Термодинамический и тепловой расчет парокомпрессионного теплового насоса.
1. Термодинамический расчет цикла.
Температура насыщенного пара рабочего тела на выходе из испарителя:
(1)
Температура конденсации рабочего тела:
(2)
Температуру перегретого пара РТ на входе в компрессор определим как:
(3)
Где
– температурный коэффициент регенерации
тепла в регенеративном теплообменнике.
Его расчетное значение
близко к реализуемым на практике
значениям.
Степень сжатия рабочего тела в компрессоре:
(4)
Здесь
- соответственно равновесные давления
конденсации и испарения РТ при температурах
и
.
Индикаторный КПД поршневого неохлаждаемого компрессора можно определить по формуле:
(5)
Где:
и
- удельные адиабатная и действительная
работы сжатия;
-
энтальпии рабочего тела после при
адиабатном сжатии, при реальном сжатии
и перед компрессором соответственно;
– коэффициент полноты индикаторной
диаграммы;
– коэффициент подачи компрессора.
Коэффициент подачи можно определить как:
(6)
Где:
- объемный коэффициент, учитывающий
влияние вредного пространств;
– коэффициент подогрева, учитывающий
снижение объемной производительности
компрессора из-за подогрева пара и
испарения жидкости;
– коэффициент плотности, учитывающий
снижение производительности компрессора
из-за перетекания РТ из пространства с
более высоким давлением в пространство
меньшим давлением. Для машин, работающих
со смазкой можно принять
=0,95…0,98.
Значение объемного коэффициента можно определить как:
(7)
Для
неохлаждаемых компрессоров показатель
политропы
=1,0,
а также:
(8)
С
учетом того, что
, а
,
их произведение
и можно легко определить на основании
вышеприведенных формул значения
индикаторного КПД компрессора
и коэффициент подачи
.
Определим основные параметры состояния РТ в характерных точках термодинамического цикла (см. рис.1-3), используя данные программы расчета термодинамических свойств хладагентов [2]:
Точка1:
.
Точка
2:
.
Точка
3*:
.
Точка
3.
Процесс реального сжатия в компрессоре
(процесс 2-3) отклоняется от адиабатного
(процесс 2-3*),
что приводит к увеличению затрат работы
в цикле. Параметры в конечной точке
сжатия при условии
можно определить через
,
который характеризует степень отклонения
реального процесса сжатия от изоэнтропного:
(9)
По
и
находим
;
;
Точка
4*
:
В
этой точке завершается процесс 3-4*
охлаждения компримированных паров РТ
до состояния насыщенных (
)
в 0К
при температуре
и давлении
,
для которых известны значения
Точка
4:
Давление
РТ по ходу движения РТ вследствие
несжимаемости жидкости от К до ДР считаем
неизменным
.
Наличие ОК и ТР, в которых происходит
охлаждение конденсата РТ (процессы 4-5
и 5-6) перед процессом дросселирования
(процесс 6-7), требует введения дополнительных
условий, определяющих их совместную
работу в составе ПКТН. На основании
теплового баланса:
(10)
можно
определить
,
если известно значение
.
В качестве дополнительного условия,
позволяющего связать режимы работы
охладителя конденсата и регенеративного
теплообменника, примем следующее:
(11)
Использование которого совместно с (10) позволяет определить искомое значение энтальпий и :
(12)
(13)
Точка
5:
Точка
6:
Точка
7:
Здесь:
- долевое содержание насыщенного пара
после дросселирования.
Точка
8:
