Методичні рекомендації до контрольної роботи з курсу Теоретичні основи холодильної техніки

Міністерство освіти і науки України

Національний університет харчових технологій

Методичні рекомендації до виконання контрольної роботи з курсу Теоретичні основи холодильної техніки

спеціальності Енергетичне машинобудування

денної та заочної форм навчання

КИЇВ НУХТ 2016

Теоретичні основи холодильної техніки [Електронний ресурс]: метод. рекомендації до вивч. дисц. та викон. контрольної роботи для студ. освітнього ступеня “Бакалавр” спеціальністі 142 “Енергетичне машинобудування” ден. та заоч. форм навчання / уклад. А. В. Форсюк. – К.: НУХТ, 2016. – 33 с.

Рецензент: М. О. Масліков, канд. техн. наук

Укладач А. В. Форсюк, канд. техн. наук

Відповідальний за випуск C. М. Василенко, д-р. техн. наук, проф.

Подається в авторській редакції.

ЗМІСТ

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ 4

2. ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ.. 7

3. ТЕМИ ЛАБОРАТОРНИХ ЗАНЯТЬ. 10

4. ТЕМИ ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ. 10

5. ЗАПИТАННЯ ДЛЯ ПІДГОТОВКИ ДО ЕКЗАМЕНУ.. 10

6. КОНТРОЛЬНА РОБОТА.. 13

7. РЕКОМЕНДАЦІЇ ДО ВИКОНАННЯ КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ.. 16

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА.. 3

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

1.1. Предметом вивчення навчальної дисципліни є теоретичні основи отримання штучного холоду та низьких температур.

1.2. Міждисциплінарні зв’язки

1.2.1. Базою дисципліни є знання, отримані студентами під час вивчення дисциплін “Вища математика”, “Фізика”, “Хімія”, “Гідрогазодинаміка”, “Технічна термодинаміка”, “Тепломасообмін”.

1.2.2. Дана дисципліна забезпечує вивчення дисципліни “Холодильні машини”, “Холодильні установки”, “Кріогенна техніка та технологія” та проведення курсового та дипломного проектування.

1.3. Мета і завдання дисципліни

1.3.1. Метою викладання навчальної дисципліни “Теоретичні основи холодильної техніки” є знання та вміння, необхідні для вивчення подальших дисциплін, дипломного проектування та професійної діяльності в галузі виробництва та споживання штучного холоду.

1.3.2. Основними завданнями вивчення дисципліни “ Теоретичні основи холодильної техніки ” є:

- дати студентам знання теорії холодильних машин: основні фізичні процеси та закони, що стосуються молекулярної будови речовини, видів енергії та її перетворення, теплових процесів з ідеальними газами, психометрії повітря стосовно холодильної техніки, процесів, які відбуваються в холодильних машинах, термодинамічні цикли холодильних машин різних принципів дії та їх розрахунки;

- навчити студентів аналізувати процеси пов’язані з виробництвом штучного холоду, ефективність циклів холодильних машин залежно від умов роботи та виду холодильних агентів, проводити розрахунки та визначати ефективність циклів холодильних машин.

1.3.3. Згідно з вимогами освітньо-професійної програми студенти повинні:

знати:

- термодинамічну теорію всіх відомих типів холодильних машин;

- термодинамічні властивості холодоагентів і розчинів та їх вплив на ефективність роботи холодильних машин;

- цикли та схеми холодильних машин;

- методи визначення термодинамічної ефективності різних типів холодильних машин;

вміти:

- проводити аналіз термодинамічної досконалості циклів залежно від умов роботи холодильної машини та виду холодоагенту;

- будувати цикли холодильних машин в теплових діаграмах та визначати параметри стану холодоагента в характерних точках;

- проводити теплові розрахунки циклів та визначати основні енергетичні показники роботи з метою вибору оптимального типу холодильної машини залежно від умов роботи та виду холодоагенту;

мати навички:

- побудови та розрахунку циклів холодильних машин різних типів; вибору холодильних агентів залежно від типу та умов роботи холодильних машин.

Опис навчальної дисципліни наведено у табл. 1.

Таблиця 1.

2. ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

Модуль І.

Змістовий модуль 1.

Тема 1. Фізичні основи отримання низьких температур

Дроселювання (ефект Джоуля-Томсона – розширення газів та насиченої рідини без виконання зовнішньої роботи). Зміна ентальпії, ентропії та температури в процесі дроселювання. Коефіцієнт дроселювання. Інтегральний дросельний ефект. Крива інверсії. Процес розширення з отриманням та без отримання зовнішньої роботи. Коефіцієнт зворотного адіабатного розширення. Вихоровий ефект (ефект Ранка-Хільша). Термоелектричний ефект (ефект Пельтьє). Термомагнітний ефект. Адіабатне розмагнічування парамагнетиків. Використання фазових перетворень в техніці низьких температур. Фазова діаграма. Евтектичний стан речовини. Плавлення. Подвійні системи. Кріогідратна точка. Кипіння. Сублімація. Теплові діаграми (s-T та h-lgp).

Тема 2. Термодинамічні основи холодильних машин

Властивості ідеального газу та основні газові процеси. Рівняння та параметри стану ідеального газу. 1, 2, 3 закони термодинаміки. Прямий та зворотний цикли Карно. Класифікація зворотних циклів. Оцінка термодинамічної досконалості циклів. Холодильний та опалювальний коефіцієнти. Другий закон термодинаміки стосовно зворотних циклів. Внутрішня та зовнішня необоротність. Необоротні втрати зворотних циклів. Мінімальна робота циклів. Коефіцієнт зворотності. Зростання ентропії – міра додаткової затрати енергії незворотного циклу. Принцип Гюі-Стодоли. Оборотні зворотні цикли в умовах різних зовнішніх джерел теплоти. Цикл Лоренца та узагальнений цикл Карно. Зв’язок прямого та зворотного циклів. Ексергетичний аналіз зворотних циклів.

Тема 3. Робочі речовини холодильних машин

Класифікація робочих речовин. Види робочих речовин та їх умовне позначення. Вимоги, які ставляться до робочих речовин. Екологічні аспекти використання холодильних агентів.

Термодинамічні властивості робочих речовин. Рівняння стану робочих речовин. Термодинамічна подібність. Вплив термодинамічних властивостей робочих речовин на необоротні втрати під час дроселювання та стискання пари. Азеотропні та неазеотропні суміші. Термодинамічні властивості розчинів тепловикористовуючих холодильних машин. Термодинамічні характеристики. Основи теорії термодинамічної рівноваги розчинів. Закони Коновалова. Основні властивості найбільш поширених розчинів. Інгібітори корозії та ПАР. Теплофізичні, фізико-хімічні і фізіологічні властивості робочих речовин холодильних машин. Вибір робочих речовин та їх вплив на показники і характеристики холодильних машин.

