Построяване и изчисляване на хладилния цикъл
Когато попълвате този раздел, трябва:
1. изберете изходни данни от Приложение1;
2. определете температурния режим по зададените стойности и изобразете цикъла на хладилната машина в топлинната диаграмаi = lg P;
3. извършва изчисляване на основните характеристики на цикъла.
Точката на кипене [до]на хладилния агент се определя в зависимост от температурата на въздуха в охладената камера. За директно охлаждане
къдетоtcam е температурата на въздуха в камерата,°C; ∆t= 7…10°C, температурна разлика между въздуха в камерата и кипящия хладилен агент,°C.
Температурата на кондензация [tc]се определя в зависимост от температурата на топлоотвеждащата среда. Когато кондензаторът се охлажда с вода
къдетоtin1е температурата на водата на входа на кондензатора, °C;
∆tc= 6…10°Cтемпературна разлика между водата, влизаща в апарата, и кондензиращия хладилен агент.
Температурата на засмукване [tsu]зависи от условията на работа на компресора. То е равно на:
където∆tperе нагряването на парите на хладилния агент преди компресия в компресора:
- за машини за амоняк се приема равна на 5 ÷15°C;
- за фреон 10 ÷ 40°C.
В контролната работа трябва да приемете∆t= 0°C.
Температурата на течния хладилен агент пред дроселната клапа [ tp ]зависи от наличието на преохладител или регенеративен топлообменник в чилъра.
При контролната работа не се взема предвид наличието на преохлаждане, поради което течният хладилен агент влиза в дроселната клапа с температура на кондензацияtc.
След определяне наtо,tк,tsun ,tp се вгражда цикъла на хладилната машинадиаграмаi = lg Pза даден хладилен агент. Диаграма с цикъл или копие трябвазадължително да бъде приложенакъм контролната работа.
Фиг. 1. Едностепенен цикъл на охладител
Изображението на цикъла (фиг. 1) трябва да започне с начертаване на линииtо иtк, начертавайки хоризонтални линии. Когатоto се пресича с дясната гранична крива, получаваме точка 1, която характеризира състоянието на суха наситена пара (край на кипене). Тъй като прегряването на парата не се взема предвид, тогава от точка 1 по адиабатната крива (S= Const) се изчертава линия на процеса на компресия в компресора. Състоянието на края на компресията се характеризира с точка 2, получена в пресечната точка на адиабата с изобараPk, която съответства на температурата на кондензацияtk.
Точка 2" характеризира началото на кондензацията на хладилния агент, със степен на сухотаx= 1. Точка 3' се получава, когато изотерматаtk(изобараPk) пресича лявата гранична крива, когатоx= 0. От точка 3 е начертана линия вертикално надолу до пресечната точка с изотерматаt0PctoP0.
След изграждането на цикъла е необходимо да се състави таблица (пример за нейния дизайн е показан по-долу), в която се въвеждат параметрите на характерни точки, взети от диаграми и справочни таблици.
Таблица на основните параметри на характерните точки на цикъла
| Брой точки | Температура t ,°C | Налягане P, MPa | Енталпия i, kJ/kg | Специфичен обем v, m / kg | Степен на сухота x, kg/kg |
| 1" | |||||
| 2" | |||||
| 3' |
Според таблицата се определят:
1. Специфичен капацитет на охлаждане на масата:
2. Специфична работа на компресиятахладилен агент в компресора:
3. Специфична топлина, отстранена от хладилния агент в кондензатора:
4. Уравнение на топлинния баланс:
5. Коефициент на охлаждане на теоретичния цикъл:
6. Масовата производителност на компресора, т.е. масата на хладилния агент, чиято циркулация се осигурява от компресора за 1 секунда:
7. Специфичен обемен охладителен капацитет на компресора:
8. Действителната обемна производителност на компресора, т.е. обемът на парите, поети от компресора от изпарителя:
9. Обем, описан от буталата на компресора:
къдетоλе дебитът на компресора (обемни загуби в компресора), зависи от режима на работа, вида на хладилния агент, конструкцията на компресора и се изчислява:
Тукλiе коефициентът на индикатора за обем, който отчита загубите на обем в компресора поради наличието на мъртво пространство и съпротивление във вентилите:
къдетоc –относително мъртво пространство в компресора:
- за амонякс =0,04…0,05;
- за фреонc =0,03…0,04.
