Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 14
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТУРИЗМА И СЕРВИСА»
ФГОУВПО «РГУТиС»
Факультет Сервиса (название факультета) Кафедра Бытовая техника (название кафедры) УТВЕРЖДАЮ
Проректор, к.и.н., доцент ______________________Юрчикова Е.В. «____»________________________201_ г. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВГО ПРОЕКТА
Дисциплина «ТЕОРИЯ, РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЫТОВОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И КОНДИЦИОНЕРОВ»
(индекс и наименование дисциплины) Специальность 150408 «Бытовые машины и приборы»
(код и наименование специальности) Специализация 150408.02 Бытовая холодильная техника, кондиционирование и приборы микроклимата
Москва 2010 г. Методические указания по выполнению курсовой работы составлены на основании примерной программы дисциплины «ТЕОРИЯ, РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЫТОВОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И КОНДИЦИОНЕРОВ»
(индекс и наименование дисциплины) При разработке методических указаний по выполнению курсовой работы в основу положен Государственный образовательный стандарт по специальности 150408 «Бытовые машины и приборы» (код и наименование специальности) Методические указания по выполнению курсовой работы рассмотрены и утверждены на заседании кафедры "Бытовая техника" (название кафедры) Протокол №_______ «_____» ____________________201_ г. Зав.кафедрой к.т.н., доцент Сумзина Л.В. Методические указания по выполнению курсовой работы рекомендованы Научно-методической секцией Факультета сервиса (название факультета) Протокол №_______ «_____» ____________________201_ г. Председатель Научно-методической секции к.т.н., доцент Сумзина Л.В. Методические указания по выполнению курсовой работы одобрены Научно-методическим советом ФГОУВПО «РГУТиС» Протокол №_______ «_____»______________________201_ г. Ученый секретарь Научно-методического совета к.с.н. Артамонова М. В. Методические указания по выполнению курсовой работы
разработал:
Преподаватель кафедры профессор А.И. Набережных старший преподаватель А.В. Деменев ПРЕДИСЛОВИЕ
Холодильная техника получила широкое применение в коммунальном и особенно в бытовом обслуживании. Эффективность работы холодильной техники, прежде всего, определяется техническим состоянием герметичного хладонового компрессора (ГХК). В последние годы наблюдается стабильная тенденция увеличения производства комбинированных холодильников-морозильников, агрегаты которых снабжены двумя компрессорами. Это приводит, с одной стороны, к ресурсосбережению и расширению функциональных возможностей, а с другой – к повышению уровня звуковой мощности холодильной техники. Возникает проблемная ситуация, суть которой заключается в необходимости увеличения энергоемкости ГХК при снижении уровня звуковой мощности и затратообразующих технических показателей производственных ресурсов. Поэтому решение обозначенной проблемы является актуальной задачей, реализация которой требует комплекса научно-исследовательских и конструкторско-технологических решений. 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Цель и задача курсовой работы.
Целью выполнения курсового проекта м (КП) работы по дисциплине «ТЕОРИЯ, РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЫТОВОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И КОНДИЦИОНЕРОВ» является развитие и закрепление знаний, конструкторских навыков, полученных при изучении данной дисциплины, освоение методик расчета основных элементов конструкции машин и аппаратов бытового назначения. Основной задачей курсового проектирования является разработка конструкции бытовых машин и приборов и их элементов с учетом современных методов оценки их технического уровня и тенденций развития. 1. 2. Содержание и структура КП.
КП состоит из расчетно-пояснительной записки (РПЗ) и графической части. Содержание РПЗ Аннотация. В аннотации приводится структура КП – состав и объем расчетно-пояснительной записки, а также цель и содержание поставленных задач, формулируется объект и предмет исследования. Аннотация должна ориентировать читателя в дальнейшем раскрытии темы, но и содержит все необходимые его квалификационные характеристики. Введение. Здесь обосновывается актуальность выбранной темы, Актуальность — обязательное требование к любой КР (КП). Поэтому вполне понятно, что ее введение должно начинаться с обоснования актуальности выбранной темы. Аналитический раздел. Обзор и сравнительный анализ существующих конструктивных решений бытовой техники. Дается краткое описание известной в настоящее время по литературным источникам конкретной бытовой техники (объект исследования). Приводятся результаты патентного поиска. Обзор проводится как по отечественной, так и по зарубежной литературе, в том числе с использованием научных периодических изданий. Анализируются и сравниваются параметры бытовой техники, отмечаются их достоинства и недостатки. Оценки должны проводиться для условий, оговоренных в задании на (КП) или для близких к ним. В разделе четко должно быть показано достоинство разрабатываемой бытовой техники по сравнению с существующими. Конструкторский раздел. Создается техническое задание объекта проектирования. Описание конструкции и работы разработанного холодильника-морозильника. Расчет теоретических циклов холодильных агрегатов для холодильной и морозильной камер на реальном холодильном агенте.Расчет теплопритоков в шкаф холодильника и определение холодопроизводительности холодильного агрегата и их конструктивного исполнения. Подобрать компрессоры в соответствие с рассчитанной холодопроизводительностью холодильных агрегатов и их теплообменных агрегатов. Выводы. Кратко излагаются основные результаты разработки, отмечаются оригинальные решения, полученные дипломником. Приводятся основные характеристики и технике-экономические показатели разработанной СКВ. Список используемой литературы Приложение Используемые табличные данные Спецификации на сборочные чертежи Оглавление 1.3. П
орядок и правила оформления расчетно-пояснительной записки и чертежно-графической части проекта.