Тема 4. Цикли та схеми парокомпресорних холодильних машин

Цикли та принципові схеми парових одноступеневих холодильних машин. Холодильні машини (ХМ) з детандером в області вологої пари. ХМ з дроселюванням в області вологої пари та всмоктуванням сухої, або перегрітої пари. Цикл із стисканням робочої речовини по правій межовій кривій. Методи скорочення необоротних втрат. Регенеративний цикл. Розрахунок циклу одноступеневої парокомпресорної ХМ (ПКХМ). Цикли та принципові схеми парових багатоступеневих ПКХМ. Причини переходу до багатоступеневого стискання. Вплив багатоступеневого стискання та дроселювання на необоротні втрати в циклі. Вибір проміжного тиску. Цикли і схеми двоступеневих ПКХМ з однократним дроселюванням рідкого холодильного агента, з повним та неповним проміжним охолодженням пари. Цикли та схеми ХМ з двократним дроселюванням та переохолодженням рідкого ХА. Цикли та схеми трьохступеневих ПКХМ. Цикли каскадних ХМ. Особливості роботи каскадної ХМ. Тепловий розрахунок каскадної ХМ.

Змістовий модуль 2

Тема 5. Газові холодильні машини

Теоретичні цикли газових холодильних машин (ГХМ) з детандером: нерегенеративний та регенеративний. Розімкнуті цикли ГХМ з тепломасообміном (цикл М. М. Кошкіна); вакуумний цикл з тепломасообміном (цикл В. С. Мартиновського та М. Г. Дубинського). ГХМ з вихоровими трубами. Основні положення.

Тема 6. Пароежекторні холодильні машини

Принцип дії та теоретичний процес роботи пароежекторних холодильних машин (ПЕХМ). Газодинамічні основи роботи пароструминного апарата. Дійсні цикли ПЕХМ. Робота ПЕХМ з урахуванням втрат. Коефіцієнти ежекції. Особливості роботи на різних робочих речовинах.

Тема 7. Абсорбційні холодильні машини

Схема та принцип дії абсорбційних холодильних машин (АХМ). Принцип сполучення прямого та зворотного циклів. Абсорбційні бромистолітієві ХМ (АБХМ). АБХМ з одноступеневою генерацією пари робочої речовини та роздільним і суміщеним тепломасопереносом. АБХМ з двоступеневою генерацією пари. Енергетична ефективність АБХМ. Абсорбційні водоаміачні ХМ (АВХМ). Роль теплообміну та ректифікації пари. Роль зворотного подавання розчину в генераторі та абсорбері. Роль парорідинного теплообмінника. Вплив параметрів зовнішніх джерел на процеси та ефективність АХМ. Багатоступінчасті машини з матеріальною регенерацією, зі ступінчастою абсорбцією з підвищенням температури. Абсорбційно-резорбційні та безнасосні холодильні машини періодичної та безперервної дії. Дійсні робочі процеси АХМ. Безнасосні АХМ. Абсорбційно-дифузійні ХМ.

Тема 8. Термоелектричні холодильні машини

Основні положення теорії термоелектричного охолодження. Ефект Зеєбека. Ефект Пельтьє. Ефект Томсона. Схема та цикл короткозамкненої термоелектричної мережі. Ефективність використання термоелектричного охолодження. Термодинамічна оцінка втрат.

3. ТЕМИ ЛАБОРАТОРНИХ ЗАНЯТЬ

4. ТЕМИ ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ

5. ЗАПИТАННЯ ДЛЯ ПІДГОТОВКИ ДО ЕКЗАМЕНУ

1. Природне та штучне охолодження. Історія питання. Напрямки розвитку сучасної холодильної техніки. Проблеми екології та питання охорони довкілля

2. Основні фізичні принципи, які використовуються під час штучного охолодження.

3. Властивості ідеального газу та основні газові процеси.

4. Рівняння та параметри стану ідеального газу.

5. Перший, другий і третій закони термодинаміки.

6. Психометричні властивості повітря. h – d діаграма вологого повітря. Основні процеси на діаграмі стану повітря.

7. Прямий та зворотний цикли Карно. Класифікація зворотних циклів.

8. Холодильний та опалювальний коефіцієнти.

9. Другий закон термодинаміки. Внутрішня та зовнішня необоротність.

10. Необоротні втрати зворотних циклів.

11. Зв’язок прямого та зворотного циклів.

12. Принцип Гюі – Стодоли.

13. Цикл Лоренца та узагальнений цикл Карно.

14. Які вимоги ставляться до робочих речовин? Термодинамічні властивості робочих речовин.

15. Рівняння стану робочих речовин.

16. Вплив термодинамічних властивостей робочих речовин на необоротні втрати.

17. Азеотропні та неазеотропні суміші.

18. Термодинамічні властивості розчинів.

19. Холодильна машина з детандером в області вологої пари.

20. Цикл з дроселюванням в області вологої пари та всмоктуванням сухої або перегрітої пари.

21. Цикл із стисканням робочої речовини по правій межовій кривій.

22. Регенеративний цикл.

23. Розрахунок циклу одноступеневої ПКХМ.

24. Вплив багатоступеневого стискання та дроселювання на необоротні втрати в циклі.

25. Цикл і схема двоступеневої ПКХМ з одноразовим дроселюванням рідкого холодильного агента.

26. Цикл і схема двоступеневої ПКХМ з дворазовим дроселюванням рідкого холодильного агента.

27. Цикл і схема двоступеневої ХМ з повним проміжним охолодженням пари.

28. Цикл і схема двоступеневої ХМ з неповним проміжним охолодженням пари.

29. Цикл і схема ХМ з одноразовим дроселюванням та переохолодженням рідкого ХА у змійовику проміжної посудини.

30. Цикли та схеми триступеневих холодильних машин.

31. Цикли та схеми каскадних холодильних машин. Тепловий розрахунок каскадної холодильної машини.

32. Теоретичні цикли ГХМ з детандером.

33. Розімкнений цикл ГХМ з тепломасообміном (цикл М. М. Кошкіна).

34. Розімкнений вакуумний цикл ГХМ з тепломасообміном (цикл В. С. Мартиновського та М. Г. Дубинського).

35. Дійсні цикли та характеристики ГХМ.

36. Основні положення теорії термоелектричного охолодження.

37. Ефективність використання термоелектричного охолодження. Термодинамічна оцінка втрат.

38. Схема та цикл ПЕХМ.

39. Теоретичні цикли (водяний та фреоновий) ПЕХМ.

40. Тепловий розрахунок основних елементів ПЕХМ.

41. Цикл та схема АХМ.

42. Робочі речовини АХМ. Термодинамічні властивості розчинів. Діаграми стану.

43. Основи теорії термодинамічної рівноваги розчинів.

44. Закони Коновалова. Основні властивості найбільш поширених розчинів.

45. Найпростіша схема та цикл АВХМ та її розрахунок аналітичним методом.

46. Найпростіша схема та цикл АВХМ та її розрахунок графічним методом.

47. Схема та цикл АВХМ з теплообмінником.

48. Схема та цикл АВХМ з теплообмінником і ректифікацією пари після генератора.

49. Вплив параметрів зовнішніх джерел на процеси та ефективність АВХМ.

