Компрессионного холодильника

Линия 6-7 - процесс адиабатического изоэнтропного сжатия в цилиндре компрессора. Изменяются все параметры, за исключением энтропии (S = соnst). Адиабатический процесс – это процесс, проходящий без теплообмена с окружающей средой.

Линия 7-8 - процесс охлаждения паров хладагента, который протекает на пути от нагнетательного клапана компрессора до того участка конденсатора, где начинается процесс конденсации. В этом процессе постоянным остается давление.

Линия 8-9 - процесс конденсации, который происходит в конденсаторе при постоянных значениях давления и температуры. В процессе снижается паросодержание от х = 1 до х = 0. Точка 9 характеризует окончание процесса,

когда полностью закончен фазовый переход хладагента из парообразного состояния в жидкое.

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема холодильного агрегата

Бытового компрессионного холодильника

1 - компрессор; 2 - конденсатор; 3 – фильтр – осушитель; 4 -капиллярная трубка; 5 - испаритель; 6 - всасывающий трубопровод;

*1 - *9 - реперные точки, отмеченные на Т - S и P - i диаграммах.

Линия 9-1 - процесс переохлаждения жидкости в части конденсатора после завершения процесса конденсации и в фильтре – осушителе (цеолитовом патроне). В данном процессе снижается температура и незначительно снижается давление.

Линия 1-3-4-2 соответствует процессу дросселирования холодильного агента в капиллярной трубке. В связи с тем, что процесс протекает при разных условиях теплообмена, целесообразно разделить его на три стадии.

Линия 1-3 - процесс дросселирования жидкого хладагента в капиллярной трубке при теплообмене с окружающей средой. Данная стадия процесса дросселирования начинается на входе в капиллярную трубку и завершается на входе в регенеративный теплообменник. В процессе дросселирования 1-3 снижаются давление и температура хладагента.

Линия 3-4 - процесс дросселирования хладагента в капиллярной трубке при регенеративном теплообмене с всасываемыми из испарителя парами. На данной стадии процесса дросселирования снижаются давление, температура и начинается частичное парообразование хладагента.

Линия 4-2 – адиабатический изоэнтальпический процесс дросселирования. Данная стадия процесса дросселирования начинается на выходе капиллярной трубки из регенеративного теплообменника и завершается в конце капиллярной трубки, т. е. непосредственно в испарителе. В процессе 4-2 происходит снижение давления и температуры хладагента и продолжается парообразование, при котором часть жидкого хладагента превращается в пар.

1. Расчет термодинамических параметров хладагента

в узловых точках цикла

Точка 5

Состояние хладагента R12 –сухой насыщенный пар.

По известной температуре t₅ = t_о = -20 ºС из табл. 5.2 /7, с.18/ приложений (параметры с одним штрихом, приведенные в таблице, соответствуют жидкой фазе хладагента, с двумя штрихами – парообразной фазе) находим ос­тальные параметры состояния:

р₅ = р₀ = 1,507·10⁵ Па; v₅ = v" = 0,1099 м³/кг;

i₅ = i" = 543,65кДж/кг; s₅ = s" = 4,5706 кДж/кг·К.

Точка 6

Хладагент R12 в состоянии перегретого пара на входе в компрессор.

По двум известным параметрам данного состояния t₆ = t_пр = 32 ºС и

p₆ = p₅ = p_о = 1.507·10⁵ Па из табл. 5.3 /7, с. 21/ для перегретого пара R12 находим остальные параметры, используя линейную интерполяцию:

при t_пр =30 ºС:

v" = 0,1345 м³/кг; i" = 572,81 кДж/кг; s" = 4,6793 кДж/кг·К.

при t_пр = 35 ºС:

v" = 0,1369м³/кг; i" = 576,94 кДж/кг; s" = 4,6895 кДж/кг·К.

Рассчитываем коэффициент интерполяции:

При этом

v₆ =0,1345 + 0,4(0,1369 - 0,1345) = 0,13546 (м³/кг);

i₆ = 573,81 + 0,4(576,94- 573,81) = 575,062 (кДж/кг);

s₆ = 4,6895 + 0,4(4,6895 - 4,6793) = 4,69358 (кДж/кг·К).