1.3.1. Графическая часть КП
Графическая часть КП выполняется в среде AutoCAD -, и включает: Общий вид холодильника, компоновочные схемы агрегата, схема холодильника. сборочный чертеж компрессоров для холодильной и морозильной камеры. Оформление графической части КП должно соответствовать требованиям ГОСТа [24]. Расчетно-пояснительная записка КР является текстовым документом, следовательно, на неё распространяется требования ЕСКД ГОСТ 2.105 – 68. Текстовые документы необходимо выполнять на форматах ЕСКД – форма 2 и форма 2а. Каждый раздел, например, введение, аналитический раздел, начинается с новой страницы и оформляется в форму 2. Основная надпись, заполняется по ГОСТ 2.105 – 68 Документ обозначается в графе 2 следующим образом: КР - ****/** - 200* Где, первые две буквы - аббревиатура типа работы, цифры «****/**» - номер студенческого билета, «200*» - год, в который выполняется работа. КР 1234/98 – 2004 Нумерация в графе (7) основной надписи, заполняется по ГОСТ 2.105 – 68 и производится по разделам, а не сквозная. Сквозная нумерация ставится в правом верхнем углу. Содержание КП, разделяют на разделы и подразделы. Нумерацию листов документа производят в пределах каждого раздела. Разделы должны иметь порядковые номера, обозначенные арабскими цифрами с точкой в пределах всего документа (части). Подразделы должны иметь порядковые номера в пределах каждого раздела. Номера подразделов состоят из номеров раздела и подраздела, разделенных точкой. В конце номера подраздела также должна ставиться точки. Содержание каждого документа, при необходимости, разбивают на пункты - а пункты на подпункты, независимо от того, разделен документ на части, разделы, подразделы или нет. Если документ не имеет подразделов, то нумерация пунктов в нем должна быть в пределах каждого раздела и номер пункта должен состоять, из номеров раздела и пункта, разделенных точкой. В конце номера пункта также должна ставится точка, например: Каждый подпункт в пределах пункта должен начинаться с новой строки со строчной буквы и обозначаться строчными буквами русского алфавита со скобкой. В конце подпункта, если за ним следует еще подпункт, ставят точку с запятой. Содержащиеся в пунктах или подпунктах документа отдельные требования, указания или положения, излагаемые в виде вывода (перечисления), записывают с абзаца и заканчивается - « ; ». Наименования частей и разделов должны быть краткими, соответствовать содержанию и записываться в виде заголовков (в красную строку) прописными буквами (допускается строчными буквами). Наименование подразделов записывают в виде заголовков строчными буквами (кроме первой прописной). Переносы слов в заголовках не допускаются. Точку в конце не ставят. Если заголовок состоит из двух предложений, их разделяют точкой. Расстояние между заголовком и последующим текстом должно быть равно двум интервалам. Такое же расстояние выдерживают между заголовками раздела и подраздела. Расстояние между основаниями строк заголовка принимают таким же, как и в тексте. Для разделов, текст которых записывают на одном листе с текстом предыдущего раздела, а также для подразделов расстояние между последней строкой текста и последующим заголовком должно быть равно четырем интервалам. Текст пояснительной записки контрольной работы должен быть напечатан на одной стороне стандартного листа белой односортной бумаги через полтора интервала, черно-белого цвета с полями вокруг текста. Размер левого поля 30 мм, правого — 10 мм, верхнего — 20 мм, нижнего — 20 мм. Поля слева оставляют для переплета, справа — во избежание того, чтобы в строках не было неправильных переносов из-за неуместившихся частей слов. При таких полях каждая страница должна содержать приблизительно 1800 знаков (30 строк, по 60 знаков в строке, считая каждый знак препинания и пробел между словами также за печатный знак). Текст пояснительной записки контрольной работы печатается строго в последовательном порядке. Не допускаются разного рода текстовые вставки и дополнения, помещаемые на отдельных страницах или на оборотной стороне листа, и переносы кусков текста в другие места. Все сноски и подстрочные примечания перепечатывают (через один интервал) на той странице, к которой они относятся. Все страницы нумеруются начиная с титульного листа. Цифру, обозначающую порядковый номер страницы, ставят в правом верхнем поле страницы. Каждый новый раздел начинается с новой страницы. Это же правило относится к другим основным структурным частям работы: введению, заключению, списку литературы, приложениям, указателям. Фразы, начинающиеся с новой (красной) строки, печатают с абзацным отступом от начала строки, равным пяти ударам. Таблицы, рисунки, чертежи, графики, фотографии как в тексте контрольной работы, так и в приложении должны быть выполнены на стандартных листах размером 210 х 297 мм или наклеены на стандартные листы белой бумаги. Подписи и пояснения к фотографиям, рисункам должны быть обязательно и располагаться с лицевой стороны. Рисунки, фотографии должны быть без пометок, карандашных исправлений, пятен и загибов, набивка буквы на букву и дорисовка букв чернилами не допускается. Все ошибки и опечатки необходимо исправить. Число исправлений должно быть минимальным: на страницу не более пяти исправлений от руки чернилами черного цвета (если не возможно перепечатать). 1.
