ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ  первого значения параметра

1.     Холодильный агент – R 12

2.     Холодопроизводительность  машины Q = 4,6 кВт

3.     Температура кипения холодильного агента t00C – 40

4.     Температура конденсации  холодильного агента t0C + 40

5.     Температура переохлаждения жидкого холодильного агента t30C + 30

6.     Температура парообразного  холодильного агента на входе в компрессор t10C -20

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ второго значения  параметра

1. Температура кипения холодильного агента t00C – 30

ЗАДАНИЕ

1.     Описать  построение цикла холодильной машины по  параметрам в координатах i – lgP  и S – T

2.     Перечислить процессы, составляющие цикл холодильной машины. Охарактеризовать  теплоту (работу) процессов

3.     Выписать агрегатное состояние  холодильного агента и значение его параметров в узловых точках цикла

4.     Произвести расчет цикла

5.     Принять второе  значение  параметра при прежних значениях остальных параметров и вновь произвести расчет цикла

6.     Проанализировать полученные результаты

РЕШЕНИЕ

1.    Цикл  холодильной машины представлен на рис. 1 и 2. Ниже представлено описание процесса построения  цикла.

     Для построения  цикла в тех или других координатах сначала необходимо найти линии давлений (кипения Р0 и конденсации Р). Находим их по соответствующим  заданным температурам t0  (-40) и t (+40). Поскольку в области  парожидкостной смеси (то есть между пограничными линиями х = 0  и х = 1)) линии постоянных давлений (изобары)  совпадают с линиями постоянных температур (изотермами), следовательно,  точки пересечения изотерм t0  и t   с пограничными линиями х = 0 и х = 1являются точками, через которые  проходят линии соответствующих давлений. Возьмем, например,  пограничную  х = 1. Пересечение ее с заданной изотермой t0  определит точку 1’, через которую и проходит  линии соответствующего давления кипения  Ро. Аналогично,  пересечение линии  х = 1 с заданной изотермой t  определит точку 2‘,  через которую  проходит  линия соответствующего давления Р. Для того, чтобы найти точку 1, необходимо знать, что в этой точке давление должно быть Ро, а температура  равна заданной величине t1 (-20) . Следовательно,  точка 1  найдется  на пересечении линии Ро с линией постоянной температуры заданной величины, то есть t1 (-20).  

     Далее строим процесс адиабатного сжатия. Проводим его  по  адиабате из точки 1 до пересечения с линией давления Р. Это и есть точка  2. Точка 3’, представляющая собой точку полной конденсации холодильного агента, находится на пересечении линии давления Р с пограничной линией х = 0.

     Для нахождения точки 3  известно,  что давление в ней должно быть  Р , а температура равна заданной величине t3  (+30). Следовательно, точка 3  должна  находиться  на пересечении  линии давления Р  с изотермой t3 (+30).  В области  жидкого   состояния холодильного агента. Точка 4   характеризует  состояние  холодильного агента в конце процесса его  дросселирования. Поэтому она должна  определиться  как  точка пересечения  процесса  дросселирования холодильного агента  из точки 3 с линией Ро.

Рис. 1. Построение цикла холодильной машины в координатах i – lgP

1S

Рис. 2. Построение цикла холодильной машины в координатах S – T

2.     Процессы:

- 4 -1  -  процесс кипения  жидкого холодильного агента.  Процесс  этот протекает в испарителе холодильной машины. Процесс  изотермический, то есть  протекающий при постоянной температуре  - 40 0С..ПО тепловому эффекту процесс эндотермический, то есть протекает с поглощением теплоты. Теплота при  этом  отнимается от охлаждаемой среды через стенку испарителя. Количество теплоты численно равно площади под линией процесса в координатах S – T  (площадь  4- S4 – S1’ – 1’) или величине  проекции   процесса  на ось абсцисс ( в координатах i – lgP)  отрезок i4 – i1’).

- процесс 1’ – 1. Это процесс перегрева парообразного холодильного агента. . Процесс протекает  во всасывающем трубопроводе, либо в регенеративном  теплообменнике, либо частично в испарителе.  Перегрев  осуществляется полностью в  испарителе. Таким образом,  процесс перегрева 1 – 1’ протекает  с повышением  температуры от tо  (-40) до t1  (-20) при давлении Ро  = 0,15 МПа. Количество теплоты  данного процесса численно равно площади под процессом в координатах S – T и величине  проекции на ось абсцисс в координатах i – lgP.

