1.3 Опис циклу холодильної установки.

Цикл холодильної установки графічно зображується на рис.3 в діаграмі тиск-ентальпія (lgP-h діаграма).

Зміна стану холодоагенту в процесі стиснення 1-2t може бути отримана тільки в ідеальному компресорі, в якому немає теплообміну з оточуючим середовищем, тобто вся робота стиснення використовується на підвищення температури і тиску холодоагенту. В нашому випадку, стиснення неізотропне (процес 1-2).

Рис. 2. Зображення процесів в координатах lgP-h

Цикл холодильної машини реалізується в закритому контурі:

– лінія 1-2 характеризує процес стиснення парів холодоагенту в компресорі;

– лінія 2-2^' характеризує процес зниження температури перегрітих парів до температури насичення в конденсаторі;

– по лінії 2^'-3 відбувається процес перетворення в конденсаторі парів у рідину при температурі і тиску конденсації;

– лінія 3-3_р – процес охолодження рідкого холодоагенту в регенеративному теплообміннику;

– лінія 3_р-4 – процес дроселювання в ТРВ;

– лінія 4-5 – процес кипіння рідини у випарнику;

– лінія 5-1 – процес перегріву пари у регенеративному теплообміннику.

1.4. Термодинамічний розрахунок холодильної установки.

1.4.1.Визначення температури кипіння холодоагенту.

Температуру кипіння хладоагенту у випарнику приймають на нижчою за середню температуру холодоносія [1]:

101\* MERGEFORMAT (.)

При використанні охолоджувачів повітря, в якості приладів охолодження, середня температура холодоносія визначається з [1]:

202\* MERGEFORMAT (.)

Тоді за формулою (1.1)

303\* MERGEFORMAT (.)

_{Тиск у випарнику для холодоагента R22 визначаємо з таблиці Д2 [1]:}

Приймаємо згідно рекомендацій [1] різницю температур холодоносія у випарнику рівною ∆t_s=4℃.

_{Тоді температура холодоносія на вході та на виході випарника, відповідно, буде рівна:}

404\* MERGEFORMAT (.)

505\* MERGEFORMAT (.)

1.4.2. Визначення температури конденсації холодоагенту.

Для прямоточної системи водопостачання температура охолоджувальної води на вході в конденсатор :

606\* MERGEFORMAT (.)

Температура води на виході з конденсатору.

707\* MERGEFORMAT (.)

- перепад температури в охолоднику, для прямоточного водопостачання .

Тоді, температура конденсації:

808\* MERGEFORMAT (.)

_{Тиск у випарнику визначаємо з таблиці Д2 [1]:}

1.4.3. Визначення ступені стиснення в компресорі.

Ступінь стиснення в компресорі визначається за формулою:

909\* MERGEFORMAT (.)

.

Приймаємо двоступінчасту схему.

1.4.4. Визначення температури перегріву парів холодоагента, які всмоктуються в компресор.

10010\* MERGEFORMAT (.)

1.4.5. Визначення температури холодоагента після регенеративного підігрівника.

Якщо не враховувати підвід теплоти з оточуючого середовища через ізоляцію регенеративного ТА, то до пари буде підводитись така ж кількість теплоти, що й відводитись від більш теплого потоку рідини з більш високим тиском.

Відвід тепла від рідини з більшим тиском:

11011\* MERGEFORMAT (.)

Підвід тепла до пари з меншим тиском:

12012\* MERGEFORMAT (.)

Отримаємо:

13013\* MERGEFORMAT (.)

_{де h1, h5 ентальпія в характерних точках (див. додаток 1):}

_{Ср – ізобарна теплоємність рідкого холодоагента, (Д5 [ст.26]):}

1.4.6. Теоретичний теплоперепад в компресорі.

Знайдемо теоретичний тепловий перепад у компресорі:

, 14014\* MERGEFORMAT (.)

де h_2t – ентальпія в характерній точці (див. додаток 1):

Приймаємо ККД процесу стиску і визначимо дійсний тепловий перепад у компресорі:

15015\* MERGEFORMAT (.)

Тоді ентальпія пари на виході з компресора дорівнює:

16016\* MERGEFORMAT (.)

