Расчет и проектирование бытового холодильника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

Павлович В.И. Расчет и проектирование бытового холодильника: Курсовая работа по бытовым холодильным машинам. - Челябинск: ЮУрГУ, 2014. - 28 с., 5 илл., библиография литературы -4 наименования.

В курсовом проекте проведен расчет и анализ работы бытовой холодильной машины. Была выбрана конструкция корпуса холодильника, конструкция и размеры его основных частей (испаритель, конденсатор). Были выбраны продукты для загрузки в морозильную и холодильную камеры, рассчитаны теплопритоки от продуктов, через стенки камер холодильника, рассчитана холодопроизводительность испарителя, компрессора и конденсатора. Построена диаграмма холодильного цикла в координатах давление - энтальпия. На основе этих данных был сконструирован бытовой холодильник.

Содержание

Введение

1. Исходные данные

1.1 Заполнение камер холодильника продуктами

1.2 Расчет количества теплоты от продуктов в морозильной камере

1.3 Расчет количества теплоты от продуктов в холодильной камере

2 Выбор конструкции холодильника

2.1 Вычисление теплопритока через стенки холодильника

2.1.1 Вычисление коэффициента теплопередачи стенки холодильной камеры

2.2 Вычисление теплопритоков через стенки

2.2.1 Расчет теплопритоков через стенку холодильной камеры

2.3 Вычисление инфильтрации

3. Выбор конструкции испарителя

3.1 Вычисление холодопроизводительности

4. Выбор конструкции компрессора

4.1 Вычисление производительности компрессора

4.2 Вычисление холодильного коэффициента

5. Выбор конструкции конденсатора

5.1 Вычисление производительности конденсатора

5.2 Вычисление коэффициента преобразования

6. Построение диаграммы холодильного цикла

Заключение (характеристика разработанного бытового холодильника)

Список литературы

Введение

Холод используется во многих сферах деятельности человека. Особенно широко он применяется при производстве и хранении продуктов питания. Сегодня холодильник - самый популярный и распространенный вид бытовой техники.

По сути, холодильник - это устройство, которое поддерживает низкую температуру в теплоизолированной камере.

Для охлаждения воздуха внутри холодильной камеры в современных холодильниках используется парокомпрессорная технология замкнутого цикла, основанная на свойствах веществ - хладагентов.

Отдельные узлы и детали холодильника при длительной эксплуатации изнашиваются, при этом могут возникать различные неисправности. А для того чтобы устранить неполадки, нужно обладать знаниями об устройстве и принципе работы холодильной машины.

Цель курсовой работы - научиться рассчитывать бытовой холодильник, необходимые его параметры, представлять его конструкцию и принцип работы.

1. Исходные данные

Таблица 1. Исходные данные

Тип	Общий V, дм3	V морозильной камеры, дм3	t0 морозильной камеры, 0С	Рабочее тело	Испарительная система	Теплоизоляция
КШ-180	180	30	-6	R12	одноиспарительная	стекловата

Высоту берем равной 1 мм, исходя из ГОСТа 16317-87 [3].

Габариты: 0,6мЧ0,6мЧ1,000м

1.1 Заполнение камер холодильника продуктами

Необходимо заполнить продуктами 60% от общего объема морозильной камеры и 40% от общего объема холодильной.

Так как объем морозильной камеры равен 30 дм³ , значит объем морозильной камеры, который нужно загрузить продуктами будет равен:

30 дм³ Ч 0,6 = 18 дм³.

Объем холодильной камеры: из общего объема холодильника, который равен 180 дм³, вычитаем объем морозильной камеры, который равен 30 дм³: 180 - 30 = 150 дм³. А объем холодильной камеры, который будет заполнен продуктами, составит:

150 дм³ Ч 0,4 = 60 дм³.

Продукты, загружаемые в холодильную и морозильную камеры, представлены в таблицах 2 и 3([1], таблица 10-7(стр.156), таблица 10-8 (стр.160)).

