Принципиальная схема двухступенчатого компрессора холодильника

Оглавление холодильник компрессор воздух теплообменник

• Задание на курсовую работу
• 1. Принципиальная схема двухступенчатого компрессора
• 2. Расчет процесса сжатия в компрессоре
• 2.1 Мощность привода идеального компрессора
• 2.2 Построение процесса сжатия и охлаждения в р-v диаграмме
• 2.3 Построение процесса сжатия и охлаждения в T-s диаграмме
• 3. Принципиальная схема холодильника
• 4. Расчет охладителя воздуха
• 4.1 Теплопроизводительность промежуточного холодильника
• 4.2 Расход охлаждающей воды через холодильник
• 4.3 Определение площади поверхности теплообменника
• 4.4 Определение длины труб и числа секций охладителя
• 4.5 Схема изменения температуры воздуха и воды вдоль поверхности теплообмена

Задание на курсовую работу

В идеальном двухступенчатом компрессоре сжимается воздух от давления р1 = 0,1МПа до давления р3. Температура воздуха на входе в ступени t1 = 20С. Объемная производительность компрессора при условиях входа V1, показатели политропы сжатия в обеих ступенях одинаковы и равны n. Определить параметры воздуха в начале и конце сжатия в каждой ступени, теоретическую мощность привода компрессора, расход охлаждающей воды, прокачиваемой через промежуточный холодильник. Изобразить процессы сжатия и охлаждения воздуха в p-V и Т-s координатах в масштабе.

Холодильник выполнен из параллельно включенных стальных труб (ст = 50Вт/(мК)) диаметром 20×2 мм, по которым движется воздух. Число труб n1 = 19. Вода, поступающая в межтрубное пространство, имеет температуру tвод. Повышение температуры воды в холодильнике принять равным tвод = 20С. Определить поверхность теплообмена холодильника. При этом коэффициент теплоотдачи от воздуха к трубам 1, а от поверхности труб к воде 2. Изобразить изменение температуры воздуха и воды вдоль поверхности теплообмена. Представить эскиз теплообменника и принципиальную схему двухступенчатого компрессора.

Исходные данные: n = 1,2; V1 = 0,07 м³/с; 2 = 800Вт/(м²К); р3 = 3МПа; tвод = 5С.

1. Принципиальная схема двухступенчатого компрессора

Рис. 1

1 — цилиндр низкого давления; 2 — промежуточный холодильник;

3 — цилиндр высокого давления

2. Расчет процесса сжатия в компрессоре

2.1 Мощность привода идеального компрессора

Примем степень повышения давления в каждой ступени одинаковой:

.

Тогда давление воздуха на выходе из первой ступени:

МПа.

Теоретическую мощность привода компрессора определим по формуле:

Вт = 27,6кВт.

2.2 Построение процесса сжатия и охлаждения в р-v диаграмме

Процесс 1−2 сжатия в первой ступени — политропный.

Удельный объем на входе в первую ступень компрессора найдем из уравнения состояния идеального газа:

где газовая постоянная воздуха — R = 287Дж/(кгК);

К.

м3/кг.

Удельный объем воздуха на выходе из первой ступени найдем из уравнения политропного процесса:

м3/кг.

Для более точного изображения процесса сжатия в первой ступени определим параметры воздуха в трех промежуточных точках. Для этого зададимся тремя промежуточными значениями удельного объема:

м3/кг; м3/кг; м3/кг;

Давления в этих точках определим по соотношениям:

МПа;

МПа;

МПа.

Процесс 2−2 охлаждения воздуха — изобарный. Поэтому давление воздуха на входе во вторую ступень компрессора:

МПа.

Температура воздуха на входе во вторую ступень такая же, как и на входе в первую:

К.

Удельный объем на входе во вторую ступень компрессора найдем из уравнения состояния идеального газа:

м³/кг.

Процесс 2−3 сжатия во второй ступени — также политропный.

Удельный объем воздуха на выходе из второй ступени найдем из уравнения политропного процесса:

м3/кг.

