 13 – теплоизоляция; 14 – термореле ТР-1-02Х.

Доступ в камеру осуществляется сверху через две раздвижныестворки. Машинное отделение с трех сторон имеет легкооткрывающиеся решетки.Внутри машинного отделения установлен холодильный агрегат и при борыавтоматики. Температура в охлаждаемом объеме поддерживается на расчетном режимеработой холодильной машины (рис. 2), которая состоит из холодильного агрегата,испарителя, терморегулирующего вентиля, конденсатора.

Циркуляция охлажденного воздуха в объеме камеры — искусственная.

Автоматическое управление работой холодильного агрегатаосуществляется с помощью термореле TP-I-02X. Для контроля температуры в объеме камеры предусмотренманометрический термометр, смонтированный на стенке с наружной стороныприлавка.

Оттаивание инея с испарителя осуществляется трубчатымэлектронагревателем, а автоматическое управление оттаиванием испарителя осуществляетсяреле времени и температуры РВТ 12/24. Конденсат из испарителя стекает в поддон,расположенный в машинном отделении. Дальнейшее удаление влаги из поддонанеобходимо производить в какую-либо емкость не реже одного раза в сутки.

/>                       /> 

Рис. 2. Схема холодильной                Рис. 3. Конструкциянаружного

машины:                                               ограждения прилавка:

1 – компрессор холодильного             1 – алюминиевый лист;

агрегата; 2 – вентиль двуххо-              2 – теплоизоляция;

довой;  3,7 – манометры;                     3 – слой пароизоляции(битум);

4 – испаритель(воздухоохла-               4 – стальнойлист.            

дитель); 5 – вентилятор с дви-

гателем воздухоохладителя;                           

6 – вентиль терморегулирую-

щий 22ТРВ-0,6В; 8 – конден-

сатор; 9 – вентилятор с двига-

телем конденсатора; 10 — ресивер.

Холодильный агрегат ВН 400

Агрегат холодильный герметичный поршневой низкотемпературныйВН 400 является частью холодильной установки и располагается в машинномотделении. Холодильная установка работает нормально при температуре окружающеговоздуха от -5 до +45°С.

Техническая характеристика агрегата:

-  холодопроизводительность номинальная (при температурекипения хладагента -35°С и температуре окружающего воздуха +20°C), Вт____410;

— компрессор:

тип__________________________________герметичный поршневой;

число цилиндров N, шт.____________________________________2;

диаметр цилиндров Dц, м________________________________0,036;

ход поршня S,м________________________________________0,018;

синхронная частота вращения вала n, с-1______________________25;

— конденсатор:

тип__________________ребристо-трубный воздушного охлаждения;

площадь поверхности охлаждения, м2________________________2,2;

-  воздухоохладитель:

тип________________________________________ребристо-трубный;

площадь поверхности Fo, м2_______________________________4,33;

-  ресивер вертикального типа емкостью, м3_________________0,0014;

-  электродвигатель компрессора мощностью, NДВ.К, Вт__________370;

-  электродвигатель вентилятора мощностью NДВ. В, Вт___________30.

Потенциометр КСП-4

Потенциометр КСП-4многоточечный предназначен для измерения температуры воздуха в камере, наповерхности ребер и на поверхности трубок воздухоохладителя. В качестведатчиков применяются хромель-копелевые термопары.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

1. Изучите устройство изолированного ограждения. Для этогооткройте крышку прилавка над воздухоохладителем. Измерьте штангенциркулемтолщину составляющих элементов изолированного ограждения (стенки): стальноголиста, алюминиевого листа, теплоизоляции (рис. 3). Примите, что толщина слояпароизоляции (битума) с каждой стороны изоляции составляет по 0,001 м.Познакомьтесь с материалами, их структурой, свойствами. Результаты запишите вжурнал наблюдений (табл. 1) в колонки 3 и 5. При этом учтите «Описаниеконструкции прилавка”. Используя приложение 1, впишите в табл. 1, колонку 7значения коэффициентов теплопроводности материалов.

Для простоты проведения лабораторной работы и расчетовпримите, что все ограждения, в том числе покрытие (створки) и днище прилавка,однотипны, и их конструкции соответствуют рис. 3. Следовательно, размерыэлементов конструкций такие же, как у стенки.

2. Нарисуйте схему, как на рис. 4. Определите наружныеразмеры А, В, С, Д, Е (в метрах) наружного ограждения и запишите на схемезначения снятых размеров.

3. При работе холодильной установки определите температуру вследующих точках и запишите ее в табл. 2:

-  с помощью термометра 6 (рис. 1) — температуру /> наружного воздуха;

-  потенциометром КСП-4 9 (рис. 1) — температуру /> воздуха в камере прилавкаи уточните ее по манометрическому термометру 7 (рис. 1) (/>); при этом /> и /> должны быть равны;

-  с помощью потенциометра КСП-4 — температуру охлаждающейповерхности воздухоохладителя: на поверхности ребра (/>) и на поверхности стенкитрубы (/>).