Таблица 2. Продукты, загружаемые в морозильную камеру

Продукт	Масса продукта, кг	Объем, дм3	Плотность, кг/дм3	Теплоемкость, кДж/(кг*К)	Скрытая теплота плавления, Вт/кг	Температура замерзания, °С	Тепловая нагрузка от продукта, Вт
				До замерзания, с1	После замерзания, с2
Птица свежая	11,82	12	0,985	3,18	1,55	246	-2,75	22,250
Баранина	6,18	6	1,03	2,80	1,26	194	-1,75	9,507

Таблица 3. Продукты, загружаемые в холодильную камеру

Продукт	Удельная теплоемкость, кДж/кг	Масса продукта, кг	Объем, дм3	Интенсивность дыхания, Вт/кг	Плотность, кг/дм3	Тепловая нагрузка от продукта, Вт
Огурцы	3,89	8,5	9	0,026	0,94	3,471
Яблоки	3,14	4,5	5	0,019	0,9	1,4755
Морковь	3,77	7,8	6	0,047	1,3	3,2566
Персики	3,77	5,25	5	0,023	1,05	2,067
Картофель	3,6	5,4	5	0,019	1,08	2,0026
Перец	3,94	1,696	3,2	0,037	0,53	0,72
Свекла	3,77	5,97	5,8	0,055	1,03	2,538
Капуста	3,86	4,352	6,2	0,061	0,702	1,918
Бананы	3,43	5,336	5,8	0,044	0,92	2,035
Груши	3,60	5,25	5	0,011	1,05	1,918
Томаты	3,85	3,97	4	0,081	0,993	1,822
Всего			60			23,2237

1.2 Расчет количества теплоты от продуктов в морозильной камере

Формулы расчета количества теплоты:

,

,

,

,

где Q_пр - тепловая нагрузка от продукта;

Q' - тепловая нагрузка от продукта при понижении его температуры от температуры закладки до криоскопической температуры;

Q'' - тепловая нагрузка от продукта при процессе его замораживания (отвод скрытой теплоты);

Q''' - тепловая нагрузка от продукта при понижении его температуры от криоскопической до температуры хранения в морозильной камере.

m - масса закладываемого продукта (кг);

с₁ - теплоемкость закладываемого продукта до замораживания (кДж/кг*К);

r - скрытая теплота плавления (Вт/кг);

с₂ - теплоемкость закладываемого продукта после замораживания (кДж/кг*К);

Дt₁ - разность температур между температурой закладки продукта и температуры замораживания (⁰С);

Дt₂ - разность температур между температурой замораживания продукта и температурой хранения (⁰С).

Удельная теплоемкость мяса птицы с температурой выше криоскопической равна с₁= 3,18 кДж/кг*К, а ниже криоскопической температуры - с₂= 1,55 кДж/кг*К. Скрытая теплота плавления r=246 кДж/кг. Температуру наружного воздуха принимаем равной +22⁰С, температуру внутри морозильной камеры - -6⁰С. Температура замерзания - -2,75⁰С. Масса продукта m=11,82 кг. Произведем расчет:

Q?_пр=c₁m= 3, 18*11, 82*(22-(-2, 75))= 930, 29 кДж;

Q?_пр=mr= 11, 82*246= 2907 кДж;

Q??_пр=mc₂= 11, 82*1, 55*(-2, 75-(-6)) = 59, 5 кДж;

Значит, общий теплоприток от мяса птицы будет равен:

Q₁= Q?_пр + Q?_пр + Q??_пр = 930, 29+2907+59, 5= 3896, 79 кДж.

Время замерзания продуктов берем за 48 часов (двое суток). Тогда тепловая нагрузка будет равна:

t=48*3600=172800 с

Q₁ =(3896, 79*1000) /172800= 22,550 Вт

Удельная теплоемкость мяса баранины при температуре выше криоскопической равна с₁= 2,80 кДж/кг*К, а ниже криоскопической температуры с₂= 1,26 кДж/кг*К.

Скрытая теплота плавления r=194кДж/кг. Температура наружного воздуха +22⁰С, температура внутри морозильной камеры - -6⁰С. Температура замерзания - -1,75⁰С. Масса продукта m=6,18 кг.