1.4.7. Побудова циклу і визначення параметрів в характерних точках.

Побудову циклу в lgP-h координатах (див. рис. 1.2 і додаток 1) здійснюємо в такій спосіб. За заданою температурою кипіння пропану t₀ і тиску кипіння Р₀ на лінії х=1 знаходимо точку 5. За температурою конденсації t_к і тиску Р_к на лінії х=0 знаходимо точку 3. Точку 1 знаходимо на перетині ізотерми t₁ з ізобарою Р₀.

З точки 1 проводимо ізоентропу в області перегрітої пари до перетину з ізобарою Р_к, отримаємо точку 2t. Визначаємо ентальпію пари пропану h_2t в цій точці.

Точку 2 знайдемо на перетині ізобари P_к і h₂.

Точка 3_р характеризує стан конденсату перед дроселем. Вона знаходиться на перетині лінії х=0 з ізотермою t_3р.

Проводимо лінію постійної ентальпії h_3р=h₄ до перетину в точці 4 з ізотермою t₀.

Зробимо розрахунок побудованого циклу. За допомогою lgP-h діаграми для холодоагента визначаємо необхідні параметри в характерних точках циклу, а результати зведемо до таблиці 1.1.

Таблиця 1.1

Параметри робочого тіла в характерних точках циклу.

Точки		p,МПа
1	-5	0,29162	569,1	2,45	-
2	68	1,16258	670,4	2,55	-
2	33	1,16258	-	2,33	1
3	33	1,16258	283	1,30	0
3p	28,98	1,16258	272	1,25	-
4	-15	0,29162	272	1,298	0,28
5	-15	0,29162	557,73	2,29	1

1.4.8. Вибір холодоносія.

В якості холодоносія приймаємо водний розчин хлористого кальцію CaCl₂. Вміст солі в розчині приймаємо по температурі замерзання:

17017\* MERGEFORMAT (.)

Запишемо фізичні властивості водного розчину хлористого кальцію CaCl₂ по табличних додатках [1] та за температурою :

• Вміст солі в розчині – 21,9 %(мас.);

• Густина при 15°С - 1200 кг/м³;

• Динамічний коефіцієнт в’язкості μ – 59,842∙10^-4 Па·с;

• Коефіцієнт теплопровідності λ – 0,4818 Вт/(м·К);

– Питома теплоємність С_р – 2,974 кДж/(кг·К).

1.4.9. Визначення основних характеристик в процесах циклу.

Визначення питомої роботи компресора

18018\* MERGEFORMAT (.)

1.4.10. Питома теплота, що відведена в конденсаторі.

19019\* MERGEFORMAT (.)

1.4.11. Питома теплота пароутворення у випарнику.

20020\* MERGEFORMAT (.)

1.4.12. Питома теплота пароутворення у регенеративному підігрівнику.

21021\* MERGEFORMAT (.)

1.4.13. Масова витрата холодоагенту.

22022\* MERGEFORMAT (.)

1.4.14. Обємна витрата холодоагенту, що всмоктується в конденсатор.

23023\* MERGEFORMAT (.)

де - питомий об’єм холодоагента в точці 1 (див. додаток 1),

1.4.15. Теоретичний холодильний коефіцієнт циклу.

24024\* MERGEFORMAT (.)

1.4.16. Теоретична потужність компресора.

25025\* MERGEFORMAT (.)

1.4.17. Витрата електроенергії компресором.

26026\* MERGEFORMAT (.)

де – електричний ККД, ,[6]

1.4.18. Теплове навантаженя конденсатора.

27027\* MERGEFORMAT (.)

1.4.19. Теплове навантаження регенеративного підігрівника.

28028\* MERGEFORMAT (.)

1.4.20. Масова витрата охолоджуваної води.

29029\* MERGEFORMAT (.)

де - теплоємність води,

1.4.21. Обємна витрата охолоджуваної води.

30030\* MERGEFORMAT (.)

де - густина води,

1.4.22. Енергетичний баланс циклу.

31031\* MERGEFORMAT (.)

Рис.1.4. Енергетичний баланс циклу