4. Определите избыточное давление конденсации и кипения /> и /> (в атм) по манометрам 5 и 4 соответственно (рис.1) или 7 и3 соответственно (рис.2), Результаты занесите в табл. 2.

5. С помощью часовзаметьте для одного из циклов время включения (/>),выключения (/>) и повторного включения (/>) компрессора холодильногоагрегата при данной настройке термореле холодильного агрегата. Определитепродолжительность /> работы,например, в минутах:

/>

и продолжительность /> цикла:

/>

Результаты запишите в табл. 2.

(Необходимо иметь ввиду, что время цикла складывается изпродолжительности /> работыкомпрессора и продолжительности /> - егоостановки, т.е. />).

Журнал наблюдений

 

Таблица 1. Характеристика наружного ограждения

№ пп слоев Наименование Вид материала Толщина Коэф. теплопроводности

Условное

обозначение

Численное значение, м

Условное

обозначение

Численное

значение, Вт/(мК)

1 2 3 4 5 6 7 1 Внутренняя обшивка Алюминий

/>

0.001

/>

/>

2 Тепловая изоляция Пенополиуретан

/>

0.086

/>

/>

3 Слой пароизоляции Битум

/>

0.001

/>

/>

4 Наружная обшивка Сталь

/>

0.0011

/>

/>

А=2м,В=0.8 м, С=0.87 м, Д=0.42м, Е=0.58 м

 

Таблица 2. Параметры работы холодильнойустановки

Наименование измеряемой величины Условное обозначение Размерность Численное значение Температура наружного воздуха

/>

/>

20 Температура воздуха в камере прилавка: а) по показанию потенциометра КСП-4 или манометрического термометра   

/>

/>

-10 Температура охлаждающей поверхности воздухоохладителя: а) поверхности ребра           

/>

/>

-15 б) поверхности стенки трубы

/>

/>

-17 Давление конденсации хладагента:   а) избыточное по манометру

/>

/>

9 б) абсолютное

/>

/>

Давление кипения хладагента: а) избыточное по манометру

/>

/>

2.7 б) абсолютное

/>

/>

Вид холодильного агента - - R22 Продолжение Табл. 1.

Температура конденсации в соответствии с давлением конденсации, />

/>

/>

То же (расчетная)

/>

/>

Температура кипения в соответствии с давлением кипения, />

/>

/>

То же по /> (расчетная)

/>

/>

То же по /> (расчетная)

/>

/>

Время первоначального включения компрессора холодильного агрегата

/>

/>

10.45 Время отключения компрессора холодильного агрегата

/>

/>

11.15 Время повторного включения компрессора холодильного агрегата

/>

/>

11.30 Продолжительность работы агрегата

/>

/>

30 Продолжительность цикла     

/>

/>

45 ПРОВЕДЕНИЕ РАСЧЕТОВ. ПОСТРОЕНИЕГРАФИКОВ. ВЫВОДЫПроведение расчетов

1. Определите коэффициент теплоотдачи от внутренней обшивкиограждения камеры к воздуху камеры. При этом используйте уравнение Юргеса:

/>,

где: /> - коэффициенттеплоотдачи от внутренней обшивки ограждения камеры к воздуху камеры, />;

/> - скорость движения воздуха в камере; по результатамисследований />.

2. Примите коэффициент теплоотдачи от наружного воздуха к наружнойповерхности ограждения />.

3.   Определите коэффициент теплопередачи наружногоограждения в /> по формуле:

/>

При определении />,значения величин примите в соответствии с их значениями, приведенными в табл.1.

4.   Определите толщину ограждения и суммарную площадьнаружных ограждений из выражений:

 

/>,

/>

где: /> - толщинанаружного ограждения, />.

/>

Рис. 4. Схема снятиянаружных размеров наружного ограждения прилавка.

 

5. Пользуясь выражениями:

/>

и

/>,

определите абсолютныедавления /> и /> в МПа. Установите вид хладагента и запишите в табл. 2.

Пользуясь таблицами параметров насыщенных паров хладогентов R134а или R22 (приложения 2 и 3), определите температуры конденсации /> и кипения /> соответственно по давлениям/> и />.

Полученные результаты запишите в табл.2.

По таблице: />, />.

Проверьте полученные температуры /> и/> (табл. 2). Дляориентировочных расчетов можно рекомендовать уравнения:

-  для температуры конденсации (расчетной):

/>C,

где />C — температура воздуха на выходе изконденсатора;

при этом /> -температура воздуха на входе в конденсатор;

-  для температурыкипения (расчетной):

/>C, исходя из температуры наповерхности ребра воздухоохладителя;

/>C, исходя из температуры на стенкетрубы воздухоохладителя.

Результаты расчетовзапишите в табл. 2.

6.   Определите объем,описываемый поршнями компрессоров пользуясь выражением:

/>

При расчетах используйтесведения о компрессоре ВН 400.

7. Примите в дальнейшихрасчетах, что коэффициент теплопередача воздухоохладителя составляет />.

