6.5 РАСЧЕТ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЦИКЛА ХОЛОДИЛЬНОГО АГРЕГАТА 6.6.1. Расчет цикла холодильного агрегата с выносным компрессорноконденсаторным блоком для теплого времени года
Для расчета теоретического цикла холодильного агрегата с выносным компрессорноконденсаторным блоком для теплого времени года задаются следующие исходные данные:
температура кипения хладагента tо = - 30,0 С;
температура конденсации хладагента tк = 40,0 С;
температура окружающей среды tос = 32,0 С;
температура перегрева паров tпр = 32,0 С;
температура переохлаждения жидкого хладагента tп = 38,0 С.
Расчет цикла для озонобезопасного хладагента R134а начинается с определения основных параметров точек 5, 8, 9 и 3, которые находятся на линиях насыщения. Термодинамические параметры этих точек определяются из таблицы термодинамических свойств хладагента на линии насыщения.
Параметры точки 5 находятся по заданной температуре кипения tо для насыщенного пара хладагента. В точке 8 все параметры определяются по заданной температуре конденсации tк для насыщенного пара, а в точке 9 - для насыщенной жидкости также при температуре tк. Характеристики точки 3 выбираются из таблицы по заданной температуре окружающей среды tос для насыщенной жидкости.
Параметры точки 1 выбираются из таблицы термодинамических свойств хладагента по температуре переохлаждения tп для жидкого холодильного агента. Давление в точке 1 не соответствует температуре переохлаждения и составляет: P1 = Pк 0,05 = 10,108105 Па.
Основные параметры точек 6 и 7 определяются из таблиц термодинамических свойств перегретых паров хладагента.
Термодинамические параметры, характеризующие состояние хладагента в точке 6 определяются по давлению Ро и температуре tпр. В таблицах перегретых паров шаг по температуре составляет 5 градусов, поэтому для заданного значения tпр = 32 С используем метод линейной интерполяции.
Р6 = Ро = 0,848105 Па.
Определим поправочный коэффициент:
t6 = 32 С, t61 = 30 С, t62 = 35 С;
K6 = (t6 - t61) / (t62 - t61) = 0,4.
Рассчитаем значения q6, i6 и S6 (индексы "61" соответствуют значению параметра при температуре 30С, индексы "62" значению параметра при температуре 35С):
v6 = 1/61 + K6 (1/62 - 1/61) = 0,2877 м3/кг;
i6 = i61 + K6 (i62 - i61) = 630,6287 кДж/кг;
S6 = S61 + K6 (S62 - S61) = 4,9334 кДж/кгК.
Teрмодинамические параметры точки 7 определяются по давлению Рк и энтропии S7 = S6 , которая в процессе изоэнтропического сжатия остается постоянной:
Р7 = Рк = 10,158105 Па, S7 = S6 = 4,9334 кДж/кгК.
Для определения температуры t7 вычисляем поправочный коэффициент К7:
S71 = 4,9235 кДж/кгК, S72 = 4,9373 кДж/кгК;
K7 = (S7 - S71) / (S72 - S71) = 0,717.
Tемпература t7 рассчитывается следующим образом:
t71 = 110,0 С, t72 = 115,0 С;
t7 = t71 + K7 (t72 - t71) = 113,45 С.
Рассчитаем значения v7 и i7 :
v7 = 1/71 + K7 (1/72 - 1/71) = 0,0278 м3/кг;
i7 = i71 + K7 (i72 - i71) = 696,2518 кДж/кг.
Температура и энтальпия хладагента в точке 4 рассчитывается из уравнения теплового баланса регенеративного теплообменника. Для расчета используются табличные значения удельной теплоемкости хладагента в капиллярной трубке и всасывающем трубопроводе. Значения теплоемкости в точках 3 и 4 находятся из таблицы для насыщенной жидкости, причем С3 определяется по температуре t3 , а значение С4 принимается в зависимости от заданной температуры окружающей среды. Значения теплоемкости в точках 5 и 6 определяются из таблицы теплофизических свойств насыщенных паров хладагента по заданным температурам tо и tпр:
С3 = 1,0495 кДж/кгК; С4 = 0,8683 кДж/кгК;
С5 = 0,5280 кДж/кгК; С6 = 0,7079 кДж/кгК;
С34 = (С3 + С4) / 2 = 0,9589 кДж/кгК;
С56 = (С5 + С6) / 2 = 0,618 кДж/кгК;
t3 = tос = 32 С;
t5 = tо = -30 С;
t6 = tпр = 32 С,
Температура t4 рассчитывается из уравнения теплового баланса следующим образом:
t4 = t3 - С56 (t6 - t5) / C34 = 7,96C 8C.
Значение энтальпии хладагента в точке 4 рассчитывается также из уравнения теплового баланса:
i3 = 444,4503 кДж/кг;
i5 = 579,2746 кДж/кг;
i6 = 630,6287 кДж/кг;
i4 = i3 - (i6 – i5) = 393,0962 кДж/кг.
Массовое расходное паросодержание хладагента Х4 вычисляется с помощью рассчитанного значения энтальпии i4 и табличных значений i4' и i4'':
i4' = 389,2861 кДж/кг; i4'' = 593,0138 кДж/кг;
X4 = (i4 - i4') / (i4'' - i4') = 0,0187.
Удельный объем и энтропия хладагента в точке 4 рассчитываются с помощью табличных данных и значения Х4:
v4' = 0,758210-3 м3/кг; v4'' = 0,09212 м3/кг;
S4' = 3,9605 кДж/кгК; S4'' = 4,7286 кДж/кгК;
v4 = v4' + X4 (v 4'' - v 4') = 0,0025 м3/кг;
S4 = S4' + X4 (S4'' - S4') = 3,9748 кДж/кгК.
