Курсовой проект
по дисциплине
Термодинамика технических устройств
на тему:
“Расчет вихревого холодильно-нагревательного аппарата”
Задание
Спроектировать систему термостатирования электронных устройств.
Технические условия работы системы: температура в камере термостатирования , холодопроизводительность . Давление и температура сжатого газа на входе в систему (магистральные параметры) , . Необходимый объем термокамеры и ее геометрия.
Требуется произвести:
1) выбор или создание принципиальной схемы работы термостата;
2) тепловой расчет режимных характеристик схемы (температур в заданных сечениях схемы, расходных соотношений, эффективности);
3) термодинамический анализ схемы и его узлов. Определение оптимальных режимов работы схемы;
4) расчет потрубных значений расхода воздуха.
Содержание
Список условных обозначений
Введение
Расчетная часть
1 Принцип действия установки
2 Определение оптимальных режимов работы схемы
2.1 Теплообменные аппараты 5
2.2 Противоточная вихревая труба 3
2.3 Охлаждаемый объект 2
2.4 Подогреваемый объект 1
2.5 Двухконтурная вихревая труба 4
2.6 Эжектор 6
3 Расчет потребного количества сжатого воздуха
4 Расчет эжектора
5 Расчет эксергии потоков в элементах схемы термостата
6 Геометрические параметры ВХНА
Заключение
Список использованных источников
Список условных обозначений
температура, ;
относительная температура;
давление, ;
изменение температуры, ;
расход, ;
относительная доля охлажденного потока;
энтальпия, ;
степень расширения воздуха;
площадь, ;
ширина, ;
длина, ;
высота, ;
теплонапряженность установки, ;
теплопроводность, ;
толщина изоляции, ;
коэффициент запаса по сжатому воздуху;
изобарная теплоемкость, ;
диаметр, ;
коэффициент эжекции;
адиабатный КПД, ;
эксергетический КПД, ;
термический КПД, ;
холодильный коэффициент;
эксергия, ;
показатель адиабаты;
геометрический параметр;
газовая постоянная, ;
радиус сопряжения, .
Надстрочные индексы
* – параметры торможения.
Подстрочные индексы
– магистральные параметры;
– параметры подогреваемого объекта;
– параметры охлаждаемого объекта;
– параметры теплообменных аппаратов;
– параметры вихревых труб с дополнительным потоком;
– параметры эжектора;
– параметры подогретого потока;
параметры охлажденного потока;
д – параметры дополнительного потока;
параметры изоляции;
параметры стенки;
внешние параметры;
внутренние параметры;
средние параметры;
эксергетический;
адиабатный;
камера;
труба;
параметры привода;
полные параметры;
суммарный;
сопло.
Введение
В настоящее время все более актуальной становится проблема энергетического обеспечения жизни общества. Энергетические кризисы, поражают время от времени различные регионы из-за снижения добычи энергоносителей или их дорогостоящей транспортировки к месту использования. Возникают экологические проблемы, связанные с негативным влиянием выбросов при сжигании топлива и его переработкой и хранением. Недостаток энергоресурсов связан с тем, что запасы органических топлив - нефти, газа, угля, истощаются и не возобновляются. Поэтому удовлетворение потребностей общества в энергии возможно при комплексном решении проблем энергетики. В связи с ограниченностью запасов энергоносителей важными становятся вопросы их эффективного использования и создания энергетических установок с высоким коэффициентом использования топлива, тепловым коэффициентом и КПД. Экономия топлива и сопутствующих материалов - главная задача этого направления развития энергетики. Современные технологии использования возобновляемых энергетических ресурсов недостаточно эффективны или дороги по сравнению с технологиями преобразования энергии органических топлив. Анализ современных энергетических технологий, показывает, что один из перспективных - способ преобразования тепловой энергии на основе вихревого эффекта, который выгодно отличается от известных устройств простотой технического выполнения и обслуживания, а также является более дешевым в промышленном производстве. Вихревые трубы безопасны, компактны и надежны в промышленнойэксплуатации.
