Расчет парожидкостных компрессионных трансформаторов тепла

Курсовая работа по дисциплине:

«Судовые холодильные установки»

на тему

«Расчет парожидкостных компрессионных трансформаторов тепла»

Содержание

1. Назначение и краткое описание трансформаторов тепла.3

2. Исходные данные для расчета. 6

3. Описание расчетной схемы.. 7

4. Расчет аммиачной одноступенчатой холодильной установки.9

5. Подбор поршневого компрессора.14

Заключение.16

Литература. 17

Трансформаторами тепла (или термотрансформаторами) называю­тся технические системы, в которых осуществляется отвод энергии в форме тепла от объектов с относи­тельно низкой температурой к при­емникам тепла с более высокой температурой .Такое преобразова­ние, называемое в технике повыше­нием потенциала тепла, не может, как следует из термодинамики, про­исходить самопроизвольно. Для по­вышения потенциала тепла необхо­дима затрата внешней энергии того или иного вида: электрической, ме­ханической, химической, кинетичес­кой энергии потока газа или пара и др.

Процессы повышения потенци­ал тепла классифицируются обычно в зависимости от положения температурных уровней: верхнего — теплоприемника ТВ
и нижнего — теплоотдатчика ТН
по отношению к температуре окружающей сре­ды ТОС
, принимаемой в большин­стве случаев равной 20° С (293 К).

В том случае, когда температура теплоотдатчика ниже температуры окружающей среды ТН
<То.с, а теп­лоприемника равна этой температу­ре ТВ
= ТОС
,
осуществляющая отвод тепла система (трансформатор теп­ла) называется рефрижератором (класс R — от английского слова refrigeration — охлаждение)

При ТВ
ТОС
соответ­ствующий трансформатор тепла на­зывается тепловым насосом (класс Н — от английского слова heat — тепло)

При ТВ
ТОС
и ТВ
ТОС
транс­форматор тепла осуществляет обе функции — и рефрижератора, и теп­лового насоса; он называется ком­бинированным (класс RH).

В основном работа рефрижера­тора заключается в выработке хо­лода, т. е. отводе в окружающую среду тепла от объектов, температу­ра Ти
которых ниже температуры окружающей среды. В зависимости от уровня ТН
рефрижераторы де­лятся на две подгруппы:при ТВ
120
соответствующие системы называются холодильными, при ТН
<120 К — криогенными.

Теплонасосная система предназ­начена для использования тепла, отводимого от окружающей среды или другого низкопотенциального источника (например, отработавшей воды или пара), для бытового или технологического теплоснабжения— подвода тепла при ТВ
>ТОС
.
Обычно ТВ
не превышает 400—450 К, по­скольку тепло более высокого по­тенциала, как правило, выгоднее получать при использовании хими­ческого или ядерного топлива.

На рис.1 показаны характер­ные температурные зоны использо­вания трансформаторов тепла раз­личного назначения.

Теплоприемником — охлаждаю­щей средой, к которой отводится тепло от охлаждаемого объекта, в рефрижераторных системах служит обычно окружающая среда (атмо­сферный воздух или вода), в теплонасосных и комбинированных си­стемах отапливаемые помещения или обогреваемые элементы техно­логической аппаратуры.

Рис.1 Температурные зоны использова­ния трансформаторов тепла различного на­значения

Очевидно, что процессы во всех трансформаторах тепла трех опи­санных видов (R, Н и RH) незави­симо от конкретной схемы должны моделироваться обратными термо­динамическими циклами. В общем виде такие обратные циклы на Т,
s -диаграмме показаны на рис. 2

Процессы 1-2,
характеризуемый отводом тепла и уменьшением эн­тропии, 3-4,
характеризуемый под­водом тепла и возрастанием энтро­пии, а также 2-3 и 4-1,
происходя-щие соответственно с понижением и повышением температуры рабоче­го тела, могут проводиться самыми разными способами и с использова­нием различных рабочих тел. Одна­ко во всех случаях изменения энтро­пии и температур, перечисленные выше, неизбежно осуществляются.

