Диаграмма p i для хладона 12: 3.Расчет и построение теоретического рабочего холодильного цикла на энтальпийной диаграмме p-I

Содержание

Структура основных видов диаграмм хладагентов, используемых в холодильной технике | Холод-проект

Диаграммы p-h, log(p)–h, T-s, h-s используются для построения циклов холодильных машин, в зависимости от используемого хладагента, а также для определения свойств вещества в заданной точке цикла
Диаграммы p-h, log(p)–h отличаются масштабом оси давления: в одном случае – это p, в другом – lg p.

Диаграмма log(p)–h

На рисунке 1 показано схематическое изображение диаграммы log(p)–h. В центре диаграммы расположена в виде перевернутой буквы U линия насыщенной жидкости, верхняя точка которой является критической. Эта линия разделяет диаграмму на 3 диапазона. В диапазоне (1) хладагент находится в жидкой фазе, в диапазоне (2) в парожидкостной (двухфазное состояние), в диапазоне (3) в фазе перегретого пара.

По такому же принципу построены T-s и h-s диаграммы – линия насыщенной жидкости делит диаграмму на 3 диапазона.

Рисунок 1 – Схематическое изображение диаграммы log(p)–h

По оси абсцисс диаграммы откладывается удельная энтальпия h, кДж/кг

По оси ординат, которая представляет собой логарифмическую шкалу, нанесено значение давления p, Бар

Красными линиями (T=const) показаны изотермы – линии постоянной температуры Т, т.е. вдоль изотермы температура вещества остается постоянной. Единицы измерения температуры на диаграмме °С. Примечательно, что изотермы внутри диапазона (2) парожидкостной смеси – прямые, а за линией насыщения они принимают траекторию кривых.

Синими линиями (s=const) показаны изоэнтропы – линии постоянной энтропии s, т.е. вдоль изоэнтропы энтропия вещества остается постоянной. Единицы измерения энтропии на диаграмме Дж/(кг•K).

Зелеными линиями (v=const) показаны изохоры – постоянного удельного объема v, т.е. вдоль изохоры удельный объем вещества остается постоянным. Единицы измерения удельного объема на диаграмме м³/кг.

Также на диаграмме тонкими линиями черного цвета (x=const) внутри диапазона (2) проходят линии постоянной сухости x, показывающие процентное содержание пара в смеси. Линия x = 0,1 соответствует состоянию газа с 10% содержанием пара и 90-% содержанием жидкости. Кривые x = 0 и x = 1 являются пограничными линиями. Линия х = 0 – это линия жидкого хладагента, а линия х = 1 – это линия пара.

Диаграмма T-s

Рисунок 2 – Схематическое изображение диаграммы T-s

По оси абсцисс диаграммы откладывается энтропия s, Дж/(кг•K)

По оси ординат нанесено значение давления температуры T, °С

Красными линиями (p=const) показаны изобары – линии постоянного давления p, т.е. вдоль изобары давление вещества остается постоянным. Единицы измерения давления на диаграмме бар. Примечательно, что изобары внутри диапазона (2) парожидкостной смеси – прямые, а за линией насыщения они принимают траекторию кривых.

Синими линиями (h=const) показаны изоэнтальпы – линии постоянной энтальпии h, т.е. вдоль изоэнтальпы энтальпия вещества остается постоянной. Единицы измерения энтальпии на диаграмме кДж/кг.

Также как и на диаграмме log(p)–h, на диаграммах T-s и h-s зелеными линиями (v=const), показаны изохоры, а тонкими линиями черного цвета (x=const) – линии постоянной сухости (описание см. выше – описание диаграммы log(p)–h).

Диаграмма h-s

Рисунок 3 – Схематическое изображение диаграммы h-s

По оси абсцисс диаграммы откладывается энтропия s, Дж/(кг•K)

По оси ординат диаграммы откладывается удельная энтальпия h, кДж/кг

Синими линиями (p=const) показаны изобары.

Красными линиями (T=const) показаны изотермы.

Таблица 1

Наименование параметра диаграммы	Наименование направления или пример графического изображения
Наименование параметра диаграммы	Диаграмма log(p)–h	Диаграмма T-s	Диаграмма h-s
h=const	Ось абсцисс	——h=450—	Ось ординат
p=const	Ось ординат	——80——	——p=5,0—
T=const	——100——	Ось ординат	——100——
s=const	——s=1,85—	Ось абсцисс
v=const	———v=0,015——
x=const	———x=0,10——

Поделитесь с друзьями

Экспериментальное исследование особенностей работы холодильной машины

Авторы: Романов Виктор Викторович, Прохорова Анастасия Игоревна, Копылова Ольга Александровна

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №25 (159) июнь 2017 г.

Дата публикации: 24.06.2017 2017-06-24

Статья просмотрена: 104 раза

Скачать электронную версию

Скачать Часть 1 (pdf)

Библиографическое описание:

Романов, В. В. Экспериментальное исследование особенностей работы холодильной машины / В. В. Романов, А. И. Прохорова, О. А. Копылова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 25 (159). — С. 80-83. — URL: https://moluch.ru/archive/159/44899/ (дата обращения: 29.05.2023).

Для экспериментального исследования особенностей работы холодильной машины (ХМ) с автоматической системой саморазмораживания использовалась p-i диаграмма фреона R600a и электронные контроллеры для измерения температуры. Известно, что значения давления однозначно определяются по показаниям датчиков температуры (контроллеров) только в области испарения и конденсации фреона. Поэтому абсолютные значения давления р_к конденсации и давления р_и испарения, полученные нами (с некоторой погрешностью), определяются равенствами р_к=8,195 бар, р

и=1,048 бар.

Используя р-i диаграмму, построим теперь изобары в области испарения и конденсации (линии 3–4 и 6–7 на диаграмме, рисунок 1), так как в указанных областях изобары будут совпадать с изотермами.

По показаниям контроллеров определяем температуру на входе и выходе в компрессор, конденсатор и испаритель:

Т_вх.к=-5 ^◦С Т_{вх.конд.}= 57 ^◦С Т_вх.исп=-1 ^◦С

Т_вых.к=79 ^◦С Т_{вых.конд.}= 27 ^◦С Т_{вых.исп}=-11 ^◦С

Цикл ХМ с саморазмораживающейся системой.

Рис. 1. р-i диаграмма хлаагента R600а

Используя данные цикла, рассчитаем основные эксплуатационные параметры исследуемой ХМ:

Удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента (в кДж/кг):

(1)

Массовый расход хладагента:

Используя холодопроизводительность установки (из паспортных данных БХМ)

(2)

Удельная работа сжатия в компрессоре:

(3)

Полезная мощность компрессора:

(4)

Электрическую мощность, подводимую к компрессору, определим по паспорту ХМ или маркировке на компрессоре, используя формулу:

(5)

Коэффицент полезного действия ХМ:

(6)

Степень повышения давления в компрессоре:

(7)

Мощность тепла, отводимого от охлаждаемых тел в холодильной камере БХМ:

(8)

Мощность тепла, поступающего в помещение от БХМ:

(9)

Холодильный коэффициент БХМ равен:

(10)

Теоретический расчет площади теплообмена конденсатора с окружащей средой:

(11)

Где

Экспериментальный расчет площади теплообмена конденсатора с окружащей средой:

(12)

Измерив длину и диаметр трубки конденсатора, найдем площадь.

В нашем случае длина 14370 мм,а радиус трубки 2,625 мм:

Теоретический расчет площади теплообмена испарителя с внутреней воздушной средой:

Из формулы 8, теоретический расчет площади теплообмена конденсатора с окружащей средой ;

(13)

Плотность теплового потока воздуха из морозильной камеры к испаряющемуся фреону с установленными элементами (ТЭН,вентилятор):

Средняя температура морозильной камеры :

Т_{вых.исп}=-11 ^◦С и Т_вх.исп=-1 ^◦С

(14)

Используя данные полученные из формулы 14 определим плотность теплового потока:

(15)

Где — коэффициент теплоотдачи воздуха.