Применение вихревой трубы в различных технологиях целесообразно при наличии неиспользуемой энергии перепадов давления для очистки и охлаждения любых газов и газовых смесей в том числе содержащих жидкие и конденсирующиеся примеси. Так, в южных городах существует проблема - из-за высокой температуры воздуха из крана для холодной воды течет отнюдь не холодная, а теплая вода и в начале 90-х годов исследователи решили использовать вихревую трубу для разделения воды на горячую и холодную. Результаты оказались сенсационными. Температура вращающейся в трубе воды повышалась, будто ее согревал невидимый кипятильник
.
Работа вихревой трубы заключается в создании сверхзвукового закрученного потока газа и последующего его разделения на холодный и горячий (или тёплый) потоки, образующиеся в результате проявления вихревого эффекта Ранка. Особенно эффективно вихревая труба может быть использована при добыче и транспорте газа, когда требуется многократно снизить пластовое давление газа перед подачей в магистральный трубопровод с 200 - 250 ат до 50 -60 ат и на газораспределительных станциях с 20 - 35 ат до 1 - 6 ат. Дополнительная установка достаточно простого оборудования при незначительных затратах даёт возможность повысить выход газоконденсата из газа на 20 - 25 % и более. Другое перспективное использование вихревой трубы основано на применении электрогидродинамического течения газа для осуществления эффекта Ранка. Это даёт возможность создать холодильное устройство, в котором отсутствуют агрессивные хладагенты и компрессор. Вихревые трубы могут быть использованы как индивидуально, так и в технологической схеме с теплообменником-рекуператором и сепаратором. Вот насколько обширно применение вихревых труб. В настоящее время вихревая техника широко внедрена в промышленность: вихревые управляющие клапаны в системах управления тягой ракетных двигателей, вихревые холодильники, вихревые системы очистки, осушки газа в газовой промышленности, вихревые системы газоподготовки для нужд пневмо-газоавтоматики.
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
1 Принцип действия установки
Рисунок 1.1 – Принципиальная схема термостата
1 – подогреваемый объект; 2 – охлаждаемый объект; 3 – противоточная вихревая труба;
4 – двухконтурная вихревая труба; 5 – теплообменники; 6 – эжектор.
Работа холодильно-нагревательного аппарата осуществляется следующим образом: при работе сжатый воздух из магистрали разделяется на два потока по числу вихревых труб. Один из потоков сжатого воздуха, минуя теплообменник 5, подается к сопловому устройству двухконтурной вихревой трубы 4, проходя через которую охлаждается. Одна часть воздуха поступает в эжектор 6 в качестве эжектируемого потока. Другая часть воздуха направляется в подогреваемый объект 1, где нагреваясь, и минуя теплообменник 5 поступает в эжектор 6 в качестве эжектирующего потока.
Второй поток сжатого воздуха, проходя через теплообменник 5 поступает в противоточную вихревую трубу3. Поток, выходящий со стороны горячего конца, поступает в двухконтурную вихревую трубу 4. Выходя из нее часть воздуха, направляется в эжектор 6 в качестве эжектируемого газа. Другая часть воздуха поступает в подогреваемый объект 1, и минуя теплообменник 5 поступает в эжектор 6 в качестве эжектирующего газа. Поток, выходя из отверстия диафрагмы противоточной вихревой трубы 3, потсупает в охлаждаемый объект 2. Там охлаждаясь, воздух, минуя теплообменник 5 выходит в атмосферу.
Схема термодинамического расчета с обозначением характерных узлов и сечений представлена на рисунке 1.2.
Принятые допущения:
– гидравлические сопротивления в такте установки не существенны;
– изобарная теплоемкость газа в рабочем интервале температур принимается постоянной ;
– давление холодного потока считается равным давлению среды, в которую происходит истечение;
– в виду малых скоростей в рассматриваемых сечениях расчеты производятся по параметрам торможения.
Для расчета выбираются трубы с относительной длиной камеры энергоразделения . Значение эффектов охлаждения противоточной вихревой трубы в зависимости от степени расширения сжатого воздуха и доли охлажденного потока сведены в таблице 1.