3. Основные данные

Таблица 1

Агрегатное состояние и значения параметров холодильного агента в узловых точках цикла

Узловые точки цикла

Агрегатное состояние

Температура, 0С

Давление МПа

Энтальпия, кДж\кг

Энтропия, кДж \ кг * К

Паросодержание в долях

Удельный  объем м3\кг

1’

жидкость

-40

0,15

450

4

0,1

0,05

1

Жидкость

-20

0,15

450

4

0,1

0,05

2

Жидкость

40

0,15

455

4

0,1

0,05

2’

Жидкость

40

0.2

440

4

0,1

0,05

3’

Пар

60

0,25

435

4

0,9

0,02

3

Пар

70

0,25

430

4

0,9

0,02

4

Пар

80

0,25

425

4

0,9

0,02

4. Расчет цикла

4.1. Определяем  удельную массовую холодопроизводительность холодильного агента, то есть количество теплоты относимое одним килограммом  холодильного агента в процессе его кипения и перегрева (кДж \ кг):

qo = i1 – i4                   (1)

qo = 450 – 425 = 25

4.2.  Работа на осуществление цикла для холодильной машины с регулирующим вентилем, отнесенная к 1 кг холодильного агента, определяется согласно выражению

I = i2- i1                        (2)

I = 455 – 450 =  5

4.3. Количество  теплоты, передаваемое одним килограммом холодильного агента окружающей среде в процессе охлаждения парообразного холодильного агента до температуры конденсации, в процессе конденсации, а  также в процессе  переохлаждения жидкого холодильного агента,  определяется следующим образом (кДж\кг):

q = i2 – i3                     (3)

q = 455 – 430 = 25

4.4. Холодильный коэффициент цикла

е = qo / I                        (4)

е = 25 : 5 = 5

4.5. Определяем  массовый расход холодильного агента (кг\с)

G = Qo / qo                            (5)

G = 4,6 / 25 = 0,184

4.6. Удельная  объемная холодопроизводительность холодильного агента

qv = qo /v1                   (6)

где    v1 – удельный  объем  холодильного агента на входе в компрессор, то есть в точке 1, м3 \ кг

qv = 25 / 20 = 1,25

4.7. Объемная производительность компрессора

V = Qo / qv                            (7)

V = 4,6 / 1,25 = 3,68

4.8. Теоретическая мощность компрессора:

Nt = I * G                      (8)

Nt = 5 * 0,184 = 0,92

4.9. Количество теплоты, передаваемое в единицу времени окружающей среде (кВт)

Q = q* G                       (9)

Q = 25 * 0,184 = 4,6

5. Используем второе значение параметра

Таблица 2

Агрегатное состояние и значения параметров холодильного агента в узловых точках цикла

Узловые точки цикла

Агрегатное состояние

Температура, 0С

Давление МПа

Энтальпия, кДж\кг

Энтропия, кДж \ кг * К

Паросодержание в долях

Удельный  объем м3\кг

1’

жидкость

-40

0,15

475

4

0,1

0,05

1

Жидкость

-20

0,15

470

4

0,1

0,05

2

Жидкость

40

0,15

480

4

0,1

0,05

2’

Жидкость

40

0.2

465

4

0,1

0,05

3’

Пар

60

0,25

460

4

0,9

0,02

3

Пар

70

0,25

455

4

0,9

0,02

4

Пар

80

0,25

450

4

0,9

0,02

5.1. Определяем  удельную массовую холодопроизводительность холодильного агента, то есть количество теплоты относимое одним килограммом  холодильного агента в процессе его кипения и перегрева (кДЖ \ кг):

qo = i1 – i4                   (11)

qo = 470 – 450 = 20

5.2.  Работа на осуществление цикла для холодильной машины с регулирующим вентилем, отнесенная к 1 кг холодильного агента, определяется согласно выражению

I = i2- i1                        (12)

I = 480 – 470 = 10

5.3. Количество  теплоты, передаваемое одним килограммом холодильного агента окружающей среде в процессе охлаждения парообразного холодильного агента до температуры конденсации, в процессе конденсации, а  также в процессе  переохлаждения жидкого холодильного агента,  определяется следующим образом (кДж\кг):

q = i2 – i3                     (13)

q = 480 – 455 = 25

5.4. Холодильный коэффициент цикла

е = qo / I                        (14)

e = 20 / 10 = 2

5.5. Определяем  массовый расход холодильного агента (кг\с)

G = Qo / qo                            (15)

G = 4,6 / 20 = 0,23

5.6. Удельная  объемная холодопроизводительность холодильного агента

qv = qo /v1                   (16)

qv = 20 / 22=0,91

где    v1 – удельный  объем  холодильного агента на входе в компрессор, то есть в точке 1, м3 \ кг

5.7. Объемная производительность компрессора

V = Qo / qv                            (17)

V = 4,6 / 0,91 = 5,01

5.8. Теоретическая мощность компрессора:

Nt = I * G                      (18)

Nt = 10 *0,23 = 2,3

5.9. Количество теплоты, передаваемое в единицу времени окружающей среде (кВт)

Q = q* G                       (19)

Q = 25 *0,23 = 5,75

6. Сравнение результатов

         Сравнение результатов   позволяет сделать вывод, что количество  теплоты, передаваемое в единицу времени окружающей среде        возросло с 4,6 до 5,75.