Плотность теплового потока воздуха из морозильной камеры к испаряющемуся фреону с учетом слоя инея на стенках без указанных элементов для саморазмораживания:

Вывод: бытовая холодильная машина с установленной саморазмораживающейся системой потребляет на 31682 Вт/год больше, чем холодильная машина без системы No Frost. Достижение уровня комфортности происходит за счет минимальной электрической энергии обогрева.

Экспериментально определена площадь теплообмена конденсатора с окружающей средой, S= 0,23 м². Теоретически рассчитана площадь теплообмена конденсатора с окружающей средой, S= 0,27 м², погрешность в исследовании составляет 14 %.

Литература:

Доссат Рой Дж. Основы холодильной техники / Доссат Рой Дж. Перевод с англ.— М.: Легкая и пищевая пром-ть, 1984. – 520 с.
Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача: учеб. пособие для вузов / В. В. Нащокин. 3-е изд., испр. и доп. — Москва: Высш. школа, 1980. — 469 с.
Кругляк И. Н. Бытовые холодильники (устройство и ремонт): учеб. пособие / И. Н. Кругляк — М.: Легкая индустрия, 1974, — 205 с.

Основные термины (генерируются автоматически): морозильная камера, испаряющийся фреон, компрессор, мощность тепла, область испарения, окружающая среда, площадь теплообмена конденсатора, теоретический расчет площади теплообмена конденсатора, тепловой поток воздуха, холодильная машина.

Ответы: 2. Система сточных вод с фреоном-12…

1 Тепло, температура и давление2 Вещество и энергия3 Охлаждение и хладагенты4 Общие правила техники безопасности5 Инструменты и оборудование6 Крепеж7 Трубопроводы и трубопроводы8 Обнаружение утечек, вакуумирование системы и очистка системы9 Химия хладагентов и масел И управление-восстановление, переработка,10 Зарядка системы11 Калибровка инструментов12 Основы электричества и магнетизма13 Введение в автоматическое управление14 Компоненты и приложения автоматического управления15 Устранение неполадок основных средств управления16 Усовершенствованное автоматическое управление-прямое цифровое управление (ddcs) и пневматика17 Типы электродвигателей18 Применение двигателей19Управление двигателем20 Поиск и устранение неисправностей электродвигателей21 Испарители и холодильная система22 Конденсаторы23 Компрессоры24 Расширительные устройства25 Специальные компоненты холодильной системы26 Применение холодильных систем27 Коммерческие льдогенераторы28 Специальные холодильные установки29 Поиск и устранение неисправностей и типичные условия эксплуатации коммерческого холодильного оборудования30 Электрический обогрев31 Газовый обогрев32 Масляный обогрев33 Водяной обогрев34 Качество воздуха в помещении35 Комфорт и P сихрометрия36 Применение холодильного оборудования для кондиционирования воздуха37 Распределение и балансировка воздуха38 Установка39Энергоаудит жилых помещений40 Типовые условия эксплуатации41 Поиск и устранение неисправностей42 Притоки и потери тепла в конструкциях43 Воздушные тепловые насосы44 Геотермальные тепловые насосы45 Бытовые холодильники и морозильники46 Комнатные кондиционеры47 Системы высокого давления, низкого давления и абсорбционные системы охлажденной воды48 Градирни и насосы49 Эксплуатация, техническое обслуживание, И поиск и устранение неисправностей систем кондиционирования воздуха с охлажденной водой50 Коммерческие компактные крышные системы, системы с переменным потоком хладагента и переменным объемом воздуха