Произведем расчет:

Q?_пр=c₁m= 2,80*6,18*(22-(-1,75))= 410,97 кДж;

Q?_пр=mr= 6,18*194= 1198,92 кДж; Q??_пр=mc₂= 1,26*6,18*(-1,75-(-6))= 33,09 кДж;

Значит, общий теплоприток от мяса баранины будет равен:

Q₂= Q?_пр + Q?_пр + Q??_пр = 410,97+ 1198,92+ 33,09= 1642,98 кДж.

Q₂ =1642, 98*1000= 9,507 Вт

172800

Суммарная тепловая нагрузка на испаритель от продуктов, загружаемых в морозильную камеру, составляет:

Q_пр = Q₁+ Q₂=22,550+9,507= 32, 057 Вт

1.3 Расчет количества теплоты от продуктов в холодильной камере

В холодильной камере теплоприток от продуктов рассчитывается по формулам:

Q'_пр=cm?T;

Q''_пр =mq;

Q = Q'_пр + Q''_пр,

где c - удельная теплоемкость (кДж/кг*К);

m - масса продукта (кг);

q - теплота дыхания (Вт/кг);

?T- разность температур между температурой камеры и наружной температурой (К).

Задаемся температурой холодильной камеры +5⁰С, массы продуктов указаны в таблице 3, там же указаны удельная теплоемкость и теплота дыхания для каждого продукта, помещенного в холодильную камеру. Все продукты так же, как и в морозильной камере, будет охлаждаться 48 часов (двое суток).

Огурцы

Q'_пр=cm?T= 3,89*8,5*(295-278)*1000 /(48*3600)=3,25 Вт

Q''_пр =mq = 8,5*0,026= 0,221 Вт

Q = Q'_пр + Q''_пр = 3,25+0,221=3,471 Вт

Яблоки

Q'_пр=cm?T= 3,14*4,5*(295-278)*1000 /(48*3600)=1,39 Вт

Q''_пр =mq = 4,5*0,019= 0,0855 Вт

Q = Q'_пр + Q''_пр = 1,39+0,0855=1,4755 Вт

Морковь

Q'_пр=cm?T= 3,77*7,8*(295-278)*1000/(48*3600)=2,89 Вт

Q''_пр =mq = 7,8*0,047 = 0,3666 Вт

Q = Q'_пр + Q''_пр = 2,89+0,3666=3,2566 Вт

Персики

Q'_пр=cm?T= 3,77*5,25*(295-278)*1000/(48*3600)=1,947 Вт

Q''_пр =mq = 5,25*0,023 = 0,12 Вт

Q = Q'_пр + Q''_пр = 1,947+0,12=2,067Вт

Картофель

Q'_пр=cm?T= 3,6*5,4*(295-278)*1000/(48*3600)=1,9 Вт

Q''_пр =mq = 5,4*0,019 = 0,1026 Вт

Q = Q'_пр + Q''_пр = 1,9+0,1026=2,0026 Вт

Перец

Q'_пр=cm?T= 3,94*1,696*(295-278)*1000/(48*3600)=0,657 Вт

Q''_пр =mq = 1,696*0,037 = 0,063 Вт

Q = Q'_пр + Q''_пр =0,657+0,063= 0,72 Вт

Свекла

Q'_пр=cm?T= 3,77*5,97*(295-278)*1000/(48*3600)=2,21 Вт

Q''_пр =mq = 5,97*0,055 = 0,328 Вт

Q = Q'_пр + Q''_пр = 2,21+0,328=2,538 Вт

Капуста

Q'_пр=cm?T= 3,86*4,352*(295-278)*1000/(48*3600)=1,653 Вт

Q''_пр =mq = 4,352*0,061 = 0,265 Вт

Q = Q'_пр + Q''_пр = 1,653+0,265=1,918 Вт

Бананы

Q'_пр=cm?T= 3,43*5,336*(295-278)*1000/(48*3600)=1,8 Вт

Q''_пр =mq = 5,336*0,044 = 0,235 Вт

Q = Q'_пр + Q''_пр =1,8+0,235= 2,035 Вт

Груши

Q'_пр=cm?T= 3,6*5,25*(295-278)*1000/(48*3600)=1,86 Вт

Q''_пр =mq = 5,25*0,011 = 0,058 Вт

Q = Q'_пр + Q''_пр = 1,86+0,058=1,918 Вт

Томаты

Q'_пр=cm?T= 3,85*3,97*(295-278)*1000/(48*3600)=1,5 Вт

Q''_пр =mq = 3,97*0,081 = 0,322 Вт

Q = Q'_пр + Q''_пр =1,5+0,322= 1,822 Вт

Общий теплоприток от всех продуктов в морозильной и холодильной камерах составляет

