7987
.pdf
|
|
|
|
|
10 |
|
|
h |
h |
lа |
h h2 h1 1662 |
1925 1662 |
1990 кДж/кг. |
||
η |
|
||||||
2 |
1 |
1 |
η |
0,8 |
|
||
|
|
i |
|
i |
|
|
|
Удельная внутренняя работа компрессора
lв h2 h1 1990 1662 328 кДж/кг.
Рис. 1.4. График изменения температур в переохладителе
Удельная тепловая нагрузка конденсатора
qк h2 h3 1990 561 1429 кДж/кг.
Удельная тепловая нагрузка охладителя
qпо h3 h4 561 468 93 кДж/кг.
Полная нагрузка охладителя
Qпо qпоG 93 0,0585 5,45 кДж/с.
Проверка решения по I закону термодинамики
q lв q0 qк qпо 328 1194 1429 93 1522 кДж/кг.
Объемная производительность компрессора
V0 Gv1 0,0585 0,6 0,035 м3/с.
Тепловая нагрузка конденсатора
Qк 0,0585 1429 83,3 кДж/с.
Удельная работа, затраченная на компрессор с учетом электромеханиче-
ского КПД (ηэм = 0,9)
|
|
|
11 |
||
l |
|
lв |
|
328 |
365 кДж/кг. |
η |
|
||||
км |
|
0,9 |
|
||
|
|
эм |
|
|
|
Электрическая мощность компрессора
Nэ lкмG 365 0,0585 213 кВт.
Холодильный коэффициент
ε qо 1194 3,27. lкм 365
Средняя температура рассола
Tн.ср 8 15 273 261,5 К. 2
При температуре окружающей среды, равной температуре воды на входе в конденсатор, коэффициент работоспособности по Tн.ср.
293
τq н 1 261,5 0,121.
Коэффициент полезного действия установки по затратам электроэнергии на компрессор
|
q0 |
τq |
1194 0,121 |
||
ηe |
|
н |
|
|
0,396. |
|
|
365 |
|||
|
|
lкм |
|
Значения удельных эксергий аммиака в характерных точках процесса мо-
гут быть определены по e-h диаграмме или по формуле:
e h hо.с. Tо.с. s sо.с. h Tо.с.s hо.с. Tо.с.sо.с. ,
где hо.с.;sо.с. – энтальпия и энтропия аммиака при параметрах окружающей сре-
ды Tо.с. = 293 К и pо.с. = 0,1 МПа; hо.с. = 1760 кДж/кг; sо.с. = 9,8 кДж/(кг·К).
Значения основных параметров рабочего агента в характерных точках процесса приведены в табл. 1.1.
Удельное количество эксергии, подведенной к установке, по измерениям на зажимах электродвигателя компрессора
e |
|
Nэ |
|
213 |
365 кДж/кг. |
|
|
||||
вх |
|
G |
0,0585 |
12
|
|
|
|
|
Таблица 1.1. |
|
|
Параметры рабочего агента |
|
||
|
|
|
|
|
|
Точка |
Давление p, |
Температура, |
Энтальпия h, |
Энтропия s, |
Эксергия e, |
МПа |
оС |
кДж/кг |
кДж/(кг·К) |
кДж/кг |
|
1 |
0,2 |
−18 |
1662 |
9,1 |
104,8 |
2 |
1,2 |
136 |
1990 |
9,26 |
385 |
3 |
1,2 |
30 |
561 |
− |
303 |
4 |
1,2 |
10 |
468 |
− |
301 |
5 |
0,2 |
−18 |
468 |
− |
289 |
Электромеханические потери эксергии
dэм eвх eвхηэм eвх 1 ηэм 365 0,1 36,5 кДж/кг.
Удельная эксергия, подводимая к компрессору
eв eвх dэм 365 36,5 328,5 кДж/кг.
Внутренние потери эксергии в компрессоре (рис. 1.5 а)
dкм eв e2 e1 ηэмeвх e1 e2 328,5 385 104,8 48,3 кДж/кг.
Рис. 1.5. Потери эксергии в компрессоре и конденсаторе: а) – в компрессоре; б) – в конденсаторе
280,2 ηкм 328,5 0,853
Потери эксергии в конденсаторе (рис. 2.5 б):
– эксергия, отданная хладагентом
e2 3 e2 e3 385 303 82 кДж/кг;
13
– эксергия, полученная охлаждающей водой
|
|
eв3-в2 |
qк τq ср |
1429 0,01 14,29 кДж/кг, |
|
|
|
|
|
н |
|
Где τq ср |
1 |
293 |
0,01; |
|
|
295,5 |
|
||||
н |
|
|
|
|
– потери эксергии вследствие необратимого теплообмена
dк.т. e2 3 eв3-в2 82 14,29 67,71 кДж/кг,
(КПД конденсатора ηк = dк.т. 14,25 0,174).
