- •Методические указания
- •Лабораторная работа №1 Изучение свойств теплоизоляционных материалов
- •Низкая способность проводить теплоту, характеризуемая соответственно малой величиной коэффициента теплопроводности λ, Вт/(м∙к).
- •Теплоизоляционные материалы должны быть температуростойкими и морозостойкими.
- •Описание процессов в нагреваемой холодильной установке
- •Лабораторное задание
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2 Изучение непосредственного и косвенного бесконтактного охлаждения
- •Описание процессов в охлаждаемой холодильной установке
- •Лабораторное задание
- •Часть I. Определение равновесной температуры и коэффициента теплопередачи охлаждающих приборов
- •Часть II. Построение цикла одноступенчатой холодильной машины. Сравнение термодинамической эффективности циклов непосредственного и косвенного охлаждения
- •Контрольные вопросы
- •Необратимые потери обратных циклов
- •Описание процессов в изучаемой холодильной установке
- •Лабораторное задание
- •Часть I. Определение теплопритоков
- •Часть II. Построение обратных циклов. Оценка вклада необратимых потерь
- •Часть III. Тепловой расчет одноступенчатой холодильной машины. Подбор основного оборудования
- •Отчет должен содержать:
- •Лабораторная работа № 4 Изучение пакета прикладных программ Coolpack 1.46
- •Особенности интерфейса
- •Лабораторное задание
- •Контрольные вопросы
- •Отчет должен содержать:
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Необратимые потери обратных циклов
Понятие об обратимости процессов и циклов имеет фундаментальное значение в термодинамической теории холодильных машин. Процесс называют обратимым, если после его завершения тела, принимавшие в нем участие, можно вернуть в первоначальное состояние без каких-либо затрат работы или каких-либо других изменений. Принципиальным является разделение необратимости на внутреннюю и внешнюю. Такое разделение позволяет правильно установить источники необратимых потерь в циклах и дает возможность искать пути их устранения. Источниками внутренней необратимости в обратных циклах являются: внутреннее трение частиц рабочего вещества, трение в элементах машины, дросселирование, диффузия, смешение потоков рабочего вещества, химические реакции, неравновесные фазовые превращения. Внешняя необратимость определяется наличием конечной разности температур в процессе теплообмена рабочего вещества с источниками низкой и высокой температур или с окружающей средой.
Возможны различные сочетания внутренне и внешне обратимых и необратимых процессов. Их можно классифицировать следующим образом:процессы вполне обратимые как внутренне, так и внешне; процессы внешне обратимые, но внутренне необратимые; процессы внешне необратимые, но внутренне обратимые; процессы необратимые как внешне, так и внутренне. Все без исключения процессы, происходящие в реальных холодильных машинах, относятся к четвертой группе.
В термодинамике существуют равнозначные понятия: обратимый обратный цикл, цикл-образец, цикл с минимальной работой, т. е. цикл, при помощи которого с минимальными затратами работы можно перенести теплоту от охлаждаемого объекта к окружающей среде. Наличие необратимых потерь в обратном цикле ведет к увеличению затраченной работы, которая в этом случае определяется по формуле
(3.1)
где Lmin - работа, затраченная холодильной машиной, рабочее вещество которой совершает обратимый цикл; ΔL - дополнительная работа, затраченная на компенсацию необратимых потерь.
Очень важным является правильное построение цикла-образца, которое должно осуществляться исходя из следующих положений:
- процессы сжатия и расширения идут обратимо;
- теплообмен рабочего вещества с внешними источниками происходит при бесконечно малой разности температур;
- холодопроизводительность обратимого цикла равна холодо-производительности рассматриваемого цикла.
Степень термодинамического совершенства любого реального цикла в целом может быть оценена коэффициентом обратимости
(3.2)
Описание процессов в изучаемой холодильной установке
В данной лабораторной работе необходимо определить примерное значение нагрузки на холодильное оборудование и компрессор холодильного шкафа ШХ – 0.7 и морозильного ларя СНЕЖ МЛК 350. Поскольку эти устройства содержат одну камеру, разница между расчетными нагрузками на охлаждающие приборы и на компрессор будет отсутствовать и количество теплоты, отводимое рабочим телом из камеры, будет определять холодопроизводительность компрессора и тепловой поток к конденсатору. Для ее определения необходимо провести расчет теплопритоков.
Теплота от окружающей среды проникает внутрь охлаждаемого помещения в результате действия двух процессов:
1) теплопередачи через ограждения вследствие наличия разности температур (tH - tПМ) наружной окружающей среды и воздуха внутри помещения (аппарата);
2) поглощения наружной поверхностью ограждений теплоты солнечной радиации.
