Практическая работа № 2 Определение технико-эксплуатационных показателей работы судовой холодильной установки

На основании данных, полученных при выполнении практической работы №1 oпpеделяются основные показатели, характеризующие работу СХУ. Необходимо дополнительно измерить либо задаться количеством (массовой подачей насоса, при этом 1литр забортной воды имеет массу ≈1 кг. ) и величиной нагрева Δt_з.в забортной воды в конденсаторе. Примем:

G_зв=5000 кг/ч, Δt_з.в=5°С .

Общее количество теплоты, передаваемой в конденсаторе, определяется через параметры забортной воды, Q_K, кДж/ч,

Q_K= G_зв· С_зв ·Δt_з.в.

С_зв=4.2 кДж/кг- теплоемкость забортной воды,

Тогда Q_K =5000∙4.2∙5=105000 кДж/ч.

Выразим эту величину через параметры хладагента:

Q_K = G₀∙q_k =G₀·(i₂-i₅), кДж/ч

Отсюда определим количество хладагента, циркулирующего в системе Go, кг/ч.

Go= Q_к/(i₂-i₅)= 105000/(652-425)=4625

Холодопроизводительность установки определяется из выражения

Q_o= G₀∙q₀= G₀(i₂-i₅)

Q_o=462.4·(604 - 425)=82787.5 кДж/час/3600 сек. = 23кВт.

Известно, что обычно в судовых условиях холодильная установка работает периодически. Периодичность работы оценивается коэффициентом рабочего времени В, который представляет собой отношение времени работы τ_вкл к времени рассматриваемого цикла τ_ц. Его значение равно В=0.6...1.0, причем меньшая величина характерна для СХУ провизионных камер, а большая – для систем кондиционирования воздуха. Принимая В=0.75 находим часовую холодопроизводительность установки

Q₀ = Q^’_o/В=23/0.75=30 кВт

Практическая работа № 3 Определение требуемой холодопроизводительности сху

Холодильная установка должна обеспечивать все статьи расхода холода, которые определяются назначением и типом судна. Расход холода зависит от теплопритоков через ограждения трюмов (провизионных кладовых), от необходимости охлаждения и замораживания груза и ассимиляции теплоты дыхания груза, охлаждения свежего воздуха, подаваемого в трюм, а также компенсации теплоты от работы вентиляторов, освещения и людей. Значения теплопритоков обычно определяют в кВт.

Величина холодопроизводительности Q, Вт, вышеуказанных СХУ определяется суммой следующих теплопритоков в кондиционируемые помещения:

Q=Q_огр + Q^р_огр + Q^р_ост+ Q_л+ Q_г.п.+ Q_осв+ Q_обор+ Q_в.п.,

где Q_огр - теплопритоки через ограждающие поверхности от разности

температур наружного и внутреннего воздуха;

Q^р_огр и Q^р_ост - теплопритоки от солнечной радиации соответст­венно через

ограждающие и остекленные по­верхности;

Q_л - теплопритоки от людей;

Q_г.п - теплопритоки от горячей пищи;

Q_осв - теплопритоки от приборов электрического ос­вещения;

Q_обор - теплопритоки от оборудования, нагретых по­верхностей;

Q_в.п. - теплопритоки, возникающие при попадании в помещение водяного

пара.

Рассмотрим конкретный пример расчета требуемой холодопроизводительности однокамерной холодильной установки, работающей на хладоне R-22. Зададимся исходными данными: размеры охлаждаемого помещения: длина L = 7 м, ширина В = 5,5 м, высота Н = 2,0 м; шпа­ция S = 0,7 м; груз - овощи в ящиках; система охлаждения - воздуш­ная; изоляционный материал - пенопласт ФС-7-2 с коэффициентом теплопроводности λ_из = 0,045 Вт/(м ∙ К).

Недостающие данные для расчета следует принимать самостоя­тельно на основе рекомендаций и справочных материалов [1; 3]. Дан­ную работу следует выполнять в соответствии с методическими указа­ниями, изложенными в работе [4].

Сначала необходимо определить коэффициент теплопередачи изо­ляционных конструкций к, Вт/(м²· К). Он определяется для каждого изоляционного ограждения методом электротепловых аналогий (ЭТА), заключающимся в том, что при существовании различных физических явлений тепло- и электропроводности решение задач одного из них яв­ляется решением другого. Считается, что теплопроводность через изо­ляционную конструкцию аналогична электропроводности. Коэффициент теплопередачи для периодически повторяющихся участков (шпа­ций) определяется из выражения

где Ф - критерий формы температурного поля, рассчитывается при помощи графиков на основании размеров элементов изоляционной конструкции.

Расчет коэффициента k методом ЭТА имеет ряд существенных допущений [1] и, естественно, не является точным. На основании опытных данных экономически целесообразные значения коэффициен­тов теплопередачи через ограждения рекомендуется принимать в пре­делах k = 0,41…0,7 Вт/(м² ∙ К). Меньшее значение принимается для внешних переборок, большее - для внутренних.

