Расчёт идеального цикла воздушной холодильной машины

Холодильная машина и комплекс составляющих ее технических элементов. Перенос тепла к источнику, температура которого значительно выше окружающей среды, при помощи холодильной машины. Классификация холодильных машин по виду затрачиваемой энергии.

Рубрика Производство и технологии
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 01.04.2011
Размер файла 130,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Нижнекамский химико-технологический институт (филиал)

Государственного образовательного учреждения

Высшего профессионального образования

" Казанский государственный технологический университет".

КУРСОВАЯ РАБОТА

по технической термодинамике и теплотехнике

Тема:

"РАСЧЁТ ИДЕАЛЬНОГО ЦИКЛА ВОЗДУШНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ"

Выполнил: студент 4 курса

заочного отделения технологического факультета

группы 1623, спец.240401 ХТОВ

Абдуллин Р.А.

Проверил: доц. Сагдеев А.А.

Нижнекамск 2010

Введение

Холодильная машина состоит из комплекса технических элементов, при посредстве которых за счёт потребляемой при этом энергии происходит перенос теп - ла от источника низкой температуры - теплоотдатчика - к источнику с более высокой температурой - теплоприёмнику. Обычно холодильная машина переносит тепло от источника, температура которого ниже окружающей среды, воде или воздуху; в этом случае машина служит для охлаждения или поддержания низких температур в определённом объёме - холодильной камере.

При помощи холодильной машины тепло можно перенести к источнику, температура которого значительно выше окружающей среды. Это тепло можно полезно использовать, например, для отопления. В этом случае холодильную машину принято называть тепловым насосом.

По виду затрачиваемой энергии холодильные машины разделяются на компрессионные, теплоиспользующие и термоэлектрические. Компрессионные машины потребляют механическую энергию, теплоиспользующие - тепловую энергию источников тепла с температурой выше окружающей среды, термоэлектрические машины используют непосредственно электрическую энергию.

Для расчёта, конструирования и эксплуатации холодильных машин необходимо знание сопротивления материалов, теории машин и механизмов, деталей машин, электротехники.

Над созданием первых холодильных машин работали многие учённые, изобретатели и инженеры. В развитие теории холодильных машин внесли большой вклад советские учёные - П.Л. Капица, А.А. Саткевич, В.С. Мартыновский, И.П. Усюкин, И.И. Левин, Ф.М. Чистяков, В.М. Бродянский, В.Е. Цыдзик и др.

Холодильные машины применяются в пищевой, мясоперерабатывающей, молочной промышленности и сельском хозяйстве для замораживания и хранения пищевых продуктов, в химической и нефтеперерабатывающей промышленности при производстве синтетических волокон, каучука, спирта и т.д.; для кондиционирования воздуха в промышленных цехах предприятий, в общественных и административных зданиях и в бытовых помещениях, в горно-металлургической промышленности при проходке неустойчивых пластов грунта и т.д.

1. Расчёт идеального цикла воздушной холодильной машины

1. Исходные данные:

Q0=145 кВт;

Р1=0,1 МПа;

Т1=273 К;

Т3=342 К;

к= 5,7;

к - изменяемый параметр;

к - показатель адиабаты,

к =;

к=; =>

P2=P1?к, P2 =0,1·106 Па·5,7=0,57·106 Па=0,57 МПа;

P2= P3, P1=P4.

R=.

2. Определение параметров воздуха в характерных точках цикла ВХМ.

Рабочее тело ВХМ (воздух) рассматриваем как идеальный газ. Параметры р, V, T находятся с помощью уравнения состояния идеального газа и уравнения адиабатного процесса:

P1V1 =T1 R - уравнение состояния идеального газа;

V1= , V1 = =0,7835 м3/ кг.

- уравнение адиабаты;

м3/ кг

P2 V2 =T2 R;

T2 = , T2 = =449 К.

P3 V3 =T3 R;

V3 = , V3 = = 0,1722 м3/кг.

,

0,5969 м3/кг.

P4 V4 =T4 R;

T4 = , T4 = 208 К.