Поэтому можно записать:
Q1 = Q1Т + Q1С (3.3)
Теплоприток, возникающий под влиянием разности температур определяется по выражению
Q1Т = k1F1(tH - tПМ) (3.4)
где k1 - коэффициент теплопередачи ограждения (его численное значение определить по данным л.р. 1);
F1 - площадь поверхности ограждения.
tH – расчетная температура наружного воздуха (для Воронежа принять 33 0С)
Теплоприток от солнечной радиации рассчитывается по следующему выражению
Q1С = k1F1ΔtС (3.5)
ΔtС – избыточная разность температур, характеризующая действие солнечной радиации в летнее время. Для плоских светлых поверхностей ΔtС = 14.9 0С.
Способы определения теплопритоков от грузов различны и в конкретной ситуации могут быть упрощены.
Так, если за время от помещенного в тару груза отведено количество тепла Q, то
Q2 = Q/. (3.6)
Количество отведенного тепла определяется следующим образом:
Q= (Ст mт +Сгmг)t, (3.7)
где t – изменение температуры груза, Ст, mт, Сг ,mг - теплоемкости и массы груза и тары-
Из возможных эксплуатационных теплопритоков, в нашем случае существуют только 2: из смежных помещений через открытые двери и от работающих электродвигателей.
Q4 = Q4I + Q4II (3.8)
Соответственно, теплоприток от открывания дверей определяется по формуле:
Q4I = β∙qдп∙Fдп∙(1-η)∙103, (3.9)
где qдп – плотность теплового потока, отнесенного к площади дверного проема при отсутствии средств тепловой защиты, кВт/м2; Fдп - площадь дверного проема, м2; β - коэффициент, учитывающий длительность и частоту проведения грузовых операций, β = 1; η - коэффициент эффективности снижения теплопритоков при использовании средств тепловоздушной защиты дверного проема, η = 0.
Значения плотности теплового потока qдп для охлаждаемых помещений, определяют по графику.
Рис. 3.1. Плотность теплового потока в дверном проеме: 1, 2, 3 - камеры хранения с естественной циркуляцией воздуха Fпм > 450м2, 120 < Fпм < 450 м2, Fпм < 120 м2; 4 - прочие охлаждаемые помещения с естественной циркуляцией воздуха; 5 - камеры холодильной обработки мяса с принудительной циркуляцией воздуха; 6 - прочие охлаждаемые помещения с принудительной циркуляцией воздуха
Теплоприток от работающих электродвигателей составляет:
Q4II =1000 Nэ (3.10)
Nэ – мощность двигателя, кВт.
Тогда суммарный теплоприток (расчетная нагрузка) составит:
Q0 = Q1+ Q2+ Q4 (3.11)
Полученное значение вместе с выбранным температурным режимом являются исходными данными для теплового расчета холодильной машины. В процессе расчета определяются:
- описываемый объем, по которому выбирается один или несколько компрессоров;
- эффективную мощность на валу компрессора для проверки пригодности электродвигателя, поставляемого в комплекте с герметичным компрессором;
- тепловой поток в конденсаторе для его расчета и подбора.
Одноступенчатый компрессор возможно применять в достаточно широком диапазоне рабочих условий. Ограничивают возможность его применения температура нагнетания, которая не должна быть больше 160 0С и разность давлений pк – p0, которая не должна превышать 17 атм. В противном случае необходимо использовать двухступенчатое сжатие.
При выполнении теплового расчета определяются следующие величины:
- холодопроизводительность q0 1 кг хладагента
(3.12)
- массовый расход пара (массовая подача компрессора)
(3.13)
- объемный расход пара (объемная подача)
(3.14)
– удельный объем всасываемого пара.
- По рис. 3.2 находится коэффициент подачи компрессора λ в зависимости от степени сжатия, хладагента и типа компрессора
- описываемый объем компрессора, по которому в дальнейшем подбирается компрессор
(3.15)
- теоретическая (адиабатная) мощность компрессора
(3.16)
- действительная (индикаторная) мощность компрессора
(3.17)
– индикаторный КПД.
Рис. 3.2. Коэффициенты подачи компрессоров: 1 - современных бескрейцкопфных: 2 - винтовых бустер-компрессоров: 3 - винтовых: 4 - работающих на хладоне-22; 5 - ротационных; 6 - малых, работающих на хладоне-12
Для крупных бескрейцкопфных компрессоров индикаторный КПД равен 0.79÷0.84, для малых и средних компрессоров, работающих на хладонах, 0.65÷0.8.
- эффективная мощность на валу компрессора
(3.18)
– механический КПД, учитывающий потери на трение.
Для крупных бескрейцкопфных компрессоров механический КПД равен 0.82÷0.92, для малых и средних компрессоров, работающих на хладонах, 0.84÷0.97.
По эффективной мощности подбирается электродвигатель компрессора с запасом мощности 10÷15 %.
- тепловой поток в конденсаторе:
а) действительный, с учетом потерь в процессе сжатия
(3.19)
б) теоретический
(3.20)
- Площадь теплопередающей поверхности конденсатора:
(3.21)
k – коэффициент теплопередачи конденсатора (для конденсаторов воздушного охлаждения 30 Вт/(м2К)), – средняя разность температур между хладагентом и окружающей средой.