Таблица 1.1
| 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,86 | 0,88 | 0,9 | ||
| 0,852 | 0,86 | 0,87 | 0,882 | 0,896 | 0,912 | 0,937 | 0,934 | 0,942 | ||
| 0,828 | 0,841 | 0,855 | 0,871 | 0,889 | 0,91 | 0,925 | 0,932 | 0,94 | ||
| 0,8 | 0,924 | 0,943 | 0,862 | 0,883 | 0,906 | 0,922 | 0,928 | 0,937 |
Значение относительной доли охлажденного потока и эффектов охлаждения вихревой трубы с дополнительным потоком сведены в таблице 2.
Таблица 1.2
| 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1 | 1,2 | 1,4 | 1,6 | 1,8 | 2 | ||
| 0,85 | 0,845 | 0,842 | 0,856 | 0,875 | 0,894 | 0,913 | 0,915 | 0,938 | 0,944 | ||
| 0,87 | 0,865 | 0,862 | 0,876 | 0,895 | 0,912 | 0,907 | 0,92 | 0,939 | 0,94 | ||
| 0,94 | 0,937 | 0,935 | 0,903 | 0,904 | 0,907 | 0,9 | 0,93 | 0,943 | 0,947 |
Схема термодинамического расчета:
Рисунок 1.1 – Схема термодинамического расчета
1 – подогреваемый объект; 2 – охлаждаемый объект; 3 – противоточная вихревая труба;
4 – двухконтурная вихревая труба; 5 – теплообменники; 6 – эжектор.
2 Определение оптимальных режимов работы схемы
Основным критерием для выбора режима работы отдельных агрегатов схамы при их совместном использовании является достижение необходимой температуры воздуха, поступающего в камеру климатических испытаний при максимально возможной энергетической эффективности работы схемы.
Опишем работу отдельных узлов аналитическими зависимостями.
2.1 Теплообменные аппараты 5.
Рассмотрим теплообменник 5а.
Запишем уравнение теплового баланса для теплообменника 5а с учетом уравнения сохранения энергии
Так как , а , то уравнение для теплообменника 5а примет вид
.
;
;
;
.
Расходы найдем по формулам:
;
.
Давление:
;
Рассмотрим теплообменник 5б.
Запишем уравнение теплового баланса для теплообменника 5б с учетом уравнения сохранения энергии
Так как , а , то уравнение для теплообменника 5а примет вид
.
;
;
;
, тогда составим систему уравнений
;
.
Примем, что , , ; и зная, что , получим
.
Из второго выражения системы выразим :
.
Подставим получившееся выражение для в первое уравнение системы
.
Отсюда
.
Расходы определим по формулам:
;
.
Давление:
;
2.2 Противоточная вихревая труба 3.
Запишем уравнение теплового баланса с учетом уравнения сохранения энергии
.
Примем , а . Тогда уравнение баланса примет вид
,
где , а .
Отсюда
.
Найдем расходы:
;
;
.
Давление
; ;
2.3 Охлаждаемый объект 2.
Запишем уравнение теплового баланса с учетом уравнения сохранения энергии
.
Температура на выходе из холодильной камеры
.
Температура на выходе из сопла противоточной вихревой трубы
.
Расходы
;
.
Давление:
.
2.4 Подогреваемый объект 1.
Запишем уравнение теплового баланса с учетом уравнения сохранения энергии
.
Относительная доля потока
.
Температура на входе в подогреваемый объект
.
Тогда температура на выходе из объекта
.
Расходы
;
.
Давление:
2.5 Двухконтурная вихревая труба 4.
Эффект охлаждения:
, где .
определяется из уравнения для противоточной трубы 3.
Запишем уравнение теплового баланса с учетом уравнения сохранения энергии
.
Составим систему уравнений
;
.
Примем, что , , ; и зная, что , получим
.
Из второго выражения системы выразим :
.
Подставим получившееся выражение для в первое уравнение системы
.