Значение энтальпий h и внутренней энергии U воздуха выбираются для соответствующих температур из справочных таблиц термодинамических функций. Расчёт энтропии S для характерных состояний цикла рекомендуется провести по методу "конечной энтропии". Отсчёт S принимается от нормальных условий (Р0=101325Па и Т=273,15К), т.е. энтропия газа при этих условиях принимается равной нулю (S=0).

Согласно этому методу, для первой точки цикла энтропия будет равна:

= --R·,

идеальный цикл холодильная машина

где разность - учитывает изменение энтропии в зависимости от температуры, а член Rln (P1/P0) учитывает влияние давления на энтропию. Величина берётся из справочных таблиц /2/ при Т1, а значение - при Т=273,15К;

t1 =273 - 273= 0?С => =6,6103 ;

t0 = 273 - 273= 0?С => =6,6103 ;

S1=S01 - S00-Rln (P1/P0)

S1 =6,6103-6,6103-0,287· ln () = 0,003778 .

Для точки 2 S2=S1, так как процесс 1-2 изоэнтропный.

Для точки 3 цикла энтропия будет равна:

= - - R·;

где и берётся из справочных таблиц по значениям температур Т3 и Т0 соответственно:

t3= 342 - 273 =69?С,

=> = 6,83664 ;

S3=6,83664-6,6103-0,287·ln () = - 0,269396,

Для точки 4 цикла S4=S3, так как процесс 3-4 изоэнтропный.

Результаты расчётов параметров сводим в таблицу 1.

Таблица №1.

Точка цикла

Р, МПа

V, м3/кг

Т, К

U, кДж/кг

h, кДж/кг

S, кДж/кг*К

1

0,1

0,7835

273

194,9

273,32

0,003778

2

0,57

0,226

449

322,11

451,06

0,003778

3

0,57

0,1722

342

244,42

342,65

- 0,269396

4

0,1

0,5969

208

148,39

208,15

- 0,269396

3. Построение цикла ВХМ в pV - и TS - диаграммах

На основе таблицы 1 методического указания построим цикл ВХМ в pV - диаграмме. Для построения адиабат 1-2 и 3-4 в pV - диаграмме дополнительно вычисляем параметры промежуточных точек 5 и 6 на этих адиабатах. Для промежуточных точек выбирается значение удельного объёма:

V5= 0,5 · (V1 + V2) = 0,5 · (0,7835+0,226) = 0,5048 ;

V6 = 0,5 · (V3 + V 4) = 0,5 · (0,1722+0,5969) = 0,3846 ;

Затем из первого уравнения адиабатного процесса вычисляем значение давления Р5 и Р6 на адиабатах 1-2 и 3-4 соответственно:

Для промежуточных точек вычисляем значение давлений:

,

.

Нанесём характерные точки цикла в pV - диаграмме (в масштабе) и соединяем их линиями (1-5-2; 2-3; 3-6-4; 4-1).

В TS - диаграмме адиабаты 1-2 и 3-4 изображаются вертикальными линиями. Для построения изобар дополнительно вычисляются параметры промежуточных точек 7 и 8. Промежуточную точку определим по температуре:

T7= 0,5 · (T3 + T2) = 0,5 · (342+449) = 395,5 K.

По этой температуре вычисляем соответствующее значение энтропии:

t7 = 395,5 - 273 = 122,5 ?С,

= 6,9833 ,

где S70 берём из справочных данных их таблицы /2/ по значению Т7.

S7 = S - S - Rln,

S7=6,9833-6,6103-0,287·ln () = - 0,1227 ,

Для изображения изобары 4-1 выбираем промежуточную температуру Т 8:

T8=0,5 (T4 +T1) = 0,5 (208 +273) = 240,5 K,

затем вычисляем энтропию:

t = 240,5 - 273 = - 32,5 К,

= 6,4833 ,

где значение взят из справочных данных таблицы /2/ по Т8:

S8 = S - S - R ln ,

S8=6,4833-6,6103-0,287·ln () = - 0,1232 ,

По полученным значениям S8, S7 и на основе таблицы 1 наносим характерные точки 1; 2; 3; 4; 8; 7; на TS - диаграмме (в масштабе) и соединяем их линиями (1-2; 2-7-3; 3-4; 4-8-1).