λw– коефициент на нагряване, отчитащ обемните загуби от нагряване на хладилния агент в цилиндъра на компресора.
10. Теоретична мощност, консумирана от компресора за адиабатно компресиране на хладилния агент:
11. Посочената мощност, изразходвана в действителния работен процес за компресиране на хладилния агент в цилиндъра на компресора:
където ηi е ефективността на индикатора, като се вземат предвид загубите на енергия от топлообмен в цилиндъра и от съпротивлението в клапаните по време на засмукване и изпускане:
- за амонякb =0,001;
- за фреонb =0,0025.
12. Ефективна мощност - мощност на вала на компресора, като се вземат предвид механичните загуби(триене и др.):
къдетоηmech = 0,7…0,9 – механична ефективност.
13. Захранване на вала на двигателя:
къдетоηel= 0,8…0,9 - коефициент на полезно действие (COP) на електродвигателя.
Тест на задача №2
Изчисляване на температурата в термичния център на охладения продукт
За извършване на изчисления според шифъра се избират първоначалните данни от Приложение 2. Изчисленията трябва да се извършват в следната последователност.
1. Определете коефициента на топлинна дифузия на продукта:
къдетоλохе топлопроводимостта на продукта,W / (m·k);
cox– топлинен капацитет на продукта,kJ / (kgK);
ρ –плътност на продукта,kg/m³.
2. Критерият Biot се изчислява:
къдетоα –е коефициентът на топлопреминаване между продукта и охлаждащата среда,W/(m²K),
се избира в зависимост от условията на топлообмен;
R– половината от стойността на характерния размер (дебелина, диаметър) на продукта, m.
3. Изчислява се критерият на Фурие:
4. С помощта на номограмата (Приложение 4, 5,6) намерете стойността на безразмерната температураU, като вземете предвид конкретен физически модел.
5. Заместване в израза
U=( tк – ts ) / ( tM – ts ),
известни стойностиts, tM, Uопределятtc.
| шифър цифра номер | Шифрова цифра | ||
| Първо | Второ | Последно | |
| Име на параметъра | |||
| Температура в камерата, tcam,°C | Температура на водата twd1,°C | Охлаждаща мощност Q0, kW | хладилен агент |
| -10 | R 134a | ||
| -20 | R 134a | ||
| - тридесет | R134a | ||
| R22 | |||
| -5 | R22 | ||
| -15 | R22 | ||
| -25 | R117 | ||
| -3 | R117 | ||
| -13 | R117 | ||
| -23 | R117 |
Таблица за избор на изходни данни за задача № 1.
Основни данни за задача № 2
| Цифрови числа | Шифрова цифра | |||
| Последно | Второ | Първо | ||
| Продукт* | Време за охлаждане, τ, мин | Първоначална температура на продукта, tn,°C | Температура на средата, ts,°C | Тип охлаждаща среда |
| Преглед | Физически модел | Характерен размер**2R, m | ||
| говеждо месо | плоча | 0,04 | Въздух | |
| Риба | Цилиндър | 0,05 | Въздух | |
| Ябълка | Сфера | 0,06 | Въздух | |
| Свинско | плоча | 0,05 | вода | |
| Домат | Сфера | 0,06 | разтвор на CaCl2 | |
| Ягода | Сфера | 0,03 | Въздух | |
| Морков | Цилиндър | 0,04 | Въздух | |
| Свинско | Цилиндър | 0,03 | разтвор на CaCl2 | |
| картофи | плоча | 0,04 | вода | |
| птица | плоча | 0,04 | разтвор на CaCl2 |
Забележки:*- допуска се продуктът да не е с опаковка, независимо от свойствата (типа) на охлаждащата среда;
**- стойност на характерен размер(2R) съответства на пълната дебелина на плочата и на диаметъра на цилиндъра и сферата.
Топлофизични характеристики на хранителни продукти.
Автори: Новиков В.И.
Рецензент: Гетманов В.Г.
Редактор: Свешникова Н.И.
Подписано за печат Формат на публикацията
Хартия за писане. Офсетов печат. Печ. л. Уч.-изд. л.
Тираж екземпляри. Изд. № Поръчка
Печатница MSUTU. Ротапринт.
109029, Москва, ул. Талалихина, 31. Цената е по договаряне.