Задача 1. Рассчитать схему одноступенчатого компрессионной холодильной установки для следующих условий: расчетная холодопроизводительность Qo=1000 кДж/с = 1 МДж/с. Температура рассола на входе в

Лекция №3

Задача 1. Рассчитать схему одноступенчатого компрессионной холодильной установки для следующих условий: расчетная холодопроизводительность Q_o=1000 кДж/с = 1 МДж/с. Температура рассола на входе в испаритель(t_н1) =-18 ^оС. На выходе из испарителя(t_н2) = -25 ^оС. Температура охлаждающей воды на входе в конденсатор(t_в2) =20^оС. На выходе из конденсатора(t_в1) =30^оС. Хладоагент - аммиак. Для дополнительного охлаждения жидкого аммиака может быть использована артезианская вода с температурой на входе в охладитель = 10^оС. Располагаемый дебит этой воды 1,4 кг/с. К.п.д. компрессионной установки принять η _i= 0,8.

Решение. Принимаем конечную разность температур в испарителе:

t_о= t_н2-△t_и= -25+(-3)= -28 ^оС

Конечная разность температур в конденсаторе составляет 5 ^оС

△t_к=t_к-t_в1;

t_к= t_в1+△t_к=30+5=35 ^оС

Задаемся перепадом температур жидкого аммиака в охладителе:

△t_хол=t₃-t₄=10 ^оС

Далее находим параметры хладоагента в характерных точках:

Таблица 1 - Параметры хладоагента

Точки	Р,МПа	Т,К	i,кДж/кг	S, кДж/кг∙К	e, кДж/кг
	0,13			3,25
2'	1,38			3,5
	1,38			4,78
	1,38			4,66
	0,13

Данные таблицы найдены с помощью i,S -диаграммы для аммиака.

i ₂ =i ₁ +l _a/ η_i=i ₁ + (i ₂^' -i ₁)/ η_i= 1640+(2020-1640)/0,8=2100 (кДж/кг)

Удельная внутренняя работа компрессора:

l_i = l _a/ η_i = (2020-1640)/0,8=475 (кДж/кг)

Удельный расход тепла на единицу рабочего агента в отдельных аппаратах установки:

q_o=i₁-i₅ = 1640-536 = 1104 (кДж/кг)

q_к= i₂-i₃ =2100-582=1518(кДж/кг)

q_охл =i₃-i₄ = 582-536=46(кДж/кг)

Расход рабочего агента:

G = Q_o/q_o =1000/1077=0,928 (кг/с)

Энергетический баланс:

q= l_i + q_o + q_к + q_охл = 475+1077+1533+46 =3131 (кДж/кг)

Массовый расход:

G=Q_o/q_o=1000/1104=0,905 (кг/с)

q_o= i ₁- i ₅=1640-536=1104 (кДж/кг)

Производительность компрессора:

V = G∙V₁ = 0,928∙0,88 =0,816 (м³/с), где V₁=0,88 - удельный объем, определяемый по i,S - диаграмме.

Q_к= G∙ q_к=0,928 ∙1533=1422,624 (кДж/кг)

Q_охл= G∙ q_охл=0,928∙46= 42,688(кДж/кг)

Удельный расход электроэнергии на единицу выработанного холода:

Э_х= l _a/(η _эм ∙ η _i ∙q_o) = (2020-1640)/(0,9∙0,88∙1077)=0,462

η _эм =0,9

Холодильный коэффициент:

ε=1/ Э_х=1/0,462 = 2,164

Электрическая мощность компрессора:

N_э= Э_х ∙Q_o=0,462 ∙1000=462 (кВт)

К.п.д. холодильной установки:

η _{хол.уст.}= Э_н/Э_х

Средняя температура теплообменника:

Т_ср=(Т₁+Т₂)/2, где Т₁ - температура окружающей среды, К, Т₂- температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора, К

Т_ср=(293+303)/2 = 298 К.

