Термодинамічний розрахунок установки

Температуру кипіння холодоагенту у випарнику приймають на 4…6 нижчою за середню температуру холодоносія [1]:

, (1)

де – середня температура холодоносія, ;

При охолодження повітря середня температура холодоносія визначається з [1]:

(2)

Тоді за формулою (1):

Тиск у випарнику визначаємо з таблиці Д 2[1]:

Перепад температур у випарнику приймають рівним 2…4 .

Тоді температура холодоносія на вході та на виході з випарника, відповідно, буде рівна:

(3)

(4)

1.4.2Визначення температури конденсації холодоагенту

Температура конденсації холодоагенту залежить від температури охолоджувальної води в конденсаторі.Приймаємо систему водопостачання охолодження конденсатораоборотну, в якості охолодника використовуємо бризкальний басейн.

Температура охолоджувальної води на вході в конденсатор:

, (5)

де - коефіцієнт ефективності охолодника, з [1] для бризкального басейну ;

=3.5…5.5°С– перепад температури в конденсаторі, приймаємо .

- температура за мокрим термометром, визначаємо по h-d діаграмі за і

Тоді за формулою (5):

Температура води на виході з конденсатору

(6)

Температура конденсації визначається за формулою:

(7)

де

Тиск у випарнику визначаємо з таблиці Д 2[1]:

1.4.3 Визначення кількості ступенів компресора

Ступінь стиснення в компресорі визначається за формулою:

(8)

Приймаємо одноступінчасту схему.

1.4.4Визначення температури перегріву парів холодоагенту,який всмоктується в компресор

(9)

1.4.5Визначаємо температуру холодоагентупісля регенеративного підігрівника

Якщо не враховувати підвід теплоти з оточуючого середовища через ізоляцію регенеративного ТА, то до пари буде підводитись така ж кількість теплоти, що й відводитись від більш теплого потоку рідини з більш високим тиском.

Відвід тепла від рідини з більшим тиском:

(10)

Підвід тепла до пари з меншим тиском:

(11)

Отримаємо:

(12)

де h_1,h₅ентальпія в характерних точках (див. додаток 1):

h₁=h^//(t₁, P_k)=1655 кДж/кг;

h₅=h^//(t_o, P_k)=1647 кДж/кг.

С_р – ізобарна теплоємність рідкого холодоагенту, табл. Д 2:

Тоді за формулою (12):

За формулою (10):

1.4.6Побудова циклу і визначення параметрів холодоагенту в характерних точках

Побудову циклу в T-s координатах (див. рис. 3) здійснюємо в такій спосіб. За заданою температурою кипіння аміаку t₀ і тиску кипіння Р₀ на лінії х=1 знаходимо точку 5, h₅=1647 . За температурою конденсації t_к і тиску Р_к на лінії х=0 знаходимо точку 3. Точку 1 знаходимо на перетині ізотерми t₁ з ізобарою Р₀,h₁=1655 .

З точки 1проводимо ізоентропу в області перегрітої пари до перетину з ізобарою Р_к, отримаємо точку 2t. Визначаємо ентальпію пари аміаку h_2t=1975 .

Точку 2 знайдемо на перетині ізобари P_к і h₂.

Точка 3_р характеризує стан конденсату перед дроселем. Вона знаходиться на перетині лінії х=0 з ізотермою t_3р.Проводимо лінію постійної ентальпії h_3р=h₄ до перетину в точці 4 з ізотермою t₀.

1.4.7Теоретичний тепловий перепад в компресорі

Знайдемо теоретичний тепловий перепад у компресорі:

, (13)

Знаючи ККД процесу стиску ( ) визначимо дійсний тепловий перепад у компресорі:

(14)

Тоді ентальпія пари на виході з компресора дорівнює:

(15)

1.4.8Параметри робочого тіла в характерних точках циклу

Параметри	1	2	2/	3	3р	4	5
Р, МПа	0,1409	1,2157	1,2157	1,2157	1,2157	0,1409	0,1409
t, 0C	-20		31,25		29,6	-27	-27
h, кДж/кг
s, кДж/(кг·К)	9,15	9,44	8,38	4,69	4,68	4,85	9,175
х	-	-			-	0,19

1.4.9Вибір холодоносія та його параметри

Якщо температура холодоносія нижче 0⁰С, то в якості холодоносія приймається водний розчин хлористого кальцію CaCl₂. Вміст солі в розчині приймаємо при температурі замерзання , яка на 6-8 нижче робочої температури .

(16)

Запишемо фізичні властивості водного розчину хлористого кальцію CaCl₂ з додатків [1]:

- Вміст солі в розчині – 26,6 %(мас.);

- Отже по знайдемо наступні параметри холодоносія;

- Густина при 15°С - 1250 кг/м³;

- Динамічний коефіцієнт в’язкості μ – 121,14∙10⁴ Па·с;

- Коефіцієнт теплопровідності λ – 0,439 Вт/(м·К);

– Питома теплоємність С_р - 2,77 кДж/(кг·К).

1.4.10Визначення основних характеристик працюючого циклу.

Визначення питомої роботи компресора

(17)

Визначення питомої теплоти відведеної в конденсаторі

, (18)

Визначення питомої теплоти пароутворення в випарнику

, (19)

Питома теплота пароутворення у регенеративному підігрівнику

(20)

Масова витрата холодоагенту

, (21)

Об’ємна витрата холодоагенту, якій всмоктується до компресору

, (22)

де - питомий об’єм холодоагента в точці 1 (див. додаток 1),

Теоретичний холодильний коефіцієнт циклу

, (23)

Теоретична потужність, яка затрачується в компресорі

, (24)

Витрата електроенергії компресором

, (25)

де – електричний ККД, ,[1].

Теплове навантаження конденсатора

, (26)

Теплове навантаження регенеративного підігрівника

, (27)

Масова витрата охолоджуваної води

, (28)

де с_р – теплоємність води при середній температурі .

Об’ємна витрата охолоджуваної води

, (29)

де ρ_в – густина води при середній температурі .

Масова витрата холодоносія

, (30)

де – теплоємність холодоносія при температурі .

Об’ємна витрата холодоносія

, (31)

де ρ_ХН – густина холодоносія при температурі .

1.4.11Енергетичний баланс циклу КХУ

Енергетичний баланс циклу компресійної холодильної установки зображений на рис. 6.

Перевірка балансу:

. (32)

Рис. 3. Енергетичний баланс циклу