Q_пр = 3,471+1,4755+3,2566+2,067+2,0026+0,72+2,538+1,918+ +2,035+1,918+1,822 =23,2237 Вт.

2. Выбор конструкции холодильника

Выбор конструкции холодильника производится с учетом размеров камер, толщины стенок, назначения аппарата. В [3] заданы стандартные размеры холодильных шкафов. Проектируемый холодильник КШ-180 имеет высоту 1200 мм, длину и ширину 600мм.

Размер холодильной камеры 600Ч600Ч1000 [мм].

Рис.2.1 Корпус холодильника

2.1 Вычисление теплопритока через стенки холодильника

Теплоприток через стенки холодильника - это тепловой поток в охлаждаемую камеру из окружающей среды за счет теплопроводности стенок.

Количество теплоты, передаваемой через стенки охлаждаемого пространства в единицу времени, является функцией трех факторов:

Q_ст= k*F*?Т ,

где F- площадь наружной поверхности стенок (м²);

?Т - разность температур по обе стороны стенки (К),

k - коэффициент теплопередачи (Вт/м²К).

Теплоприток через стенки морозильной и холодильной камер рассчитывается отдельно, так как толщина стенок, температура внутри камер, площади различны. Общий теплоприток холодильника равен сумме теплопритоков морозильной и холодильной камер.

2.1.1 Вычисление коэффициента теплопередачи стенки холодильной камеры

Стенка холодильника состоит из трех слоев различных материалов.

Рис.2.2 Строение стенки холодильной камеры

У проектируемого холодильника задаемся, что первый слой (1) - сталь, второй слой (2) - стекловата, третий слой (3) - полистирол. Толщина слоев:

д₁=0,5 мм=0,0005м;

д₂=36 мм=0,036м;

д₃=1мм=0,001м.

= 52 Вт/(м*К);

= 0,05 Вт/(м*К);

= 0,082 Вт/(м*К).

Вычисляем коэффициент теплопередачи k:

R= 1/9,37+(0,005/52)+(0,0036/0,05)+(0,001/0,082)+1/9,37 =

= 0,107+9,6*10⁶+0,72+0,012+0,107=0,95 м²К/Вт

K= 1/0,95 =1,05 Вт/м²К

2.2 Вычисление теплопритоков через стенки

Теплоприток через стенку зависит не только от коэффициента теплопередачи, но и от разности температур между двумя средами и площади поверхности стенки (корпуса):

Q_ст= k*F*?Т ,

где F - площадь наружной поверхности стенок (м²);

?Т - разность температур по обе стороны стенки (К),

k - коэффициент теплопередачи (Вт/м²К);

k=1,05 Вт/м²К.

2.2.1 Расчет теплопритоков через стенку холодильной камеры

Площадь поверхности холодильной камеры вычисляется, исходя из ее размеров. Таким образом, площадь равна:

F = 2*(0,6*0,6) + 2*(1,0*0,6) + 2*(1,0*0,6) = 3,12 м²

Т.к. температура наружного воздуха равна +22⁰С, а температура внутри камеры +5⁰С, то ?Т=295-278=17К.

Общий теплоприток через стенки холодильника равен:

Q_ст= 0,6*3,12*17 = 31,82 Вт

2.3 Вычисление инфильтрации

Инфильтрация - это поток воздуха, который поступает в камеры холодильника при открывании дверцы, через уплотнения и т.п.

Теплоприток от воздуха определяется по формуле:

Q_инф= х?Я,

где х - интенсивность инфильтрации (л/с);

?Я - изменение энтальпии кДж/кг [1, таблица 10-4, 10-5 и 10-6 (стр. 156-157)].