Отсюда
.
Расходы
;
.
Давление:
; .
2.6 Эжектор 6.
Запишем уравнение теплового баланса для эжектора
.
Нам известно, что , . Если мы разделим каждое слагаемое уравнения баланса на , то получим
.
Расходы
;
;
.
Давление:
; ; .
Адиабатный КПД системы, характеризующий внутреннее совершенство процесса энергоразделения в вихревых трубах, рассчитывается по зависимости
, где .
Термический КПД
,
где ; – изоэнтропное охлаждение газа в процессе адиабатного истечения от давления дополнительно вводимых масс газа до давления среды, в которую происходит истечение охлажденных масс.
Эксергетический КПД будем определять следующим образом
,
где – полезно используемая эксергия; – полная эксергия привода.
,
где – эксергия привода для производства кг/с газа, сжатого до давления ;
– эксергия привода, необходимая для сжатия кг/с газа до давления .
Составим систему уравнений:
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
.
Решая данную систему уравнений, мы найдем все неизвестные величины.
Приведем пример для наиболее оптимального режима.
Выбираем
Подставим все в систему:
;
;
;
.
;
.
.
Давления и расходы представлены в таблицах 2.1 и 2.2:
| 0,0044 | 0,0044 | 0,0027 | 0,0248 |
Результаты расчетов сведены в таблицы 2.3, 2.4, 2.5 и представлены на рисунках 2.1, 2.2, 2.3.
Таблица 2.1
| - | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,86 | 0,88 | 0,9 | ||
| - | 0,852 | 0,86 | 0,87 | 0,882 | 0,896 | 0,912 | 0,937 | 0,934 | 0,942 | ||
| - | 0,263 | 0,357 | 0,455 | 0,556 | 0,66 | 0,769 | 0,837 | 0,871 | 0,882 | ||
| К | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | ||
| К | 248 | 248 | 248 | 248 | 248 | 248 | 248 | 248 | 248 | ||
| К | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | ||
| К | 243 | 243 | 243 | 243 | 243 | 243 | 243 | 243 | 243 | ||
| К | 279,3 | 276,7 | 273,6 | 269,8 | 265,6 | 260,9 | 254 | 254,8 | 252,7 | ||
| К | 238 | 238 | 238 | 238 | 238 | 238 | 238 | 238 | 238 | ||
| К | 297,1 | 302,6 | 309,1 | 317,6 | 330,1 | 352,8 | 352,3 | 390,9 | 384,5 | ||
| К | 252,5 | 257,1 | 262,8 | 269,9 | 280,6 | 299,9 | 299,5 | 332,3 | 326,9 | ||
| К | 298,4 | 297,6 | 296,5 | 295,2 | 293,3 | 289,8 | 289,9 | 283,9 | 284,9 | ||
| К | 315,9 | 320,2 | 325,3 | 331,9 | 341,5 | 359,1 | 358,7 | 388,6 | 383,7 | ||
| К | 293,4 | 292,6 | 291,5 | 290,2 | 288,3 | 284,8 | 284,9 | 278,9 | 279,9 | ||
| К | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | ||
| К | 315,9 | 320,2 | 325,3 | 331,9 | 341,5 | 359,1 | 358,7 | 388,6 | 383,7 | ||
| К | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | |||
| К | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | ||
| К | 290,4 | 291,2 | 292,1 | 293,3 | 295,1 | 298,3 | 298,2 | 303,7 | 302,8 | ||
| % | 13,8 | 16,5 | 19 | 21 | 21,1 | 19,5 | 16,7 | 15 | 14 | ||
| % | 5,6 | 6,5 | 7,4 | 8 | 8,16 | 7,80 | 6,80 | 6,1 | 5,1 | ||
| % | 29,5 | 36,1 | 41,4 | 45,8 | 49 | 46,8 | 41 | 36,1 | 31,5 |
Таблица 2.2
| - | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,86 | 0,88 | 0,9 | ||
| - | 0,828 | 0,841 | 0,855 | 0,871 | 0,889 | 0,91 | 0,925 | 0,932 | 0,94 | ||
| - | 0,263 | 0,357 | 0,455 | 0,556 | 0,66 | 0,769 | 0,837 | 0,871 | 0,882 | ||
| К | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | ||
| К | 248 | 248 | 248 | 248 | 248 | 248 | 248 | 248 | 248 | ||
| К | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | ||
| К | 243 | 243 | 243 | 243 | 243 | 243 | 243 | 243 | 243 | ||
| К | 287,4 | 282,9 | 278,4 | 273,2 | 267,7 | 261,5 | 257,3 | 255,4 | 253,2 | ||
| К | 238 | 238 | 238 | 238 | 238 | 238 | 238 | 238 | 238 | ||
| К | 308,6 | 312,9 | 318,7 | 326,1 | 337,1 | 355,7 | 375,8 | 395,9 | 389,9 | ||
| К | 268,5 | 272,3 | 277,3 | 283,7 | 293,2 | 309,5 | 326,9 | 344,4 | 339,2 | ||
| К | 295,1 | 294,5 | 293,5 | 292,4 | 290,6 | 287,6 | 284,4 | 281,2 | 282,2 | ||
| К | 332,3 | 335,7 | 340,3 | 346,2 | 354,9 | 369,8 | 385,9 | 401,8 | 397,1 | ||
| К | 290,1 | 289,5 | 288,5 | 287,4 | 285,6 | 282,6 | 279,4 | 276,2 | 277,2 | ||
| К | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | ||
| К | 332,3 | 335,7 | 340,3 | 346,2 | 354,9 | 369,8 | 385,9 | 401,8 | 397,1 | ||
| К | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | ||
| К | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | ||
| К | 293,1 | 293,7 | 294,5 | 295,6 | 297,2 | 299,9 | 302,8 | 305,7 | 304,9 | ||
| % | 12,8 | 15,9 | 18 | 19,3 | 19,6 | 18,3 | 15 | 13 | 12,3 | ||
| % | 4,6 | 5,678 | 6,8 | 7,478 | 7,68 | 7,32 | 6,3 | 5,378 | 4,341 | ||
| % | 26 | 33,5 | 39,6 | 44 | 47 | 45 | 39,6 | 34,7 | 29,7 |
Таблица 2.3
| - | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,86 | 0,88 | 0,9 | ||
| - | 0,8 | 0,824 | 0,843 | 0,862 | 0,883 | 0,906 | 0,922 | 0,928 | 0,937 | ||
| - | 0,263 | 0,357 | 0,455 | 0,556 | 0,66 | 0,769 | 0,837 | 0,871 | 0,882 | ||
| К | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | ||
| К | 248 | 248 | 248 | 248 | 248 | 248 | 248 | 248 | 248 | ||
| К | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | ||
| К | 243 | 243 | 243 | 243 | 243 | 243 | 243 | 243 | 243 | ||
| К | 287,4 | 282,9 | 278,4 | 273,2 | 267,7 | 261,5 | 257,3 | 255,4 | 253,2 | ||
| К | 238 | 238 | 238 | 238 | 238 | 238 | 238 | 238 | 238 | ||
| К | 308,6 | 312,9 | 318,7 | 326,1 | 337,1 | 355,7 | 375,8 | 395,9 | 389,9 | ||
| К | 290,1 | 294,2 | 299,6 | 306,6 | 316,8 | 334,4 | 353,3 | 372,1 | 366,5 | ||
| К | 290 | 289,2 | 288,2 | 286,9 | 284,9 | 281,7 | 278,2 | 274,6 | 275,7 | ||
| К | 357,9 | 361,8 | 366,9 | 373,4 | 383 | 399,4 | 417,2 | 434,8 | 429,6 | ||
| К | 285 | 284,2 | 283,2 | 281,9 | 279,9 | 276,7 | 273,2 | 269,6 | 270,7 | ||
| К | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | ||
| К | 357,9 | 361,8 | 366,9 | 373,4 | 383 | 399,4 | 417,2 | 434,8 | 429,6 | ||
| К | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | 293 | ||
| К | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | 298 | ||
