2.3. Работа парожидкостных компрессионных трансформаторов тепла в нерасчетных условиях

Трансформаторы тепла часто работают при режимах, отличных от расчетных, на основе которых выбираются все основные элементы установки. Это объясняется тем, что нагрузки этих установок в большинстве случаев не постоянны.

Возможны следующие методы регулирования производительности установок:

а) изменение количества одновременно работающих агрегатов;

б) изменение длительности работы установки путем периодического ее включения и выключения;

в) изменение производительности компрессора, чаще всего изменением частоты вращения;

г) изменение расхода рабочего агента в установке.

Условия установившегося режима

Условия работы всех элементов компрессионных парожидкостных трансформаторов тепла взаимосвязаны.

При установившемся режиме соблюдаются следующие условия:

1. Энергетический баланс установки

(2.3.1)

где тепловые нагрузки соответственно испарителя, конденсатора, охладителя с внешним теплом, системы охлаждения компрессора,

- электрическая мощность компрессора.

При отсутствии охлаждения компрессора

(2.3.2)

2. Материальный баланс, т.е. одинаковое значение массового расхода рабочего агента через все элементы установки

Изменение тепловой нагрузки любого элемента установки вызывает изменение работы всех элементов и установки в целом.

В процессе изменения режима работы установки, называемого переходным режимом, ее материальный и энергетический балансы нарушаются,

т.к. происходит изменение средней энтальпии рабочего агента в установке и массового содержания рабочего агента в испарителе и ресивере конденсатора (ресивер – сосуд для жидкого рабочего агента, включенный между конденсатором и дроссельным вентилем).

Изменение режима работы установки при изменении нагрузки любого элемента наступает независимо от искусственного регулирования (автоматического или ручного).

Характеристики основных элементов трансформатора тепла

Работа каждого элемента трансформатора подчиняется определенным закономерностям, описываемым аналитически или графически, называемым его характеристикой.

Несмотря на значительное разнообразие принципов действия, и конструктивных особенностей основных элементов компрессорного трансформатора тепла, их можно разделить на две группы теплообменные аппараты и компрессоры.

Характеристика всех типов конвективных теплообменных аппаратов может быть описана следующим уравнением

(2.3.3)

где Q – тепловая нагрузка аппарата при данном режиме его работы, кДж/с, w_м – значение меньшего эквивалента расхода теплообменных сред, кДж/с,

- максимальная разность температур греющей и нагреваемой сред, т.е. разность температур греющей и нагреваемой сред при входе в аппарат, К,

Е – безразмерная удельная тепловая нагрузка аппарата.

Эквивалентом расхода называется произведение массового расхода среды G, кг/с, на его массовую теплоемкость с, кДж/(кг∙К)

(2.3.4)

Эквивалент расхода однородной среды, у которой изменяется фазовое состояние в процессе теплообмена (испарение, замораживание, плавление, сублимация), w = ∞ т.к. в процессе изменения фазной среды

(2.3.5)

поскольку подвод или отвод тепла не вызывает в этом случае изменения температуры среды ( )

Безразмерная удельная тепловая нагрузка представляет собой тепловую нагрузку аппарата, отнесенную к 1 К максимальной разности температур и к единице меньшего значения эквивалента расхода теплообменивающих сред w_м.

Безразмерная удельная нагрузка конвективных теплообменных аппаратов может определяться по приближенной формуле

(2.3.6)

где а и b –постоянные коэффициенты, значения которых зависит от схемы теплообмена, w_м.и w_б - значения меньшего и большего эквивалентов расхода теплообмениващихся сред; к – коэффициент теплопередачи аппарата, Кдж/(с∙м²∙К), F – поверхность нагрева, м² , - безразмерная тепловая нагрузка аппарата с бесконечно большой поверхностью нагрева.

Постоянный коэффициент а имеет значение в зависимости от схемы теплообмена:

противоток - а = 0,35

перекрестный ток а = 0,425 0,55

прямоток а = 0,65

Постоянный коэффициент b при всех схемах теплообмена равен 0,65.

Для аппаратов, в которых изменяются фазовые состояния одной из сред, выражение для безразмерной удельной тепловой нагрузки этих параметров принимает вид (т.к. w_б = ∞)

(2.3.7)