4. Определение изменения параметров dU, dh, dS и величин q и l во всех процессах цикла ВХМ.

?U1-2 = U2 - U1= 322,11 - 194,9 = 127,21 кДж / кг;

?U2-3 = U3 - U2 = 244,42 - 322,11 = - 77,69 кДж / кг;

?U3-4 = U4 - U3 = 148,39 - 244,42 = - 96,03 кДж / кг;

?U4-1 = U1 - U4 = 194,9 - 148,39 = 46,51 кДж / кг.

?h1-2 = h2 - h1 = 451,06 - 273,32 = 177,74 кДж / кг;

?h2-3 = h3 - h2 = 342,65 - 451,06 = - 108,41 кДж / кг;

?h3-4= h4 - h3 = 208,15 - 342,65 = - 134,5 кДж / кг;

?h4-1= h1 - h4 = 273,32 - 208,15 = 65,17 кДж / кг.

?S1-2 = S2 - S1 = 0,003778 - 0,003778 = 0 ;

?S2-3 = S3 - S2 = - 0,269396 - 0,003778= - 0,273174 ;

?S3-4 = S4 - S3 = - 0,269396 - (-0,269396) = 0 ;

?S4-1 = S1 - S4 = 0,003778 - (-0,269396) = 0,273174 .

q1-2 = 0 кДж / кг

q2-3 = h3 - h2 =342,32 - 451,06 = - 108,74 кДж / кг

q3-4= 0 кДж / кг

q4-1 = h1 - h4 = 273,32 - 208,15 = 65,17 кДж / кг.

Полученные данные заносим в таблицу 2 и проверяем на суммирование по столбцам:

Таблица №2

Процессы

dU, кДж/кг

dh, кДж/кг

dS, кДж/кгК

q, кДж/кг

l, кДж/кг

1-2

127,21

177,74

0

0

-126,175

2-3

-77,69

-108,41

-0,273174

-108,74

-30,666

3-4

-96,03

-134,5

0

0

96,16

4-1

46,51

65,17

0,273174

65,17

18,66

сумма

0

0

0

- 90,08

-42,021

5. Определение величины работы lк, lд, lц.

Работа, затраченная в цикле ВХМ, равна разности работ компрессора lк детандера lд:

Величина lк определяется из аналитического выражения 1-го закона термо-динамики для потока:

где для адиабатного процесса 1-2 q=0.

Можно также принять lкэ=0, а техническая работа lT для неохлаждаемого компрессора есть не что иное, как работа компрессора (lT=lк). Тогда получаем:

Аналогично можно записать выражение и для работы, получаемой в детандере:

Тогда:

6. Определение удельной холодопроизводительности и удельной тепловой нагрузки в теплообменнике - охладителе.

где q0 - удельная холодопроизводительность,

где q - удельная тепловая нагрузка в теплообменнике - охладителе.

7. Проверка энергетического баланса ВХМ.

8. Определение массового расхода хладагента (воздуха).

9. Определение мощностей Nk, Ng, Nц.

Мощность компрессора:

Мощность детандера:

Мощность, затраченная на получение холода:

10. Определение холодильного коэффициента ВХМ.

Холодильный коэффициент ВХМ представляет собой отношение удельной холодопроизводительности q0 к затраченной работе lц:

(1)

11. Определение холодильного коэффициента обратного цикла Карно.

Для получения холода минимальная работа затрачивается в идеальном обратном цикле Карно 1-5-3-6 (рис.1). Из рисунка следует, что площадь цикла Карно 1-5-3-6 значительно меньше, чем площадь цикла ВХМ. Следовательно, согласно (1), холодильный коэффициент цикла ВХМ существенно меньше холодильного коэффициента цикла Карно, осуществляемого в том же интервале минимальной Т1 и максимальной Т3 температур, для которого:

.

12. Определение эксергетического КПД ВХМ.