Вопросы главы

Задача 1RQ: Назовите три причины, по которым лед тает в холодильнике: _______, __________, ________. Задача 2RQ: Каковы приблизительные диапазоны температур для низких, средних и высоких температур? температура охлаждения… Проблема 3RQ: Одна тонна охлаждения составляет A. 1200 БТЕ. Б. 12 000 БТЕ/ч. C. 120 000 британских тепловых единиц. D. 120 000 БТЕ/ч. Задача 4RQ: Кратко опишите основной холодильный цикл. Задача 5RQ: Какова взаимосвязь между давлением и точкой кипения жидкостей? Задача 6RQ: Какова функция испарителя в системе охлаждения или кондиционирования воздуха система? Задача 7RQ: Что делает компрессор в системе охлаждения? Проблема 8RQ: Дайте определение перегретого пара. Задача 9RQ: Давление испарения составляет 76 фунтов на квадратный дюйм для R-22, а температура на выходе из испарителя составляет 58F. Что такое… Задача 10RQ: Если давление испарения составляло 76 фунтов на кв. температура на выходе конденсатора составляет 108F для R-22. Каким образом… Проблема 13RQ: Давление конденсации составляет 260 фунтов на квадратный дюйм, а температура на входе дозирующего устройства составляет 100°F для R-22. Что… Задача 14RQ: Что подразумевается под насыщенной жидкостью и паром? Задача 15RQ: Что означает пароохлаждение пара? Задача 16RQ: Что происходит с хладагентом в конденсаторе? Задача 17RQ: Что происходит с теплом хладагента в конденсаторе? конденсатор? Проблема 18RQ: Дозирующее устройство A. включает компрессор. B. контролирует переохлаждение. C. хранит хладагент. Д…. Задача 19RQ: Что такое адиабатическое расширение? Задача 20RQ: Опишите мгновенно выделяющийся газ и расскажите, как он влияет на производительность системы. Задача 21RQ: Качество означает _________ применительно к хладагенту. Задача 22RQ: Опишите разницу между поршневым компрессором и ротационным компрессором. Задача 23RQ : Перечислите цветовые коды цилиндров для R-12, R-22, R-502, R-134a, R-11, R-401A, R-402B, R-410A, R-404A,… Задача 24RQ: Определить энтальпии. Задача 25RQ: Дайте определение чистому составному хладагенту и приведите два примера. Задача 26RQ: Дайте определение чистого холодильного эффекта применительно к холодильному циклу. Задача 27RQ: Дайте определение теплоты сжатия и объясните, как она рассчитывается. Задача 28RQ: Дайте определение выпарной газ и объясните, как он относится к чистому холодильному эффекту системы охлаждения… Задача 29ЗВ: Дайте определение температурному скольжению применительно к смеси хладагентов. Задача 30ЗВ: Дайте определение зеотропной смеси хладагентов и приведите пример. Задача 31ЗВ: Дайте определение почти азеотропной смеси хладагентов и приведите два примера. Пример 8 °С . Перед входом в расширительный клапан хладагент переохлаждается на 4°C, а перед выходом из испарителя пар перегревается на 5°C. На машине установлен шестицилиндровый компрессор одностороннего действия с ходом поршня, в 1,25 раза превышающим диаметр цилиндра. Его клиренс составляет 3% от ударного объема. Определить :
1. Требуемая теоретическая мощность;
2. C.O.P.,
3. Объемная эффективность; и
4. Диаметр цилиндра и ход цилиндра.
Скорость компрессора 1000 об/мин.
Можно использовать следующие свойства фреона-12:

Удельная теплоемкость жидкого хладагента = 0,963 кДж/кг К и удельная теплоемкость перегретого пара = 0,615 кДж/кг К.
Раствор
Дано:
12 ТР; $T_1’=28° C = -28+273 = 245 K ;T_2’=T_3’=26° C = 26+273 = 299 K ;$
$T_3′-T_3=4° C или T_3=22° C = 22+273 = 293/кг; h_{f1}=10,64 кДж/кг ;h_{f3}’=60,67 кДж/кг ;$
$h_1’=175,11 кДж/кг ;h_2’=198,1 кДж/кг ;s_{f1}=0,0444 кДж/кг K ;s_{f3}=0,271 кДж/кг K ;$
$s_1’=0,7153 кДж/кг K ; s_2’=0,6865 кДж/кг K; c_{pl}=0,963 кДж/кг K; c_{pv}=0,615 кДж/кг K$
Диаграммы T-s и p-h показаны на (a) и (b) соответственно.
1. Требуемая теоретическая мощность
Прежде всего, найдем температуру перегретого пара в точке 2 $(T_2)$.
Мы знаем, что энтропия в точке 1,
$s_1=s_1’+2,3c_{pv}\log\frac{T_1}{T_1′}=0,7153+2,3\times 0,615\log\frac{250}{245}$
$=0,7277$ …. ….(i)
и энтропия в точке 2,
$s_2=s_2’+2,3c_{pv}\log\frac{T_2}{T_2′}=0,6865+2,3\times 0,615\log\frac{T_2 }{299}$
$=0,6865+1,4145\log\frac{T_2}{299}$ ……….(ii)

