Пример решения задач

Задача. Определить холодильный коэффициент цикла (ε), по которому работает ПКХУ (рис. 9.2) на фреоне-12 и теоретическую мощность двигателя компрессора (N), если известно: холодопроизводительность установки Q₀=600 МДж/ч, состояние фреона на входе в компрессор определено параметрами t₂ = –15°C и X₁=1 (сухой насыщенный пар), температура конденсации 30°C, эта же температура и на входе дроссельного вентиля при X=0.

Решение

1. Так как на входе в КП (т. 1) X₁=1, то t₁=t_s(P₂) и, соответственно, P₂=P_s(t₁). По таблице термодинамических свойств паров фреона-12 находим

P₂=P_s(–15°C)=0,183 МПа,

h₁=h′′(–15°C)=566,43 кДж/кг,

s₁=s′′(–15°C)=4,761 кДж/(кгК)

2. На участке «выход КП – вход ДВ» (т. 2–4) процесс изобарный P=P₁=const. Конденсация идет при температуре насыщения, отвечающей этому давлению, т.е. t₄=30°C=t_s(P₁) и P₁=P_s(30°C). По тем же таблицам находим P₁=0,743 МПа, h′(P₁)= h₄=447,86 кДж/кг.

3. На участке КП (т. 1–2) процесс изоэнтропийный. КП повышает давление от P₂ до P₁ и > , т.е. на входе КП фреон-12 в состоянии «сухой перегретый пар». По соответствующим таблицам находим для P=0,743 МПа и s=4,761 кДж/(кгК), что h₂=587,5 кДж/кг.

Таким образом, условиям задачи отвечает T-s-диаграмма, представленная на рис. 9.3.

а). Определение холодильного коэффициента:

,

отсюда получаем:

б). Определение теоретической мощности двигателя компрессора ( ): т.к. , а , то и

кВт.

Ответ: ε=5,63; кВт.

Задачи

9.1. Воздушная холодильная машина должна обеспечить температуру в охлаждаемом помещении t_охл=2°С при температуре окружающей среды t_о=25°С. Холодопроизводительность машины 950 МДж/ч. Давление воздуха на выходе из компрессора Р₂=0,55 МПа, давление в холодильной камере Р₁= 1,0 бар. Определить мощность двигателя для привода машины, расход воздуха, холодильный коэффициент и количество теплоты, передаваемое окружающей среде. Подсчитать холодильный коэффициент машины, работающей по циклу Карно в том же интервале температур. Представить цикл в T-s-диаграмме.

9.2. Воздушная холодильная установка имеет холодопроизводительность, равную 850 МДж/ч. Состояние воздуха, всасываемого компрессором, характеризуется давлением Р₁=0,1 МПа и температурой t₁=–5°С. Давление воздуха после сжатия Р₂= 4 бар. Температура воздуха, поступающего в расширительный цилиндр, равна 20°С. Определить теоретическую мощность двигателя компрессора и расширительного цилиндра, холодильный коэффициент установки, расход воздуха, а также количество теплоты, передаваемой охлаждающей воде.

9.3. Холодопроизводительность воздушной холодильной установки – 84 МДж/ч. Определить ее холодильный коэффициент и теоретическую мощность двигателя, если известно, что максимальное давление воздуха в установке Р₂=5 бар, минимальное давление Р₁=0,11 МПа, температура воздуха в начале сжатия t₁=0°С, а при выходе из охладителя t₃=20°С. Сжатие и расширение воздуха принять политропным с показателем политропы n = 1,27.

9.4. Паровая компрессорная холодильная установка в качестве рабочего тела использует двуокись углерода. Компрессор всасывает насыщенный пар и изоэнтропно сжимает его, превращая в сухой насыщенный пар при давлении, соответствующем температуре конденсации t₂=25°С. Из компрессора двуокись углерода поступает в конденсатор, где при постоянном давлении превращается в жидкость, после чего расширяется в расширительном цилиндре до давления, соответствующего температуре испарения t₁= –10°С. При этой же температуре двуокись углерода поступает в охлаждаемое помещение, где, забирая теплоту от охлаждаемых тел, испаряется, образуя влажный пар со степенью сухости Х_1.. Определить удельную холодопроизводительность установки, теплоту, отданную в конденсаторе, работу затраченную в цикле, и холодильный коэффициент.

9.5. Компрессор углекислотной холодильной установки всасывает сухой пар и сжимает его по адиабате. Температура испарения углекислоты t₁= –10°С, а температура конденсации t₃=20°С. После конденсации жидкая углекислота расширяется в редукционном вентиле. Определить тепловую нагрузку конденсатора, если холодопроизводительность углекислотной установки равна 420 МДж/ч. Представить цикл в T-s-диаграмме.

9.6. В углекислотной холодильной установке с регулирующим вентилем компрессор всасывает сухой пар и сжимает его по адиабате так, что его энтальпия становится равной 800 кДж/кг. Температура испарения углекислоты t₁= –25°С, а температура ее конденсации t₃=25°С. Определить часовой расход CO₂ и теоретическую мощность двигателя, если холодопроизводительность установки Q = 500 МДж/ч.

9.7. Из испарителя аммиачной холодильной установки пар выходит сухим насыщенным при температуре t₁= –20°С. Температура адиабатно сжатого пара аммиака t₂ = 25°С. Пройдя через конденсатор и переохладитель, пар превращается в жидкий аммиак с температурой t = 15°С. Принимая производительность холодильной установки Q₀ = 295 кДж/с, провести сравнение данной установки с установкой, работающей без переохлаждения, определив для них холодопроизводительность 1 кг аммиака, часовой расход аммиака, холодильный коэффициент и теоретическую мощность двигателя холодильной машины.

9.8. Аммиачная холодильная установка должна производить 500 кг/ч льда при 0°С из воды, имеющей температуру 20°С. Компрессор этой установки всасывает пар аммиака при температуре –10°С и степени сухости X = 0,98 и сжимает его адиабатно до давления 1 МПа. Из компрессора пар аммиака поступает в конденсатор, где конденсируется, причем жидкий аммиак переохлаждается до 15°С. После дросселирования аммиак поступает в испаритель, где он испаряется при температуре –10°С и вновь всасывается компрессором. Определить часовой расход аммиака, холодопроизводительность установки, количество теплоты, отводимой в конденсаторе охлаждающей водой, степень сухости аммиака в конце дросселирования и теоретическую мощность двигателя для привода компрессора. Представить цикл в T-s-диаграмме. Теплоту плавления льда принять равной 330 кДж/кг.