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ШКАФА
ДВУХКАМЕРНОГО ХОЛОДИЛЬНИКА
Параметры холодильника: Общий объем холодильника VОБЩ
= 300 дм3
. Объем морозильной камеры VМК
= 140 дм3
. Объем холодильной камеры VХК
= 220 дм3
. Схема холодильного агрегата Геометрические размеры шкафа холодильника
6.6.1. Конструкторский расчет шкафа холодильника.
Толщина стенки холодильной камеры δХК
= 45 мм. Толщина стенки морозильной камеры δМК
= 68 мм. Длина шкафа холодильника а = 590 мм. Длина холодильной камеры аХК
= 500 мм. аХК =
а - 2δХК
= 590 - 2 × 45 = 500 мм. Длина морозильной камеры аМК
= 454 мм. аМК
= а - 2δМК
= 590 - 2 × 68 = 454 мм. Ширина шкафа холодильника b = 600 мм. Ширина холодильной камеры bХК
= 510 мм. bХК
= b - 2δХК
= 600 - 2 × 45 = 510 мм. Ширина дверки морозильной камеры bДВ
= 50 мм. Ширина морозильной камеры bМК
= 482 мм. bМК
= b – δМК
– bДВ
= 600 – 68 – 50 = 444 мм. Высота холодильной камеры hХК
= 902 мм. hХК
= (230 · 106
)/(500 × 510) = 902 мм Высота морозильной камеры hМК
= 717 мм. hМК
= (120 · 106
+ 36,9 · 106
)/(454 + 482) = 717 мм Объем компрессионного отделения Vкомп
= 36,9 дм3
. Vкомп
= 250 × 250 × 590 = 36,9 дм3
Высота холодильника Н = 1800 мм. Н = hХК
+ hМК
+ 2 × δМК
+ δХК
= 902 + 549 + 2 × 68 + 45 = 1800 мм 2. РАСЧЕТ ПЛОЩАДЕЙ СТЕНОК ХОЛОДИЛЬНИКА :
Расчет площадей теплопередающих поверхностей: 1- верх низкотемпературной камеры; F1
= 0,59 × 0,6 = 0,354 м2
2- боковые стенки низкотемпературной камеры; F2
= 2 × (0,6 × 1,049) = 1,2588 м2
3- задняя стенка низкотемпературной камеры; F3
= 0,59 × 1,049 = 0,6189 м2
4- дверь низкотемпературной камеры; F4
= 0,59 × 1,049 = 0,6189 м2
5- боковые стенки холодильной камеры; F5
= 2 × (0,6 × 0,583) = 0,6996 м2
6- задняя стенка холодильной камеры; F6
= 0,59 × (0,583 - 0,25) = 0,1965м2
7- дверь холодильной камеры; F7
= 0,59 × (0,583 - 0,034) = 0,3239 м2
8- дно холодильной камеры; F8
= 0,59 × (0,6 - 0,25) = 0,2065 м2
9- компрессионное отделение. F9
= (0,59 × 0,25) + (0,6 × 0,25) = 0,295 м2
Окружающая температура воздуха - +55 о
С; Температура воздуха у задней стенки - +57 о
С; Температура воздуха в компрессионном отделении - +58 о
С; Материал изоляции - пенополиуретан; Толщина изоляции - δ = 55 мм (0,055 м); Коэффициент теплопроводности - 0,021 Вт/м2
·К; Средняя температура в холодильном отделении по ТУ - +5 о
С; Средняя температура в морозильном отделении - -18 о
С; Общий объём холодильника - 300 дм3
; Внутренний объем испарителя с заизолированным поддоном и крышками от объёма холодильного отделения - 80 дм3
; Теплоизоляция морозильной камеры холодильника - пенополиуретан, λ = 0,021 Вт/м·К; Теплоизоляция холодильной камеры и дверей - базальтовое волокно, λ = 0,035 Вт/м·К; 4. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ХОЛОДИЛЬНИКА При проведении теплового расчета холодильных машин бытового назначения общую тепловую нагрузку ( Q ) разбивают на ряд составляющих теплопритоки из окружающей среды через стены и теплоизоляцию ( Q
Q= Q Теплопритоки из окружающей среды составляют значительную часть общей тепловой нагрузки холодильной установки. Тепловой поток ив окружающего воздуха постоянно проникает в камеры холодильника за счет теплопроводности. Количество теплоты, передаваемой через поверхности наружного, внутреннего шкафа и слой теплоизоляции в камеры холодильника (Q
где n - количество теплопередающих поверхностей холодильной установки.