50. Схема та цикл абсорбційно-резорбційних і безнасосних АВХМ періодичної та безперервної дії.

51. Абсорбційно-дифузійна ХМ, схема та принцип дії.

52. Процеси в абсорбційних підвищувальних і знижувальних теплотрансформаторах.

53. Принципові схеми та цикли в h–x - діаграмі водоаміачному та бромистолітієвому підвищувальному та знижувальному теплотрансформаторах.

54. Схема та цикл абсорбційної бромисто-літієвої ХМ (АБХМ). ЇЇ розрахунок.

55. Схеми та цикли двоступеневих АБХМ.

6. КОНТРОЛЬНА РОБОТА

Контрольну роботу виконують з метою зміцнення отриманих під час вивчення дисципліни ”Теоретичні основи холодильної техніки” знань і набуття студентами навиків побудови різноманітних циклів холодильних машин у діаграмах стану T-s, lgp-h та h-x, проведення теплових розрахунків холодильних машин; аналізу термодинамічної досконалості циклів та вибору оптимального варіанта холодильної машини залежно від конкретних умов роботи.

Робота складається із семи задач, кожна з яких виконується після вивчення відповідної теми дисципліни: 1–5 – теми 4; 6 – 5; 7 – теми 7.

Задача № 1

Визначити вплив зміни температури випаровування t_o та конденсації t_k холодильного агента на питомі характеристики (q_om, q_ov, q_km, w_h) та холодильний коефіцієнт одноступеневої парокомпресійної холодильної машини з переохолодженням холодоагента перед РВ та перегріванням пари на всмоктуванні в компресор.

За отриманими даними побудувати графіки залежностей питомих характеристик та холодильного коефіцієнта від температури кипіння та конденсації за умови t_k = const та t_o = const відповідно – q_om = f(t_o), q_km = f(t_o), q_ov = f(t_o), w_h = f(t_o), q_om = f(t_k), q_km = f(t_o), q_ov = f(t_k), w_T = f(t_k), ε =f(t_o), ε = f(t_k).

Задача № 2

Визначити ступінь термодинамічної досконалості циклу холодильної машини для агентів R404а, R22, R717 при використанні їх у машинах з регенеративним теплообмінником (РТО), якщо відомі температури випаровування t_o та конденсації t_k холодильного агента, а різниця температур в конденсаторі та випарнику становить ΔT_o = ΔT_k = 5K.

Зробити висновки про доцільність та можливість використання того чи іншого холодоагента в холодильних машинах з РТО.

Задача № 3

Виконати тепловий розрахунок циклу двоступеневоїхолодильної машини із змійовиковою проміжною посудиною та повним проміжним охолодженням, якщо задано холодопродуктивність Q_o, температури випаровування t_o та конденсації t_k холодильного агента. Визначити масову та об’ємну витрату холодоагента в компресорах першого q_m1 та другого ступенів q_m2.

Задача № 4

Виконати розрахунок циклу двоступеневоїхолодильної машини з теплообмінниками, якщо задано холодопродуктивність Q_o, температури випаровування t_o та конденсації t_k холодильного агента. Визначити масову та об’ємну витрату холодоагента в компресорах першого q_m1 та другого q_m2 ступенів.

Задача № 5

Виконати тепловий розрахунок найпростішої каскадноїхолодильної машини холодопродуктивністю Q_o, якщо в нижній гілці каскаду температура випаровування R13 становить t_o^H, а температура конденсації R22 у верхній гілці каскаду – t_k.

Задача № 6

Повітряна холодильна машина повинна підтримувати температуру повітря всередині приміщення t_вн. Температура навколишнього середовища t_н.с. Машина працює в межах тисків р₁ та р₂. Холодопродуктивність машини . Визначити потужність двигуна компресора та детандера, витрату повітря, холодильний коефіцієнт циклу, вважаючи, що повітря перед компресором нагрівається до температури охолоджуваного середовища, а перед детандером охолоджується до температури навколишнього середовища. Визначити холодильний коефіцієнт циклу Карно, який здійснюється в тих самих температурних межах, та коефіцієнт термодинамічної досконалості циклу.

Задача № 7

Виконати розрахунок найпростішої водоаміачної абсорбційної холодильної машини (АВХМ) (без теплообмінника та ректифікатора) холодопродуктивністю Q_o. Знайти кратність циркуляції водоаміачного розчину f, тепловий коефіцієнт та питомі теплові навантаження апаратів ХМ, якщо температура навколишнього середовища t_н.с, температура джерела, що нагріває генератор t_h, температура охолоджуваного середовища t_о.с.

Провести тепловий розрахунок АХМ з рідинним теплообмінником для тих же умов роботи та порівняти її ефективність з найпростішою АВХМ.

Вихідні дані для розрахунку слід вибирати з табл.2 за двома останніми цифрами навчального шифру (номеру залікової книжки) виконавця.

7. РЕКОМЕНДАЦІЇ ДО ВИКОНАННЯ КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ

Порядок оформлення та захисту контрольної роботи

Контрольна робота виконується на аркушах паперу формату А4 або у окремому зошиті. На титульній сторінці вказуються назва дисципліни, прізвище, ім’я та по батькові, точна адреса, навчальний шифр (номер залікової книжки) виконавця і дата відправлення роботи (заочна форма навчання).

Контрольна робота повинна містити повні вихідні дані обрані студентом.    

Розрахунки повинні містити принципові розрахункові схеми холодильних машин, зображення циклів холодильних машин у діаграмах T-s та lgp-h, h-x, таблиці параметрів стану холодильного агента у вузлових точках циклу

Розрахунок потрібно вести в системі одиниць СІ, особливу увагу звертаючи на дотримання розмірності.

Оформлення роботи може бути проведене з використанням ПК, а побудова циклів ХМ та їхній розрахунок з використання прикладного програмного забезпечення “Coolpack”.

Контрольну роботу студент повинен подати на кафедру не пізніше як за 10 днів до початку сесії.

Допуск до екзамену можливий тільки після зарахування студентові розрахункової роботи. Незараховану викладачем роботу повертають студентові для виправлення та доопрацювання. У період екзаменаційної сесії студент повинен виконати лабораторні роботи, захистити розрахункову роботу та скласти екзамен.

Для складання екзамену студент повинен подати зараховану розрахункову роботу та зошит з оформленими протоколами лабораторних робіт.

Робота, виконана з порушенням умов вибору початкових даних, не зараховується.

Порядок виконання задач контрольної роботи

Під час розрахунку парокомпресорних ХМ (задачі № 1 - № 5) необхідно визначити режим їхньої роботи, який характеризується температурами: кипіння t_o, конденсації t_k, переохолодження холодильного агента після конденсатора t _по, всмоктування перед компресором t_вс.

Температури конденсації та кипіння холодоагента задані в умові задачі. Інші температури визначаються виходячи з таких рекомендацій.

Температуру переохолодження холодоагента в конденсаторі, °C, приймають такою, що дорівнює:

t_по = t_к – (2…3). (1)

Величину перегрівання пари холодильного агента перед всмоктуванням у компресор, °C, рекомендується приймати в таких межах

а) аміачні одноступеневі машини –

t_вс = t_о – (5…10). (2)

б) перший ступінь аміачних двоступеневих машин –

t_вс = t_о + (10…20). (3)

в) другий ступінь аміачних двоступеневих машин –

t_вс = t_пр + (3…5). (4)

г) хладонові машини –

t_вс = t_о + (5…30). (5)

Одноступенева парокомпресорна ХМ

(задача №1)

Схема та теоретичний цикл машини, вписаний у діаграми T-s та lgр-h, показані на рис.1.

Порядок виконання задачі:

1. За вихідними та прийнятими даними будують цикл холодильної машини у такій послідовності:

- наносять на діаграму lgр-h чи T-s відповідного холодильного агента ізотерми t_о, t_к (задано в умові) та t_вс, t_по (розраховуються згідно вище наведених рекомендацій);

- на перетині ізотерми t_о з граничною кривою х=1 знаходять точку 1’ стану насиченої пари на виході з випарника;

- на перетині ізотерми t_вс з ізобарою р_о знаходять точку 1 стану перегрітої пари, що всмоктується компресором;

- на перетині лінії адіабатного (ізоентропійного) стискання пари, проведеної з точки 1, з ізобарою р_к знаходять точку 2 стану стиснутої пари в нагнітальному патрубку компресора;

А б

Рис. 1 - Принципова схема одноступеневої парокомпресійної холодильної машини та її цикл у діаграмах:

а – T-s; б – lgp-h; В– випарник; КМ– компресор; КД – конденсатор; РВ –регулювальний вентиль; температура: 0 – кипіння; к – конденсації; по – переохолодження, вс – всмоктування; штрихом позначено насичену пару

- на перетині ізотерми t_по з ізобарою р_к знаходять точку 3 стану рідкого холодоагента на виході із конденсатора перед РВ;

- на перетині лінії ізоентальпійного дроселювання холодоагента, що проведена із точки 3, з ізобарою р_о знаходять точку 4 стану вологої пари холодоагента після РВ.

2. Для визначення впливу температури конденсації на питомі характеристики та холодильний коефіцієнт, на тій же діаграмі аналогічно проводять побудову ще двох циклів з іншою температурою конденсації за незмінної температури кипіння.

3. Після побудови циклів визначають значення параметрів стану холодоагенту у всіх вузлових точках і заносять у табл.2.

4. Для визначення впливу температури кипіння на питомі характеристики та холодильний коефіцієнт, на іншій діаграмі проводять побудову трьох циклів, для одного з яких температура конденсація та кипіння задана у завданні, а температура кипіння ще двох є менша. Визначають параметри вузлових точок та зводять їх до табл.3.

Таблиця 2

Таблиця 3

5. Користуючись параметрами вузлових точок розраховують:

- питому масову холодопродуктивність у холодильних машинах, які працюють на хладонах (перегрівання пари на виході з випарника враховують обов’язково), кДж/кг, визначають з рівняння:

q_0m = h₁ – h₄; (6)

- в холодильних машинах, які працюють на аміаку, приймають, що з випарника виходить суха насичена пара та використовують рівняння:

q_0m = h_1’ – h₄; (7)

- питому об’ємну холодопродуктивність, кДж/м³,

q_0υ = q_0m / υ₁; (8)

- питому теоретичну роботу компресора, кДж/кг,

w_h = h₂ – h_1; (9)

- питоме теплове навантаження конденсатора, кДж/кг,

q_km = h₂ – h₃ (10)

- холодильний коефіцієнт циклу

ε = q_0m / w_h; (11)

- масову витрату холодильного агента, кг/с,

q_m = Q₀ / q_0m, кг/с; (12)

- об’ємну витрату холодильного агента, м³/с,

V = q_m * υ_1, м³/с. (13)

Результати розрахунків зводять до табл.4 та проводять побудову графіків залежностей отриманих величин від температури кипіння та конденсації холодильного агента.

Таблиця 4

Холодильна машина з регенеративним теплообмінником

(задача №2)

Схема машини та її робочий цикл, вписаний у діаграми T-s та lgp-h, показані на рис.2.

Порядок виконання задачі:

1. За вихідними даними будують цикли холодильної машини для кожного холодильного агента у відповідних діаграмах lgp-h. Побудова проводиться аналогічно попередній задачі.

Положення точки 3 визначають за температурою переохолодження t_по, знайденою за формулою (1). Точка 1’ знаходиться на правій пограничній кривій (суха насичена пара).

Стан холодоагента в точці 4 потрібно визначити із рівняння теплового балансу регенеративного теплообмінника, кДж/кг, нехтуючи втратами в навколишнє середовище:

h₄ = h₃ – (h₁ – h_1’). (14)

На діаграмі точка 4 міститься на перетині ізобари p_k та ізоентальпи h₄ = const.

При цьому приймається, що точка 1’ знаходиться на правій пограничній кривій (суха насичена пара), а положення точки 1 визначається за температурою холодильного агента після РТО. У теоретичному циклі температура робочої речовини у точці 1 може бути рівною температурі у точці 3. Однак, для здійснення такого теплообміну, необхідно мати РТО нескінченно великих розмірів, а це пов’язано з великими капітальними затратами. З цієї причини температуру на всмоктуванні у компресор приймають за величиною недорекуперації, яка може бути врахована коефіцієнтом корисної дії РТО значення якого визначається за формулою:

η_рто = θ_рто / θ_h = (T₁ – T_1’) / (T₃ – T_1’), ( 15)

звідки

T₁ = η_рто (T₃ – T_1’) + T_1’. (16)

При вирішенні задачі, значення коефіцієнта прийняти:

- для температури кипіння t₀ = -20 ºС і нижче – 0,5…0,65;

- для температури кипіння t₀ від -10 ºС до -20 ºС – 0,65…0,8;

- для температури кипіння t₀ більшої від -10 ºС – 0,8…0,9.

2. Після побудови циклів в діаграмах lgp-h, значення параметрів стану холодоагентів у всіх вузлових точках потрібно звести в табл. 5.

Таблиця 5

3. Знаходять холодильний коефіцієнт циклу Карно:

ε_c = T_o.c / (Т_н.с - Т_о.с), (17)

 де Т_о.с – температура охолодного середовища, Т_о.с = Т₀ + ΔТ_о; Т_н.с – температура навколишнього середовища, Т _н.с = Т_к - ΔТ_к.

4. Знаходять холодильний коефіцієнт циклу для кожного з холодильних агентів і заданих умов за формулою (11). Питому холодопродуктивність циклу визначають за формулою (7), а роботу – (9).