82
Так как эксергия охлаждающей воды после конденсаторов компрессион-
ных установок обычно не используется, то суммарные потери эксергии в кон-
денсаторе составят:
dк dк.т. eв3-в2 67,71 14,29 82 кДж/кг; (ηк = 0).
Потери эксергии в охладителе (рис. 1.6):
– эксергия, отданная хладагентом
e3 4 e3 e4 303 301 2 кДж/кг;
– эксергия, полученная артезианской водой
eпо2-1 93,9 0,033 3,11 кДж/кг,
где τq нср |
1 |
Tо.с. |
1 |
293 |
0,033; |
ср |
283,7 |
||||
|
Tпо1-2 |
|
|
tпо1 tпо2 tпо 6 9,45 15,45 оС;
Tпоср1-2 tпо1 tпо2 273 6 15,45 273 283,7 К.
22
–баланс эксергии в охладителе
e3 eпо2 e4 eпо1 dпо.
– потери эксергии в охладителе
dпо e3 e4 eпо2 eпо1 e3 4 eпо2-1 2 3,11 5,11 кДж/кг; ηпо = 0.
14
Рис. 1.6. Потери эксергии в охладителе
– потери эксергии в регулирующем клапане (дросселе) (рис. 1.7 а)
dрв e4 e5 301 289 12 кДж/кг;
– КПД дросселя:
а) ηдр = |
289 |
0,96 (на основе абсолютных значений); |
||||||||||||
|
|
|||||||||||||
301 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
б) η |
|
|
eт |
|
|
e5 |
e1 |
|
|
289 |
104,8 |
0,94(по разности эксергий). |
||
др |
e |
e |
e |
|
301 |
104,8 |
||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
р |
|
4 |
1 |
|
|
|
|
|
Потери эксергии в испарителе (рис. 2.7 б):
– эксергия, отданная хладагентом (аммиаком),
e5 1 e5 e1 289 104,8 184,2 кДж/кг;
– эксергия, полученная хладоносителем,
eн2-1 |
eн2 eн1 q0 |
τq ср 1429 0,121 144,7 кДж/кг, |
||
|
|
|
|
н |
где τq ср 1 |
293 |
|
0,121; |
|
261,5 |
|
|||
н |
|
|
– потери эксергии вследствие необратимого теплообмена
dи e5 1 eн2-1 184,2 144,7 39,5 кДж/кг,
15
144,7 ηи 184,2 0,785.
Эксергетический баланс установки приведен в табл. 1.2.
Рис. 1.7. Потери эксергии в дросселе и испарителе: а) – в дросселе; б) – в испарителе
Коэффициент полезного действия компрессора
ηкм e2 1 280,2 0,853. eв 328,5
Коэффициент полезного действия теплообменно-дроссельной части уста-
новки («холодного» блока)
ηт.д |
eо |
|
144,7 |
|
0,512. |
|
e |
e |
280,2 3,11 |
|
|||
|
2 1 |
по |
|
|
|
|
Полный КПД установки (с учетом эксергии артезианской воды)
|
eо |
|
144,7 |
|
η |
|
|
|
39,3 %. |
eвх eпо |
|
|||
|
|
365 3,11 |
КПД установки без учета эксергии артезианской воды:
η eо 144,7 39,6 %. eвх 365
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.2. |
|
|
|
Эксергетический баланс установки |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Подвод эксергии |
|
Отвод эксергии |
|
||||
|
|
|
|
|
|
% по отноше- |
|
Параметр |
кДж/кг |
% |
Параметр |
кДж/кг |
% |
нию к элек- |
|
трической |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
энергии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электроэнергия |
365 |
99,15 |
Электромеханиче- |
36,5 |
9,9 |
10 |
|
на компрессор eвх |
|
|
ские потери в ком- |
|
|
|
|
|
|
|
прессоре dэм |
|
|
|
|
Артезианская |
3,11 |
0,85 |
Внутренние потери в |
48,3 |
13,14 |
19,25 |
|
вода eп.о |
|
|
компрессоре dкм |
|
|
|
|
|
|
|
Потери эксергии в |
82 |
22,2 |
22,5 |
|
|
|
|
конденсаторе dк |
|
|
|
|
|
|
|
Потери эксергии в |
5,11 (2) |
1,38 |
0,55 |
|
|
|
|
охладителе dпо |
|
|
|
|
|
|
|
Потери эксергии в |
12 |
3,23 |
3,28 |
|
|
|
|
дросселе dд.р. |
|
|
|
|
|
|
|
Потери в испарителе |
39,5 |
10,75 |
10,84 |
|
|
|
|
dи |
|
|
|
|
|
|
|
Эксергетическая хо- |
144,7 |
39,3 |
39,6 |
|
|
|
|
лодопроизводитель- |
|
|
|
|
|
|
|
ность eо |
|
|
|
|
Всего |
368,11 |
100 |
|
368,11 |
100 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Графическое изображение эксергетического баланса приведено на
рис. 1.8.
