Газовые холодильные машины с вихревыми трубами. Классификация газовых холодильных машин

Газовыми называются холодильные машины, у которых весь термодинамический цикл осуществляется в области очень перегретого пара, т.е. газа. В таких машинах хладагент не меняет своего агрегатного состояния не зависимо от элемента холодильной машины.

По принципу получения низких температур газовые холодильные машины (ГХМ) делятся на два типа:

1)Детандерные ГХМ, в которых холодильный агент расширяется в специальных расширительных устройствах - детандерах с понижением температуры и с получением полезной работы;

2)Вихревые ГХМ, у которых эффект охлаждения осуществляется за счет температурного разделения потоков в специальных вихревых трубах без получения полезной работы.

При наличии в схеме регенеративного теплообменника цикл ГХМ называется регенеративным. Если в схеме регенеративный теплообменник отсутствует, то цикл является не регенеративным.

Кроме того, ГХМ могут работать по замкнутому или разомкнутому циклам. В замкнутых циклах по системе ГХМ постоянно циркулирует один и тот же холодильный агент. В разомкнутых циклах поток рабочего вещества после какого-то элемента выходит из системы и затем заменяется новой порцией холодильного агента. По разомкнутому циклу работают, как правило, воздушные газовые холодильные машины, у которых холодильным агентом является атмосферный воздух.

В качестве холодильных агентов в газовых холодильных машинах могут использоваться любые вещества в газообразном состоянии. Например, воздух, аммиак, хладоны, диоксид углерода, чистые углеводороды (пропан, метан, бутан и т.д.), азот и другие рабочие вещества. На практике чаще всего используется воздух.

В данном учебном пособии рассматриваются теоретические ГХМ, в которых отсутствуют все необратимые потери. т.е. в циклах все процессы как внутренне, так и внешне обратимы. Следовательно, процессы сжатия и расширения являются изоэнтропными, а процессы охлаждения и нагревания – изобарными.

Существующие конструкции труб можно подразделить на две группы:

адиабатные вихревые трубы (без отвода теплоты от горячего конца трубы).

не адиабатные вихревые трубы (с интенсивным отводом теплоты от горячего конца трубы).

Рисунок 1 – Схема воздушной холодильной машины с вихревой трубой.

Рисунок 2 – Цикл холодильной машины с вихревой трубой в S-T – диаграмме.

Удельная массовая холодопроизводительность (теплота, отводимая от охлаждаемого объекта одним килограммом холодильного агента (воздуха), циркулирующего в системе холодильной машины) вычисляется по формуле:

(1)

где h6 и h4 – энтальпия воздуха в охлаждаемом объекте и энтальпия холодного воздуха на выходе из вихревой трубы; СР – изобарная теплоёмкость воздуха; - доля холодного потока воздуха, выходящего из вихревой трубы. Где - массовый расход холодного воздуха, выходящего из вихревой трубы; - общий массовый расход воздуха через вихревую трубу. Количество теплоты, отведённой от 1кг воздуха в цикле, равно сумме теплоты, отведённой от воздуха в теплообменнике и при охлаждении горячего потока, выходящего из вихревой трубы :

(2)

где h2 и h3 – удельные энтальпии воздуха в начале и в конце процесса изобарного охлаждения воздуха в теплообменнике; h5 и h1 – удельные энтальпии воздуха на выходе из вихревой трубы и энтальпия окружающего воздуха.

Удельная работа цикла (работа, затрачиваемая в цикле на 1кг воздуха) равна удельной работе компрессора. В политропном процессе сжатия удельная работа компрессора равна:

(3)

где R – удельная газовая постоянная; n – показатель политропы, который, можно определить по формуле.

где p1 и p2 – давление в начале и в конце процесса, соответственно, Па; v1 и v2 – удельные объёмы в начале и в конце процесса, соответственно, м3/кг. Эффективность цикла холодильной машины оценивается холодильным коэффициентом:

(4)

1. Рассчитать удельную холодопроизводительность цикла холодильной машины q₀ и удельную теплоту, выделяющуюся в цикле q, кДж/кг:

2. Определить холодопроизводительность холодильной машины Q0, кВт:

(6)

где - расход воздуха в системе холодильной машины кг/с:

где - объёмная производительность компрессора (); - коэффициент подачи (); - удельный объём воздуха на входе в компрессор, м3/кг;

3. Рассчитать удельную теоретическую работу компрессора при адиабатическом сжатии воздуха , кДж/кг по формуле:

4. Определить теоретическую мощность компрессора , кВт:

(7)

5. Рассчитать электрическую мощность, потребляемую электродвигателем компрессора ,кВт:

(8)

где - адиабатный КПД компрессора (); - механический КПД компрессора (); - КПД электродвигателя компрессора ().

6. Определить действительную потребляемую электродвигателем компрессора мощность по показаниям вольтметра и амперметра, кВт:

(9)

где U – напряжение, измеренное по вольтметру, В; I – ток, измеренный по амперметру, А; - коэффициент мощности ().

7. Определить холодильный коэффициент холодильной машины теоретический и действительный :

(10)

(11)

8. Определить относительное отклонение значения расчётного холодильного коэффициента от действительного в %:

(12)

Поиск по сайту: