4.1. Расчет эксергии рабочего агента
Значения эксергии в узловых точках процесса определяем по формуле:
,
(4.1)
де
та
– энтальпия та энтропия соответствующих
узловых точек;
та
– энтальпия и энтропия окружающей среды
при заданных условиях
К та
МПа. Находим эти значения с помощью
диаграммы состояния фреона – 12.
кДж / кг;
кДж / (кг
К).
Найденные по формуле 4.1. значения эксергий для узловых точек заносим в табл. 3.1.
кДж
/ кг;
кДж
/ кг;
кДж
/ кг;
кДж
/ кг;
кДж
/ кг;
кДж
/ кг;
кДж
/ кг;
кДж
/ кг.
Строим цикл холодильной установки в координатах Е – H (рис. 4.1).
Рис. 4.1 – Цикл холодильной установки в координатах Е – Н.
4.2. Определение удельных расходов эксергии
Определяем электрическую мощность компрессора по формуле:
;
(4.2)
кВт.
Удельное количество энергии, подводимой в виде электрической энергии к электродвигателю компрессора:
;
(4.3)
кДж
/ кг.
Удельные электромеханические потери в компрессоре составляют:
;
(4.4)
кДж
/ кг.
.
К
компрессору подводится два потока
эксергии: электрическая энергия (
)
и энергия всасываемого рабочего агента
;
из компрессора отводится эксергия
потока рабочего агента
.
Тогда внутренние потери в компрессоре составят:
;
(4.5)
кДж
/ кг.
.
Эксергия, отводимая из конденсатора:
;
(4.6)
кДж
/ кг.
.
Потери эксергии в конденсаторе состоят из эксергии, отводимой охлаждающей водой и эксергии, которая теряется из-за необратимости теплообмена между рабочим агентом и охлаждающей водой.
Эксергия, отводимая охлаждающей водой, приблизительно определяется по формуле:
,
(4.7)
где
– коэффициент работоспособности тепла
или эксергетическая температурная
функция, определяющая количество работы,
которую можно получить в идеальном
цикле от единицы тепла.
,
(4.8)
где
– средняя температура теплоотдатчика
(вода отдает тепло окружающей среде).
;
(4.9)
К.
При температуре окружающей среды 293 К определяем эксергетическую температурную функцию:
.
Оцениваем величину эксергии, отводимой охлаждающей водой по формуле 4.7:
кДж
/ кг.
.
Определяем эксергию, теряемую из-за необратимости процесса в конденсаторе по формуле:
;
(4.10)
кДж
/ кг.
.
Потери эксергии в охладителе рассчитываем по формуле:
;
(4.11)
кДж
/ кг.
.
Потери эксергии в дроссельном вентиле рассчитываем по формуле:
;
(4.12)
кДж
/ кг.
.
Определяем эксергию, отводимую в испарителе по формуле:
;
(4.13)
кДж
/ кг.
Из эксергии, отводимой в испарителе только часть используется в виде эксергетической холодопродуктивности. Ее значение рассчитываем по формуле:
,
(4.14)
где
– коэффициент работоспособности
полученного холода, который определяется
по формуле:
;
(4.15)
.
Определяем эксергетическую холодопродуктивность по формуле 4.14:
кДж
/ кг.
.
Количество эксергии, которая теряется из-за необратимости теплообмена в испарителе определяем по формуле:
;
(4.16)
кДж
/ кг.
.
Для проверки расчетов составляем удельный эксергетический баланс холодильной установки.
Подведенная эксергия:
кДж
/ кг = 100 %.
Отведенная эксергия:
1. Потери в компрессоре:
кДж
/ кг = 15 + 7,2 = 22,2 %.
2. Потери в конденсаторе:
кДж
/ кг = 4,1 + 8,4 = 12,5 %.
3. Потери в охладителе:
кДж
/ кг = 11,7 %.
4. Потери в дроссельном вентиле:
кДж
/ кг = 10,3 %.
5. Потери в испарителе:
кДж
/ кг = 8,7 %.
6. Эксергетическая холодопродуктивность:
кДж
/ кг = 34,6 %.
Всего:
56,74 кДж / кг = 100 %.
Таким образом эксергетический баланс сходится, и эксергия, подводимая в установку равна сумме всех ее расходов в цикле холодильной установки, включая полезную холодопродуктивность.
Графически эксергетический баланс должен быть представлен на диаграмме потоков и потерь эксергии (диаграмме Грассмана – Шаргута).
На данной диаграмме (рис. 4.2) находят свое отображение все потери эксергии. По этой диаграмме можно судить об эксергетической холодопродуктивности холодильной установки.