 Построение графиков

Задача определения равновесной температуры воздуха вохлаждаемом помещении и равновесной температуры кипения рабочего тела вдальнейшем решается после графического построения зависимостей />, />, />. Эти зависимостисоответственно называются характеристиками компрессора, испарителя, наружногоограждения. Здесь же строится график, характеризующий суммарные теплопритоки />. В общем виде  они представленына рис. 5.

/>

Рис. 5. Характеристики компрессора, испарителя, наружногоограждения, график суммарной тепловой нагрузки.

Для построения характеристик используйте координатную бумагу(миллиметровку). Задайтесь масштабом по оси ординат — для нанесения значений /> (рекомендуется диапазон />) и по оси абсцисс — длянанесения, значений /> (рекомендуемыйдиапазон />).

1.   Постройте характеристику /> наружногоограждения, используя выражение (1). Для этого температуре /> задайте несколько произвольныхзначений:

а) />, для которого />;

б) /> от /> до />,       /> 

в) /> от /> до />,     />

При расчетах />  значения /> примитесогласно табл. 2.

Для построения характеристики /> на оси абсцисс отложите значение /> и на оси ординат /> (точка />), далее в принятоммасштабе отложите /> и /> и соответствующие имзначения /> и /> (точки /> и />). Через полученные точки />, /> и /> проведите прямую линию />.

2. Постройте характеристику /> испарителя,используя выражение (2). Задайте температуре /> несколькопроизвольных значений:

a) /> , длякоторого                        />;

б) />из диапазона от /> до />,    />

в) /> из диапазона от /> до />,    />

При расчетах примите значения: /> поданным табл. 2, />, />.

Для построения характеристики /> наоси абсцисс в принятом ранее масштабе отложите значение температуры /> и на оси ординат соответствующееей /> (точка />). Далее отложитетемпературы /> и /> и соответствующие имзначения /> и /> (точки /> и />). Через полученные точки />, /> и /> проведите прямую линию />.

3. Постройте характеристику /> компрессорас использованием выражения

                                       />,                          (4)

где: /> -  холодопроизводительность компрессора, />;

/> - объем, описываемый поршнями, />;

/> - коэффициент подачи компрессора;

/> - удельная объемная холодопроизводительность, />;

/>  — удельная массовая холодопроизводительность, />;

/>  — удельный объем пара хладагента, всасываемого вкомпрессор, /> (рис. 6).

Поскольку зависимость /> при/> криволинейна,рекомендуется ее строить по пяти расчетным значениям />. Для этого задайтесьпроизвольными значениями />: />, />, />, />, />.

При этом целесообразно, чтобы они имели целые значения ивыбирались следующим образом:

/>С,

/>, С

/>С,

/>С,

/>С.

Для этих значенийпроизведите расчеты циклов паровой компрессионной холодильной машины. Результатырасчетов занесите в табл. 3.

Во всех пяти расчетных случаях необходимо принять температуруконденсации хладагента одинаковую и равную /> (табл.2). Величина перегрева пара ∆/> привсасывании его в компрессор одинакова и принимается ∆/>. Так как в схеме даннойфреоновой холодильной машины регенеративный теплообменник не предусмотрен, товеличина переохлаждения ∆/> жидкогохладагента перед регулирующим вентилем также одинакова и составляет ∆/>.

Температура всасывания  />∆/>.

Температура жидкого хладагента перед регулирующим вентилем />∆/> и во всех расчетныхслучаях одинакова.

По известным в каждом расчетном случае значениям />, />, />, /> постройте циклы паровой компрессионнойхолодильной машины в тепловой диаграмме /> дляR134а или R22 в зависимости от вида применяемого хладагента. Значенияпараметров в узловых точках цикла />, />, />, /> запишите втабл.3. При этом значения />, соответствующиетемпературам кипения />, />, />, />, />, более точно могутбыть определены по приложениям 2 (для R134а) или 3 (для R22).Давление /> примите по табл.2.

Произведите расчет цикла для каждого расчетного случая иопределите:

— удельную массовую холодопроизводительность, />, />;

— отношение давления конденсации к давлению кипения />;

— по рис. 7, в зависимости от величины отношения />,коэффициент подачи компрессора /> (длякаждого из расчетных случаев в зависимости от вида применяемого хладагента).

Учитывая известные величины />,а для каждого расчетного случая />, />, />, найдите значения /> из уравнения (4).Результаты запишите в табл. 3.

Необходимо уточнить полученные значения />, для этого по pиc. 8 при значениях />, />, />, />, /> и соответствующей /> (в вашем случаепри />)найдите паспортные значения />. Результатызапишите в табл.3 для сравнения с />. Присущественных различиях в значениях />  и />  выясните причину, внеситеисправления.

На оси абсцисс (рис. 5) в принятом ранее масштабе отложитезначения температур кипения />, />, />, />, />, а по оси ординатсоответствующие им значения />. Пополученным точкам />, />, />, />, />, постройте графикзависимости /> от to при известном значении />.