Т_н.ср=(Т_н1+(-Т_н2))/2+273= 251 К

Э_н=Т_ос/Т_н.ср = 293/251-1=1,167-1 = 0,167

η _{хол.уст.}=0,167/0,462= 0,36

Рассмотрим эксергетический баланс компрессионной холодильной установки.

Значение эксергии рабочего агента может быть определено по e, i -диаграмме или по формуле:

е= i _j - i _ос - Т_ос(S_j-S_ос)= i -T_ocS-(i_oc-T_ocS_oc).

Для данных условий примем, что Т_ос=293 К, i _oc = 1710 кДж/кг, S_oc =9,85 кДж/кг. Эксергетический баланс составляем для расхода рабочего тела равного 1 кг/с рабочего тела.

1. Удельное количество эксергии вводимое в установку в виде электроэнергии, подведенной к электродвигателю компрессора.

е_вх=N/G = (1000*0,462)/0,905=513 (кДж/кг)

2. Удельные электромеханические потери в компрессоре:

d_эм= (1- η _эм)∙е_вх=(1-0,9) ∙513=51,3 (кДж/кг)

3. Внутренние потери в компрессоре: в компрессоре подводится два потока эксергии:электрическая энергия, которая равна η _эм∙е_вх и эксергия потока всасываемого рабочего агента е₁. Из компрессора отводится эксергия потока рабочего агента е₂.

d_км = η _эм∙е_вх + е₁-е₂ = 0,9∙513+44-442 =63,7 (кДж/кг)

Процентное количество потерь в компрессоре можно определить составив пропорцию, принимая 479,52 (кДж/кг) - 100%.

d_км (%)=63,7∙100/513=12,4%

Эксергия, отводимая в конденсаторе, состоит из двух слагаемых: эксергия, отводимая охлаждающей водой и эксергия, теряемая из-за необратимого теплообмена между рабочим агентом и охлаждающей водой.

е_к1= е₂-е₃=442-325 =117 (кДж/кг)

d_к1=0,227е_вх=0,227∙513=116,45 (кДж/кг)

Эксергия,отводимая охлаждающей водой, определяется следующим образом:

е_к2= q_к∙τ_е, где τ_е = 1-Т_ос/Т - коэффициент работоспособности отводимого тепла.

τ_е = 1-293/298 = 0,016

е_к2= 1553∙0,017 = 26 (кДж/кг)

Процентное количество потерь при отводе тепла можно определить составив пропорцию, принимая 479,52 (кДж/кг) - 100%.

d_км (%)=26,061∙100/479,52=5,43 %

Эксергия, теряемая из-за необратимого теплообмена в конденсаторе:

d_к= е_к1- е_к2 =117-26,061 = 90 (кДж/кг)

Процентное количество потерь из-за необратимого теплообмена в конденсаторе можно определить составив пропорцию, принимая 479,52 (кДж/кг) - 100%.

d_к(%)=90∙100/513 = 17,54%

Потери эксергии в охладителе:

d_охл= е₃-е₄ =325-321 = 4 (кДж/кг)

Процентное количество потерь в охладителе можно определить составив пропорцию, принимая 513 (кДж/кг) - 100%.

d_охл(%) = 4∙100/513=0,77

Потери эксергии в дроссельном вентиле:

d_др= е₄-е₅ =321-270 = 151(кДж/кг)

△е_н= е₅-е₁=270-44 =226(кДж/кг)

Холодопроизводительность эксергии:

q_е,0= q₀∙ τ_0н= 1104∙0,17 =187,68(кДж/кг), где τ_е = 1-293/251 - коэффициент работоспособности полученного холода.

Потери эксергии из-за необратимого теплообмена в испарителе:

d_и=△е_н- q_е,0=226-187,68 = 38,32 (кДж/кг)

513=10%+12,8%+22,5%+0,018%+10%+7%+37,9%

513=100%

Дата добавления: 2015-08-29