Точка 7

Хладагент R12 в состоянии перегретого пара после сжатия его в компрессоре.

Для этого состояния:

s₇ = s₆ = 3,69358 кДж/кг·К (для адиабатного процесса 6 – 7).

p₇ = p₈ , где p₈ – давление конденсации хладагента R12, определяе­мое по известной температуре конденсации t_К = 55 ºС из табл. 5.2 /7, с.18/:

р₇ = p₈ = 9,586·10⁵ Па.

По s₇ = 4,69358 кДж/кг·К и p₇ = 9,586·10⁵ Па из табл. 5.3 /7, с. 21/ с использованием метода линейной интерполяции находим остальные параметры:

P = 9,586·10⁵ Па; v" = 0,0251 м³/кг; i"= 619,83 кДж/кг;

s" = 4,6933 кДж/кг·К; t_пр = 110 ºС.

P = 9,586·10⁵ Па; v" = 0,0255 м³/кг; i" = 623,43 кДж/кг;

s" = 4,7026 кДж/кг·К; t_пр = 70ºС.

Рассчитываем коэффициент интерполяции:

Тогда получим:

i₇"= 619,83 + 0,03(623,43–619,83) = 623,48(м³/кг);

v₇" = 0,0251 + 0,03(0,0255 -0,0251) = 0,0251 (кДж/кг);

t_пр = 110 + 0,03 (115- 110) = 110,15 (ºС)

Точка 8

Состояние хладагента R 12 - сухой насыщенный пар.

Его параметры находим по известной температуре конденсации

t₈ = t_K = 40 °С из табл. 5.2 /7, с.18/:

р₈ = p_K = 9,586·10⁵ Па; v₈ = v" = 0,0183 м³/кг;

i₈ = i" = 569,12 кДж/кг; s₈ = s" = 4,5471 кДж/кг·К.

Точка 9

Хладагент R12 в жидком состоянии с температурой t₉ = t_K =40 °С.

Из табл. 5.2 /7, с.18/ имеем:

v₉ = v' = 0,7979·10^-3 м³/кг; i₉ = i' = 439,41 кДж/кг;

s₉ = s' = 4,1329 кДж/кг·К; p₉ = p₈ = 9,586·10⁵ Па.

Точка 1

Хладагент R 12 в жидком состоянии с температурой ниже t_K.

Температуру переохлаждения определим согласно рекомендации (с. 8):

t_по = t_K – (2…4)°С = 40 – 2 = 38 (°С).

Из табл. 5.2 /7, с.18/ для t_по= 38 °С находим:

v₁ = v' = 0,7928·10^-3 м³/кг; i₁ = i' = 437,36 кДж/кг;

s₁=s' = 4,1264 кДж/кг·К.

Давление p₁ переохлажденной жидкости не соответствует температуре t₁ и определяется по соотношению /7, с.12/:

p₁= р_K – (0,05...0,1) ·10⁵ (Па).

Для рассматриваемого случая примем

p₁= р_K – 0,086·10⁵ = (9,586– 0,086) ·10⁵ = 9,500·10⁵ (Па).

Точка 3

Хладагент в жидком состоянии с температурой t₃.

Термодинамическое состояние хладагента в точке 3 определяется по значению заданной температуры окружающей среды t_o.c. из табл. 5.2 /7, с.18/. Температура, удельный объем, энтальпия и энтропия определяются для жидкой

фазы хладагента по температуре t_o.c. = 32 °С:

t₃ = t_o.c. = 32 °С; v₃ = v' = 0,7785·10^–3 м³/кг;

i₃ = i' = 431,26 кДж/кг; s₃ = s' = 4,1069 кДж/кг·К;

р₃ = 7,834·10⁵ Па.

Точка 4

Хладагент в состоянии влажного пара.

Параметры состояния хладагента в точке 4 определяются из условия теплового баланса регенеративного теплообменника /всасывающий трубопровод (5 – 6) – капиллярная трубка (3 – 4):

,

где С_{3 – 4} и С_{5 – 6} – средние удельные теплоемкости хладагента:

и .