Особое значение в трансформа­торах тепла имеет процесс 2-3',
свя­занный с понижением температуры до самой нижней точки цикла Т'3
,
его рассмотрению будет уделено в дальнейшем особое внимание. Наи­более простым эталоном цикла трансформатора тепла может слу­жить обратный цикл Карно. Но на практике для трансформации тепла обычно используются другие циклы и процессы, существенно отличаю­щиеся от цикла Карно. Причина этого не только в том, что систему, в которой бы протекал реальный цикл, близкий к циклу Карно, труд­но реализовать на практике, но и в том, что существуют и другие цик­лы (в частности, с регенерацией), которые позволяют при прочих рав­ных условиях обеспечить более вы­сокую эффективность системы тран­сформатора тепла. Кроме того, не­которые процессы трансформации тепла, производимые, например, по­средством полупроводниковых тер­моэлементов, протекают вообще без каких-либо циклов. Однако их ко­нечные термодинамические показа­тели определяются, естественно, те­ми же значениями, что и для обрат­ных циклов.

Рис. 2 Принципиальная схема циклов трансформаторов тепла на Т,
s-диаграмме.

а — рефрижератор; б
— тепловой насос; в
— комбинированный трансформатор тепла.

Холодопроизводительность Q0
=69,75 кВт;

Температура охлаждаемой среды на входе в испаритель Тн1
=-8 0
С;

Температура охлаждаемой среды на выходе из испарителя Тн2
=-15 0
С;

Температура охлаждаемой среды на выходе из конденсатора Тв1
=26 0
С;

Температура охлаждаемой среды на входе в конденсатор Тв2
=20 0
С;

ΔТк1
=5 0
С;

ΔТи
=3 0
С;

Объемная подача V0
=11 м3
/ч.

Установка работает следующим обра­зом. Тепло от теплоотдатчика подводится к рабочему агенту в испарителе VI. В ре­зультате подвода тепла рабочий агент ки­пит в испарителе при давлении Р0
и тем­пературе Т0.
Пар, полученный в испарите­ле, поступает в отделитель жидкости V, где он освобождается от капель влаги, а затем засасывается компрессором.

В компрессоре пары рабочего агента сжимаются с давления Р0
до давления Рк
Температура конденсации пара при этом соответственно повышается с Т0
до Тк
.

Из-за трения и необратимого теплооб­мена процесс сжатия в компрессоре 1-2 не совпадает с изотропным сжатием 1-2'.

Из компрессора пар поступает в кон­денсатор II, где в результате отвода тепла к теплоприемнику происходят охлаждение рабочего агента и конденсация пара.

Жидкий хладоагент при давлении Рк
и температуре Тк
проходит через дроссельный вентиль IV, где в результате дросселирования давление рабочего агента падает с Рк
до Ро и температура снижается. При этом рабочий агент частично испаряется. После дрос­сельного вентиля охлажденный рабочий агент проходит через отделитель жидкости, в котором производится отделение жидкой фазы от паровой. Жидкий агент поступает в испаритель VI, где к нему подводится тепло q0
теплоотдатчика (объекта охлаж­дения), полученный пар отводится непо­средственно во всасывающий патрубок.

Определим температуры испарения и конденсации:

=-= -18 0
С;

=+=31 0
С.

Находим параметры рабочего агента в характерных точках схемы по термодинамической диаграмме или по таблицам аммиака:

1) Т1
=Т0
= -18 0
С=255 К;

=0,22 МПа;

=0,58 м3
/кг;

=1662 кДж/кг.

2) =1,2 МПа;

¢=1925кДж/кг;

Т2
¢
=110 0
С=383 К.

3) Т3
=ТК
=31 0
С=304 К;

=1,2МПа;

=566кДж/кг.

4) Т4
=
=255 К;

=0,22МПа;

=566 кДж/кг.

По формуле находим энтальпию рабочего агента