Расчет коэффициента теплопередачи производится по формуле (4)
где Знаменатель формулы (4) представляет собой сумму термических сопротивлений плоской многослойной стенки, включая сопротивление тонкого слоя воздуха, непосредственно прилегающего к наружной и внутренней поверхности. Термическое сопротивление отдельного материала равно отношению Расчет термических сопротивлений стен наружного и внутреннего шкафа холодильника производится с учетом теплофизических свойств материала из которых они изготовлены. Наружные шкафы бытовых холодильников изготавливают в основном из листовой стали толщиной 0,8 …1мм. Двери наружных шкафов изготавливают из стального листа толщиной 0,8 мм, в некоторых моделях холодильников их выполняют из древесностружечной плиты или ударопрочного полистирола. Коэффициент теплопроводности для стали в расчетах можно принять pавным 20 Вт/м*К, для древесностружечной плиты - 0,087 Вт/м*К, для полистирола - 0,038 Вт/м*К. Внутренние шкафы в настоящее время изготавливают в основном из ударопрочного полистирола методом вакуумного формования, толщина листа составляет 2…3 мм. В некоторых моделях бытовых холодильников применяют металлические внутренние шкафы из стального листа толщиной 0,7…0,9 мм. Термическое сопротивление изоляции рассчитывается на основе заданной толщины слоя теплоизоляции соответствующей теплопередающей поверхности и свойств применяемого теплоизоляционного материала. В качестве теплоизоляционного материала наиболее ,широко применяется пенополиоретан с коэффициентом теплопроводности, равным 0,029…0,035 Вт/м*К, и пенополистирол с коэффициентом теплопроводности, находящимся в пределaх 0,038…0,041 Вт/м*К. Расчет коэффициентов теплоотдачи наружных и внутренних стенок теплопередающих поверхностей ,холодильника производится на основе уравнения, теплового баланса:
где При проведении расчетов температура Значение температуры воздуха внутри соответствующей камеры В случае, если поверхность испарителя непосредственно прилегает к внутренней стенке теплопередающей поверхности, значение Определение значений температур наружных и внутренних стенок камер холодильника производится расчетным путем с учетом сопротивления слоя воздуха, прилегающего к данным поверхностям. Для этого вычисляются предварительные значения термического сопротивления наружного (
где При проведении расчетов термических сопротивлений Суммарное термическое сопротивление i-ой теплопередающей поверхности (
где Разность температур по обе стороны каждого из элементов i-ой теплопередающей поверхности (
Температура стенки наружного шкафа i-ой теплопередающей поверхности холодильника (
Температура стенки внутреннего шкафа i-ой теплопередающей поверхности холодильника (
После вычисления температур
Значения коэффициентов теплоотдачи наружной и внутренней стенок i-ой теплопередaющей поверхности также вычисляется из уравнения теплового баланса:
На основе полученных значений коэффициентов теплоотдачи Площади наружных стенок теплопередающих поверхностей Значения разности температур После вычисления составляющих уравнения (3) рассчитываются значения теплопритоков Пример инженерного расчета:
3.1. Определяем коэффициент теплопередачи горизонтальных стенок.
1
1 0,05 1
------- + --------- + ---------
6,98 0,021 6,98
1
1 0,05 1
-------- + ---------- + ----------
6,98 0,021 6,98
3.2. Определяем коэффициент теплопередачи вертикальных стенок.
1
1 0,05 1
-------- + --------- + --------
11,63 0,021 11,63
1
1 0,05 1
-------- + --------- + --------
11,63 0,035 11,63
3.3. Принимаем среднее значение температур в камере.
t
СР. МК
= -18 o
C
,
tC
Р.ХК
= + 5 о
С,
t
СР.ПК
= + 10 о
С.
3.4. Определяем температуры наружного воздуха у стенок шкафа холодильника
.
температура окружающей среды
tос = + 55о
С,
температура воздуха у задней стенки
tЗАДН
=
tос + 2о
С = 57о
С,
температура воздуха в компрессионном
отделении
tКО
=
tОС
+ 3о
С = 58о
С,
температура воздуха у боковых
стенок и дверей холодильника
tБОК
=
tос = 55 о
С,
температура воздуха над верхом холодильника
tВЕРХ
=
tос + 3о
С = 58о
С,
температура воздуха у дна холодильника
tДН
=
tос = 55о
С.
3.5. Определяем разность температур снаружи и внутри рассчитываемых поверхностей.
1 – Задняя стенка морозильной камеры,
Δ
t
1
=
t
ЗАДН
-
t
МК
= 55 – ( - 18 ) = 73о
С.
2 – Верх морозильной камеры,
Δ
t
2
=
t
ВЕРХ
–
t
МК
= 58 – ( - 18 ) = 76 о
С.
3 – Боковые стенки морозильной камеры,
Δ
t
3
=
t
БОК
–
t
МК
= 55 – ( -18 ) = 73 о
С.
4 – Верх промежуточной камеры,
Δ
t
4
=
t
ВЕРХ
–
t
ПК
= 58 – 10 = 48 о
С.
5 – Боковые стенки промежуточной камеры,
Δ
t
5
=
t
БОК
–
t
ПК
= 55 – 10 = 45 о
С.
6- Задняя стенка холодильной камеры,
Δ
t
6
=
t
ЗАДН
–
t
ХК
= 57 – 5 = 52 о
С.
7 – Боковые стенки холодильной камеры,
Δ
t
7
=
t
БОК
–
t
ХК
= 55 – 5 = 50 о
С.
8 – Дно холодильной камеры,
Δ
t
8
=
t
ДН
–
t
ХК
= 55 – 5 = 50 о
С.
9 – Компрессионное отделение,
Δ
t
9
=
t
БОК
–
t
ХК
= 58 – 5 = 53 о
С.
3.6. Определяем теплопритоки в шкаф холодильника.