Так как энтропия в точке 1 равна энтропии в точке 2, таким образом, приравнивая уравнения (i) и (ii),
$0,277=0,6865+1,4145\log\frac{T_2}{299}$
$\log\frac{T_2}{299}=\frac{0,7277-0,6825} {1,1415}=0,0291$
$\frac{T_2}{299}=1,0693$ . ………(принимая антилогарифм 0,0291)
Следовательно, $T_2=299\times 1,0693=319,7 K$
Мы знаем, что энтальпия при точка 1,
$h_1=h_1’+c_{pv}(T_1-T_1′)=175,1+0,615(250-245)=178,18 кДж/кг$
Энтальпия в точке 2,
$h_2=h_2’+c_{ pv}(T_2-T_2′)=198,11+0,615(319,17-299)=210,84 кДж/кг$

и энтальпия жидкого хладагента в точке 3,

$h_{f3}=h_{f3}’-c_{ pl}(T_3′-T_3)=60,67-0,963(299-295)$
=64,52 кДж/кг

Мы знаем, что отводимое тепло или холодопроизводительность на кг хладагента, $R_E=h_1-h_{f3}=178,18-64,52=113,66 кДж/кг$

и холодопроизводительность системы, $Q=12 TR=12\times 210=2520 кДж/кг$ …….(Дано)

Следовательно Массовый расход хладагента, $m_R=\frac{Q}{R_E}=\frac{2520}{113,66}=22,17 кг/мин$

Работа, совершаемая при сжатии хладагента $=m_R(h_2-h_1)=22,17(210,84-178,18)=724 кДж/мин$

Следовательно, требуемая теоретическая мощность
=720/60=12,07 кВт (Ans)
2. C.O . 3/мин$ 93=\frac{0,64}{982}=0,000652$
$D=0,0867 m=86,7 мм$ (Ans)
$L=1,25\times 86,7=108,4 мм$ (Ans)

Пример 9
Шкафчик для хранения пищевых продуктов требует холодопроизводительности 12 TR и работает в диапазоне температур испарения -8°C и температуры конденсации 30°C. Хладагент R-12 переохлаждается на 5°C перед входом в расширительный клапан, а пар перегревается до -2°C перед выходом из змеевиков испарителя. Предположим, что двухцилиндровый компрессор одностороннего действия работает со скоростью 1000 об/мин. с ходом, равным 1,5-кратному диаметру отверстия, определить:
1. Коэффициент полезного действия;
2. Теоретическая мощность на тонну холода; и
3. Диаметр и ход компрессора, когда (а) нет зазора; и (b) существует клиренс 2%.
Используйте следующие данные для R-12

Удельная теплоемкость жидкого R-12 составляет 1,235 кДж/кг К, а пара R-12 – 0,733 кДж/кг К.
Решение
Дано:
Q = 12 TR ;$T_1’=-8°C = — 8 + 273 = 265 K ;T_2’= 30°C = 30 + 273 =303 K ;T_3′-T_3=5°C;$
$T_1= -2 ° С = -2+273 = 271 К; h_{f1}=28,72 кДж/кг; h_{f3}’=64,593/кг ;$
$c_{pl}= 1,235 кДж/кг K ;c_{pv}= 0,733 кДж/кг K$
Диаграммы T-s и p-h показаны на (a) и (b) соответственно,
1. Коэффициент полезного действия
Прежде всего найдем температуру перегретого пара в точке 2 $(T_2)$.
Мы знаем, что энтропия в точке 1,

$s_1=s_1’+2.3c_{pv}\log\frac{T_1}{T_1′}$

$=0.7007+2.3\times0.733\log\frac{ 271}{265}=0,7171$ ………….(i)

