Определение термодинамической эффективности цикла одноступенчатой холодильной машины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

ИНСТИТУТ ХОЛОДА И БИОТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра холодильных машин и низкопотенциальной энергетики

«Определение термодинамической эффективности цикла одноступенчатой холодильной машины»

Санкт-Петербург, 2015



Цель проведения испытаний:

- Определить общую энергетическую эффективность парокомпрессионной холодильной машины

- Выяснить в каких элементах машины имеют место основные необратимые потери

- Оценить величины необратимых потерь

- Указать принципиальные пути их уменьшения.

Методика проведения испытаний

Объект испытания - одноступенчатая холодильная машина с регенеративным теплообменником. Рабочее вещество - фреон R12. Испытания проводят при установившемся режиме работы холодильной машины, т.е когда параметры рабочего вещества остаются постоянными в течение всего времени испытаний.

Показания контрольно-измерительных приборов записывают в протокол через каждые 10-15 мин, не менее 3 раз.

Определяют:

- Давление всасывания, кипения, конденсации, нагнетания.

- Температуру перед всасывающим клапаном, при входе и выходе из компрессора, при входе и выходе из конденсатора, перед дроссельным вентилем, при выходе из испарителя.

- Температуру воды при входе и выходе из конденсатора

- Температуру х/н при входе и выходе из испарителя

- Расход х/н в испарителе

- Расход воды в конденсаторе

- Мощность, проводимую к электродвигателю

- Температуру воздуха в помещении

- Барометрическое давление



Рис. 1. Принципиальная схема холодильной машины

a)

б)

Рис. 2. Цикл холодильной машины в диаграмме P-h (а) и T-s (б)Параметры узловых точек

Термод. Па-ры	1		2	2s	3		4	5	6
Р,МПа	0,162	0,162	0,728	0,728	0,692	0,692	0,692	0,692	0,178
t, 0С	6,16	30,03	98,7	90,06	95,5	27,23	27,1	16,03	-15,7
i, кДж/кг	358, 29	373, 11	413, 13	406, 97	411, 17	362, 55	225, 65	215, 02	215, 02
s, кДж/кг	1,621	1,672	1,692	1,675	1,690	1,544	1,089	1,053	1,060

Обработка результатов испытаний

В - атмосферное давление



1. Определение расхода рабочего вещества по тепловому балансу конденсатора

Количество теплоты, уносимое из конденсатора

где - расход воды, - теплоемкость воды, - температуры воды на входе и выходе из конденсатора.

Потери в окружающую среду

где -коэффициент теплопередачи от конденсирующего рабочего вещества к воздуху, - поверхность корпуса конденсатора, - температура конденсации, - температура наружного воздуха.

Тепловой баланс конденсатора

Количество теплоты, которое отдает рабочее вещество в конденсаторе

Отсюда

2. Определение расхода рабочего вещества по тепловому балансу испарителя

Количество теплоты, подведенной к испарителю

Теплопритоки из окружающей среды

где - наружный коэффициент теплопередачи, - поверхность корпуса испарителя

Теплота, подводимая от х/н

где - массовый расход рассола, - теплоемкость рассола, - температура рассола на входе и выходе из испарителя

Массовый расход рассола

где - контрольный объем мерного бака, - плотность рассола, - время заполнения контрольного объема мерного бака.

Количество теплоты, которое получает рабочее вещество (холодопроизводительность машины)



р Расход рабочего вещества через испаритель

Среднее значение расхода рабочего вещества

Расхождение и равно не более 5 %

3. Составление теплового баланса холодильной машины

Общее количество теплоты, подведенной к рабочему веществу

Теплота, подведенная к рабочему веществу в компрессор за счет затраты механической энергии

Теплота, подведенная к рабочему веществу при его движении по всасывающему тракту и через электродвигатель



Теплота, отведенная от рабочего вещества

парокомпрессионная холодильная машина потеря

Отвод теплоты от нагнетательного трубопровода на участке 2-3 (от компрессора до конденсатора)

Расхождение и равно не более 7%

4 Определение мощности, затраченной для компенсации необратимых потерь в элементах холодильной машины

Компрессор

Мощность электродвигателя

где А - показания ваттметра.

Мощность эффективная

где - КПД электродвигателя

Изоэнтропная мощность компрессора



Полная работа цикла

Перерасход мощности в компрессоре

Конденсатор

Количество теплоты, которое получает окружающая среда от рабочего вещества

Возрастание энтропии окружающей среды

где =

Уменьшение энтропии рабочего вещества на участке

где

Уменьшение энтропии в процессе



Изменение энтропии в процессе 3-4

Полное изменение энтропии рабочего вещества в конденсаторе

Изменение энтропии системы

Перерасход мощности в конденсаторе

Дроссельный вентиль

Энтропия в точке 6. Более точно ее можно определить по степени сухости пара:

;

.

Перерасход мощности из-за необратимых потерь



Испаритель

Расчетный массовый расход рассола

Полное изменение энтропии рассола

где

Полное изменение энтропии рабочего вещества

Изменение энтропии системы

Переход мощности испарителя

5. Минимальная мощность цикла

Минимальная мощность

Теплота

Теплота

Ширина энтропийного поля

Коэффициент обратимости цикла

6. Проверка точности результатов расчетов лабораторной работы

Полная работа цикла

Расхождение и равно 6,5 %

Относительная ошибка расчета



Параметр	Абсолютные значения, кВт	Относительная погрешность, %
	0,285	14,8
	0,277	14,4
	1,021	52
	0,088	4,6
	0,256	13

Вывод

Реальный цикл холодильной машины любого типа осуществляется с необратимыми потерями. Наличие необратимых потерь в холодильном цикле ведет к увеличению затраченной работы. Энергетическая эффективность холодильной машины парокомпрессионного типа оценивается величиной холодильного коэффициента и коэффициента обратимости. Коэффициент обратимости показывает степень термодинамического совершенства холодильного цикла. С ростом необратимых потерь коэффициент обратимости и холодильный коэффициент снижаются.

Дросселирование всегда сопровождается повышением энтропии, значит наличие такого процесса ведет к необратимым потерям. Сокращение потерь при дросселировании: понижение температуры рабочего вещества пред вентилем ведет к сокращению необратимых потерь для этого необходимо использовать источник с более низкой температурой чем окружающая среда. Необратимые потери связанные с теплообменом рабочего вещества и внешних источников. Эти потери уменьшаются с уменьшением разности температур при теплообмене. Это можно добиться с увеличением поверхности теплообмена, что в свою очередь ведет к увеличению капитальных затрат. Уменьшение необратимых потерь можно достигнуть своевременным выпуском масла из испарителя, своевременная чистка аппаратов, правильная подача хладо- и теплоносителей в аппараты.



Список литературы

1. Холодильные машины: Учеб. / Под общ. ред. Л.С. Тимофе-евского. - СПб.: Политехники, 2006. - 992 с.

2. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин: Учеб. пособие / Под общ. ред. Л.С. Тимофеевского. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2006. - 200 с.

3. Богданов С.Н., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодиль-ная техника. Свойства веществ: Справ./ Под ред. С.Н. Богданова. -СПб.: СПбГАХПТ, 1999. - 320 с.

4. http://lrptc.ru/2-3--Neobratimye-poteri-obratnyh-ciklov-4

5. http://www.ngpedia.ru/id183631p2.html

Размещено на Allbest.ru