Холодильные процессы

6.1. Расчёты процессов охлаждения и замораживания. Построение цикла холодильной машины

Для получения искусственного холода (при умеренном охлаждении до – 100^оС) используются различные холодильные машины: компрессионные паровые, компрессионные газовые, абсорбционные, пароэжекторные.

Основными элементами одноступенчатой холодильной машины являются: компрессор, конденсатор, регулирующий вентиль, испаритель.

Принцип работы любой холодильной машины можно графически отобразить путем построения холодильного цикла в координатах T-S или lg Р – i.

Рассмотрим цикл одноступенчатой паровой холодильной машины (рис. 21):

Рис. 21 – Цикл одноступенчатой холодильной машины

1 – 2 – адиабата – сжатие холодильного агента в компрессоре от давления испарения р₀ до давления конденсации р_к;

2-2^' – охлаждение перегретого пара холодильного агента до температуры насыщения;

2' –3' – конденсация холодильного агента в конденсаторе;

3' – 3 – переохлаждение жидкого холодильного агента;

3 – 4 – адиабата – расширение холодильного агента от давления конденсации до давления испарения;

4 - 1 – изотерма и изобара – испарение холодильного агента в испарителе.

Примем следующие обозначения:

– холодопроизводительность установки – количество теплоты, подведенной к холодильному агенту в испарителе за единицу времени, Вт;

– удельная холодопроизводительность хладагента – количество теплоты, подведенной в испарителе к единице массы холодильного агента, Дж/кг;

– удельная тепловая нагрузка конденсатора – количество теплоты, отдаваемой единицей массы холодильного агента в конденсаторе, Дж/кг;

L – работа, затрачиваемая на получение холода, Вт;

– работа сжатия 1 кг хладагента, Дж/кг;

– масса циркулирующего холодильного агента за единицу времени, кг/с;

– соответственно энтальпии хладагента в соответствующих точках цикла, кДж/кг;

– холодильный коэффициент цикла.

Удельная холодопроизводительность холодильного агента:

(6.1)

(6.2)

Уравнение для тепловой нагрузки конденсатора:

(6.3)

(6.4)

Работа сжатия 1 кг хладагента определяется по формуле:

(6.5)

Холодильный коэффициент цикла паровой компрессионной холодильной установки – отношение количества теплоты, отводимой хладагентом, к затрачиваемой работе:

(6.6)

где и Т – соответственно температуры конденсации и испарения хладагента, К;

Количество хладагента G (кг/с), циркулирующего в системе в единицу времени,

; (6.7)

Объем паров хладагента V (м³/с), засасываемых компрессором:

(6.8)

где v – удельный объем паров хладагента перед компрессором, м³/кг.

Рабочий объем, описываемый поршнем компрессора, V_K (м³/с)

(6.9)

где – коэффициент подачи, т. е. отношение действительного секундного объема пара, всасываемого компрессором, к геометрическому объему, описываемому поршнем, м³/с (для компрессоров находят в зависимости от отношения р_к/р_о, где р_к – давление в конденсаторе, р_о – давление в испарителе, рис. 22).

Расход охлаждающей среды (воды или воздуха) в конденсаторе:

(6.10)

(6.11)

где – плотность охлаждающей среды, кг/м³;

– удельная теплоемкость среды, Дж/кг∙К;

и – начальная и конечная температуры, ^оС.

Рис.22. Коэффициенты подачи компрессоров в зависимости от степени сжатии р_к/р_о: 1 – поршневых; 2 – винтовых бустер компрессоров; 3 – винтовых; 4 – работающих на хладоне 22; 5 – ротационных; 6 – малых работающих на фреоне 134а.

Практически вода в конденсаторе пря прямом водоснабжении нагревается на 5 ÷ 6 К; при оборотном на 2÷5 К. Температура воды, выходящей из конденсатора, на 2÷3 К ниже температуры конденсации холодильного агента.

В воздушных конденсаторах воздух нагревается на 5 ÷ 6 К; выходит с температурой на 8 ÷10 К ниже температуры конденсации.

Теоретическая мощность (кВт) для привода компрессора определяется по формуле:

. (6.12)

Теплота, отводимая в конденсаторе будет равна:

Q_K = Q₀ + N_T. (6.13)

Дата добавления: 2015-07-11