Термодинамическое исследование работы холодильной установки c эффективными теплообменными аппаратами | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 26 октября, печатный экземпляр отправим 30 октября.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №5 (139) февраль 2017 г.

Дата публикации: 04.02.2017

Статья просмотрена: 184 раза

Библиографическое описание:

Нурматов Т. Б., Хужакулов О. А. Термодинамическое исследование работы холодильной установки c эффективными теплообменными аппаратами // Молодой ученый. — 2017. — №5. — С. 49-52. — URL https://moluch.ru/archive/139/39043/ (дата обращения: 16.10.2019).



В связи с проблемой глобального потепления, а также с постоянным ростом цен на энергоносители проблемой экономии невозобновляемых энергетических ресурсов актуален вопрос снижения эксплуатационных затрат при работе холодильных установок, а также снижения теплового загрязнения окружающей среды. Наличие разности температур в конденсаторе и испарителе холодильной установки обуславливает внешнюю необратимость термодинамического цикла и приводит к энергетическим потерям.

Данную проблему можно решить с помощью применения в аппаратах холодильных установок эффективных теплообменных поверхностей. В качестве такой поверхности может быть предложена труба с кольцевыми поперечными канавками. Данная поверхность имеет такие важные преимущества как простота изготовления, а также дополнительные затраты энергии на перекачку теплоносителя вследствие увеличения гидравлического сопротивления минимальны (в зависимости от гидродинамического режима).

С учетом вышесказанного в центре «Тепловые насосы» Ташкентского государственного технического университета, на кафедре «Холодильные машины и установки» были проведены исследования работы экспериментальной холодильной установки, оснащенной интенсифицированными теплообменными аппаратами на основе трубок с кольцевыми турбулизаторами.

Исследования проводились на экспериментальном стенде (рис.1) представляющем собой одноступенчатую холодильную машину на базе герметичного компрессора КСТ-3,2 с системами подачи воды в конденсатор и хладоносителя в испаритель.

Теплообменные аппараты являются двухтрубно-змеевиковыми. В качестве эталона для сравнения принималась та же установка, но с гладкими трубами.

Рис. 1. Принципиальная схема лабораторной установки: 1 — компрессор; 2 — испаритель; 3 — конденсатор; 4 — терморегулирующий вентиль; 5 — ручной регулирующий вентиль; 6 — теплообменник; 7 — фильтр-осушитель; 8 — ресивер; 9 — водяной бак; 10 — бак с ТЭНом; 11 — насос; ОВ — охлаждающая вода

В качестве рабочего тела использовался как традиционный фреон R-12 так и разработанный в инженерном центре «Тепловые насосы» Ташкентского государственного технического университета экологически чистый хладагент представляющий собой смесь углеводородных хладагентов пропана-изобутана-н-бутана (R290/R600a/R600) с молярной концентрацией 40/30/30 %. Преимуществами данного хладагента является его доступность и дешевизна, а также полная совместимость с маслами и материалами, используемыми в холодильных машинах, работающих на фреоне 12.

Эксперименты проводились по следующей методике: с лабораторного стенда снимались экспериментальные данные при шести фиксированных значениях расходов воды охлаждающей конденсатор последовательно причем температура воды на входе в конденсатор поддерживалась равной 20°С, при температурах хладоносителя на выходе из испарителя 0, -5 и -10С. Фиксировались следующие параметры:

‒ мощность, потребляемая электродвигателем компрессора;

‒ расход воды, охлаждающей конденсатор, и рассола, подогревающего испаритель;

‒ температура хладагента в восьми точках цикла.

‒ температуры воды и хладоносителя на входе и выходе в конденсатор и испаритель;

‒ давления конденсации, кипения и давления после регулирующего вентиля;

‒ разность давлений воды на входе и выходе в испаритель и конденсатор;

‒ атмосферное давление;

После снятия данных при всех трех температурах и на всех хладагентах теплообменные аппараты (конденсатор и испаритель) с гладкой трубкой заменялись на накатанную, со следующими параметрами накатки d /D = 0,84, t /D = 0,5. (рис.2) При выборе параметров накатки принимались во внимание данные приведенные в [1,2,3]. Далее все данные снимались повторно при тех же условиях.