Холодильные камеры располагаются, как правило, внутри корпу­са судна, будем считать левый борт облучаемым солнцем, остальные ограждения - граничащими с судовыми помещениями. В соответствии с рекомендациями принимаем температуру в охлаждаемом помещении для овощей t_п = +2 °С. Принимаем для носовой и кормовой переборок k = 0,45 Вт/(м² ∙ К), для бортовых переборок, палубы и подволока - k = 0,52Вт/(м² ∙ К).

Удельный погрузочный объем овощей составляет [4] ν_у = 4,0 м³/т. Объем охлаждаемого помещения равен V_п = LВН = 7 · 5,5 ∙ 2 = 77 м³. Загрузка составляет

Теплопритоки через ограждения определяются из выражения

где Q_огр - теплопритоки от разности температур, Вт;

k - коэффициент теплопередачи изоляционной конструкции данного ограждения, Вт/(м²· К);

F - площадь ограждения, м²;

t_н - температура за данным ограждением, °С;

t_п - температура воздуха в охлаждаемом помещении, °С.

Результаты расчетов сводятся в табл. 2,

Тепловой поток от солнечной радиации Q_ср, Вт, поступающий через ограждение левого борта, определяется из выражения

N

где q_н – напряженность солнечной радиации, Вт/м, зависит от района плавания, расположения поверхности и выбирается из таблиц работы [4];

ε_р – коэффициент поглощения солнечной радиации, зависит от цвета окраски борта и выбирается из таблиц работы [4];

α_н – коэффициент теплоотдачи от внешней среды к наружному борту, Вт/(м²·К), определяется из выражения α_н=2,32+11,6√ω (ω – скорость воздуха относительно борта, принимается равной скорости судна, м/с; при скорости судна 12 уз ω = 6,17 м/с.

α_н=2,32+11,6 = 31,13 Вт/(м²·К)

Вт.

Т а б л и ц а 2

Результаты расчета теплопритоков через ограждения

Ограждение и смежное пространство	Плащадь F, м2	Коэффициент К, Вт/м2К	Температура за ограждением tи,оС	Температура помещений tП,оС	Разность температур tи- tП,оС	Теплоприток Qогр, Вт
Носовая переборка - компрессорное отделение	2х5,5=11	0,45	32	2	30	148,5
Кормовая переборка – тамбур	2х5,5=11	0,45	20	2	18	89,1
Правый борт – коридор	2х7=14	0,52	26	2	24	174,72
Левый борт – наружный	2х7=14	0,52	34	2	32	232,96
Подволок – жилые помещения	5,5х7=38,5	0,52	24	2	22	440,44
Палуба – грузовой трюм	5,5х7=38,5	0,52	30	2	28	560,56

Суммарный теплоприток через ограждения ΣQ_огр=1646,28 Вт.

Общий теплоприток с учетом солнечной радиации

Q₁= ΣQ_огр+Q^р_огр.

Q₁= 1646,28+117,8=1764 Вт.

Количество теплоты, которое необходимо отвести при термообработке груза, Q₂, Вт, определяется из выражения

,

где с_гр – теплоемкость овощей и фруктов, принимается равной 3,35-4,95 кДж/(кг К);

t^и_гр, t^к_гр – начальная и конечная температуры овощей, t^н_гр= t_П+20=22 ^оС;

t^к_гр=2 ^оС;

z – время обработки овощей, принимают равным 90 ч.

Итак,

Теплопритоки от охлаждения тары принимаются Q₃=0,1х Q₂, Вт.

Q₃=0,1х4200=420 Вт.

Теплопритоки от вентиляции охлаждаемого помещения, Вт, определяются из выражения

Q₄=0,01V_П ρ_в п (t_н- t_П),

где V_П – объем охлаждаемого помещения, м³, V_П=77 м³;

ρ_в – плотность воздуха, кг/м³, при t_н=2^оС ρ_в=1,28 кг/м³;

п – число обменов воздуха в сутки, принимаем п=3;

t_н – температура наружного воздуха, t_н=32 ^оС.

Q₄=0,01х77х1,28х3х30=88,8 Вт.

Необходимо учесть теплопритоки от работающих механизмов, мощность которых N_э примем равной 2 кВт, Q₅= N_э=2000 Вт.

Прочие неучтенные теплопритоки Q₆=0,2 Q₁.

Q₆=0,2х1764=352,8 Вт.

Суммарные теплопритоки в охлаждаемое помещение при режиме хранения груза Q_хран, Вт,

Q_хран= Q₁+Q₄+Q₅+Q₆,

Q_хран=1764+88,8+2000+352,8=4206 Вт.

Необходимая холодопроизводительность представляется как сумма всех теплопритоков на режиме термообработки, Вт:

Q_о= Q_хран+ Q₂+ Q₃=4206+4200+420+8826.