Значения теплоемкостей С₃ и С₄ определяются по табл. 5.4/7, с.31/ теплофизических свойств насыщенной жидкости по значениям t₃ и t₄:

При t = 30 °С → С = 1,000 кДж/кг·К.

При t = 40 °С → С = 1,028 кДж/кг·К.

Значение теплоемкости С₃ при t₃ = 43 °С вычислим с помощью линейной интерполяции:

(кДж/кг·К).

Температура хладагента в точке 4 на данном этапе неизвестна, поэтому для определения теплоемкости С₄ задается приближенное значение t'₄, выбираемое в зависимости от заданного значения t_o.c..

Согласно рекомендации методических указаний /7, с.12/ получим:

при t_o.c. = 32°С теплоемкость С₄ определяется по температуре t'₄ =0°С;

при t = 0 °С → C = 0,944 кДж/кг·К;

Значение теплоёмкости С₄ при температурах t получим с использованием линейной интерполяции:

(кДж/кг·К).

Значения С₅ и С₆ определяются по табл. 5.5 /7, с.31/ теплофизических свойств сухого насыщенного пара R12 для значений температур соответственно t₅ и t₆ :

При t₅ = -20°С найдем С₅₌0,597

Значение теплоемкости С₆ найдем, используя линейную интерполяцию

Из табл 5.5 имеем:

при t = 30 °С → C = 0,730 кДж/кг·К;

при t = 40 °С → C = 0,767 кДж/кг·К;

для t₆ = 32°С получим:

(кДж/кг·К);

Тогда для С₅-С₆

(кДж/кг·К);

температура t₄ = (°С).

Значение полной удельной энтальпии i₄ в точке 4 определяется по соотношению, вытекающему из уравнения теплового баланса регенеративного теплообменника:

i₄ = i₃ – (i₆ – i₅);

i₄ = 431,26 - (574,24 – 548,33) = 405,35(кДж/кг)

Из табл. 5.2 /7, с.18/ по температуре t₄ = 3,2°С найдем значения энтальпии i'₄ и i''₄ соответственно жидкости и пара:

при t = 3 °С → i' = 402,83 кДж/кг; i'' = 554,23 кДж/кг.

при t = 4 °С → i' = 403,79 кДж/кг; i'' = 554,67 кДж/кг;

Используя линейную интерполяцию, при t = 3,2°С получим:

i'₄ = (кДж/кг);

i''₄ = (кДж/кг).

Значение массового расходного паросодержания хладагента х₄ в точке 4

(степень сухости пара) определяется из соотношения:

;

Удельный объем влажного пара определяется по формуле:

v₄=v'₄ + x₄ (v''₄ – v'₄).

Из табл. 5.2 /7, с.18/ по температуре t₄ = 3,2°С найдем значения удельного объема v'₄ и v''₄ соответственно жидкости и пара:

t = 3 °С → v' = 0,7216·10^–3 м³/кг; v" = 0,051 м³/кг.

t = 4 °С → v' = 0,7233·10^–3 м³/кг; v" = 0,0494 м³/кг;

Используя линейную интерполяцию, при t = 3,2°С получим:

v'₄ = ( м³/кг);

v"₄ = (м³/кг).

v₄ = 0,7219·10^–3 + 0,015·(0,050 - 0,7219·10^–3) = 1,461·10^–3 (м³/кг).

Удельная энтропия парожидкостной смеси (влажного пара) хладагента:

s₄=s'₄+ x₄· (s''₄ – s'₄).

Из табл. 5.2 /7, с.18/ по температуре t₄ = 3,2°С найдем значения удельной энтропии s'₄ и s''₄ соответственно жидкости и пара:

t = 3 °С → s' = 4,0102 кДж/кг·К; s" = 4,5585кДж/кг·К.

t = 4 °С → s' = 4,0136 кДж/кг·К; s" = 4,5581 кДж/кг·К;

Используя линейную интерполяцию, при t = 3,2°С получим:

s'₄= 4,0102 + (кДж/кг·К);

s''₄= 4,5585 + (кДж/кг·К);

s₄ = 4,0108 + 0,015·(4,5577 - 4,0108) = 4,0190 (кДж/кг·К).