Рис. 1.8. Эксергетический баланс парожидкостной компрессионной установки
17
Пример 1.5. Рассчитать схему одноступенчатой компрессионной холо-
дильной установки, работающей на хладоне R-12. Определить параметры в ха-
рактерных точках схемы, тепловые нагрузки аппаратов, мощность компрессора,
холодильный коэффициент и КПД установки. Установка работает с регенера-
тивным теплообменником (рис. 1.9). Холодопроизводительность Qо = 7 кВт;
температура охлаждаемого воздуха на входе в испаритель tн1 = −20 оС и на вы-
ходе из испарителя tн2 = −26 оС; температура охлаждающей воды на входе в конденсатор tв2 = 20 оС и на выходе из него tв1 = 25 оС. Конечная разность тем-
ператур в испарителе ∆tи = 4 оС, конечная разность температур в конденсаторе
∆tк = 5 оС. Внутренний адиабатный и электромеханический КПД компрессора соответственно равны: ηi = 0,8 и ηэм = 0,9.
Решение. Расчетная температура и давление испарения: t0 tн2 tи 26 4 30 оС; pо = 0,1 МПа.
Расчетная температура конденсации
tк tв1 tк 25 5 30 оС.
Принимая разность температур на теплом конце регенеративного тепло-
обменника (РТ), равной 20 оС, определяем температуру паров хладона перед компрессором (оптимальные параметры хладагента перед компрессором соот-
ветствуют максимальной эффективности установки (КПД)):
t1 t3 tр 30 20 10 оС.
По T-s диаграмме хладона R-12 находим параметры рабочего агента в ха-
рактерных точках схемы:
точка 1: t1 = 10 оС; p1 = 0,1 МПа; h1 = 582 кДж/кг; v1 = 0,1875 м3/кг; точка 2: p2 = 0,75 МПа; h2 = 625 кДж/кг; t2 = 85 оС;
точка 3: t3 = 30 оС; p3 = 0,75 МПа; h3 = 448 кДж/кг; точка 6: t6 = −30 оС; p6 = 0,1 МПа; h6 = 559 кДж/кг.
18
Рис. 1.9. схема парожидкостной компрессионной холодильной установки с регенеративным теплообменником и процесс в T-s диаграмме
Параметры в точке 4 находим по тепловому балансу РТ: h1 h6 h3 h4,
откуда энтальпия в точке 4 h4 h3 h1 h6 448 582 559 425кДж/кг.
Удельная тепловая нагрузка испарителя
q0 h6 h5 559 425 134 кДж/кг.
Энтальпия фреона на выходе из компрессора
h |
h |
|
lа |
582 |
625 582 |
636 кДж/кг. |
ηi |
|
|||||
2 |
1 |
|
0,8 |
|
Удельная внутренняя работа компрессора
lв h2 h1 636 582 54 кДж/кг.
Удельная тепловая нагрузка конденсатора
qк h2 h3 636 448 188 кДж/кг.
Массовый расход хладагента
G 7 0,052 кг/с. 134
Объемная производительность компрессора
V1 Gv1 0,052 0,1875 0,00975 м3/с.
19
Тепловая нагрузка конденсатора
Qк 0,052 188 9,72 кДж/с.
Удельная работа компрессора
lкм lв 54 60 кДж/кг. ηэм 0,9
Электрическая мощность компрессора
Nэ lкмG 60 0,052 3,12 кВт.
Холодильный коэффициент
ε q0 134 2,24.
lкм 60
Коэффициент работоспособности холода при средней температуре охла-
ждаемого воздуха
Tн.ср 20 26 273 250 К 2
составит
293
τq н 1 250 0,172.
Эксергетический КПД установки с учетом потерь эксергии в испарителе
(по воздуху):
|
q0 |
|
τq |
134 0,172 |
||
ηe |
|
|
н |
|
|
0,385(≈ 39 %). |
|
|
|
60 |
|||
|
|
lкм |
|
Коэффициент полезного действия по хладагенту
η q0 τq 0 134 0,205 0,458 (≈ 46 %),
lкм 60
где
293
τq 0 1 243 0,205.