Рис. 2. Продольный разрез накатанной трубы

Рис. 3. Зависимость холодопроизводительности от числа Рейнольдса в конденсаторе: 1 — гладкая 5˚С; 2 — гладкая 0˚С; 3 — гладкая -5 ˚С; 4 — гладкая -10˚С; 5 — накатанная 5˚С; 6 — накатанная 0˚С; 7 — накатанная -5˚С; 8 — накатанная -10˚С

Термодинамический анализ [2, 3] эффективности работы установки производился путем вычисления эксергитического КПД по формуле:

(1)

где Eq — эксергия отведенного

тепла; E0 — эксергия произведенного холода; Eэ — эксергия затраченной электроэнергии [4]. Затраты на прокачку охлаждающей воды и хладоносителя:

(2)

где G — массовый расход охлаждающей воды (хладоносителя), Δp — перепад давления в конденсаторе (испарителе) тепло-хладоносителя, ρ — плотность, эм — электромеханический КПД насоса [5]. Результаты эксергитического анализа приведены на рис. 3 и 4.

Как видно из графика, установка, оснащенная интенсифицированными теплообменными аппаратами имеет эксергитический КПД на 2–3 % больший чем установки с традиционными теплообменными аппаратами на основе гладких труб (в зависимости от режима движения воды охлаждающей конденсатор). Причем замена хладагента практически не влияет на термодинамические параметры установки. Так что с точки зрения термодинамического совершенства замена традиционного фреона-12 на альтернативную смесь R290/R600a/R600 не приведет к ухудшению показателей. С точки же зрения эксплуатационных характеристик применение данной поверхности позволяет повысить холодопроизводительность на 10–25 % и снизить температуру конденсации на 2–5°С (также в зависимости от гидродинамического режима).

Из данных приведенных в таблице видно, что холодопроизводительность установки на R-12 практически не уступает холодопроизводительности установки на смеси. С точки зрения экологии альтернативный хладагент имеет преимущество озонобезопасности, а с точки зрения экономичности дешевле и доступнее.

Рис. 4. Зависимость эксергитического КПД установки с накатанным теплообменными аппаратами от числа Re воды в конденсаторе: ― -R-12; ― ― ― — R290/R600a/R600; - 0°С;  — -5°С;▲ — -10°С

Литература:

  1. Калинин Э. К., Дрейцер Г. А., Копп И. З., Мякочин А. С. Эффективные поверхности теплообмена., М.: Энергоатомиздат, 1998 г. 408 с.
  2. Кутателадзе С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Справоч. пособие. — М.: Энергоатомиздат. 1990. 397с.
  3. Интенсификация процесса теплообмена при пленочной конденсации паров веществ на наружной поверхности горизонтальных накатанных труб / С. Г. Закиров, В. И. Цой, В. В. Галаган, К. Ф. Каримов // Труды I — ой Национальной конференции по теплообмену. Том 8, Москва, 1994 г. с. 218–221.
  4. Соколов Е. Я., Бродянский В. М. Эксергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. М.: Энергоатомиздат, 1981. 320 с.
  5. Эксергетические расчеты технических систем. Под ред. Долинского А. А., Бродянского В. М. Киев: Наукова думка, 1991. 359 с.
  6. Мартынов А. В. Установки для трансформации тепла и охлаждения. М.: Энергоатомиздат,
Основные термины (генерируются автоматически): конденсатор, испаритель, охлаждающая вода, аппарат, гидродинамический режим, Ташкентский государственный технический университет, температура воды, установка, холодопроизводительность установки.


Похожие статьи

Повышение эффективности и энергосбережения в холодильных...

Рис.4. Зависимость холодопроизводительности установки от расхода воды в конденсаторе: □ — конденсатор с гладкой трубой; ○ — конденсатор с накатанной трубой. К примеру, для получения холода 0.78 кВт при температуре кипения...

Расчет основных эксплуатационных параметров холодильной...

Определяется удельная массовая холодопроизводительность , Дж/кг холодильной установки [3] из равенства

где —действительный тепловой поток в конденсаторе, Вт; —удельная теплоемкость воды (с = 4,19 кДж/(кг • К)); — плотность воды ( =1000 кг/м3)...