Q
ИЗ
= 0,7812 · 0,62 · 57 + 1,968 · 0,62 · 55 + 0,822 · 0,62 · 55 + 0,15 · 0,58 · 55 +
0,322 · 0,58 · 55 + 0,15 · 0,58 · 58 + 0,15 · 0,62 · 58 = 141,24 Вт.
3.7. Определяем суммарные теплопритоки в шкаф холодильника по таблице:
Таблица расчета теплопритоков чрез стенки холодильника:
Камера
Наименование
Площадь
t11
t15
D
t
R
q
a
1
a
2
K
Q
Co
м2
*К/Вт
Вт/м2
Вт/м2
*К
Вт
НТК V=80
Боковая Задняя стенка Дверь Верх Перегородка Итого по камере ХК V=
220
Боковая Задняя стенка Дверь Дно Компрес вер Итого по камере Теплопритоки из ос Q
ИЗ
Вт Общая тепловая нагрузка рассчитывается:
QO
= 1,3 ·
Q
ИЗ
= 192, 72 Вт.
Воздухообмен в охлаждаемом пространстве камер холодильной установки происходит за счёт инфильтрации при открывании дверей и через уплотнения дверных проемов. Количество наружного воздуха, поступающего в камеры в результате воздухообмена, зависит от внутреннего объема камеры, поддерживаемой в ней температуры, ее назначения, пространственного расположения, частоты и длительности открывания дверей, профиля дверного уплотнителя, плотности его прилегания к поверхности. Точный учет всех перечисленных факторов при проведении расчетов произвести невозможно, поэтому при вычислении величины тепловой нагрузки от воздухообмена используют экспериментальные данные. Средние теплопритоки от, воздухообмена
где Количество циркулирующего воздуха обычно выражается в единицах объема, поэтому зависимость для расчета тепловой нагрузки после соответствующих преобразований приобретает следующий вид:
где При6лизительные экспериментальные значения средней интенсивности инфильтрации Расчет тепловой нагрузки от продуктов производится в зависимости от ряда факторов, в том числе, температуре в камере холодильника. В случае, если температура в холодильной камере(
где Значения коэффициентов теплоемкости основных групп продуктов приведены в приложении 8. При расчетах максимальных теплопритоков от продуктов необходимо учитывать, что в начальный период охлаждения имеет место более высокая разность температур между продуктами и воздухом в камере, и , следовательно, наибольшие значения тепловых нагрузок. Если это обстоятельство не учитывается при выборе компрессора для холодильной установки и принимается допущение о равномерности распределения тепловой нагрузки течение всего цикла охлаждения, то в начальный период при максимальной нагрузке произойдёт значительное повышение температуры в камере. В тех случаях, когда повышение температуры недопустимо, необходимо учитывать коэффициент скорости охлаждения (
Рекомендуемые значения скорости охлаждения для различных продуктов приведены в приложении 8 . При замораживании и хранении продуктов в низкотемпературной и морозильной камерах ниже точки их замерзания общее количество выделяемой теплоты cклaдывается из трех составляющих: теплоты, отдаваемой при охлаждении продуктов от начaльной температуры до температуры замерзания; теплоты, отдаваемой продуктами при их замораживании, и теплоты, отдаваемой при охлаждении продуктов от точки замерзания до конечной температуры хранения. Удельные теплопритоки при понижении температуры продуктов до точки замерзания ( где Удельное количество теплоты, отдаваемой при замораживании продуктов (
где Удельное количество теплоты, отдаваемой при охлаждении от температуры замерзания до температуры хранения в низкотемпературной или морозильной камерах (
где При одновременном замораживании разнородны продуктов величины yдeльных тепловых нагрузок
Общая тепловая нагрузка от продуктов для холодильников или комбинированных холодильников-морозильников определяется как сумма теплопритоков в холодильную и низкотемпературную или морозильнyю камеры:
Пример расчета
При хранении продуктов в холодильной камере ниже точки их замерзания общее количество выделяемой теплоты складывается из трех составляющих: 1. теплоты, отдаваемой при охлаждении продуктов от начальной температуры до температуры охлаждения; 2. теплоты, отдаваемой продуктами при их охлаждении; 3. теплоты, отдаваемой при охлаждении продуктов от температуры окружающей среды до конечной температуры хранения. 5.1. (8)
где tз
= 0°С – температура охлаждения продуктов, m = 6 кг – масса продуктов, tн
=12°С – начальная температура продуктов, с¢= 3,18 ´103
Дж/кг.
К – удельная теплоемкость продуктов выше точки замерзания.
5.2. (9)
где г=235´103
Дж – скрытая теплота продуктов. 5.3. Удельное количество теплоты, отдаваемой при охлаждении от температуры замерзания до температуры хранения в морозильной камере: (10) где c´´=1,72´103
Дж/кг.
К - удельная теплоемкость замороженных продуктов, tк
=-22°С - температура хранения продуктов в холодильной камере. Эквивалентная тепловая нагрузка от продуктов в морозильной камере: (11) где τ =24 часа, продолжительность охлаждения продуктов от начальной температуры до температуры воздуха в камере [сек]. ω =1, коэффициент скорости охлаждения.