В точке 2 цикла холодильного агрегата энтальпия равна значению i4:
i2 = 394,0962 кДж/кг.
Паросодержание хладагента в точке 2 вычисляется аналогично значению Х4:
i2' = 360,5919 кДж/кг, i2'' = 579,2746 кДж/кг;
X2 = (i2 - i2') / (i2'' - i2') = 0,1486.
Удельный объем и энтропия хладагента в точке 2 рассчитываются с помощью табличных данных и значения Х2:
v2' = 0,723210-3 м3/кг; v2'' = 0,2206 м3/кг;
S2' = 3,8483 кДж/кгК; S2'' = 4,7469 кДж/кгК;
v2 = v2' + X2 (v2'' - v2') = 0,0334 м3/кг;
S2 = S2' + X2 (S2'' - S2') = 3,9818 кДж/кгК.
Все полученные данные сводим в таблицу.
Таблица 6.1. Результаты расчета цикла для теплого времени года.
№ точки
|
t, C
|
P, 10 5 Па
|
v, м3/кг
|
i, 10 3 Дж/кг
|
S, 10 3 Дж/кгК
|
5
|
30
|
0,848
|
0,22062
|
579,2746
|
4,7465
|
6
|
32
|
0,848
|
0,28768
|
630,6287
|
4,9334
|
7
|
113,5
|
10,158
|
0,02785
|
696,2519
|
4,9334
|
8
|
40
|
10,158
|
0,02011
|
618,7147
|
4,7095
|
9
|
40
|
10,158
|
0,00087
|
456,1035
|
4,1894
|
1
|
38
|
10,108
|
0,00086
|
453,1627
|
4,1801
|
3
|
32
|
8,148
|
0,00085
|
444,4503
|
4,1523
|
4
|
8
|
2,173
|
0,00247
|
393,0962
|
3,9748
|
2
|
30
|
0,848
|
0,03341
|
393,0962
|
3,9818
|
Рис. 6.1 - Цикл холодильного агрегата с выносным компрессорноконденсаторным блоком для теплого времени года
Основные характеристики цикла для теплого времени года.
1. Удельная массовая холодопроизводительность:
qо = i5 - i2 = 186,18 кДж/кг.
2. Удельное количество теплоты, отводимой от конденсатора:
qк = i8 - i9 = 162,61 кДж/кг.
3. Удельная изоэнтропная работа цикла:
lS = i7 - i6 = 65,62 кДж/кг.
4. Холодильный коэффициент теоретического цикла:
e = qо / lS = 2,84.
5. Maссовый расход холодильного агента:
Gа = Qо / qо = 0,5210 - 3 кг/с.
6. Изоэнтропная мощность компрессора:
NS = Gа lS = 37,92 Вт.
7. Действительная объемная производительность компрессора:
Vд = Gа v6 = 1,510 - 4 м3/с.
6.6.2. Расчет цикла холодильного агрегата с выносным компрессорноконденсаторным блоком для холодного времени года
Для расчета теоретического цикла холодильного агрегата с выносным компрессорноконденсаторным блоком для холодного времени года задаются следующие исходные данные:
температура кипения хладагента tо = - 30,0 С;
температура конденсации хладагента tк = 15,0 С;
температура окружающей среды tос = 10,0 С;
температура перегрева паров tпр = 10,0 С;
температура переохлаждения жидкого хладагента tп = 12,0 С.
Расчет цикла проводится аналогично рассмотренному выше.
Таблица 6.2. Результаты расчета цикла для холодного времени года.
№ точки
|
t, C
|
P, 10 5 Па
|
v, м3/кг
|
i, 10 3 Дж/кг
|
S, 10 3 Дж/кгК
|
5
|
30
|
0,848
|
0,22062
|
579,2746
|
4,7465
|
6
|
10
|
0,848
|
0,26630
|
611,4100
|
4,8695
|
7
|
64,8
|
4,883
|
0,05257
|
653,8419
|
4,8695
|
8
|
15
|
4,883
|
0,04208
|
606,3343
|
4,7178
|
9
|
15
|
4,883
|
0,00080
|
420,4807
|
4,0724
|
1
|
12
|
4,833
|
0,00080
|
416,3403
|
4,0581
|
3
|
10
|
4,147
|
0,00079
|
413,5929
|
4,0485
|
4
|
17
|
1,513
|
0,00324
|
381,4575
|
3,9311
|
2
|
30
|
0,848
|
0,02170
|
381,4575
|
3,9340
|
Основные характеристики цикла холодильного агрегата:
qо = i5 - i2 = 197,82 кДж/кг.
qк = i8 - i9 = 185,852 кДж/кг.
lS = i7 - i6 = 42,432 кДж/кг.
e = qо / lS = 4,66.
Gа = Qо/qо = 0,4910 - 3 кг/с.
NS = GаlS = 20,49 Вт.
Vд = Gа v6 = 1,310 - 4 м3/с.
Сравнительный анализ циклов для теплого и холодного времени показывает, что за счет выносного компрессорноконденсаторного блока в холодный период года снижается (примерно на 25С) температура конденсации. Это приводит к повышению термодинамической эффективности работы холодильника в холодный период года: повышается теоретический холодильный коэффициент (на 60%), удельная холодопроизводительность, снижается теоретическая изоэнтропическая мощность (на 39%).
|