5. Визначають термодинамічну ефективність циклів за коефіцієнтом оборотності:

η_обр = ε / ε_с. (18)

А б

Рис. 2 - Схема та цикл одноступеневої холодильної машини з регенеративним теплообмінником: а – T-s; б – lgp-h; В – випарник; КМ – компресор; КД – конденсатор; РТО – регенеративний теплообмінник; РВ – регулювальний вентиль; температура: 0 – кипіння; к – конденсації; по – переохолодження, вс – всмоктування; штрихом позначено насичену пару

Двоступінчаста холодильна машина із змійовиковою проміжною посудиною та повним проміжним охолодженням

(задача № 3)

Схема машини та цикл, побудований у діаграмах T-s та lgp-h, показані на рис.3.

Порядок виконання задачі:

1. За вихідними даними будують цикл холодильної машини в теплових діаграмах у такій послідовності:

- визначають проміжний тиск  та відповідну йому температуру t_m;

- визначають температуру переохолодженого холодоагента на виході з конденсатора t₅ = t_по за формулою (1);

- визначають температуру переохолодженого холодоагента на виході із змійовика проміжної посудини, t₇ = t_m + (3…5),°C;

- визначають температуру пари після проміжного холодильника t₃ = t’_в + (8…10), °C (температуру води t’_в на вході до проміжного холодильника прийняти 20°C); у разі, якщо температура t_3’ виявиться більшою температури пари після компресора 1-го ступеня t₂, проміжний холодильник у схему машини не включають;

- розраховують температуру холодоагента у всмоктувальному патрубку компресора 2-го ступеня t₃ = t_m + (3…5), °C;

- розраховують температуру холодоагента у всмоктувальному патрубку компресора 1-го ступеня t_вc = t₁ за формулою (3);

- наносять на діаграму lgр-h чи T-s ізотерми t₀, t_k, t_вc, t_по; t_m, t₃, t₇, t_3’;

- за температурами t_0, t_m та t_k знаходять на діаграмі холодильного агента ізобари p₀, p_k, p_m;

- на перетині ізотерми t₀ з граничною кривою х=1 знаходять точку 1’ стану насиченої пари на виході з випарника;

- на перетині ізотерми t_вc з ізобарою p₀ знаходять точку 1 стану перегрітої пари, що всмоктується компресором;

- на перетині лінії адіабатного (ізоентропійного) стискання пари, проведеної з точки 1, з ізобарою p_m знаходять точку 2 стану стиснутої пари в нагнітальному патрубку компресора 1-го ступеня;

- на перетині ізотерми t_3’ з ізобарою p_m знаходять точку 3’ стану пари холодоагента на виході проміжного холодильника;

- на перетині ізотерми t₃ з ізобарою p_m знаходять точку 3 стану пари холодоагента у всмоктувальному трубопроводі компресора 2-го ступеня;

- на перетині лінії адіабатного (ізоентропійного) стискання пари, проведеної з точки 3, з ізобарою p_k знаходять точку 4 стану стиснутої пари в нагнітальному патрубку компресора 2-го ступеня;

а б

Рис. 3 - Цикл та схема двоступеневої холодильної машини з проміжною змійовиковою посудиною та повним проміжним охолодженням у діаграмах: а – T-s; б – lgp-h; В – випарник; КМ1 і КМ2 – компресори відповідно 1-го і 2-го ступеня; КД – конденсатор; РВ1 і РВ2 – відповідно допоміжний та основний дроселювальні вентилі; ПП і ПХ – проміжні відповідно посудина і холодильник; температура: 0 – кипіння; к – конденсації; по – переохолодження, вс – всмоктування, m – проміжне значення

- на перетині ізотерми t_по з ізобарою p_k знаходять точку 5;

- на перетині лінії ізоентальпійного дроселювання холодоагента, що проведена через точку 5, з ізобарою p_m знаходять точку 6 стану вологої пари холодоагента після РВ1;

- на перетині ізотерми t₇ з ізобарою p_k знаходять точку 7;

- на перетині лінії ізоентальпійного дроселювання холодоагента, проведеної через точку 7, з ізобарою p₀ знаходять точку 8 стану вологої пари холодоагента після РВ2;

- на перетині ізобари p_m граничною кривою х=1 знаходять точку 3”;

- на перетині ізобари p_m граничною кривою х=0 знаходять точку 9.

2. Після побудови циклу в діаграмах T-s та lgр-h визначають значення параметрів стану холодоагента у всіх вузлових точках та зводять їх до таблиці аналогічної табл. 2.

3. Знаходять масову витрату холодильного агента, кг/с, через компресор 1-го ступеня:

для аміаку q_m1 = Q₀ / ( h_1’ – h₈); (19)

для хладона q_m1 = Q₀ / ( h₁ – h₈); (20)

4. Визначають масову витрату холодильного агента, кг/с, через компресор 2-го ступеня q_m2, скориставшись матеріальним балансом проміжної посудини:

(q_m1 * h_3’) +( q_m2 * h₅) = (q_m1 * h₇) + (q_m2 * h_3’) (21)

звідки q_m2 = q_m1 ((h_3’ – h₇) / (h_3’ – h₅)). (22)

У разі виключення із схеми проміжного холодильника h_3’ =h₂.

5. Розраховують об’єм пари, м³/с, що надходить у компресори 1-го (низького тиску) та 2-го (високого тиску) ступенів:

V_h1 = q_m1 * υ₁ (23)

V_h2 = q_m2 * υ₃ (24)

6. Користуючись параметрами вузлових точок циклів, проводять розрахунок питомих характеристик циклів та зводять їх до таблиці аналогічної табл. 4:

питома масова холодопродуктивність, кДж/кг, у холодильних машинах, що працюють на хладонах,

q_0m = h₁ – h_8, (25)

в холодильних машинах, що працюють на аміаку, кДж/кг,

q_0m = h_1’ – h_8; (26)

питома об’ємна холодопродуктивність визначається за формулою (8);

питома теоретична робота компресорів, кДж/кг,

1-го ступеня (низького тиску):

w_h1 = h₂ – h_1, (27)

2-го ступеня (високого тиску):

w_h2 = h₄ – h_3; (28)

питоме теплове навантаження конденсатора, кДж/кг,

q_km = h₄ – h_5, (29)

холодильний коефіцієнт циклу:

ε = Q₀ / ((w_h1 q_m1 ) +(w_h2 q_m2 ). (30)

Двоступенева холодильна машина з теплообмінниками

(задача № 4)

Схема машини та цикл, побудований у діаграмах T-s та lgр-h, показані на рис. 4.