Источниками дополнительной тепловой нагрузки в бытовых холодильниках и морозильниках являются лампы освещения, электродвигатели привода вентиляторов для циркуляции охлажденнго воздуха в системах «No frost» , электронагреватели для оттаивания снегового покров а с поверхности испарителей и электронагреватели для обогрева дверных проемов низкотемпературных и морозильных камер. При проведении расчетов теплотой, выделяемой лампами освещения, можно пренебречь, т. к. мощность ламп не превышает 15 Вт, а их включение производится только на время открывания дверей. Теплопритоки от электродвигателей вентиляторов, электронагревателей для оттаивания снегового покров а и обогрева дверных проемов рассчитываются по формуле:
где
где Значения коэффициента трансформации мощности в тепловую энергию зависит от расположения и назначения электродвигателя или электронагревателя. Для электродвигателей вентиляторов, осуществляющих циркуляцию охлажденного воздуха в камеры, и электронагревателей дверных проемов низкотемпературных и морозильных камер значения коэффициента При наличии нескольких дополнительных источников теплоты производится расчет теплопритоков от каждого из них и затем определяется суммарное значение дополнительной тепловой нагрузки. пример расчете дополнительных теплопритоков
Источниками дополнительной тепловой нагрузки в холодильнике являются лампы освещения, электродвигатели привода вентиляторов для циркуляции охлажденного воздуха в системе “No frost”, электронагреватели для оттаивания снегового покрова с поверхности испарителя, обогрев дверных проемов морозильной камеры. При проведении расчетов теплоты, выделяемой источниками дополнительной тепловой нагрузки, можно пренебречь, так как мощность ламп не превышает 10 Вт, а их тепловая нагрузка минимальная в связи с применением галагеновых ламп, включение вентилятора производится только на время короткое время, нагреватель для оттаивания снегового покрова в сутки включается на 30 минут в сутки, при этом теплопритоки составляют меньше 1 Вт. Общая тепловая нагрузка по формуле (1):
Qо
= 141,24 + 16,32 + 19,2 = 176,76 Вт
Теплопритоки от продуктов, воздухообмена и дополнительные теплопритоки в сумме представляют собой эксплуатационную тепловую нагрузку. При проведении тепловых расчетов морозильников и морозильных камер комбинированных холодильников-морозильников задается значение мощности замораживания, поэтому вычисление всех составляющих эксплуатационной нагрузки по приведенной выше методике не вызывает трудностей. В случае теплового расчета холодильных и низкотемпературных камер холодильников невозможно с достаточной степенью точности определить теплопритоки от продуктов, т.к. их ассортимент, масса и продолжительность хранения изменяется в широких пределах. В связи со сложностью учета перечисленных выше факторов для холодильных и низкотемпературных камер целесообразно применение упрощенного способа расчета эксплуатационной тепловой нагрузки. При применении упрощенного способа эксплуатационная тепловая нагрузка вычисляется по следующему уравнению:
где Общая тепловая нагрузка соответствующей камеры определяется суммой теплопритоков из окружающей среды и эксплуатационной тепловой нагрузки. Расчет эксплуатационной тепловой нагрузки:
где Qэ.хк
= 0,23 Qэ.мк
= 0,12 Полученное в результате расчетов по формуле (1) значение суммарных теплопритоков является тепловой нагрузкой испарителя. При расчетах двухкамерных холодильников с двухиспарительной системой охлаждения и комбинированных холодильников-морозильников производится расчет теплопритоков в каждую из камер и полученное значение является тепловой нагрузкой испарителя соответствующей камеры. Определение холодопроизводительности холодильного агрегата (
где Необходимая холодопроизводительность компрессора рассчитывается, исходя из того, что потери холодопроизводительности в холодильном агрегате составляют, в среднем, 20%:
После расчета необходимой холодопроизводительности герметичного компрессора по соответствующему графику производится подбор компрессора для холодильника или морозильника в зависимости от полученного значения Расчет потерь холодопроизводительности в холодильном агрегате:
Q0хк
= 1,2 Q0мк
= 1,2 Выбираем компрессор.
На основании параметров теоретического цикла выполнили расчет теоретического компрессора по формулам:
где кQ
—
удельная теоретическая холодопроизводительность, [Вт/см3
]
q0
– удельная холодопроизводительность, [кДж/кг]
V1
– удельный объем в начале процесса всасывания,[кг/см3
]; Vраб —
рабочий объем цилиндра, [см3
/ход]. где kn
– удельная теоретическая потребляемая мощность, [Вт/см3
]; lад
— адиабатическая работа сжатия, [кДж/кг].
где Qд —
действительная холодопроизводительность, [Вт]
где λ — коэффициент подачи (холодильный коэффициент); Nд —
действительная потребляемая мощность, [Вт]
где λм —
коэффициент потерь потребляемой мощности. Исходные данные для подбора компрессора Наименование камеры Параметры Тепловая нагрузка, Вт Тем-ра кипения, 0
С Удельная холодопроизводительность, кДж/кг Адиабатическая работа сжатия, кДж/кг Коэффициент подачи Коэффициент потерь потребляемой мощности ХК 192,1 -10 335,94 87,48 0,18 0,56 МК 182,7 -20 337,8 108,37 0,36 0,7 Результаты расчета Наименование камеры Параметры Рабочий объем цилиндра, см3
Действительная холодопроизводительность, Вт Потребляемая мощность, Вт Cop, Вт/Вт ХК 8 125 81,17 1,54 МК 11 113,4 71 1,6 Круговым процессом
или циклом
называется такая совокупность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние. Равновесные круговые процессы изображаются в диаграммах р — V
, р
— Т
и др. в виде замкнутых кривых, ибо двум тождественным состояниям — началу и концу кругового процесса — соответствует в любой диаграмме одна и та же точка. Тело, совершающее круговой процесс и обменивающееся энергией с другими телами, называется рабочим телом.
