Расчет теоретического цикла холодильного агрегата бытового компрессионного холодильника

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановская государственная текстильная академия»

(ИГТА)

 

 

Кафедра проектирования текстильного отделочного  оборудования

(ПТОО)

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

на тему: «Расчет теоретического цикла холодильного агрегата бытового компрессионного  холодильника»

по дисциплине: «Теоретические процессы бытовых машин  и приборов»

 

 

 

Автор: студентка  ________                                                Усов И.Г

                                 ^{подпись}

Специальность 100101 сервис бытовой техники

Номер зачетной книжки 093165                                       

Руководитель  профессор________                                     Б.В. Яблоков

                                                                      ^{подпись}

Работа защищена_________                                                Оценка______

                                                          ^дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Иваново 2013 
Задание

 

 

Вариант № 18

 

Определить  основные термодинамические параметры  состояния холодильного агента R12 в  узловых точках цикла и основные показатели термодинамической эффективности  цикла холодильного агрегата бытовой  компрессионной холодильной машины с капиллярной трубкой и регенеративным теплообменником.

 

 

Исходные данные:

 

• температура окружающей среды t_о.с.= 32ºС;
• температура кипения хладагента в испарителе t_о = -20 ºС;

• температура конденсации хладагента в конденсаторе t_K = 40 ºС;
• температура перегрева пара на входе в компрессор t_пр = 32 ºС .

 

Определить:

 

1) Термодинамические  параметры хладагента в узловых  точках 1 ... 9 цикла:

 

• давление р·10⁵ , Па;
• температуру t , ºС;
• удельный объем  v , м³/кг;
• удельную энтальпию i , кДж/кг;
• удельную энтропию s , кДж/кг·К;

 

2) Показатели  термодинамической эффективности  цикла холодильного агрегата:

 

• удельную массовую холодопроизводительность q₀ , кДж/кг;
• удельную изоэнтропическую работу компрессора l_s, кДж/кг;
•    удельное количество теплоты, отведенное в конденсаторе  q_K, кДж/кг;
• холодильный коэффициент цикла ε.

 

                                                   

 

 

 

 

 

                                                    

                                       

1. Теоретические предпосылки

Цикл паровой компрессионной холодильной  машины представляет собой замкнутую  последовательность процессов, происходящих в отдельных элементах холодильного агрегата.

Конструктивное исполнение холодильных  агрегатов бытовых холодильников  может быть различным, однако они  всегда включают в себя следующие  основные элементы: компрессор, конденсатор, фильтр – осушитель, капиллярную  трубку, испаритель, всасывающий трубопровод (рис.1). Часть капиллярной трубки и всасывающего трубопровода, находящиеся  в тепловом контакте, образуют регенеративный теплообменник.

Цикл  холодильного агрегата бытового холодильника обычно строится в диаграммах температура  – энтропия (Т – S) и давление –  энтальпия (P – i)

Все поле диаграмм Т - S и P - i двумя  пограничными  кривыми - линией насыщенной жидкости (слева) и линией насыщенного пара (справа) разделяется на три зоны. Слева от левой пограничной кривой находится область переохлажденной  жидкости. Между левой и правой пограничными кривыми - область влажного пара. Справа от правой пограничной  кривой находится зона перегретого  пара.

Цикл  холодильного агрегата бытового холодильника (рис.2) осуществляется одновременно в  трех областях: переохлажденной жидкости, влажного пара и перегретого пара.

Любая точка  на диаграммах характеризуется пятью  основными термодинамическими параметрами: давлением - Р (´10⁵Па), температурой - t (°С), энтропией - S (кДж/кг×К), энтальпией - i (кДж/кг), удельным объемом - v (м³/кг). Зная значения любых двух параметров, можно найти три остальных.

На диаграммах (рис.1) изображены основные процессы, протекающие  в холодильном агрегате.

Линия 2-5 – процесс кипения хладагента в испарителе; процесс изобарический, изотермический. Паросодержание хладагента в области влажного пара изменяется  до х = 1 (правая пограничная кривая). Точка 2 характеризует начало, а точка 5 – окончание процесса кипения, т.е. в точке 5 - 100% пара.

Линия 5–6 –процесс перегрева всасываемых паров во всасывающей трубке на пути из испарителя в компрессор. В процессе повышается температура, давление остается постоянным. Перегрев паров происходит за счет регенеративного теплообмена с жидким хладагентом в капиллярной трубке (линия3-4).

