Контрольные вопросы.

1. Требования, предъявляемые к техническому заданию?

2. Из каких разделов должно состоять техническое задание?

3. Что указывается в разделе «Тактико-технические требования к образцу»?

4. Согласование и утверждение технического задания

Лабораторная работа № 2 Изучение этапов проектирования и методов исследования основных параметров бы­товых компрессионных холодильников.

Цель работы: изучить этапы проектирования (составление ТЗ, ТП и т.д.) компрессионного холодильника по заданию, сопоставить параметры реального холодильника с рассчитанными в процессе проектирования.

Оснащение рабочего места: бытовой компрессионный холодильник, штангенциркуль, линейки, мультиметр, стенд для измерения параметров бытовой компрессионной холодильной техники.

Программа работы: составить краткое ТЗ на проектирование холодильника или морозильника по указанным преподавателем исходным данным. Рассчитать размеры холодильного шкафа, холодопроизводительность, площадь испарителя. Измерить параметры реального холодильника с одинаковым по заданию объемом.

Сравнить полученные результаты с рассчитанными в процессе проектирования.

Теоретические основы

ТЗ на проектирование холодильника составить по примерной предлагаемой схеме.

1. Наименование и область применения.

2. Основание для разработки.

Основанием для разработки является задание на выполнение лабораторной работы.

3.Цель и назначение разработки.

Проектирование бытового холодильника ведется с целью улучшения его функциональных показателей.

4. Источники разработки.

Разработка ведётся на основе изучения отечественных образцов и об­разцов, выпускаемых за рубежом.

5.Технические требования.

5.1.Состав продукции.

5.2. Требования к конструктивному устрой­ству.

3. Показатели назначения.

5.3.1.

6. 5.4.Требования к надёжности.

5.4.1.Установленная безотказная наработка, не менее, - … часов.

5.4.2.Средняя наработка на отказ, не менее, - … часов.

5.4.3. Установленный срок службы, не менее … лет.

5.4.5. Гарантийный срок службы – 24 мес.

5.5.Требования безопасности.

5.5.1.Конструкция холодильника должна обеспечивать соответствие ГОСТ 27570.7, ГОСТ 275704-87, ГОСТ 9043 и другим нормативным документам, устанавливающим требования, обеспечивающие безопасность жизни и здоровья потребителя.

5.5.2.Конструкция холодильника должна обеспечивать I класс защиты от поражения электрическим то­ком.

5.5.4. Конструкция холодильника машины должна предусматривать наличие гибкого шнура питания с оболочкой из поливинилхлорида (обозначение СЕЕ) по ГОСТ 7399-80, с присоединительными размерами по ГОСТ 7396-76. Способ крепления шнура питания – Х по ГОСТ 14087-80.

5.5.5. Класс нагревостойкости изоляции обмоток электродвигателя не ниже класса F, ГОСТ 8865.

5.5.6. Уровень радиопомех, создаваемый элек­тродвигателем не должен превышать норм, уста­навливаемых ГОСТ 23511, ГОСТ Р 50033.

5.5.7. Корректированный уровень звуковой мощ­ности холодильника, дБ(А), не более 42.

5.5.9. Размеры, цветовое решение, способ и место нанесения символов органов управления должно соответствовать конструкторской документации.

5.6. Условия эксплуатации – климатическое ис­полнение УХЛ по ГОСТ 15150, группа условий экс­плуатации М23 по ГОСТ 17516.

5.7. Требования к маркировке и упаковке.

5.7.1. Маркировка холодильника должна быть выполнена в соответствии с ГОСТ 14087, ГОСТ 19423 и конструкторской документацией завода из­готовителя.

5.7.2. Упаковка.

Требования к потребительской и транспортной таре (тип ящиков, марка картона и т.п.) в соответствии с конструкторской документацией завода-изготовителя.

5.8.Транспортирование и хранение.

5.8.1.холодильники могут транспортироваться всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах, в температурных условиях от –40С до +40С.

5.8.2.Хранение холодильников допускается только в отапливаемых и вентилируемых хранилищах при температуре от +5С до +40С.

6.Экономические показатели.

6.1.Лимитная цена изделия, руб. – ….

6.2.Предполагаемая годовая потребность в продукции, тыс. шт. – 10.

6.3. Срок окупаемости затрат, лет – 1.

Расчет тепловой нагрузки на холодильную камеру.

В расчете теплопритоков принять наихудшие термические условия для умеренного климата – t_нар=25С.

1. Теплоприток через ограждающие конструкции Q_1Т, возникающий из-за разности температур в камере и наружным воздухом, определяется по формуле:

Q_1Т= к*F_н*∆t,

где

к – коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения холодильной камеры, Вт/м²*К;

F_н – площадь наружной поверхности ограждения холодильной камеры, м²;

∆t=(t_нар - t_пм) – разность между температурой окружающей среды и температурой в холодильной камере, С.

Подробный расчет теплопритока Q_1Т свести в таблицу.

Таким образом, нагрузка на компрессор от теплопритока Q_1Т составит Q_{1Т КМ}=… Вт.