Температура в камере хранения равна +5⁰С, температура поступающего наружного воздуха +22⁰С. Интенсивность инфильтрации воздуха в холодильной камере равна х_х=0,097 л/с, а в морозильной камере равна х_м=0,003 л/с. Для холодильной камеры изменение энтальпии ?Я_х=0,0388 кДж/л, а для морозильной камеры ?Я_м=0,0801 кДж/л. Подставляем данные величины в формулу для холодильной и морозильной камер:

Q_{инф м}= 0,003*0,0801*1000 = 0,24Вт;

Q_{инф х}= 0,097*0,0388*1000=3,76 Вт.

Значит, общее значение инфильтрации равно:

Q_инф= Q_{инф м} + Q_{инф х} = 0,24+3,76= 4 Вт.

Общий теплоприток через стенки камер и инфильтрации равен:

Q=Q_{ст х}+ Q_инф = 36,72+4 = 40,72 Вт

3. Выбор конструкции испарителя

Для проектируемого холодильника выбираем плиточный испаритель, изготовленный из двух сваренных между собой листов алюминия. По всей площади испарителя между листами выдавлены каналы для движения хладагента. Данный испаритель выбран потому, что он прост и экономичен в изготовлении.

Рис.3.1 Испаритель плиточный и его развертка

3.1 Вычисление холодопроизводительности

Испарителем является любой теплопередающий аппарат, в котором хладагент кипит, отводя теплоту из охлаждаемого пространства или от продукта.

Производительность испарителя характеризуется интенсивностью прохождения теплоты через его стенки из охлаждаемого пространства или от продукта к кипящей внутри жидкости и обычно выражается в Вт.

Производительность испарителя находиться по формуле:

Q=kF₂?и,

где k - коэффициент теплопередачи стенки испарителя (Вт/ м²К);

F - площадь наружной поверхности испарителя (м²);

?и - средняя логарифмическая разность температур воздуха снаружи испарителя и температурой хладагента внутри испарителя (К).

Найдем площади наружной (F₂) и внутренней (F₁) поверхностей испарителя. Исходя из размеров испарителя (рис. 3.1), определяем, что площадь наружной поверхности равна:

F₂ = 1,6*0,4*2 = 1,28 м²

Площадь внутренней поверхности испарителя

Примем, что длина канала L = 16м;

Радиус канала испарителя, R = 3мм=0,003м

F₁ = 2рRL = рdL = 2*3,14*0,003*16 = 0,301 м²

Формула для нахождения коэффициента теплопередачи будет иметь вид:

где F₂/F₁ - отношение наружной площади испарителя к внутренней площади, F₂/F₁ = 4,25;

б_вн -коэффициент теплоотдачи воздуха (Вт/м²К), б_вн = 9,37 Вт/м²К ([1],таблица 10-1);

д - толщина стенки испарителя, д = 0,001 м;

л - теплопроводность материала стенки испарителя (алюминий), л = 230 Вт/мК;

д_х - толщина слоя хладагента около стенки канала испарителя, равная половине диаметра канала, д_х=0,003 м;

л_х- коэффициент теплопроводности хладагента , л_х = 86*10^-3 Вт/м*К,

Значит, коэффициент теплопередачи равен:

Температура воздуха при прохождении через испаритель понижается. Вычислим среднюю логарифмическую разность температур:

где T_в1 , T_в2 - температура воздуха перед испарителем и после (К);

T₀ - температура кипения хладагента (К).

Температура кипения хладагента равна разности между температурой в морозильной камере (Т_мк =293К) и расчетной разностью температур (7К) ([1], таблица 11-2).

Температура кипения хладагента = -27⁰С, температура воздуха на входе из испарителя=+5⁰С, а температура на выходе из испарителя -4⁰С.

Имея все необходимые данные, рассчитываем холодопроизводительность испарителя

Q=3,9*1,28*27,3 = 136,28 Вт

Теперь сравним величину общего теплопритока камер (теплоприток через стенки, инфильтрация и тепловая нагрузка от продуктов) и холодопроизводительность испарителя.

