Теплотехника

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО

«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

Кафедра “энергетики и электротехнологии”

Расчетно-графическая работа по теплотехнике

РАСЧЕТ ЦИКЛА ТЕПЛОВОГО НАСОСА

Выполнил: Чирков Р.Н.

Проверил: Корепанов А.С.

Ижевск

2018

Задача 1. Выполнить тепловой расчет цикла теплового насоса.

Вариант выбираем в соответствии с таблицей 1.

Исходные данные:

– холодопроизводительность (по варианту);

– температура кипения агента (по варианту);

– температура конденсации агента (по варианту).

Приведем для R11 (по варианту) подробный тепловой расчет цикла (рис. 1.8):

процесс 1–2 – сжатие пара R11 в компрессоре;

2–3 – конденсация паров агента в конденсаторе;

3–4 – переохлаждение жидкости в регенеративном теплооб­меннике (РТО);

4–5 –дросселирование агента;

5–6 – кипение жидкогоR11 в испарителе;

6–1 – перегрев пара R11 в РТО.

Определим узловые точки цикла.

t₆ = t₀ + 5°С – температура выхода пара из испарителя, 5°С - перегрев паров R11a в испарителе, следовательно,

;

– температура выхода жидкого агента из конден­сатора

температуру начала сжатия (всасывания в компрессор) определим из уравнения баланса теплообменника:

где– коэффициент полезного действия регенеративного тепло­обменника,

следовательно,

По lgР-hдиаграмме определим характеристики основных то­чек и их параметры сведем в таблицу 2:

Таблица 2 – Сводная таблица расчетов

Точки	1	2	3	4	5	6
Р, МПа	0,13	1,2	1,2	1,2	0,13	0,13
t,°C	102	197	115	70	30	30
h, кДж/кг	450	505	305	260	260	405
υ, м3	0,18

точку 4 находим из уравнения разности энтальпий:

Решение.

Удельная работа сжатия в компрессоре:

_{hком =h2­ – h1=505–450=55 кДж/кг.}

Удельная массовая холодопроизводительность 1 кг холодиль­ного агента:

_{q0=h6–h5=405–260=145 кДж/кг.}

Удельная тепловая нагрузка на конденсатор:

_{qкон=h2–h3=505–305=200 кДж/кг.}

Удельная объемная холодопроизводительность:

_{qʋ=q0/ʋ1=145/0,18=805,6 кДж/кг.}

Массовый расход холодильного агента:

_{Ga=Q0/q0=200/145=1,37 кг/с.}

Коэффициент, учитывающий наличие мертвого пространства:

где – коэффициент, учитывающий процентное отношение мертво­го пространства; m= 1 – показатель адиабаты.

Таким образом,

Коэффициент, учитывающий потери из-за теплообмена пара со стенками цилиндра

где – суммарный перегрев на всасывания:

где – безразмерные коэффициенты (в расчетах принять: = 1,12; β = 0,5).

Таким образом,

Коэффициент подачи компрессора:

Действительный объем, описываемый поршнями:

Теоретический объем, описываемый поршнями:

По теоретическому объему, описываемому поршнями, из приложения Б.1подби­раем четыре компрессора марки ПБ165, один из которых является резервным, теоретическая объемная подача одного компрессора составляет 0,125 м³/с.

Адиабатная мощность сжатия компрессора:

где l_а = h_ком.

Индикаторный коэффициент полезного действия:

где – безразмерный коэффициент.

Следовательно,

Индикаторная мощность привода компрессора:

Мощность сил трения:

где – среднее индикаторное давление трения,

Тогда

Эффективная мощность привода компрессора:

Электрическая мощность электродвигателя:

Полученное значение N_эл необходимо разделить на рабочее число компрессоров и по полученному значению мощности подобрать по приложению Б.2 электродвигатель. В нашем случае подбираем электродвигатель АИР 160 М4 номинальной мощностью 18,5кВт.

Действительная тепловая нагрузка на конденсатор:

Теоретическая тепловая нагрузка на конденсатор с учетом пе­реохлаждения жидкости:

Теоретический холодильный коэффициент:

Действительный холодильный коэффициент:

Холодильный коэффициент цикла Карно:

Теоретическая степень термодинамического совершенства:

Действительная степень термодинамического совершенства:

Теоретический коэффициент трансформации в соответствии с рекомендациями:

Действительный коэффициент трансформации:

Вывод: так как значение теоретического коэффициента трансформации µ^т меньше действительного коэффициента трансформации µ^д, то применение теплового насоса будет эффективным.

2 часть

10. Определение политропного процесса. Частные случаи политропного процесса.

Политро́пный процесс— термодинамический процесс, во время которого теплоёмкость газа остаётся неизменной.  Политропным процессом являются изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы, потому что все они имеют общую особенность - они происходят при постоянной теплоемкости.

В соответствии с сущностью понятия теплоёмкости {\displaystyle C={\delta Q \over \delta T}}, предельными частными явлениями политропного процесса являются изотермический процесс  и адиабатный процесс.

Адиабатический процесс - это такое изменение состояний газа, при котором он не отдает и не поглощает извне теплоты. Следовательно, адиабатический процесс характеризуется отсутствием теплообмена газа с окружающей средой. Адиабатическими можно считать быстро протекающие процессы. Так как передачи теплоты при адиабатическом процессе не происходит, то  и уравнение I начала термодинамики принимает вид

или

т.е. внешняя работа газа может производиться вследствие изменения его внутренней энергии. Адиабатное расширение газа (dV>0) сопровождается положительной внешней работой, но при этом внутренняя энергия уменьшается и газ охлаждается (dT<0).

Изотермический процесс — термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.

Для осуществления изотермического процесса систему обычно помещают в термостат (массивное тело, находящееся в тепловом равновесии), теплопроводность которого велика, так что теплообмен с системойпроисходит достаточно быстро по сравнению со скоростью протекания процесса, и, температура системы влюбой момент практически не отличается от температуры термостата. Можно осуществить изотермическийпроцесс иначе — с применением источников или стоков тепла, контролируя постоянство температуры спомощью термометров. К изотермическим процессам относятся, например, кипение жидкости или плавлениетвёрдого тела при постоянном давлении.