Порядок виконання задачі:

1. За вихідними даними будують цикл холодильної машини в теплових діаграмах у такій послідовності:

- визначають проміжний тиск  та відповідну йому температуру t_m;

- визначають температуру переохолодженого холодоагента на виході із теплообмінника, t₇ = t_m + (3…5),°C;

- визначають температуру пари після проміжного холодильника t_3’ та температуру рідкого холодоагента після конденсатора t₅ =t_по так само, як у задачі № 3;

- наносять на діаграму lgр-h чи T-s ізотерми t_о, t_к, t_по, t_m, t₇, t_3’;

- за температурами t_0, t_m та t_k знаходять на діаграмі холодильного агенту ізобари p₀, p_k, p_m;

знаходять на діаграмі такі точки:

1’ – стану насиченої пари на виході з випарника на перетині ізотерми t₀ з граничною кривою х=1;

1 – стану перегрітої пари, що всмоктується компресором на перетині ізотерми t_вс = t₁ = 0°C з ізобарою p₀;

2 – стану стиснутої пари в нагнітальному патрубку компресора на перетині лінії адіабатного (ізоентропійного) стискання пари, проведеної з точки 1, з ізобарою p_m;

3’ – стану пари холодоагента на виході із проміжного холодильника на перетині ізотерми t_3’ з ізобарою p_m;

3’’ – на перетині ізобари p_m граничною кривою х=1;

5’ – на перетині ізобари p_k та граничною кривою х=0;

а б

Рис. 4 - Цикл та схема двоступінчастої холодильної машини з теплообмінником у діаграмах:

а – T-s; б – lgp-h; В – випарник; КМ1 і КМ2 – компресори відповідно 1-го і 2-го ступеня; КД – конденсатор; РВ1 і РВ2 – відповідно допоміжний та основний дроселювальні вентилі; ПХ – проміжний холодильник; ТО – теплообмінник; РТО – регенеративний теплообмінник; температура: 0 – кипіння; к – конденсації; по – переохолодження, вс – всмоктування, m – проміжне значення

5 – на перетині ізобари p_k та ізотерми t_по = t₅;

7 – на перетині ізотерми t₇ з ізобарою p_k;

9 – стану вологої пари холодоагента після РВ1 на перетині лінії ізоентальпійного дроселювання холодоагента, проведеної через точку 7, з ізобарою p_m;

8 – стану вологої пари холодоагента після РВ2 знаходять на перетині лінії ізоентальпійного дроселювання холодоагента, проведеної через точку 7, з ізобарою p₀.

6 – на перетині ізотерми t₆ з ізобарою p_k;

температуру рідкого холодоагента після регенеративного теплообмінника t₆, кДж/кг, знаходять, скориставшись рівнянням теплового балансу теплообмінника:

q_m2 (h₅ – h₆) = q_m1 (h₁ – h_1’), (31)

звідки

h₆ = h₅ – ((q_m1 / q_m2) * (h₁ – h_1’)). (32)

Масову витрату холодильного агента через компресор 1-го ступеня знаходять за рівнянням (19) чи (20). Масову витрату холодильного агента через компресор 2-го ступеня визначають скориставшись тепловим балансом системи, яка складається з теплообмінників та допоміжного дросельного вентиля РВ1:

(q_m1 * h_1’) + (q_m2 * h₅) = (q_m1 * h₇) + (q_m1 * h₁) + ((q_m2 - q_m1) * h_3’’,    (33)

q_m2 = q_m1 ((h_3’’ – h₇) – (h₁ – h_1’)) / (h_3’’ – h₅). (34)

Стан холодоагента в точці 3 розраховують з рівняння змішування:

(q_m2 *h₃) = (q_m1 *h_3’ ) +( (q_m2 *q_m1 ) * h_3’’). (35)

h₃ = ((q_m1 (h_3’ – h_3’) / q_m2) + h_3’. (36)

а саму точку знаходять на перетині ізоентальпи і₃ з ізобарою p_m; у разі виключення із схеми проміжного холодильника h_3’ = h₂.

точку 4 стану стиснутої пари в нагнітальному патрубку компресора знаходять на перетині лінії адіабатного (ізоентропійного) стискання пари, проведеної з точки 3, з ізобарою p_k.

2. Після побудови циклу значення параметрів стану холодильного агента у всіх точках потрібно звести в таблицю аналогічну табл. 2.

3. Скориставшись значеннями параметрів холодоагента у вузлових точках, проводять розрахунок питомих характеристик циклу за формулами (23)…(30).

4. Визначають питоме теплове навантаження, кДж/кг:

проміжного холодильника (якщо він є у схемі):

q_пхm = h₂ – h_3’; (37)

регенеративного теплообмінника:

q_ртоm = h₅ – h₆; (38)

теплообмінника хладонової машини:

q_тоm = h₆ – h₇. (39)

Каскадна холодильна машина

(задача № 5)

Схема найпростішої каскадної холодильної машини показана на рис.5. Тепловий розрахунок гілок каскаду складається з розрахунку машин нижньої та верхньої гілок, які є одноступеневими холодильними машинами, порядок розрахунку яких розглянуто в задачі 1.

Порядок виконання задачі:

1. За вихідними даними будують цикли верхнього та нижнього каскадів холодильної машини у теплових діаграмах відповідних холодильних агентів (нижній – R503 або R13, верхній – R22). Побудову циклів здійснюють згідно з вказівками до задачі 1. Після побудови циклів визначають параметри холодильних агентів у вузлових точках та зводять їх до таблиці аналогічної табл. 1.

Однак, для розрахунку, необхідно визначити температури кипіння та конденсації холодильних агентів у випарнику-конденсаторі. Відповідні температури, К, можна знайти за формулами:

Т^н_к = Т_m + (0,5 * ΔT_вк); (40)

Т^в_о = Т_m - (0,5 * ΔT_вк); (41)  

де ΔТ_вк = Т^н_к - Т^в_о = 5 / 10К – різниця температур у випарнику конденсаторі (приймається);  – середня температура циклу каскадної машини, К; Т^в_к, Т^в_о – температури конденсації та кипіння у верхній гілці каскаду, К; Т^н_к, Т^н_о - температури конденсації та кипіння у нижній гілці каскаду, К.

Для побудови циклів гілок каскадної ХМ за заданими та визначеними температурами в апаратах визначають тиски кипіння та конденсації холодоагента у верхній та нижній гілках ХМ.

Витрату холодоагента у нижньому каскаді визначають за формулою (12). Витрату холодоагента у верхньому каскаді, Вт, визначають з рівності:

Q^в₀ = Q^н_к = q_mн * q^н_km = q_mв * q^в_0m (42)

Рис. 5 - Схема найпростішої каскадної холодильної машини:

В – випарник; КМ – компресор; КД – конденсатор; РВ – дроселювальні вентилі, В-К– випарник конденсатор; РП – розширювальна посудина

Розрахунок питомих характеристик каскадів проводять за формулами (6 – 13), а результати зводять до табл.6.

Таблиця 6

Холодильний коефіцієнт каскадної холодильної машини:

ε = Q₀ / ((w_hн * q_mн ) + (w_hв * q_mв )) (43)

Повітряна холодильна машина

(задача № 6)

Схема машини та цикл, побудований в діаграмах р-u та T-s, показані на рис. 6.

Температури в кінці процесу стискання в компресорі та розширення в детанденрі визначають за залежністю між параметрами початкового та кінцевого стану процесу:

Т₂ / Т₁ = (р₂ / р₁) ^{(к-1) / к}; Т₄ / Т₃ = (р₄ / р₃) ^{(к-1) / к}, (44)

де k – показник політропи, для повітря можна прийняти рівним 1,4.

