Задание № 2 Термодинамический анализ циклов холодильных установок

Предлагается выполнить термодинамический анализ для двух наиболее распространенных типов холодильных установок: газовых (задача № 1) и парокомпрессионных (задача № 2).

Решение данных задач не обязательно, но желательно в целях повышения уровня знаний по дисциплине.

Задача № 1

На рис. 11, 12 и 13 представлены схема и обратимый цикл в p-υ и T-s – диаграммах газовой холодильной машины.

Рис.11 Рис.12 Рис.13

Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла, представленного в p-v и T-s – диаграммах

Обозначения: К – компрессор, П – привод компрессора, D – детандер, ТО – теплообменник-охладитель, ХК – холодильная камера.

Дано: хладоагент (ХА) – воздух; параметры ХА на входе в компрессор: р₁ = 1 бар, t₁ = -20 ^оС; давление ХА на выходе из компрессора p₂=6 бар; температура ХА на выходе теплообменника – охладителя t₃=20 ^оС.

Рассчитать:

- температуры воздуха в узловых точках цикла;

- работу, затрачиваемую на компрессор (l_к, кДж/кг);

- работу, получаемую в детандере (l_D, кДж/кг);

- работу обратимого цикла (l, кДж/кг);

- удельную холодопроизводительность обратимого цикла (q_x, кДж/кг);

- удельную теплоту, передаваемую в окружающую среду (q_о, кДж/кг);

- холодильный коэффициент обратимого цикла (ε);

- холодильный коэффициент идеального цикла Карно (ε_к) для интервала температур (Т_ос÷ Т_х);

- эксергетический КПД обратимого цикла холодильной машины (η_экс).

Теплоемкость воздуха принять постоянной μс_v = 20,8 кДж/(кмоль·К).

Ответы выделить и на основании полученных результатов расчета сделать выводы.

Задача № 2

На рис. 14 и 15 представлены схема и обратимый цикл парокомпрессионной холодильной установки.

Рис.14 Рис. 15

Обозначения: К – компрессор, КОН – конденсатор, охлаждаемый водой, ОВ – охлаждающая вода, ДВ – дроссельный вентиль, И – испаритель, ХЛ – хладоноситель, П – привод компрессора.

Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла, представленного в p-v и T-s – диаграммах

Дано: хладоагент – фреон – 12, температура хладоагента на входе в компрессор t₁ = -20 ^оС; на выходе из компрессора t₂=20 ^оС, х₂ = 1.

Рассчитать:

- значения энтальпий (h) в узловых точках обратимого цикла;

- затрачиваемую работу в цикле (l);

- удельную холодопроизводительность цикла (q_x);

- холодильные коэффициенты для обратимого цикла 1-2-3-4 (ε) и цикла Карно 1-2-3-m (ε_к) в интервале температур Т_ос - Т_х;

- эксергетический КПД обратимого цикла (η_экс).

На основании полученных результатов расчета сделать выводы относительно термодинамического совершенства обратимых циклов парокомпрессионных холодильных машин.

Задание № 3 Расчет стационарной теплопроводности и теплопередачи

Задание № 3 содержит 5 задач для 25 вариантов. Каждый студент решает одну задачу в соответствии со своим вариантом.

Задача № 1

Через кирпичную стену передается теплота. Постоянные температуры на поверхностях стены t₁ и t₂, коэффициент теплопроводности кирпича ( λ), толщина стены (δ), площадь изотермической поверхности (F) даны в табл. 5 по вариантам.

Рассчитать:

- плотность теплового потока (q, Вт/м²),

- теплоту, переданную через стену за сутки (Q, Дж),

- координату изотермической поверхности (х_о) с температурой t=0 ^оC.

Ответы выделить. Изобразить схематично график распределения температур по толщине стены.

Таблица 5

№ вар	1	6	11	16	21
δ, cм	40	35	45	50	40
F, м2	15	20	25	30	35
λ, Вт/м К	0,14	0,2	0,3	0,8	0,5
t1, оС	20	25	18	23	22
t2, оС	-10	-15	-20	-25	-30