Контрольные вопросы и задания:

1. Чем отличается теоретический цикл одноступенчатого парокомпрессионного термотрансформатора от обратного цикла Карно?

2. Каким образом работает установка одноступенчатого парокомпрессионного термотрансформатора?

3. Чем отличается действительный цикл парокомпрессионного термотрансформатора от теоретического?

4. Что является основной задачей расчета термотрансформаторов?

5. Как определяют удельную работу компрессора, затрачиваемую на сжатие паров хладона?

6. Для чего применяют перегрев паров холодильного агента на всасывании?

7. Запишите тепловой баланс термотрансформатора?

8. Что такое индикаторный КПД и как он определяется?

9. Как определить энтальпию рабочего агента на выходе паров из компрессора?

10. Как определить удельный расход тепла на единицу расхода рабочего тела в теплообменных аппаратах теплонасосной установки?

11. Как определить массовый расход рабочего агента при циркуляции в системе установки?

12. Как определить объемную производительность компрессора ТНУ?

13. Как определить тепловую нагрузку на испаритель ТНУ?

14. Как определить тепловую нагрузку переохладителя?

15. Как определить удельный расход энергии на единицу полученного тепла Э_тн ТНУ?

16. Как определить электрическую мощность компрессора для ТНУ?

17. Как определить коэффициент трансформации тепла (преобразования)?

18. Для чего применяют регенеративный цикл?

Примеры:

Пример № 5

Рассчитать цикл одноступенчатой холодильной машины без регенерации и определить ее основные конструктивные параметры при следующих условиях:

t_о= -15 ^оС, t_к= 30 ^оС, Δt_вс=15 ^оС, Δt_по=5 ^оС; Q_о=100 кВт. Хладагент R12. Произвести сравнение с циклом Карно.

Схема установки приведена на рисунке 2.1. Построим цикл в диаграмме lgp-i хладагента R-12 [приложение 6]. Параметры точек 1, 3 определяем по приложению 5. Для точки 1 - парообразное состояние (насыщенный пар). Для точки 3 – жидкость.

Рисунок 2.5 – Схема цикла к примеру № 5

Определяем температуры в точках, данные сводим в таблицу.

Температура рабочего агента после переохладителя определяется по формуле:

Таблица к примеру № 5– Параметры хладагента в узловых точках теоретического цикла холодильной машины

№ узловые точки	Температура в точке, С	Давление в точке, МПа	Энтальпия хладона i, (кДж/кг)	Уд. объем паров V, (м3/кг)
1	-15	0,183	545,26	0,0913
1’	0	0,183	554,42	0,0956
2	50	0,743	579,06	0,02634
3	30	0,743	429,08	0,000773
4	25	0,743	424,13
5	-15	0,183	424,13	0,025

Количество тепла, подводимое к испарителю q_o на единицу расхода:

q_o = i_1’ – i₅=554,42-424,13=130,29 кДж/кг

Удельная внутренняя работа сжатия в компрессоре:

кДж/кг

Удельный отвод теплоты в конденсаторе:

q_кд = i₂ – i₃=579,06-429,08=149,98 кДж/кг

Определяем холодильный коэффициент и холодильный коэффициент цикла Карно:

Находим массовый и объемный расходы хладагента:

- массовый расход рабочего агента, кг/с.

• объемная производительность компрессора, м³/с.

V_км = G V₁=0,768·0,0913=0,0701 м³/c

Электрическая мощность компрессора, кВт

Тепловая нагрузка конденсатора, кВт.

Q_к = G *q_к =0,768·149,98=114,49 кВт

Пример № 6

Рассчитать цикл теплового насоса, работающего по циклу одноступенчатой холодильной машины без регенерации, и определить ее основные конструктивные параметры при следующих условиях: t_о=10 ^оС, t_к= 60 ^оС, Δt_вс=10 ^оС, Δt_по=0 ^оС; теплота, переданная окружающей среде Q_ТНУ=100 кВт. Хладагент R404а.

Схема установки приведена на рисунке 2.1. Построим цикл в диаграмме lgp-i хладагента R-404а [приложение 11]. Параметры точек 1, 3 определяем по приложению 10. Для точки 1 - парообразное состояние (насыщенный пар). Для точки 3 – жидкость.

Определяем температуры в точках, данные сводим в таблицу.

Температура рабочего агента после переохладителя определяется по формуле:

Рисунок 2.6 – Схема цикла к примеру № 6

Таблица к примеру № 6 – Параметры хладагента в узловых точках теоретического цикла теплового насоса

№ узловые точки	Температура в точке, С	Давление в точке, МПа	Энтальпия хладона i, (кДж/кг)	Уд. объем паров V, (м3/кг)
1	10	0,818	373,58	0,0244
1’	20	0,818	380	0,030
2	78	2,9	408	0,070
3	60	2,9	290	1,2577
4	60	2,9	290	1,2577
5	10	0,818	290	0,015

Количество тепло, подводимое к испарителю q_o на единицу расхода:

q_o = i_1’ – i₅=380-290=90 кДж/кг

Удельная внутренняя работа сжатия в компрессоре:

кДж/кг

Удельный отвод теплоты в конденсаторе:

q=q_кд = i₂ – i₃=q_o+l=408-290=118 кДж/кг

Определяем холодильный коэффициент и холодильный коэффициент цикла Карно:

Находим массовый и объемный расходы хладагента:

- массовый расход рабочего агента, кг/с.

• объемная производительность компрессора, м³/с.

V_км = G V₁=0,847·0,0244=0,0207 м³/c

Электрическая мощность компрессора, кВт

Пример № 7

Термотрансформатор (холодильная машина) работает на холодильном агенте R12 по действительному циклу с регенеративным теплообменником. Построить цикл машины, если известно, что температура кипения t_о= - 8 ^оС, температура конденсации t_к= +28 ^оС, перегрев паров в регенеративном теплообменнике Δt_вс=25 ^оС. Схема установки представлена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.7 – Схема цикла к примеру № 7

Положение точки 1 находим на пересечении изобары р_о=0,2357 МПа, соответствующей t_o= - 8 ^оС. По приложению 5 находим i₁=548,5 кДж/кг (насыщенный пар при температуре -8 ^оС).

Определяем температуру паров в точке 1’: . Точка 1’ находится на пересечении изобары р_о=0,2357 МПа и изотермы t_1’=17 ^оС. Из диаграммы видно, что i_1’=564,5 кДж/кг (при р=0,2357 МПа и t=17 ^oC).

Положение точки 2 находим на пересечении адиабаты (s=const), проведенной из точки 1’, с изобарой р_к, соответствующей заданной температуре конденсации t_к.

Находим i₂=587,5 кДж/кг.

Энтальпию точки 4 находим из уравнения теплового баланса регенеративного теплообменника, пренебрегая потерями теплоты в окружающую среду:

где - количество теплоты, отведенной от жидкого холодильного агента;

- количество теплоты, подведенной к парам холодильного агента.

Из диаграммы, а также по приложению 5 определим i₃=427,1 кДж/кг (для жидкости при t=28 ^oC и р=0,7053 МПа).

Следовательно,

Положение точки 4 на диаграмме находим на пересечении энтальпы i₄=411,1 кДж/кг и изобары р_к=0,7053 МПа, соответствующей температуре t_к=28 ^оС.

Для построенного цикла удельная массовая холодопроизводительность:

q_o = i_1’ – i₃= i₁ - i₅ =564,5-427,1=137,4 кДж/кг

Удельная внутренняя работа сжатия в компрессоре:

кДж/кг