Q_пр = Q_пр + Q_ст + Q_инф = 73,3061+40,72 = 114,03 Вт

Сумма всех теплопритоков меньше, чем холодопроизводительность испарителя, и отличаются эти значения на малую величину, следовательно, данный испаритель будет функционировать в нормальном режиме, т.е. будет поддерживаться необходимая температура камер.

4. Выбор конструкции компрессора

Для данного холодильника выбираем герметичный компрессор С-К175Н5-1. Его объем составляет 7,24 см³, частота оборотов двигателя n= 50 об/с, номинальная холодопроизводительность 203 Вт.

Данный компрессор подходит нам, так как его холодопроизводительность не менее суммы холодопроизводительностей нашего испарителя.

4.1 Вычисление производительности компрессора

Холодопроизводительность выбранного компрессора зависит от рабочих условий, в которых работает машина, и определяется массой циркулирующего хладагента в единицу времени и удельной холодопроизводительностью единицы массы циркулирующего хладагента.

Формула для нахождения теоретической холодопроизводительности компрессора:

Q₀=mq₀ ,

где q₀ - удельная холодопроизводительность(кДж/кг);

m - массовый расход хладагента(кг/c).

Для действительной холодопроизводительности компрессора:

Q_0д = Q₀ л ,

где л - коэффициент подачи компрессора.

Удельная производительность рассчитывается по формуле:

q₀=Я_п-Я_ж

где i_п - энтальпия насыщенного пара при температуре всасывания (кДж/кг);

i_ж - энтальпия насыщенной жидкости при температуре конденсации (кДж/кг).

m= V_P*с,

где V_P - рабочий объем цилиндра;

с - плотность хладагента при температуре кипения.

-плотность пара хладагента при температуре кипения (-27єC) с=0,00828кг/л,

-энтальпия пара при температуре кипения хладагента Я_п =395,27 кДж/кг,

-энтальпия жидкого хладагента при температуре конденсации (40єC) Я_ж =249,686 кДж/кг. [1, таблица 16-4(стр.326)]

Удельная холодопроизводительность хладагента:

q₀= Я_п-Я_ж =395,27 - 249,686 =145,584 кДж/кг

Находим рабочий объем цилиндра:

V_P =0,785D²*S*n*z/1000,

где D =2,2 см- диаметр цилиндра;

S = 1,7 см - ход поршня;

n = 50 об/с - частота вращения вала;

z = 1 - количество поршней.

V_P =0,785D²*S*n*z/1000=0,785*(2,2)²*1,7*50*1/1000= 0,323 л/с.

Зная рабочий объем цилиндра, можем найти массовый расход хладагента

m= V_P с=0,323*0,00828=0,0027 кг/с.

Теперь можно найти теоретическую холодопроизводительность:

Q₀=m q₀ =0,0027*145,584 =393,1 Вт.

Для нахождения действительной холодопроизводительности необходимо определить степень сжатия, а затем коэффициент подачи. Степень сжатия (е) - это отношение абсолютного давления нагнетания к абсолютному давлению всасывания.

Абсолютное давление нагнетания P_к =15,335 бар, абсолютное давление всасывания P₀ =1,8525 бар, следовательно

е=15,335 /1,8525 =8,3

Теперь из графика 12-4 (стр. 228), определяем коэффициент подачи - это отношение объемной производительности компрессора к рабочему объему цилиндров. Он равен л=0,51.

Рис. 4.1

Значит действительная холодопроизводительность компрессора равна:

Q_0д =0,51*393,1=200,5 Вт.

Действительная холодопроизводительность всегда меньше теоретической. Это связано с тем, что объем всасываемого пара всегда меньше рабочего объема цилиндра, описываемого поршнем, из-за сжимаемости пара хладагента.

4.2 Вычисление холодильного коэффициента

Холодильный коэффициент машины - это безразмерная величина, которая выражается в виде отношения поглощенной в охлаждаемом пространстве теплоты к тепловому эквиваленту энергии, израсходованной компрессором. Для простой паровой компрессионной машины он равен:

е =q₀/q_сж,

где q₀ - удельная холодопроизводительность (кДж/кг);

q_сж - теплота сжатия (работа сжатия) (кДж/кг).