Эксергетический КПД ВХМ отражает эффективность работы установки вследствие потерь эксергии. Последние же возникает по причине внешней необратимости - теплопереноса в теплообменниках при конечной разности температур. Эксергетический КПД представляет собой отношение эксергии полученного холода , т.е. полезного эффекта холодильной установки, к затраченной энергии :

или

с учётом (1) получим:

Здесь - мощность, затраченная в цикле, кВт:

- коэффициент работоспособности холода;

- средняя температура хладоагента в процессе 4-1;

- температура окружающей среды;

Литература:

Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика. Учебное пособие для ВУЗов. - М., "Машиностроение", 1972. - 672с.

Термодинамические свойства газов. Справочник - 4-е издание перераб.М., Энергоатомиздат., 1987. - 288с.

Дубинский М.Г. Воздушные и газовые турбохолодильные машины. - М: Знание, 1968. - 256 с.

Кошкин Н.Н. Холодильные машины.М. Знание, 1973. - 356 с.

Б.В. Нащокин. Техническая термодинамика и теплопередача: Учеб. пособие для вузов. - 3-е изд., испр. И доп. - М.: Высш. школа, 1980. - 469 с., ил.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Элементы и принципы работы парокомпрессионной холодильной машины, их достоинства и недостатки. Отличия теоретического цикла паровой компрессионной холодильной машины от цикла Карно. Отделение жидкого холодильного агента от пара в отделителе жидкости.

    реферат [8,4 M], добавлен 21.11.2010

  • Проектирование холодильной машины для фреона R12 и R134a. Проведение расчета испарителя и конденсатора. Построение цикла для R134a и вычисления в программах для эксплуатационных режимов R12 и R134a. Сравнительная характеристика фреонов R12 и R134a.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 30.08.2010

  • Тепловая нагрузка при термообработке продуктов. Расчет толщины слоя теплоизоляции. Выбор холодильной машины и испарителей. Расчет эксплуатационных теплопритоков. Подбор и распределение воздухоохладителей. Выбор расчетного режима и холодильной машины.

    контрольная работа [1,4 M], добавлен 19.04.2013

  • Расчет теплопритоков в охлаждаемое помещение и необходимой производительности судовой холодильной установки. Построение рабочего цикла холодильной машины, ее тепловой расчет и подбор компрессора. Последовательность настройки приборов автоматики.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 25.12.2014

  • Использование в холодильной технике летучих жидкостей. Наиболее употребительные хладагенты. Простой паровой цикл механической холодильной машины. Единицы измерения холода. Термоэлектрическое охлаждение. Схема компрессионной холодильной установки.

    реферат [705,8 K], добавлен 01.02.2012

  • История создания и классификация абсорбционных холодильных машин; область применения и использования. Расчёт цикла, генератора, тракта подачи исходной смеси. Патентный обзор машины с мультиступенчатым эжектором и абсорбционно-диффузионного агрегата.

    курсовая работа [3,2 M], добавлен 05.07.2014

  • Принцип действия и классификация криогенных газовых машин: в зависимости от типа узла, выполняющего роль компрессора и генератора холода. Расчет максимального объёма полости сжатия, диаметра поршня-вытеснителя и основных конструктивных элементов машины.

    курсовая работа [919,5 K], добавлен 04.01.2015

  • Системы охлаждения холодильных камер. Основные способы получения холода. Устройство и принцип действия компрессионной холодильной машины. Холодильные машины и агрегаты, применяемые в современной торговой деятельности. Их конструкция и основные виды.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 17.04.2010

  • Расчет теоретического рабочего цикла паровой холодильной компрессорной машины. Подбор компрессорных холодильных машин, тепловой расчет аммиачного компрессора. Расчет толщины теплоизоляционного слоя, вместимости и площади холодильников, вентиляторов.

    учебное пособие [249,0 K], добавлен 01.01.2010

  • Холодильные агрегаты бытовых холодильников выполняют роль холодильных машин, т. е. служат для отвода тепла из холодильной камеры и передачи его в более теплую окружающую среду. Основные требования к ремонту компрессионых герметичных агрегатов.

    курсовая работа [11,4 M], добавлен 21.05.2008

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.