Взаимосвязь параметров при работе компрессионного трансформатора тепла в нерасчетных условиях

Работа испарителя. В испарителе на стороне рабочего агента происходят в общем случае два последовательных процесса: испарение жидкости и перегрев пара. Поэтому испаритель можно условно рассматривать как два теплообменных аппарата, включенных последовательно по рабочему агенту и охлаждаемой среде, например по рассолу.

Поверхность нагрева испарителя равна сумме поверхностей нагрева зоны кипения (испарения) и зоны перегрева .

(2.3.8)

Распределение поверхности нагрева испарителя между указанными зонами зависит от режима его работы.

Максимальная разность температур в зоне испарения

(2.3.9)

где - температура охлаждаемой среды на входе в зону испарения, - температура испарения.

При заданном массовом расходе рабочего агента через испаритель расчет его переменного режима заключается в определении параметров рабочего агента после испарителя, а именно давления испарения и температуры пара , при котором объемный расход пара из испарителя равен объемной подаче компрессора , т.е.

(2.3.10)

где - удельный объем пара на выходе из испарителя, G - массовый расход рабочего агента, λ – коэффициент подачи компрессора, - теоретическая объемная производительность компрессора в единицу времени.

Работа систем хладоснабжения. Если трансформатор тепла служит холодильной установкой, то снижение производительности испарителя вследствие прикрытия дроссельного вентиля приводит к изменению теплового режима у потребителей холода, получающих рассол от установки.

В зависимости от условий хладопотребления влияние температуры рассола на тепловой режим потребителей холода имеет различный характер.

Если холод используется для поддержания заданной температуры в охлаждаемых камерах, то связь между внутренней температурой в камерах и условиями охлаждения при установившемся режиме определяется уравнением

(2.3.11)

где - безразмерная удельная тепловая нагрузка охлаждающей системы (батарей) камеры, определяется по формуле

(2.3.12)

w_{м –} эквивалент расхода хладоносителя, к∙F – относится к установленной поверхности охлаждающих приборов в камере, w_р – эквивалент расхода рассола, q – удельный теплоприток в камеру в единицу времени на 1 °С разности между температурой окружающей среды и внутренней температуры в камере, - температура окружающей среды, - температура рассола поступающего в охлаждающую систему камеры.

Для того чтобы при переменном теплопритоке, например при изменении температуры окружающей среды, внутренняя температура в охлаждаемых камерах остановилась постоянной ( ), температура рассола, поступающего в охлаждающую систему камеры, должна быть равна

(2.3.13)

Температура рассола на выходе из камеры охлаждения при установившемся режиме

(2.3.14)

при

Работа компрессора. Изменение теплового режима испарителя приводит к изменению режима работы компрессора.

При любом режиме работы установки объемный расход пара из испарителя равен объемной подаче компрессора, т.е. должно удовлетворять уравнение

(2.3.15)

где - объемный расход пара из испарителя, - объемная подача компрессора.

Для поршневых, ротационных и винтовых компрессоров при постоянной частоте вращения п = const, остается постоянной величиной. Коэффициент подачи компрессора λ возрастает при снижении отношения давлений и уменьшается при увеличении этого отношения, ( - в конденсаторе, - в испарителе).

При снижении массового расхода рабочего пара из испарителя растет его удельный объем , что сопровождается снижением его давления и понижением температуры .

Работа конденсатора. В конденсаторе осуществляются два последовательных процесса: охлаждение перегретого пара и его конденсация.

Конденсатор также можно условно считать состоящим из двух аппаратов, последовательно соединенных по рабочему агенту и охлаждающей среде (воде, воздуху и т.п.).

Поверхность нагрева конденсатора, равная сумме поверхностей зоны охлаждения и зоны конденсации, для данной установки величина постоянная

(2.3.16)

Распределение поверхности теплообмена конденсатора между зонами зависит от режима его работы. На рис.2.5 показан характер изменения температур первичной среды (рабочего агента) и вторичной среды (например охлаждающей воды) вдоль поверхность нагрева конденсатора. t₂– температура рабочего агента на входе в конденсатор, t_н.з. - температура рабочего агента в начале зоны конденсации, t_к - температура конденсации, t₃ - температура рабочего агента на выходе из конденсатора, t₂ , τ_п , τ₁ - температуры (вторичной) охлаждающей среды соответственно перед конденсатором, после зоны конденсации, на выходе из конденсатора.