 

Рисунок 1.1 – Цикл холодильного агрегата бытового

компрессионного холодильника

 

Линия 6-7 - процесс адиабатического изоэнтропного сжатия в цилиндре компрессора. Изменяются все параметры, за исключением энтропии (S = соnst). Адиабатический процесс – это процесс, проходящий без теплообмена с окружающей средой.

Линия 7-8 - процесс охлаждения паров хладагента, который протекает на пути от нагнетательного клапана компрессора до того участка конденсатора, где начинается процесс конденсации. В этом процессе постоянным остается давление.

Линия 8-9 - процесс конденсации, который происходит в конденсаторе при постоянных значениях давления и температуры. В процессе снижается паросодержание от х = 1 до х = 0. Точка 9 характеризует окончание процесса,

 

когда полностью  закончен фазовый   переход хладагента из парообразного состояния в  жидкое.

 

 

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема холодильного агрегата

бытового компрессионного холодильника

 

1 - компрессор; 2 - конденсатор; 3 – фильтр  – осушитель; 4 -капиллярная трубка; 5 - испаритель; 6 - всасывающий трубопровод;

*1 - *9 - реперные  точки, отмеченные на Т - S и  P - i диаграммах.

Линия 9-1 - процесс переохлаждения жидкости в части конденсатора после завершения процесса конденсации и в фильтре – осушителе (цеолитовом патроне). В данном процессе снижается температура и незначительно снижается давление.

Линия 1-3-4-2 соответствует процессу дросселирования  холодильного агента в капиллярной  трубке. В связи с тем, что процесс  протекает при разных условиях теплообмена, целесообразно разделить его  на три стадии.

Линия 1-3 - процесс дросселирования жидкого хладагента в капиллярной трубке при теплообмене с окружающей средой. Данная стадия процесса дросселирования начинается на входе в капиллярную трубку и завершается на входе в регенеративный теплообменник. В процессе дросселирования 1-3 снижаются давление и температура хладагента.

Линия 3-4 - процесс дросселирования хладагента в капиллярной трубке при регенеративном теплообмене с всасываемыми из испарителя парами. На данной стадии процесса дросселирования снижаются давление, температура и начинается частичное парообразование хладагента.

Линия 4-2 – адиабатический изоэнтальпический процесс дросселирования. Данная стадия процесса дросселирования начинается на выходе капиллярной трубки из регенеративного теплообменника и завершается в конце капиллярной трубки, т. е. непосредственно в испарителе. В процессе 4-2 происходит снижение давления и температуры хладагента и продолжается парообразование, при котором часть жидкого хладагента превращается в пар.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет термодинамических параметров хладагента

     в узловых точках цикла

 

 

Точка 5

Состояние хладагента R12 –сухой насыщенный пар.

По известной  температуре t₅ = t_о = -20 ºС из табл. 5.2 /7, с.18/ приложений (параметры с одним штрихом, приведенные в таблице, соответствуют жидкой фазе хладагента, с двумя штрихами – парообразной фазе) находим остальные параметры состояния:

 

р₅ = р₀ = 1,507·10⁵ Па;   v₅ = v" = 0,1099 м³/кг;

i₅ = i" = 543,65кДж/кг;   s₅ = s" = 4,5706 кДж/кг·К.

 

 

Точка 6

Хладагент R12 в состоянии перегретого пара на входе в компрессор.

По двум известным параметрам данного состояния t₆ = t_пр = 32 ºС и

p₆ = p₅ = p_о = 1.507·10⁵ Па из табл. 5.3 /7, с. 21/ для перегретого пара R12 находим остальные параметры, используя линейную интерполяцию:

 

при t_пр =30 ºС:

v" = 0,1345 м³/кг;       i" =  572,81 кДж/кг;   s" = 4,6793 кДж/кг·К.

при t_пр = 35 ºС:

v" = 0,1369м³/кг;       i" =  576,94 кДж/кг;   s" = 4,6895 кДж/кг·К.

 

Рассчитываем  коэффициент интерполяции:

 

 

 

При этом

 v₆ =0,1345 + 0,4(0,1369 - 0,1345) = 0,13546 (м³/кг);

i₆ = 573,81 + 0,4(576,94- 573,81) = 575,062 (кДж/кг);

s₆ = 4,6895 + 0,4(4,6895 - 4,6793) = 4,69358 (кДж/кг·К).