Холодопродуктивність повітряної холодильної машини, Вт,

Q₀ = Mc_p (T₁ - T₄), (45)

де М – витрата повітря, кг/с; c_p – питома теплоємність повітря, кДж/(кг·К).

а б

Рис. 6 - Схема та цикл повітряної холодильної машини у діаграмах:

а – р-u; б – Т-s; К – компресор; ПХ – проміжний холодильник; Д – детандер; Т – теплообмінник; Дв – двигун

З рівняння (45) знаходимо витрату повітря в ГХМ, кг/с:

M = Q₀ / (c_p(T₁ – T₄). (46)

Питома робота, затрачена в процесі стискання та отримана в детандері ХМ, кДж/кг, може бути визначена за рівняннями:

w_k = (k / (k – 1)) * (R (T₁ – T₂)); W_д = (k / (k – 1)) * (R (T₃ – T₄)), (47)

де R – питома газова стала для повітря, R=287 Дж/(кг·К).

Питома робота циклу, кДж/кг,

w_ц = w_к + w_д.(48)

Холодильний коефіцієнт повітряної холодильної машини:

ε = (с_р (Т₁ – Т₄) / w_ц (49)

Абсорбційна холодильна машина

(задача № 7)

Схема машини та цикл водоаміачної абсорбційної холодильної машини, побудований в h–x діаграмі, показані на рис.7.

Температурний режим роботи холодильної машини визначається трьома температурами, заданими у вихідних умовах, – t_н.с, t_h, t_о.с. За цими температурами визначають параметри рідкої та парової фаз розчину у вузлових точках циклу після чого проводять побудову процесів в h–x діаграмі.

Рис. 7 - Схема та цикл абсорбційної водоаміачної холодильної машини у діаграмі h–x: А – абсорбер; Н – насос; Г – генератор; РВ – регулювальний вентиль; В – випарник; К – конденсатор

Вища температура розчину в процесі кипіння в генераторі, °С,

t₂ = t_h - Δt, (50)

де Dt – різниця температур кипіння та зовнішнього джерела теплоти, Dt = 5…10°С.

Температура конденсації аміаку в конденсаторі, °С,

t_k = t_нс + Δt,°С, (51)

де Dt – різниця температур конденсації та навколишнього середовища (води), Dt = 5…10°С.

За температурою конденсації знаходять тиск конденсації p_k, скориставшись термодинамічними таблицями для чистого аміаку.

Нижча температура кипіння у випарнику, °С,

t₀ = t_oc – Δt, (52)

де Dt – різниця температур випаровування та охолодного середовища, Dt = 4...6°С.

За температурою t₀ знаходять тиск насиченої пари аміаку у випарнику p’₀, скориставшись термодинамічними таблицями. Оскільки у випарник надходить не чистий аміак, то розрахункова величина тиску випаровування зменшується на величину Δp = (0,01…0,005) МПа, тоді p₀ = p’₀ - Δp.

Вища температура кипіння у випарнику, °С,

t₈ = t₀ + Δt,°С, (53)

де Dt = 4…8°С.

Температура розчину на виході з абсорбера визначається з температури води, що надходить на охолодження,°С,

T₄ = t_нс + Δt, (54)

де Dt = 4…6°С.

Для спрощення розрахунків тиски в абсорбері та випарнику приймають рівними, а гідравлічними втратами в трубопроводах машини нехтують.

Визначивши температури, розпочинають побудову циклу у такій послідовності:

1. Відмічають на h–x діаграмі ізобари p_k та p₀ для рідкої та парової фаз розчину.

2. На перетині ізотерми t₄ та ізобари p₀ в області рідини знаходять точку 4 – стан міцного розчину на виході з абсорбера.

3. Якщо знехтувати зміною ентальпії розчину під час проходження її через насос, то стан холодного розчину на вході в генератор визначається параметрами t₄, h₄, p_k, ξ_r (точка 1 збігається з точкою 4).

4. Стан розчину після нагрівання у генераторі точка 1⁰ (процес 1 – 1⁰) знаходять на перетині лінії ξ_r = const та ізобари p_k.

5. Кипіння розчину в генераторі (процес 1⁰ – 2) характеризується зміною його параметрів від t₁⁰,h₁⁰, ξ_r до t₂, h₂, ξ_a. Точку 2 знаходять на перетині ізотерми t₂ з ізобарою p_k.

6. Точку 1’ та точку 2’, які характеризують рівноважний стан пари для рідини стану точки 1⁰ та точки 2 відповідно, знаходять на перетині ізотерм t₁⁰, t₂ проведених в області вологої пари з ізобарою p_k для сухої насиченої пари.

7. На перетині ізотерми t₀ та ізобари p₀ в області рідини знаходять точку 7⁰ стану рідини після РВ1 перед випарником.

8. На перетині ізотерми t₇⁰, проведеної в області вологої пари з ізобарою p₀ для сухої насиченої пари, знаходять точку 7’ стану пари після РВ1.

9. На перетині лінії, що з’єднує точку 7’ та 7⁰, з ізобарою p_k в області рідини знаходять точку 7 стану вологої пари після РВ1.

10. Оскільки в процесі дроселювання ентальпія речовини лишається сталою, то точка 6 стану перед РВ буде збігатися з точкою 7.

11. Провівши через точку 6 лінію постійної концентрації ξ_d = const до перетину з ізобарою p_k для сухої насиченої пари, знаходять точку 5’ стану пари перед конденсатором. Лінія 5’– 6 відображає процес конденсації в конденсаторі.

12. На перетині ізотерми t₈ та ізобари p₀ в області рідини знаходять точку 8⁰, яка відповідає закінченню процесу кипіння 7⁰–8⁰ у випарнику.

13. На перетині ізотерми t₈, проведеної в області вологої пари з ізобарою p₀ для сухої насиченої пари, знаходять точку 8’ стану пари після випарника.

14. Оскільки у випарнику кипить розчин дуже високої концентрації, то стан насиченої пари на початку і в кінці процесу практично однаковий, тому стан вологої пари на виході з випарника можна визначити точкою 8, отриманою на перетині ізотерми t₈ (лінія 8⁰–8’ ) з лінією ξ_d = const.

15. Точка 3 стану вологої пари після дроселювання слабкого розчину в РВ2 після генератора збігається з точкою 2, оскільки процес проходить за постійної ентальпії.

16. Точку 3⁰ стану слабкого розчину на вході в абсорбер знаходять на перетині ізотерми t₃⁰ та ізобари p₀.

17. На перетині ізотерми t₃⁰, проведеної в області вологої пари з ізобарою p₀ для сухої насиченої пари, знаходять точку 3’ стану пари після дроселювання слабкого розчину в РВ2.

Завершивши побудову циклу, визначають параметри вузлових точок та зводять їх до таблиці, аналогічної табл.2.