Анализ систем жидкостного охлаждения электронной аппаратуры

В качестве рабочей жидкости чаще всего используется дистиллированная вода, часто с

− более сложная установка из-за того, что современные системные блоки спроектированы под

«Информатика в техническом университете» (Издание второе, переработанное и...

Влияние недостаточной производительности конденсатора на...

Геометрические размеры испарителя.

Основные термины (генерируются автоматически): недостаточная производительность конденсатора, конденсатор, легковой автомобиль, показание давлений, температура воздуха, холодопроизводительность установки.

Использование теплонасосных установок (ТНУ) в промышленности

От конденсатора отводится вода с температурой t=950С.

Рис. 3. Схема каскадной теплонасосной установки: ИКД-испарительно-конденсаторный аппарат.

Эффективность работы теплового насоса при различных режимах

Тепловые насосы представляют собой технические устройства, позволяющие

В процессе проведения экспериментов осуществлялся контроль температур в испарителе и конденсаторе до момента стабилизации температуры нагреваемой воды.

Принцип работы и устройство автомобильного кондиционера

Испаритель, который находится в салоне автомобиля, непрерывно снижает температуру воздуха.

Служит для очистки хладагента от примесей и воды.

Рассчитаем холодопроизводительность установки.

Судовые теплообменные аппараты | Статья в журнале...

1) по назначению: подогреватели и охладители, испарители и конденсаторы

2) Вспомогательные — используют в судовых системах и вспомогательных установках для охлаждения (подогрева) воды или вязких жидкостей

Обзор термодинамических характеристик хладагентов...

В системе оборудования совершается цикл работы и тем самым смазываются необходимые элементы установки.

В процессе фазового перехода (испарения или конденсации) температура кипения смеси меняется.

Удельная холодопроизводительность.

Похожие статьи

Повышение эффективности и энергосбережения в холодильных...

Рис.4. Зависимость холодопроизводительности установки от расхода воды в конденсаторе: □ — конденсатор с гладкой трубой; ○ — конденсатор с накатанной трубой. К примеру, для получения холода 0.78 кВт при температуре кипения...

Расчет основных эксплуатационных параметров холодильной...

Определяется удельная массовая холодопроизводительность , Дж/кг холодильной установки [3] из равенства

где —действительный тепловой поток в конденсаторе, Вт; —удельная теплоемкость воды (с = 4,19 кДж/(кг • К)); — плотность воды ( =1000 кг/м3)...

Анализ систем жидкостного охлаждения электронной аппаратуры

В качестве рабочей жидкости чаще всего используется дистиллированная вода, часто с

− более сложная установка из-за того, что современные системные блоки спроектированы под

«Информатика в техническом университете» (Издание второе, переработанное и...

Влияние недостаточной производительности конденсатора на...

Геометрические размеры испарителя.

Основные термины (генерируются автоматически): недостаточная производительность конденсатора, конденсатор, легковой автомобиль, показание давлений, температура воздуха, холодопроизводительность установки.

Использование теплонасосных установок (ТНУ) в промышленности

От конденсатора отводится вода с температурой t=950С.

Рис. 3. Схема каскадной теплонасосной установки: ИКД-испарительно-конденсаторный аппарат.

Эффективность работы теплового насоса при различных режимах

Тепловые насосы представляют собой технические устройства, позволяющие

В процессе проведения экспериментов осуществлялся контроль температур в испарителе и конденсаторе до момента стабилизации температуры нагреваемой воды.

Принцип работы и устройство автомобильного кондиционера

Испаритель, который находится в салоне автомобиля, непрерывно снижает температуру воздуха.

Служит для очистки хладагента от примесей и воды.

Рассчитаем холодопроизводительность установки.

Судовые теплообменные аппараты | Статья в журнале...

1) по назначению: подогреватели и охладители, испарители и конденсаторы

2) Вспомогательные — используют в судовых системах и вспомогательных установках для охлаждения (подогрева) воды или вязких жидкостей

Обзор термодинамических характеристик хладагентов...

В системе оборудования совершается цикл работы и тем самым смазываются необходимые элементы установки.

В процессе фазового перехода (испарения или конденсации) температура кипения смеси меняется.

Удельная холодопроизводительность.

Задать вопрос