Удельная холодопроизводительность равна q₀=Я_п-Я_ж=145,584 кДж/кг. Теплота сжатия равна 57,03 кДж/кг. Значит холодильный коэффициент равен:

е = 145,584 /57,03=2,55.

5. Выбор конструкции конденсатора

Конденсатор, как и испаритель, является теплообменным аппаратом. Теплота от горячего пара хладагента передается через стенки конденсатора охлаждающей среде. В результате передачи теплоты охлаждающей среде пар хладагента вначале охлаждается до температуры насыщения, а затем превращается в жидкость. В качестве охлаждающей среды чаще всего применяют воздух. Проектируемый конденсатор будет охлаждаться воздухом. (Рис. 5.1).

Рис.5.1 Конденсатор

5.1 Вычисление производительности конденсатора

Найдем площади наружной и внутренней поверхностей конденсатора. Для этого нужно знать:

a - длина трубки конденсатора, a=0,85м;

m - количество трубок, m=11шт;

k - количество закруглений, k=10шт;

R - радиус кривизны полукруглого участка трубы конденсатора, R=0,025м;

d_{нар.трубы}=0,006м;

s - толщина стенки трубы, s=0,0015;

d_прутка =0,001м;

n - количество прутков, n = 280;

h_прутка - длина прутка, h_прутка = 0,6 м.

Длина трубки конденсатора:

L_трубы=а*m+k*р*R =0,85*11+10*3,14*0,025=10,135 м

S_нар=S_{прутков}+S_{нар. трубы};

S_{прутков} = n*р*d_прутка*h_прутка = 280*3,14*0,001*0,6 =0,53 м²

S_{нар.трубы} = р*d_{нар.трубы}* L_трубы = р*d_{нар.трубы}*(a*m+ k*р*R) = 3,14*0,006*(0,85*11+10*3,14*0,025)=0,2 м².

S_нар=0,53+0,2=0,73 м².

S_внутр = р*(d_{нар.трубы} - 2s)* L_трубы = р*(d_{нар.трубы} - 2s)*(a*m+k* р*R) =3,14*(0,006 - 0,003)*(0,85*11+10*3,14*0,025)=0,09 м².

Теплопередача через стенки конденсатора осуществляется за счет теплопроводности. Поэтому производительность конденсатора определяют по основному уравнению теплопередачи:

где k - коэффициент теплопроводности (Вт/м²К);

F - площадь наружной поверхности конденсатора (м²);

t_к - температура конденсации (К);

t_в - температура окружающего воздуха (К).

Коэффициент теплопередачи вычисляется по следующему уравнению:

1/k= д₁/л₁*F₁/F₂ + д₂/л₂*F₁/F₂ + 1/б_{вн ,}

где д₁,д₂ - толщина стенки трубы и стенки конденсатора (толщина прутка),

д₁ = 0,0015 м;

д₂ = 0,001м;

F₁/F₂ = 0,12 - отношение площади внутренней поверхности конденсатора к наружной;

л₁ = 0,0751 Вт/мК - коэффициент теплопроводности от теплой среды (рабочего тела) к конденсатору;

л₂= 52 Вт/мК - коэффициент теплопроводности материала конденсатора (сталь);

б_вн = 9,37 Вт/м²К - коэффициент теплоотдачи от конденсатора к охлаждающей среде.

Таким образом, коэффициент теплопередачи конденсатора равен:

R = (0,0015/0,0751)*0,12 + (0,001/52)*0,12 + 1/9,37 = 0,108 м²К/Вт

k=1/R= 9,3 Вт/м² К

Температура конденсации равна 40⁰С, температура воздуха 22⁰С.

Теперь находим производительность конденсатора:

Q= 9,3*0,73*(313 - 295) = 197,5Вт

Холодопроизводительность испарителя равна 136,28 Вт, а теплота сжатия равна 57,03 Вт. Следовательно, конденсатор сможет воспринимать суммарную нагрузку от испарителя и компрессора, а значит хладагент, принявший теплоту от продуктов, через стенки и от воздуха, будет охлаждаться до необходимой температуры.