И энтропия в точке 2,

$s_2=s_2’+2,3c_{pv}\log\frac{T_2}{T_2′}$

$=0,6853+2,3\times0,733\log\frac{T_2}{303}=0,7171$ . …………(ii)

Так как энтропия в точке 1 равна энтропии в точке 2,
поэтому приравнивая уравнения (i) и (ii),
$0,7171=0,6853+1,686\ лог\фракция{T_2}{303}$ или $\log\frac{T_2}{303}=\frac{0,7171-0,6853}{0,6853}=0,0188$

$\frac{T_2}{303}=1,0444$ …….(принимая антилог. 0,0188)
Следовательно, $T_2=1,0444\times303=316,4 K$

Мы знаем, что энтальпия в точке 1,
$h_1=h_1’+c_{pv}(T_1-T_1′)$

$=184,07+0,733(271-265)=188,47 кДж/кг$
Энтальпия в точке 2 ,
$h_2=h_2’+c_{pv}(T_2-T_2′)$

$=199,62+0,7333(316,4-303)=209,44 кДж/кг$

и энтальпия жидкого хладагента в точке 3,
$ h_{f3}=h_{f3}’+c_{pl}(T_3′-T_3)$ $=64,59-1,235\times 5=58,42 кДж/кг$
Следовательно, C. O.P
$=\frac{h_1-h_{f3}}{h_2-h_1}=\frac{188,47-58,42}{209,44-188,47}=\ фракция{130,05}{20,97}=6,2$ (Ответ)

2. Теоретическая мощность на тонну хладагента
Мы знаем, что отводимое тепло или охлаждающий эффект на кг хладагента, $R_E=h_1-h_{f3}=188,47-58,42=130,05 кДж/кг$

и холодопроизводительность системы
Q=12 TR=$12\times210=2520 кДж/мин$ ……. (Дано)
Следовательно Массовый расход хладагента,
$m_R=\frac{Q}{R_E}=\frac{2520}{130,05}=19,4 кг/мин$

Работа, совершенная при сжатии хладагента
$m_r(h_2-h_1=19,4(209,44-188,47)=406,82 кДж/мин$
Следовательно Теоретическая мощность на тонну холода
$=\frac{406,82}{60\times 12}=0,565 кВт/TR$ ( Ответ)

3. Диаметр и ход компрессора
Пусть D = Диаметр диаметра компрессора
L = Ход компрессора = 1,5 D, и ……..(дано)
N = Скорость компрессор = 1000 об/мин …….

Диаграмма p i для хладона 12: 3.Расчет и построение теоретического рабочего холодильного цикла на энтальпийной диаграмме p-I

Структура основных видов диаграмм хладагентов, используемых в холодильной технике | Холод-проект

Экспериментальное исследование особенностей работы холодильной машины

Похожие статьи

Использование эффекта Зеебека для увеличения интенсивности…

Описание

Анализ эффективности работы саморазмораживающейся…

Термодинамическое исследование работы

Экспериментальное исследование

Влияние недостаточной производительности

Бытовой холодильник с подвижным

Использование теплонасосных установок (ТНУ) в промышленности

Использование эффекта Зеебека для увеличения интенсивности…

Описание

Анализ эффективности работы саморазмораживающейся…

Термодинамическое исследование работы

Экспериментальное исследование

Влияние недостаточной производительности

Бытовой холодильник с подвижным

Использование теплонасосных установок (ТНУ) в промышленности

Похожие статьи

Использование эффекта Зеебека для увеличения интенсивности…

Описание

Анализ эффективности работы саморазмораживающейся…

Термодинамическое исследование работы

Экспериментальное исследование

Влияние недостаточной производительности

Бытовой холодильник с подвижным

Использование теплонасосных установок (ТНУ) в промышленности

Использование эффекта Зеебека для увеличения интенсивности…

Описание

Анализ эффективности работы саморазмораживающейся…

Термодинамическое исследование работы

Экспериментальное исследование

Влияние недостаточной производительности

Бытовой холодильник с подвижным

Использование теплонасосных установок (ТНУ) в промышленности

Ответы: 2. Система сточных вод с фреоном-12…

Добавить комментарий Отменить ответ