2. Теплоприток Q₂ от холодильной обработки продуктов складывается из двух теплопритоков:

Q₂=Q_{2 ПР} + Q_{2 Т},

где Q_{2 ПР} – теплоприток от холодильной обработки продуктов, Вт;

Q_{2 Т} – теплоприток от поступающей на холодильную обработку тары, Вт.

Теплоприток Q_{2 ПР} рассчитывается по формуле:

Q_{2 ПР}=G_ХОЛ*(i_нач – i_кон)*10³/(3600*24),

Где G_ХОЛ – поступление продукта в холодильную камеру, кг/сутки;

i_нач – начальная энтальпия продукта (мясо), кДж/кг;

i_кон – конечная энтальпия продукта (мясо), кДж/кг;

10³ – коэффициент перевода кДж в Дж;

3600 – коэффициент перевода часов в секунды;

24 – коэффициент перевода суток в часы.

Вместимость холодильной камеры определяется по формуле:

Е_хол=N*g_доп,

Где Е_хол – вместимость холодильной камеры, кг;

N – количество полок в холодильной камере,

g_доп – предельно допустимая нагрузка на полку (g_доп=15 кг).

Суточное поступление продуктов в холодильную камеру G_ХОЛ определяется по формуле:

G_ХОЛ=Е_хол*В/365,

Где Е_хол – вместимость холодильной камеры, кг;

В – коэффициент оборачиваемости холодильной камеры, В=120 1/год;

365 – количество дней в году.

3. Эксплуатационные теплопритоки Q₄ от электрического освещения, от электродвигателей, от людей, от открывания дверей рассчитываем по формуле:

Q₃=Q₃¹ + Q₃² + Q₃³ + Q₃⁴, где

Q₃¹ – теплоприток от электрического освещения;

Q₃² – теплоприток от открывания дверей;

Q₃³ – теплоприток от людей;

Q₃⁴ – теплоприток от электродвигателей.

Теплопритоком Q₃¹ можно пренебречь ввиду его незначительности (Q₃¹=0 Вт).

Теплопритоки Q₃³ и Q₃⁴ отсутствуют (Q₃³=0 Вт и Q₃⁴=0 Вт).

Теплоприток от открывания дверей подсчитываем следующим образом: допускаем, что при открывании двери холодильной камеры 80% внутреннего воздуха заменяется наружным. Построим на «i – d» диаграмме влажного воздуха линию смешения и определим тепловую нагрузку на холодильную камеру по формуле:

Q₃²=0,8*V_ХОЛ*ρ_см*(i₁ – i₂)*n*10³/24*3600,

Где V_ХОЛ – объем холодильной камеры, м³;

ρ_см – плотность воздуха, полученного в результате смешения (ρ_см=1,185 кг/м³);

i₁ – энтальпия воздуха, полученного в результате смешения (i₁=49,5 кДж/кг);

i₂ – энтальпия воздуха холодильной камеры (i₂=12 кДж/кг);

n – количество открываний в сутки (n=50);

10³ – коэффициент перевода кДж в Дж;

3600 – коэффициент перевода часов в секунды;

24 – коэффициент перевода суток в часы.

7. Полная тепловая нагрузка на холодильную камеру определяется путем сложения всех теплопритоков на компрессор и на камерное оборудование в отдельности.

Нагрузка на компрессор:

Q_КМ=Q_{1Т КМ} + Q_{1С КМ} + Q_{2 КМ} + Q_{3 КМ}

Нагрузка на камерное оборудование:

Q_ОБ=Q_{1Т ОБ} + Q_{1С ОБ} + Q_{2 ОБ} + Q_{3 ОБ}

Нагрузка Q_КМ служит для подбора компрессора и расчета цикла холодильной машины; нагрузка Q_ОБ служит для определения площади теплопередающей поверхности испарителя холодильной камеры.

Расчет испарителя холодильной камеры.

Площадь теплопередающей поверхности испарителя определяется по формуле:

F = Q_ОБ/к*Δt,

где: F – площадь теплопередающей поверхности, м²;

Q_ОБ – суммарная тепловая нагрузка на испаритель, Вт (Q_ОБ=101,23 Вт);

к – коэффициент теплопередачи испарителя, Вт/м²*К;

Δt – разность температур между температурой воздуха в камере t_ПМ и температурой кипения хладагента t₀, Δt=9С.

Для определения коэффициента теплопередачи (к) необходимо определить коэффициент теплоотдачи от воздуха камеры к наружной поверхности испарителя α_НАР и коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности испарителя к кипящему хладагенту α_ВН.

θ – среднелогарифмический температурный напор, С.

θ = (t_В1 – t_В2)/ln(θ₁/θ₂) = (4 +0,5)/(ln(4 + 5)/(-0,5 + 5)) = 6,4 С

Средняя температура воздуха

t_в=t_о+ θ=-5+6,4=1,4 С

Коэффициент теплоотдачи α_НАР определяется по формуле:

α_НАР = α_{НАР К}*ξ + α_{НАР Л}*ψ,

где: α_{НАР К} – коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/м²*К;

ξ – коэффициент влаговыпадения;

α_{НАР Л} – коэффициент лучистой теплоотдачи, Вт/м²*К;

ψ – коэффициент облученности.