 

 

 

      

 

 

 

 

       

 

       Точка 7

Хладагент R12 в состоянии перегретого пара после сжатия его в компрессоре.

Для этого  состояния:

s₇ = s₆ = 3,69358 кДж/кг·К  (для адиабатного процесса 6 – 7).

 

p₇ = p₈ , где p₈ – давление конденсации хладагента R12, определяемое по известной температуре конденсации t_К = 55 ºС из табл. 5.2 /7, с.18/:

 

р₇ = p₈ = 9,586·10⁵ Па.

 

По s₇ = 4,69358 кДж/кг·К и p₇ = 9,586·10⁵ Па из табл. 5.3 /7, с. 21/ с использованием метода линейной интерполяции находим остальные параметры:

P = 9,586·10⁵ Па;    v" = 0,0251 м³/кг;   i"= 619,83 кДж/кг;  

 s" = 4,6933 кДж/кг·К;   t_пр = 110 ºС.

P = 9,586·10⁵ Па;    v" = 0,0255 м³/кг;   i" = 623,43 кДж/кг;  

 s" = 4,7026 кДж/кг·К;   t_пр = 70ºС.

 

Рассчитываем  коэффициент интерполяции:

 

 

Тогда получим:

i₇"= 619,83 + 0,03(623,43–619,83) = 623,48(м³/кг);  

v₇" = 0,0251 + 0,03(0,0255 -0,0251) = 0,0251 (кДж/кг);  

t_пр = 110 + 0,03 (115- 110) = 110,15 (ºС)

 

 

 

 

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        Точка 8

Состояние хладагента R 12 - сухой насыщенный пар.

Его параметры  находим по известной температуре  конденсации

 

t₈ = t_K = 40 °С из табл. 5.2 /7, с.18/:

 

р₈ = p_K = 9,586·10⁵ Па;  v₈ = v" = 0,0183 м³/кг;

i₈  = i"  = 569,12 кДж/кг;  s₈ = s" = 4,5471 кДж/кг·К.

 

 

        Точка 9

Хладагент R12 в жидком состоянии с температурой t₉ = t_K =40 °С.

Из табл. 5.2 /7, с.18/ имеем:

 

v₉ = v' = 0,7979·10^-3 м³/кг;  i₉  = i'  = 439,41 кДж/кг;

s₉ = s' = 4,1329 кДж/кг·К;  p₉ = p₈ = 9,586·10⁵ Па.

 

 

        Точка 1

Хладагент R 12 в жидком состоянии с температурой ниже t_K.

Температуру переохлаждения определим согласно рекомендации (с. 8):

 

t_по = t_K – (2…4)°С = 40 – 2 = 38 (°С).

 

Из табл. 5.2 /7, с.18/ для t_по= 38 °С  находим:

 

v₁ = v' = 0,7928·10^-3 м³/кг;   i₁  = i'  = 437,36 кДж/кг;

 

s₁=s' = 4,1264 кДж/кг·К.

 

Давление p₁ переохлажденной жидкости не соответствует температуре t₁ и определяется по соотношению /7, с.12/:

 

p₁= р_K – (0,05...0,1) ·10⁵ (Па).

 

Для рассматриваемого случая примем

p₁= р_K – 0,086·10⁵ = (9,586– 0,086) ·10⁵ = 9,500·10⁵ (Па).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Точка 3

Хладагент в жидком состоянии с температурой t₃.

Термодинамическое состояние хладагента в точке 3 определяется по значению заданной температуры окружающей среды t_o.c. из табл. 5.2 /7, с.18/. Температура, удельный объем, энтальпия и энтропия определяются для жидкой

фазы  хладагента по температуре t_o.c. = 32 °С:

 

t₃ = t_o.c. = 32 °С;    v₃ = v' = 0,7785·10^–3 м³/кг;

 

i₃ = i' = 431,26 кДж/кг;  s₃ = s' = 4,1069 кДж/кг·К;

 

р₃ = 7,834·10⁵ Па.

 

 

Точка 4

Хладагент в состоянии влажного пара.

Параметры состояния хладагента в точке 4 определяются из условия теплового баланса  регенеративного теплообменника /всасывающий  трубопровод (5 – 6) – капиллярная трубка (3 – 4):