Обычно таким телом является газ. Круговые процессы лежат в основе всех тепловых машин — двигателей внутреннего сгорания паровых и газовых турбин, холодильных машин и др. Поэтому изучение свойств раз личных круговых процессов — одна из важнейших задач термодинамики. Рассмотрим обратимый круговой процесс, впервые изученный С. Карно (1824) и потому называемый циклом Карно.
Этот цикл состоит из четырех обратимых процессов: двух изотермических и двух адиабатных. Цикл Карно сыграл большую роль в развитии термодинамики и теплотехники, так как позволил подойти к анализу коэффициентов полезного действия тепловых двигателей. В обратном цикле Карно
количество теплоты Q
{
отводится от газа в процессе 1'—1 изотермического сжатия при температуре T1
, а количество теплоты Q2
подводится к газу в процессе 2`
— 2
изотермического расширения при температурe T2
<0.(Следовательно, Q
1
<(), Q
2
>0)
работа, совершаемая газом за один цикл, отрицательна
. Этот вывод справедлив для любого обратного цикла. Если рабочее тело совершает обратный цикл, то при этом осуществляется передача теплоты от холодильного тела к горячему за счет совершения внешними силами соответствующей работы. По такому принципу работают многие холодильные установки. Величина, равная отношению теплоты QOTB
, отведенной в обратном цикле от охлаждаемого тела, к работе,
затраченной в этом цикле, называется холодильным коэффициентом. Помимо внутренней энергии, в термодинамике широко пользуются и другими функциями состояния термодинамической системы. Особое место среди них занимает энтропия. Пусть элементарное количество теплоты, сообщаемое нагревателем системе при малом изменении ее состояния, а Т
— температура нагревателя. Если процесс обратимый,
то температура системы тоже равна Т. Можно показать, что в отличие от dQ и отношение dQ /T в обратимом процессе есть полный дифференциал функции состояния системы, называемой энтропией
S
системы.
Таким образом, в обратимом процессе температура Т
является интегрирующим делителем, который обращает элементарную теплоту dQ в полный дифференциалом ds. Процессы образования каких-либо соединений из элементарных веществ сопровождаются энергетическими эффектами, не одинаковыми для .различных соединений. Если при реакции образования соединений из элементарных веществ выделилась энергия, то это значит, что энтальпия определенной массы соединения меньше суммы энтальпий пошедших на эту реакцию масс элементарных веществ. Энергетический эффект реакции образования одного моля соединения из элементарных, веществ называется энтальпией
(или теплотой) образования данного соединения.
Энтальпии образования зависят от температуры. Стандартные значения энтальпий образования, обычно приводимые в справочных таблицах, относятся к температуре 25°С и давлению 101,3 кПа (1 атм). В большинстве случаев при образовании различных соединений из элементарных веществ энергия выделяется; в этих случаях энтальпии образования А принято считать отрицательными. Энтальпии образования характеризуют термическую прочность
соединений, поскольку из закона Гесса следует, что по абсолютному значению энтальпия образования должна быть равна энергии, необходимой для разложения одного моля соединения на элементарные вещества. Однако для некоторых соединений энтальпии образования принято считать положительными. Такие соединения называются эндотермическими; они непрочны, так как для их разложения не требуется затраты энергий? а наоборот, при нем энергия выделяется. Практически по энтальпиям образования различных соединений, участвующих в какой-либо реакции, можно рассчитать энергетический эффект последней. Так, согласно закону Гёсса, энергетический эффект реакции равен разности между суммой энтальпий образования конечных, продуктов и суммой энтальпий образования исходных, веществ
(с учетом коэффициентов при формулах этих соединений в уравнении реакции). Ясно, что для реакций, в которых участвуют элементарные вещества, энтальпию образования последних следует считать равной нулю. Энтальпию образования соединений из элементарных веществ следует отличать от энтальпии образования молекул из атомов, которую принято всегда считать отрицательной. Для определения параметров рабочего тела при расчетах циклов холодильных машин применяют таблицы сухих насыщенных паров холодильных агентов, а также тепловые диаграммы энтольпия – температура (
s
— Т)
и энтальпия — давление [
i
— р). Термодинамическая эффективность работы компрессора определяется его коэффициент эффективности (1) где: Потери компрессора по холоду определяются коэффициентом подачи по формуле: (2) где: Qo
т
- теоретическая холодопроизводительность компрессора в калориметрическом цикле, Вт, Теоретическая холодопроизводительность равна: (5) где: n
- количество оборотов, или (5а) где: Теоретическая потребляемая мощность компрессора равна (6) n
- количество оборотов, (6а)
где: 6.5. Расчет теоретического цикла проектируемого холодильника, работающего на озонобезопасном холодильном агенте
R
600
a
.