| К | 296,7 | 297,4 | 298,3 | 299,4 | 301,1 | 304,1 | 307,2 | 310,4 | 309,4 | ||
| % | 8,39 | 10,9 | 14,1 | 15,5 | 15,7 | 15,1 | 13,4 | 12 | 11,4 | ||
| % | 3,7 | 5 | 6,3 | 7 | 7,3 | 7 | 6 | 4,9 | 4 | ||
| % | 23,6 | 30,8 | 36,7 | 42,3 | 45,1 | 43,3 | 36,7 | 32,1 | 27,5 |
Рис.2.1 – 1 – Зависимость адиабатного КПД схемы от суммарной доли
охлажденного потока при
2 – Зависимость адиабатного КПД схемы от суммарной доли
охлажденного потока при
3 –Зависимость адиабатного КПД схемы от суммарной доли охлажденного потока при
Рис.2.2 – 1 – Зависимость эксергетического КПД от суммарной доли охлажденного потока при
2 – Зависимость эксергетического КПД от суммарной доли охлажденного потока при
3 – Зависимость эксергетического КПД от суммарной доли охлажденного потока при
Рис.2.3 – 1 – Зависимость термического КПД от суммарной доли охлажденного потока
2 – Зависимость термического КПД от суммарной доли
охлажденного потока при
3 – Зависимость термического КПД от суммарной доли
охлажденного потока при
3 Расчет потребного количества сжатого воздуха
Расчетная холодопроизводительность схемы
,
где - потребная холодопроизводительность. По техническому заданию , - потери тепла через изоляцию стенок термокамеры
, ,
где - поверхность теплообмена ;
- внутренняя поверхность термокамеры.
Потребный объем термокамеры
Толщина изоляции: .
Внешняя поверхность камеры: .
Расчетная поверхность теплообмена: .
Изоляция: пенопласт марки Ф-Ф.
Коэффициент теплопроводности изоляции:
Расчет холодного воздуха для охлаждения стенок термокамеры
4 Расчет эжектора.
Эжектор 6
Исходные данные:
Где - давление, температура и расход эжектирующего (активного) газа;
- давление, температура и расход эжектируемого (пассивного) газа;
Статическое давление на выходе из эжектора принимаем равным
1- сопло эжектирующего газа
2- сопло эжектируемого газа
3- камера смешения
4- диффузор
Рис. 4.1 – Расчетная схема эжектора
Считая ср
=const определяем коэффициент эжекции
.
Определяем безразмерные параметры:
Область реально возможных режимов. Найдем критическую величину - предельно возможное значение , при котором в сечении запирания скорость эжектируемого газа, то есть . Так как отношение - невелико, то воспользуемся уравнением, полученным в предположении равенства статических давлений в сечении запирания:
Откуда следует при
Определяем из уравнения
Подставляя численные значения, получим =0,987.
Этому значению соответствует предельно возможное значение λ2
=0,90.
Из уравнения импульсов, которое принимает вид
,
Определим значение , то есть при или
Таким образом, предельно возможное значение оказывается выше, чем определено из рассмотрения потоков сечении запирания (λ2
=0,90).
Принимаем .
Для расчета эжектора зададимся рядом значений коэффициента скорости λ2
. Задаемся несколькими значениями и проводим расчет по изложенному выше методу.
Данные расчета и результаты заносим в таблицу 2.4.