Рис. 2.5. Характер изменения температур первичный П и вторичной В сред вдоль поверхности нагрева конденсатора

Суммарная тепловая нагрузка конденсатора

(2.3.17)

где - нагрузка зоны охлаждения, - нагрузка зоны конденсации.

Тепловая нагрузка зоны конденсации

(2.3.18)

где G - расход рабочего агента, r - теплота парообразования рабочего агента, - безразмерная удельная тепловая нагрузка зоны конденсации, W_в - эквивалент расхода вторичной среды, например охлаждающей воды.

Температура охлаждающей среды (воды) на входе в зону охлаждения

(2.3.19)

Тепловая нагрузка зоны охлаждения

(2.3.20)

где - безразмерная удельная тепловая нагрузка зоны охлаждения

(2.3.21)

Суммарная тепловая нагрузка конденсатора

+ (2.3.22)

Температура охлаждающей среды на выходе из конденсатора

(2.3.23)

Работа системы теплоснабжения. Если трансформатор тепла служит теплонаносной установкой, то снижение тепловой нагрузки конденсатора вследствие прикрытия дроссельного вентиля приводит к изменению теплового режима потребителей, снабжаемых теплом от этой установки.

Прикрытие дроссельного вентиля вызывает снижение тепловой нагрузки конденсатора, так же температуры, горячей воды, поступающей из конденсатора в систему теплоснабжения.

Влияние на тепловой режим потребителей тепла зависит от их характера и условий работы.

Если горячая вода используется для зданий, то для поддержания стабильного теплового баланса отапливаемых помещений, характеризуемого постоянством внутренней температуры, температура воды , поступающей в отопительные системы, должна удовлетворять зависимости

(2.3.24)

где – q удельные теплопотери зданий, т.е тепловые потери на 1 °С разности внутренней и наружной температур; - безразмерная тепловая нагрузка отопительной системы; - эквивалент расхода теплоносителя (горячей воды), поступающей в отопительную установку; , - внутренняя и наружная температуры.

В установившемся состоянии связь между внутренней температурой отапливаемых помещений и параметрами теплоносителя, поступающего в отопительную систему, определяется уравнением

(2.3.25)

При установившемся режиме температура воды после системы отопления

(2.3.26)

Такой непрерывный процесс продолжается до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие между конденсатором и системой теплоснабжения.

Работа охладителя конденсата.

Если после конденсатора включен охладитель конденсата, охлаждаемый внешней средой, то прикрытие дроссельного вентиля вызывает так же некоторые изменения в работе охладителя.

Характеристика охладителя как конвективного теплообменного аппарата описывается уравнениями

(2.3.27)

(2.3.28)

(2.3.29)

где Q – тепловая нагрузка аппарата при данном режиме его работы, кДж/с, - значение меньшего эквивалента расхода теплообменивающихся сред, кДж/(с∙К), Δ – максимальная разность температур греющей и нагреваемой сред, т.е. разность температур и нагреваемой сред при входе в аппарат, К, Е – безразмерная удельная тепловая нагрузка аппарата, G – массовый расход среды кг/с, с- массовая теплоемкость, кДж/(кг∙К), 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 ;

С прикрытием дроссельного вентиля тепловая нагрузка охладителя понижается по двум причинам:

а) снижается произведение ( ) независимо от того, являются эквивалентом рабочего агента или охлаждающей водой

б) уменьшается максимальная разность температур в охладителе из-за снижения температуры конденсации .

(2.3.30)

где температура жидкого рабочего агента пред охладителем, - температура охлаждающей воды перед охладителем.

Температура жидкого рабочего агента после охладителя

(2.3.31)

где - эквивалент расхода первичной среды, т.е. жидкого рабочего агента, - меньшее из значений эквивалентов расхода теплообменивающихся сред, - безразмерная удельная нагрузка охладителя.

Процесс перестройки параметров установки происходит до тех пор пока не наступит равновесие во всех элементах системы.