Значение давления р₄ найдем, используя линейную интерполяцию:

из табл. 5.2 /7, с.18/ имеем:

при t = 3 °С → p = 3,398·10⁵ Па.

при t = 4 °С → p = 3,509·10⁵ Па;

При t₄ = 3,2°С → р₄ = 3,398·10⁵ +

= 3,4202·10⁵ (Па).

Точка 2

Состояние хладагента R12 - влажный насыщенный пар.

Термодинамические параметры, характеризующие состояние хладагента в точке 2:

• удельная энтальпия i₂ = i₄ = 405,35кДж/кг;

• температура t₂ =t₀ = -20 °С;

• давление p₂ = p₅ = 1,507 ·10⁵ Па.

Значения удельного объема v₂ и удельной энтропии s₂ рассчитываются аналогично соответствующим параметрам точки 4:

v₂ = v'₂ + x₂ · ( v''₂ – v'₂); s₂ = s'₂ + х₂ · (s''₂ – s'₂).

Массовое расходное паросодержание хладагента x₂ (степень сухости пара) рассчитывается из условия равенства энтальпии в точках 4 и 2 (i₂ = i₄) при изоэнтальпическом процессе дросселирования:

где i'₂, i''₂ – удельная энтальпия соответственно жидкости и пара, определяемая по температуре t₂ = t₀ = –20 °С из табл. 5.2 /7, с.18/:

i'₂ = 381,3 кДж/кг; i''₂ = 543,65 кДж/кг.

Из табл. 5.2 /7, с.18/ по t₂ =t₀ = –20 °С находим:

v'₂= 0,6862·10^–3 м³/кг; v''₂= 0,1099 м³/кг;

s'₂= 3,9424 кДж/кг·К; s''₂= 4,506 кДж/кг·К.

При этом удельный объём пара составит:

v₂ = 0,6862·10^–3 + 0,148·(0,1099 – 0,6862·10^–3) = 16,85·10^–3 (м³/кг).

Удельная энтропия состояния:

s₂ = 3,9424 + 0,148·(4,506 - 3,9424) = 4,025 (кДж/кг·К).

Результаты расчета основных термодинамических параметров состояния холодильного агента R12 в узловых точках цикла сведем в табл. 1.1.

Таблица 1.1: Результаты расчета основных термодинамических параметров

Порядковый номер точки	р·105 , Па	t , ºC	v , м3/кг	i , кДж/кг	s , кДж/кг·К
5	1,507	-20	0,1099	543,65	4,5706
6	1,507	32	0,1355	575,06	4,6936
7	9,586	110,15	0,0251	623,48	4,6936
8	9,586	40	0,0183	569,12	,5471
9	9,586	40	0,7979∙10-3	439,41	4,1329
1	3,500	38	0,7928∙10-3	437,36	4,1264
3	7,834	32	0,7785∙10-3	442,51	4,1069
4	3,4202	3,2	1,461∙10-3	405,35	4,0190
2	1,507	-20	16,85∙10-3	405,35	4,0250

По данным таблицы 1.1строим цикл холодильного агрегата в p-i и в T-S диаграмме .

Линии насыщения х=0 и х=1 строят на основании данных, приведённых в табл.5.2 приложений (здесь представленных в табл.2.2),выбирая соответствующие значения приведены в табл.3.2.

Таблица 2.2: Данные линий насыщения хладагента

i' , кДж/кг	р·105 , Па	i'' , кДж/кг
381,3	1,507	543,65
390,55	2,189	548,33
400,92	3,185	553,34
410,52	4,358	557,72
420,29	5,827	561,9
430,25	7,633	565,84
440,44	9,824	569,46

Таблица 3.2: Данные линий насыщения хладагента

s' , кДж/кг·К	t , ºC	T, K	s'' , кДж/кг·К
3,929	-20	253,15	4,5674
3,9999	0	273,15	4,5646
4,0675	20	293,15	4,5597
4,1329	40	313,15	4,5541
4,1971	60	333,15	4,5497