Питомі теплові потоки в апаратах холодильної машини визначають з теплових балансів цих апаратів, кДж/кг:

Генератора q_г +(f * h₄) = h₅ + ((f – 1) * h₂), (55)

випарника q₀ = h₈ – h₆, (56)

конденсатора q_k = h_5’ – h₆,, (57)

абсорбера q_a = h₈ – h₂ + (f(h₂ – h₄)), (58)

де f – кратність циркуляції (відношення витрати розчину, що циркулює через абсорбер та генератор, до витрати пари, що конденсується в конденсаторі), кг/кг, може бути визначена за формулою:

f = (ξ_d – ξ_a) / (ξ_r – ξ_a). (59)

Питома робота водоаміачного насоса може бути визначена за формулою:

W_н = (υ *f) * (p_k – p₀) кДж/кг. (60)

де u – питомий об’єм розчину, який може бути знайдений за наближеною формулою:

υ = 0,001 / (1 – 0,35 ξ_г), м³/кг. (61)

Енергетична ефективність циклу АВХМ оцінюється тепловим коефіцієнтом, який визначають за формулою:

ξ = q₀ / (q _г w_н). (62)

Включення регенеративного теплообмінника розчинів (ТР), у якому теплота від слабкого розчину буде передаватися міцному, зменшить кількість теплоти, що відводиться у абсорбері та підводиться у генераторі. На рис. 8. показана схема АВХМ з теплообмінником розчинів та її процеси в h-x діаграмі для рідкої фази розчину. В теплообмінник з генератора надходить (f-1) кг слабкого та з абсорбера f кг міцного розчину. Враховуючи різницю температур, яка має місце в реальних процесах теплообміну, розраховують температура слабкого розчину на виході з теплообмінника:

t₃ = t₄ + ∆t. (63)

Точка 3 в АВХМ з ТР проставляється на перетині лінії ξ_a = constта ізотерми t₃.

Точка 1 знаходиться на перетині лінії ξ_г = const та h₁ = сonst. Значення ентальпії в точці 1 знаходять склавши тепловий баланс ТР. Кількість теплоти, яка віддається міцним розчином та отримується міцним розчином визначається за рівняннями:

q_tc = (f – 1) * (h₂ – h₃), q_tм = f (h₁ – h₄), кДж/кг. (64)

Нехтуючи втратами у навколишнє середовище та враховуючи, що q_tc = q_tм, визначають ентальпію у точці 1:

h₁ = (h₄ + q_ct ) / f = (h₄ + q_мt ) / f, кДж/кг. (65)

Якщо, в результаті розрахунку та побудови, точка 1 буде знаходитися вище точки 1⁰, для спрощення подальшого розрахунку АВХМ приймають, що точка 1 співпадає з точкою 1⁰.

Рис. 8 - Схема абсорбційної водоаміачної холодильної машини з теплообмінником розчинів та її процеси у діаграмі h–x

Інші точки циклу АВХМ з ТР співпадають з точками циклу машини без ТР. Точки 1 та 3 наносять на ту ж діаграму.

Питоме теплове навантаження генератора, кДж/кг, в АВХМ з ТР визначають за рівнянням:

q’_г = h_5’ – h₂ +( f(h₂ – h₁). (66)

Питоме теплове навантаження абсорбера, кДж/кг, в АВХМ з ТР визначають за рівнянням:

q’_a = h₈ – h₃ +(f(h₃ – h₄). (67)

Тепловий коефіцієнт машини АВХМ з ТР:

ξ’ = q₀ / q’_г. (68)

При графічному розрахунку циклу АВХМ з ТР у діаграмі h-ξ, необхідно провести лінію через точки 2 та 1 лінію до перетину її в точці О' з лінією ξ_d = сonst. Як видно з рис.8, включення у схему РТ не змінює довжини відрізків 6-8 та 5’ - 6, величина яких дорівнюють питомій холодопродуктивності q₀ та питомому тепловому навантаженню конденсатора q_к, однак зменшує питомі теплові навантаження генератора q_г та абсорбера q_а на величину питомого теплового навантаження теплообмінника q_tc = q_tм,величина якого дорівнює довжині відрізку О- О'.

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

Базова

1. Буляндра О. Ф. Технічна термодинаміка: підруч. / О. Ф. Буляндра. - К.: Техніка, 2001. - 320 с.

2. Морозюк Т. В. Теория холодильных машин и тепловых насосов: учеб. / Т. В. Морозюк. – Одесса: Студия “Негоциант”, 2006. – 712 с.

3. Мааке В. Учебник по холодильной технике: учеб. изд. / В. Мааке, Г.-Ю. Эккерт, Ж.-Л. Кошпен. – М.: Издательство Московского университета, 2000. – 1142 с.

4. Форсюк А. В. Теоретичні основи холодильної техніки: курс лекцій для студентів напряму підготовки 6.050604 “Енергомашинобудування” денної, заочної та скороченої форм навчання. / А. В. Форсюк. – К: НУХТ, 2008. – 154 с.

Допоміжна

1. Бабакин В. С. Альтернативные хладагенты и сервис холодильных систем на их основе. / В. С. Бабакин, В. И. Стефанчук., Ковтунов Е. Е. – М.: Колос, 2000. – 157 с.

2. Буляндра О. Ф. Збірник задач з технічної термодинаміки (термодинаміка закритих систем): навч. посіб. / О. Ф. Буляндра. – К.: НУХТ, 2011. – 231 с.

3. Масліков М. М. Кріогенна техніка та технологія: навч. посіб. / М. М. Маслыков. – К.: НУХТ, 2010. – 178 с.

4. Холодильные машины: Учебник / Тимофиевский А. В., Бухарин Н. Н., Пекарев В. И. и др. – С-П.: Политехника, 1997. – 992 с.

5. Бурцев С. И., Цветков Ю. Н. Влажный воздух. Состав и свойства. / С. И. Бурцев, Ю. Н. Цветков. – С-П.: Политехника, 1998. – 145 с.

6. Бадылькес И. С. Свойства холодильных агентов. / И. С. Бадылькес. – М.: Пищевая промышленность, 1974. – 188 с.

7. Теоретичні основи холодильної техніки: методичні вказівки до виконання лабораторних робіт для студентів спеціальності 6.090500 “Холодильні машини і установки” напряму 0905 “Енергетика” денної та заочної форм навчання.– К.: УДУХТ, 2000. 24. (5735)

Довідкова

1. Теплофизические основы получения искусственного холода: справ. / Быков А. В., Кошкин Н. Н., Сакун А. И. и др. – М.: Пищевая промышленность, 1980. – 231 с.

2. Мельцер Л. З. Методы термодинамической оценки циклов холодильных машин: учеб. пособ. / Л. З. Мельцер. – К.: Техніка, 1968. – 120 с.

3. Богданов С. Н. Задачник по термодинамическим расчетам в пищевой и холодильной промышленности. / С. Н. Богданов, А. В. Куприянов. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. – 143 с.

4. Богданов С. Н. Холодильная техника. Свойства веществ: справочник. / С. Н. Богданов, О. П. Иванов, А. В. Куприянова А. В. – Л.: Машиностроение, 1976. – 244 с.

З повагою ІЦ "KURSOVIKS"!