Параметры точки 5 (Ро
, v5
, i5
, S5
) находятся по заданной температуре кипения tо
для насыщенного пара R600а. Термодинамические характеристики точки 8 (Рк,
v8
, i8
, S8
), соответствующей началу процесса конденсации, определяются по заданной температуре конденсации tк
для насыщенного пара хладагента. Параметры точки 9 (Рк
, v9
, i9
, S9
) выбираются также по температуре tк
, но для жидкой фазы хладагента. Термодинамические параметры точки 3 (Р3
, v3
, i3
, S3
) определяются по заданной температуре t3
=tос
для насыщенной жидкости. Термодинамические характеристики точки 1, соответствующей началу процесса дросселирования и находящейся в области переохлажденной жидкости (v1
, i1
, S1
), определяются по заданной температуре переохлаждения t1
= tп
для жидкой фазы хладагента. В случае, если температура tп
не задана, ее значение рассчитывается из соотношения: t1
= tк
- (2 … 4) о
С Так как точка 1 располагается в зоне переохлажденной жидкости, давление хладагента не соответствует давлению насыщения при температуре t1
и вычисляется в зависимости от давления Рк
: Р1
= Рк
- (0,03 - 0,05)×105
Па. Основные параметры точек 6 и 7, соответствующих процессу изоэнтропического сжатия, определяются из термодинамических свойств перегретых паров хладагента. Все характеристики состояния рабочего вещества в данной таблице определяются по двум исходным параметрам, одним из которых является давления, а вторым - температура перегрева или другой известный показатель. Значения удельного объема, энтальпии и энтропии перегретых паров в точке 6 (v6
, i6
, S6
) определяются по давлению Ро
и температуре перегрева tпр
= t6
. Термодинамические параметры точки 7, соответствующей окончанию процесса сжатия в цилиндре компрессора, по давлению Рк
. Вторым исходным параметром является энтропия, которая в изоэнтропическом процессе постоянна: S7
= S6
. В случае, если величина S7
не совпадает с табличными, по двум ближайшим табличным значениям энтропии методом линейной интерполяции рассчитывается температура перегрева t7
, а затем удельный объем v7
и энтальпия i7
. Точки 4 и 2 цикла холодильного агрегата соответствуют процессу дросселирования, который сопровождается образованием некоторого количества паров хладагента. Данные точки расположены на диаграмме в области парожидкостной смеси холодильного агента. Температура и энтальпия хладагента в точке 4 (t4
, i4
) рассчитывается из уравнения теплового баланса регенеративного теплообменника:
где С(3-4)
, С(5-6)
- средняя удельная теплоемкость хладагента соответственно в капиллярной трубке и всасывающем трубопроводе; Значения удельной теплоемкости в точке 3 находится по температуре tос
, в точках 5 и 6 - по температурам tо
и tпр
. Удельная теплоемкость в точке 4 задается в зависимости от температуры окружающей среды следующим образом: при tос
=20о
С удельная теплоемкость С4
выбирается по температуре -15о
С, при tос
=25о
С удельная теплоемкость С4
выбирается по температуре -13о
С, при tос
=32о
С удельная теплоемкость С4
выбирается по температуре -10о
С, при tос
=43о
С удельная теплоемкость С4
выбирается по температуре -5о
С. По рассчитанному значению температуры t4
определяется давление Р4
. Массовое расходное паросодержание в точке 4 (Х4
) вычисляется из соотношения:
где i4
', i4
'' - энтальпия жидкой и паровой фазы хладагента при температуре t4
. Значения удельного объема и энтропии вычисляются с помощью табличных данных и паросодержания Х4
:
где v4
', v4
'' - удельный объем жидкого и парообразного хладагента при температуре t4
; S4
', S4
'' - энтропия жидкого и парообразного хладагента при температуре t4
. В точке 2 цикла холодильного агрегата заданы значения температуры хладагента t2
= tо
, давления Р2
= Ро
и известно значение энтальпии i2
=i4
, т.к. процесс дросселирования 4 - 2 является изоэнтальпическим. Массовое расходное паросодержание Х2
вычисляется из соотношения:
где i2
', i2
'' - энтальпия жидкой и паровой фазы хладагента при температуре t2
= tо
. Значения удельного объема и энтропии рассчитываются по табличным данным и паросодержания Х2
:
где v2
', v2
'' - удельный объем жидкой и паровой фазы хладагента при температуре tо
; S2
', S2
'' - энтропия жидкого и парообразного хладагента при температуре tо
. ХК t, P, v, i, S, 5 -10 1,090 0,3309 542,13 2,3020 8 32 1,090 0,3902 610,88 2,5540 9 92,25 7,814 0,0594 706,84 2,5540 3 55 7,814 0,0511 629,76 2,3434 1 55 7,814 0,001948 333,98 1,4420 6 32 7,714 0,001834 275,28 1,2587 7 32 4,314 0,001834 275,28 1,2587 4 2 1,693 0,0029 206,53 1,0237 2 -10 1,090 0,0293 206,53 1,0331 МК t, P, v, i, S, 5 -20 0,728 0,4819 528,78 2,3059 8 32 0,728 0,5895 612,10 2,6045 9 98,95 7,814 0,0610 721,09 2,6045 3 55 7,814 0,0511 629,76 2,3434 1 55 7,814 0,001948 333,98 1,4420 6 32 7,714 0,001834 275,28 1,2587 7 32 4,314 0,001834 275,28 1,2587 4 -5 1,316 0,0042 191,96 0,9705 2 -20 0,728 0,0473 191,96 0,9716
|