Таблица 2.4
| Величина | Размерность | Значение величин при λ2
равном |
||||
| 0,65 | 0,7 | 0,75 | 0,8 | 0,85 | ||
| МПа | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | |
| МПа | 1,25 | 1,25 | 1,25 | 1,25 | 1,25 | |
| К | 331,9 | 331,9 | 331,9 | 331,9 | 331,9 | |
| К | 269,9 | 269,9 | 269,9 | 269,9 | 269,9 | |
| кг/с | 0,0027 | 0,0027 | 0,0027 | 0,0027 | 0,0027 | |
| кг/с | 0,022 | 0,022 | 0,022 | 0,022 | 0,022 | |
| МПа | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | |
|
|
- | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| n
|
- | 8,1 | 8,1 | 8,1 | 8,1 | 8,1 |
| Θ | - | 0,81 | 0,81 | 0,81 | 0,81 | 0,81 |
|
|
- | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| - | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| - | 1,012 | 1,008 | 1,006 | 1,003 | 1,002 | |
| - | 0,0694 | 0,0692 | 0,0689 | 0,688 | 0,0687 | |
| - | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| - | 2,19 | 2,13 | 2,08 | 2,05 | 2,03 | |
| - | 2,16 | 2,11 | 2,07 | 2,04 | 2,02 | |
| - | 0,672 | 0,719 | 0,768 | 0,819 | 0,868 | |
5 Расчет эксергии потоков в элементах схемы термостата
5.1 Теплообменные аппараты 5
В теплообменник 5а от источника сжатого воздуха подводится энергия и от охлаждаемого объекта 2 энергия , которые рассчитываются:
От теплообменника 5а отводится энергия и :
В теплообменник 5б от источника сжатого воздуха подводится энергия и от подогреваемого объекта 1 энергия , которые рассчитываются:
От теплообменника 5б отводится энергия и :
5.2 Противоточная вихревая труба 3.
К противоточной вихревой трубе подводится энергия , а отводится с холодного конца и с горячего :
5.3 Охлаждаемый объект 2.
К охлаждаемому объекту с холодного конца противоточной вихревой трубы 3 подводится , а отводится , рассчитанные ранее.
5.4 Подогреваемый объект 1.
К подогреваемому объекту с горячего конца двухконтурной вихревой трубы 4 подводится , а отводится (рассчитана ранее):
5.5 Двухконтурная вихревая труба 4.
К двухконтурной вихревой трубе подводится от противоточной вихревой трубы 3 энергия (рассчитана ранее) и от теплообменника , а отводится с горячего конца трубы (рассчитана ранее) и с холодного конца :
5.6 Эжектор 6.
К эжектору подводится с холодного конца двухконтурной вихревой трубы энергия (рассчитана ранее) и от теплообменника (рассчитана ранее), а отводится :
Геометрические параметры ВХНА
По известному расходу и параметрам сжатого воздуха найдем минимальный диаметр камеры энергоразделения противоточной вихревой трубы, предварительно определив площадь проходного сечения сопла завихрителя:
- коэффициент расхода сопла.
Размеры проходного сечения прямоугольного сопла:
Относительный диаметр отверстия диафрагмы:
Диаметр вихревой трубы:
где
Диаметр диафрагмы:
Длина трубы выбирается:
Заключение
В процессе выполнения курсовой работы в соответствии с заданием варианта ВХНА № 1 осуществлен тепловой расчет схемы в целом и произведен термодинамический расчет вихревой трубы в характерных сечениях. Оптимальный режим достигается при относительной доле холодного потока в двухконтурной вихревой трубе 4 ; в противоточной вихревой трубе 3 при степени расширения потока .
На эксергетической диаграмме видно, что наибольшие потери эксергии возникают в вихревых трубах.
Рассчитана геометрия противоточной вихревой трубы: площадь проходного сечения сопла завихрителя ; диаметр вихревой трубы ; диаметр диафрагмы ; длина трубы .
Список используемой литературы
1. Пиралишвили, Ш.А.
Термодинамика технических устройств. Учебное пособие/[Текст] Ш.А. Пиралишвили, М.Н. Сергеев. - Рыбинск, РГАТА, 2001
2. Пиралишвили, Ш.А.
Вихревой эффект. Эксперимент, теория, технические решения/[Текст] Ш.А. Пиралишвили, В.М. Поляев, М.Н. Сергеев. - М.: УНПЦ Энергомаш, 2000.- 415с.
3. Абрамович, Г.Н.
Прикладная газовая динамика/[Текст] Г.Н. Абрамович.- М.: Наука, 1991.-600с.