5.2 Вычисление коэффициента преобразования

Коэффициент преобразования - это коэффициент отвода теплоты конденсатора м [1, таблица 14-2 (стр. 265)].

м=q_к/q_сж=(Я_D - Я_А)/(Я_D-Я_С)=202,614/57,03=3,55

холодильник теплоприток испаритель компрессор

6. Построение диаграммы холодильного цикла

Графическое изображение холодильного цикла позволяет рассматривать одновременно различные изменения в состоянии хладагента, происходящие в течение цикла, и влияния этих изменений на цикл. Часто используемой диаграммой является диаграмма энтальпия - давление. Диаграмма разделена на три зоны, отделенные друг от друга кривыми насыщенной жидкости и насыщенного пара (рис. 6.1). Поле на диаграмме, находящееся слева от кривой насыщенной жидкости, обозначает зону переохлаждения. В любой точке этого поля хладагент находится в жидком состоянии. Поле, расположенное справа от кривой насыщенного пара, является зоной перегретого пара. Часть диаграммы между кривыми насыщенной жидкости и насыщенного пара является зоной смешения и показывает состояние хладагента при переходе из одной фазы в другую, т.е. состояние парожидкостной смеси. Парожидкостная смесь вблизи кривой насыщенной жидкости состоит в основном из жидкости, а вблизи кривой насыщенного пара - из пара.

Для построения диаграммы из таблицы находим: значение давлений при температуре конденсации и кипения хладагента (P_к и Р₀); значение энтальпии жидкого хладагента при температуре конденсации (Я_А) и кипения (Я_В); значение энтальпии пара при температуре кипения (Я_С) и конденсации (Я_Е).

P₀= 1,8525 бар ; P_к= 15,335 бар.

Я_А= Я_В=249,686 кДж/кг; Я_С= 395,27 кДж/кг; Я_Е= 416,69 кДж/кг. [2, таблица 3.2.79б, с.1027], [4].

Для нахождения энтальпии точки D, необходимо к энтальпии точки С прибавить величину теплоты сжатия Q_сж, т.к. разность этих энтальпий и дает величину теплоты сжатия.

Я_D= 395,27+ 57,03= 452,3 кДж/кг.

Теперь из таблицы или из диаграммы энтальпии - давление, определяем температуру перегрева пара хладагента, т.е. температуру, с которой сжатый хладагент выходит после сжатия из компрессора. Эта температура равна 77⁰С.

Рис. 6.1 Диаграмма энтальпия - давление простой паровой компрессионной машины, работающей при температуре кипения -27⁰С и температуре конденсации 40⁰С

Заключение

Итогом данной курсовой работы является спроектированный бытовой холодильник. При выполнении задания были произведены расчеты необходимых параметров и значений данного холодильника. Его характеристики приведены в таблице 4.

Таблица 4

Наименование параметра	Значение параметра
Тип холодильника	Холодильник компрессионный, напольный типа шкаф, однокамерный, одноиспарительный
Общий (брутто) объем, дм3	220
Общий (брутто) объем НТО, дм3	40
Габариты, мм высота, не более ширина глубина	1200 600 600
Температура в холодильной камере, 0С не ниже не выше	0 8
Температура в морозильной камере, 0С	-20
Номинальное напряжение сети, В	220
Частота переменного тока, Гц	50
Номинальная потребляемая мощность, Вт	148
Масса холодильника, кг, не более	80

Список литературы

1. Доссат, Рой Дж. Основы холодильного оборудования: под ред. Л.Г. Каплана.- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984 - 520 с.

2. В. Мааке, Г.-Ю. Эккерт, Ж.-Л. Кошпен. Учебник по холодильной технике: учебное издание/ В. Мааке, Г.-Ю. Эккерт, Ж.-Л. Кошпен, В. Польманн; пер. с фр. В.Б. Сапожникова. - М.: Изд-во Московского университета, 1998. - 1135с.

3. ГОСТ 16317-87. Приборы холодильные электрические бытовые. Общие технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1999. - 37 с.

4. Характеристики хладагента R22.

Размещено на Allbest.ru