Зададимся тремя промежуточными значениями удельного объема:

м3/кг; м3/кг; м3/кг;

Давления в этих точках определим по соотношениям:

МПа;

МПа;

МПа.

p-v — диаграмма теоретического цикла — рис. 2.

Рис. 2

2.3 Построение процесса сжатия и охлаждения в T-s диаграмме

Температура воздуха после политропного сжатия в каждой ступени определяется по уравнению:

К, t2 = 389 — 273 = 116C.

Энтропию в точке 1 найдем из условия, что энтропия при нормальных условиях (Тн.у. = 273,15К; рн.у. = 101 325Па) равна нулю:

где кДж/(кгК) — изобарная теплоемкость воздуха.

кДж/(кгК).

Изменение энтропии в процессе сжатия в первой ступени:

где кДж/(кгК) — изохорная теплоемкость воздуха;

k = 1,4 — показатель адиабаты двухатомных газов.

кДж/(кгК);

кДж/(кгК).

Для более точного изображения процесса сжатия в первой ступени определим параметры воздуха в трех промежуточных точках. Для этого зададимся тремя промежуточными значениями температуры:

Та = 320К; Тb = 350К; Тс = 370К.

Энтропия в этих точках:

кДж/(кгК);

кДж/(кгК);

кДж/(кгК).

Изменение энтропии в охладителе:

кДж/(кгК);

кДж/(кгК).

Также зададимся тремя промежуточными значениями температур:

Тd = 370К; Тe = 350К; Тf = 320К.

кДж/(кгК);

кДж/(кгК);

кДж/(кгК).

Изменение энтропии в процессе сжатия во второй ступени такое же, как и в первой, поэтому:

кДж/(кгК).

Для тех же промежуточных значений температур, что и для первой ступени, определим значения энтропии:

кДж/(кгК);

кДж/(кгК);

кДж/(кгК).

Строим процессы сжатия и охлаждения в Т-s — координатах — рис. 3.

Рис. 3

3. Принципиальная схема холодильника

Рис. 4

4. Расчет охладителя воздуха

4.1 Теплопроизводительность промежуточного холодильника

Количество тепла, которое воздух должен отдать холодильнику после сжатия в первой ступени для охлаждения до первоначальной температуры t1 = 20С, определяем по формуле:

где Gвоз — массовая производительность компрессора, определяем из уравнения состояния:

кг/с.

Вт.

4.2 Расход охлаждающей воды через холодильник

Расход охлаждающей воды определяем по формуле:

где свод = 4190Дж/(кгК) — теплоемкость воды;

tвод = 20С — повышение температуры воды в охладителе, заданная величина.

кг/с.

4.3 Определение площади поверхности теплообменника

Площадь поверхности теплообмена определяем по основному уравнению теплопередачи:

где k — коэффициент теплопередачи;

— средний логарифмический температурный напор между воздухом и охлаждающей водой.

Средний температурный напор определяем по формуле:

где С;

С;

С.

Необходимо также определить коэффициент теплоотдачи от воздуха к трубам — 1.

Расчет ведем по средней температуре воздуха в теплообменнике:

С; К.

По справочным данным определим параметры воздуха при средней температуре:

кг/м³ — плотность воздуха;

м²/с — кинематическая вязкость;

Вт/(мК) — теплопроводность.

Скорость воздуха:

м/с.

Критерий Рейнольдса:

Критерий Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи от воздуха к трубам охладителя:

Вт/(м2К).

Коэффициент теплопередачи в соответствие с указаниями к заданию можем определять по формуле для плоской стенки:

Вт/(м2К).

Поверхность теплообмена:

м².

4.4 Определение длины труб и числа секций охладителя

Длину труб определим исходя из общей поверхности теплообмена:

м.

Определяем число секций охладителя исходя из их стандартных размеров 1 м, 1,5 м, 2 м, 3 м.

Выбираем 2 секции по 1,5 м.

4.5 Схема изменения температуры воздуха и воды вдоль поверхности теплообмена

Рис. 5

1. Баскаков А. П. и др. Теплотехника. — М.: Энергоиздат, 1991.

2. Бакластов А. М., Горбенко В. А., Удыма П. Г. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок. — М.: Энергоиздат, 1981.