Коэффициент конвективной теплоотдачи определяется из критериального уравнения для естественного движения воздуха:

Nu = 0,695*Gr^0,25, где:

Nu – критерий Нуссельта;

Gr – критерий Грасгофа.

Физические параметры воздуха зависят от температуры у поверхности испарителя:

t_В = (t_ПОВ + t_ПМ)/2, где:

t_ПОВ – температура поверхности испарителя, С;

t_ПМ – температура воздуха в холодильной камере, С.

t_В = (-5 + 4)/2 = -0,5С

Физические параметры воздуха при температуре t_В = -0,5С определяются по справочным таблицам:

Плотность воздуха:	ρ = 1,293 κг/м3
Теплоемкость воздуха:	СР = 1,005 кДж/кг*К
Коэффициент теплопроводности:	λ = 2,44*10-2 Вт/м*К
Коэффициент кинематической вязкости:	 = 13,28*10-6 м2/с
Критерий Прандтля:	Pr = 0,707

Критерий Грасгофа определяется по формуле:

Gr = (g*l³/²)*β*Δt,

где: g – ускорение свободного падения, м/с²;

l – определяющий размер испарителя, м;

 – коэффициент кинематической вязкости воздуха, м²/с;

β – коэффициент температурного расширения воздуха, 1/К;

Δt – разность температур, С.

Критерий Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи α_НАР определяется по формуле:

α_{НАР К} = Nu*λ/l, где:

Nu – критерий Нуссельта;

λ – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м*К;

l – определяющий размер испарителя, м.

Коэффициент влаговыпадения определяется по формуле:

ξ = (i₁ – i₂)/(C_Р*(t_ПМ – t_ПОВ)),

где: i₁ – энтальпия воздуха в камере, кДж/кг;

i₂ – энтальпия воздуха у поверхности испарителя, кДж/кг;

С_Р – теплоемкость воздуха, кДж/кг*К;

t_ПМ – температура воздуха в камере, С;

t_ПОВ – температура поверхности испарителя, С.

Коэффициент лучистой теплоотдачи определяется по формуле:

α_{НАР Л} = С_ПРИВ*((Т_ПМ/100)⁴ – (Т_ПОВ/100)⁴)/(t_ПМ – t_ПОВ),

где: С_ПРИВ – приведенный коэффициент излучения;

t_ПМ – температура воздуха в камере, С;

t_ПОВ – температура поверхности испарителя, С.

Коэффициент облученности ψ δля гладкотрубных батарей равен 0,92.

Удельный тепловой поток со стороны воздуха

q_в= α_НАР(t_в-t_ст)=15,8(1,4 - t_ст)

при t_ст=1,4 q_в=0

t_ст=-5 q_в=101,12

Коэффициент теплоотдачи α_ВН определяется по формуле:

α_ВН = q^0,6*(G_а)^0,2/(d_ВН)^0,6*А, [5] где:

q – удельный тепловой поток, Вт/м²;

G_а =Q_o/(i_1’-i₄)=0.10123/(395 – 240)=0.00065 – расход жидкости кг/с;

d_ВН – внутренний диаметр трубки испарителя, м;

А – коэффициент, зависящий от физических параметров хладагента и температуры кипения.

α_ВН = q^0,6*(0,00065)^0,2/(0,0058)^0,6*1,14 = 5,78*q^0,6 Вт/м²*К

Удельный тепловой поток со стороны хладагента

q_a=5,78^2.5(t_ст-t_о)^2,5

при t_ст=-5 q=0

t_ст=-4 q=80.3

t_ст=-3 q=454.3

t_ст=-2 q=1252.1

Теплопередающая поверхность испарителя холодильной камеры:

-5

1,4

0

80.3

q, Вт/(м2*К)

t, ^oC

q_в

q_a

После проведения необходимых расчетов при проектировании холодильника необходимо измерить аналогичные размеры и параметры у реального холодильника и заполнить таблицу 2.

Таблица 2.

Параметр холодильника	Рассчитанный	Измеренный
Объем камеры, м3
Толщина изоляции, мм
Площадь испарителя, м2
Потребляемая мощность, Вт
Температура в камере, град. С
Уровень шума, дБА

После заполнения таблицы сделать выводы о возможных причинах расхождений рассчитанных и измеренных параметра холодильника.

Указания по оформлению отчета

Отчет должен содержать:

1. Название работы, цель работы, программу работы;

2. ТЗ на проектирование холодильника;

3. Расчеты теплопритоков и определения площади испарителя;

4. Таблицу сопоставимых параметров и размеров.

5. Выводы по работе

Контрольные вопросы

1. Основные разделы ТЗ на проектирование холодильника?

2. Как рассчитываются теплопритоки в камеру?

3. От каких параметров зависит площадь испарителя?

Лабораторную работу составил доц. В.А. Титов

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3