Метод коэффициентов полезного действия для обратного цикла

Для характеристики эффективности цикла, при помощи которого осуществляется перенос теплоты от менее нагретого тела к более нагретому, вводят так называемый холодильный коэффициент цикла:

или ;

Для обратимого обратного цикла Карно холодильный коэффициент равен

,

где Т_х и Т_г – температуры охлаждаемого тела и теплоприемника, которым является окружающая (охлаждающая) среда (Т_г > Т_х).

Холодильный коэффициент действительного цикла

, причем, .

где N_e – мощность, затрачиваемая на производство холода в действительном цикле.

Удельная холодопроизводительность

=1650,2-613,4=1036,8кДж.

Холодопроизводительность холодильной установки Q₂ определяется по

зависимости Q₂ = q₂G_ха=1036,8*1=1036,8 Дж/с.

Дополнительный подвод тепла из окружающей среды через теплоизоляцию паропровода к холодильному агенту составит

Δq_пп = q₂(1 – η_пп)=1036,8(1-0,98)=20,74.

Холодильный коэффициент теоретического цикла

=1057,5/280,64=3,77;

где – удельное количество теплоты, полученное рабочим телом от холодного источника (охлаждаемого объекта) и воспринятое им из окружающей среды через изоляцию

=20,74+1036,8=1057,5;

– удельная работа обратимого (теоретического) процесса сжатия в компрессоре

=1952,04-1671,4=280,64;

=1058,1*1=1058,1;

=280,64– мощность, затрачиваемая на холодильную машину в теоретическом цикле.

Работа действительного процесса в результате необратимости процесса сжатия

=2001,2-1671,4=329,8.

Увеличение затрат работы в результате необратимости процесса сжатия в компрессоре рассчитаем по зависимости

=329,8-280,64=49,16

Работа, затраченная на привод компрессора от внешнего поставщика электроэнергии для сжатия хладагента в результате электромеханических потерь в компрессоре и электродвигателе, составит

=329,8/0,96=343,54.

Потери работы на привод компрессора для сжатия хладагента в результате электромеханических потерь в компрессоре и электродвигателе:

=343,54-329,8=13,74.

Таким образом, холодильный коэффициент действительного цикла равен

=3,36*0,98*0,85*0,96=2,7.

Коэффициент полезного действия холодильной машины, работающей по действительному циклу и теоретическому, соответственно

=2,7/24,25=0,11 и =3,36/24,25=0,139,

где – холодильный коэффициент для цикла Карно:

=291/(303-291)=24,25;

– температура вырабатываемого холода (температура хладоносителя на выходе из испарителя); – температура окружающей среды (температура охлаждающей воды на входе в конденсатор).

Теплота, переданная охлаждающей воде Q₁, для теоретического цикла определяется по формуле (41), причем удельная теплота q₁ равна

=1952,04-613,4=1338,64.

Расход воды через конденсатор для теоретического цикла

=1338,64/4190*(35-30)=0,064,

– удельная массовая теплоемкость охлаждающей воды при средней температуре; и – температура охлаждающей воды на входе и выходе конденсатора.

Относительные потери энергии в результате внутренней необратимости холодильного цикла составят:

=0,14-0,13=0,01.

Удельное количество тепла и общее количество теплоты , переданное охлаждающей воде для действительного цикла холодильной машины, определяют по формулам

=2001,2-613,4=1387,8и

=1*1387,8=1387,8.

Расход воды через конденсатор для действительного цикла

=1387,8/4190(35-30)=0,066.

Увеличение расхода охлаждающей воды в результате внутренней необратимости цикла определяется как

=0,066-0,064=0,002.

Уравнение теплового баланса парокомпрессионной холодильной установки (для рабочего тела – холодильного агента)

,

1387,9=1036,8+20,74+280,64+49,16=1387,34

Так как электромеханические потери в компрессоре и электродвигателе – это потери теплоты в окружающую среду, то они не учитываются в энергетическом балансе рабочего тела холодильной установки.

Доли энергии в тепловом балансе составляют (%):

от охлаждаемого тела

а = (q₂/q₁)·100=1036.8/1338,64*100=77,45%;

через изоляцию испарителя и паропровода

b = (Δq_пп/q₁)·100=20,74/1338,648*100=1,55;

теоретическая энергия подведенная в компрессоре

f = (l^км_теор/q₁)·100=280,/1338,64*100=20,9%;

дополнительная энергия подведенная в компрессоре при реальном процессе сжатия

d = (Δl^км/q₁)·100=49,16/1338,26*100=3,7%.

На основании выполненных расчетов необходимо построить диаграмму распределения потоков теплоты и энергии для парокомпрессионной холодильной машины (рис. 3).

Результаты расчета холодильного цикла.

Таблица 1

№ точки	Параметры состояния
	Т, К	р, МПа	v, м3/кг	i, кДж/кг	s, кДж/кг К	х
1	263	0,29	0,00153	352,8	3,82	1
2	409,6	1,775	0,113	1952,04	8,84
6	272,71	0,29	0,445	1671,4	8,84
2д	429,7	1,775	0,1203	2001,2	8,96
3	318	1,775	0,0731	1690	8,102	1
4	318	1,775	0,00175	613,4	4,718	0
5	263	0,29	0,086	613,4	4,81	0,2
Холодильный коэффициент теоретического цикла εt=3,36
Холодильный коэффициент действительного цикла ε=2,7
Холодильный коэффициент цикла Карно εк=24,25
Коэффициент полезного действия холодильной машины ὴεд(ὴεт)=0,11(0,14)
Холодопроизводительность Q2 = q2Gха Q2=1036,8
Мощность теоретического и действительного цикла Nтеор(Nе)=280,64(343.5)