Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса

Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов направления подготовки 15.03.02 «Технологические машины и оборудование»

Санкт-Петербург


Цели расчетно-графической работы:

1)Освоение методики расчета эффективности термодинамических циклов парокомпрессионного термического насоса (ПКТН) с одноступенчатым сжатием однокомпонентного рабочего тела.

2)Определение термических нагрузок главных частей термического насоса.

3)Сравнительный анализ энергетической эффективности термического насоса и теплонасосной установки Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса.

Схема теплонасосной установки и расчетный термодинамический цикл ПКТН.

Наибольшее распространение посреди парокомпрессионных термических насосов (ПКТН) получили машины, в каких реализуется оборотный термодинамический цикл (см. рис.1-3). Представленная на рис.1 принципная схема содержит в себе все главные элементы не только лишь ПКТН, да и неких схемных решений парокомпрессионных холодильных машин (ПКХМ), что Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса позволяет в процессе термодинамического анализа выявить принципные различия меж этими типами технических систем. Более сложные схемы и циклы ПКТН базируются на представленных главных структурных элементах и термодинамических процессах.

В испарителе И осуществляется при неизменном давлении и температуре кипения РТ при подводе теплоты от низкопотенциального источника тепла (процесс Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса 7-1 на рис. 2 и 3). Насыщенный пар РТ при давлении перегревается (процесс 1-2) в ТР оборотным потоком водянистого РТ , поступающего . Перегретый пар с температурой поступает на вход компрессора КМ , в каком делается его сжатие (процесс 2-3) до конечного давления с увеличением температуры до . Компримированный пар с параметрами перегретого пара (точка 3) поступает в конденсатор К Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса, где поначалу происходит его остывание (процесс 3-4*) из состояния перегретого пара до состояния насыщения (точка 4*), а потом конденсация (процесс 4*-4) при неизменном давлении и температуре . Из конденсатора К конденсат РТ направляется в охладитель конденсата ОК, где делается отвод тепла теплоносителю наружного теплоприемника (процесс 4-5) с снижением температуры от до . Предстоящее остывание РТ до Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса температуры делается в ТР оборотным потоком пара, поступающим из испарителя И в компрессор КМ. Цикл заканчивается процессом дросселирования (процесс 6-7) водянистого РТ в дроссельном устройстве ДР от давления до давления в испарителе с снижением его температуры в процессе изоэнтальпийного расширения с до температуры = в испарителе.

В процессе реализации замкнутого Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса термодинамического цикла к РТ в испарителе И подводится термическая энергия от теплоотдатчика (низкопотенциального источника тепла) с остыванием его теплоносителя с температуры до . Также к РТ через приводное устройство в компрессоре подводится в процессе сжатия механическая энергия (эксергия). При всем этом мы не конкретизируем, из какого начального вида Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса энергии (электронная, термическая и др.) получена механическая энергия на валу компрессора. Отвод полезного тепла к наружному потребителю осуществляется в конденсаторе К при нагреве теплоносителя наружного теплоприемника с температуры до . В общем случае дополнительное тепло от РТ полезно отводится в охладителе конденсата ОК какому-либо наружному потребителю за счет нагрева теплоносителя Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса теплоприемника температуры до . При использовании ПКТН в системах теплоснабжения потребителями термический энергии обычно являются системы отопления (СО) и жаркого водоснабжения (ГВС). Обычно, для отопления употребляется тепло, выделяемое в конденсаторе, а для нагрева воды на нужды ГВС – тепло остывания конденсата РТ. При отсутствии потребности в ГВС для целей отопления Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса употребляется также малозначительная часть тепла от остывания конденсата РТ; в данном случае теплоноситель системы отопления поочередно либо параллельно проходит через охладитель конденсата ОК и конденсатор К. Аналогичным образом ПКТН могут быть применены в различного рода производственных разработках.

Термодинамический и термический расчет парокомпрессионного термического насоса.

1. Термодинамический расчет цикла.

Температура насыщенного пара Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса рабочего тела на выходе из испарителя:

(1)

Температура конденсации рабочего тела:

(2)

Температуру перегретого пара РТ на входе в компрессор определим как:

(3)

Где – температурный коэффициент регенерации тепла в регенеративном теплообменнике. Его расчетное значение близко к реализуемым на практике значениям.

Степень сжатия рабочего тела в компрессоре:

(4)

Тут - соответственно сбалансированные давления конденсации и Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса испарения РТ при температурах и .

Индикаторный КПД поршневого неохлаждаемого компрессора можно найти по формуле:

(5)

Где: и - удельные адиабатная и действительная работы сжатия; - энтальпии рабочего тела после при адиабатном сжатии, при реальном сжатии и перед компрессором соответственно; – коэффициент полноты индикаторной диаграммы; – коэффициент подачи компрессора.

Коэффициент подачи можно найти как:

(6)

Где: - большой Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса коэффициент, учитывающий воздействие вредного пространств; – коэффициент обогрева, учитывающий понижение большой производительности компрессора из-за обогрева пара и испарения воды; – коэффициент плотности, учитывающий понижение производительности компрессора из-за перетекания РТ из места с более высочайшим давлением в место наименьшим давлением. Для машин, работающих со смазкой можно принять =0,95…0,98.

Значение большого коэффициента Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса можно найти как:

(7)

Для неохлаждаемых компрессоров показатель политропы =1,0, также:

(8)

С учетом того, что , а , их произведение и можно просто найти на основании вышеприведенных формул значения индикаторного КПД компрессора и коэффициент подачи .

Определим главные характеристики состояния РТ в соответствующих точках термодинамического цикла (см. рис.1-3), используя данные программки расчета термодинамических параметров Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса хладагентов [2]:

Точка1: .

Точка 2: .

Точка 3*: .

Точка 3. Процесс реального сжатия в компрессоре (процесс 2-3) отклоняется от адиабатного (процесс 2-3*), что приводит к повышению издержек работы в цикле. Характеристики в конечной точке сжатия при условии можно найти через , который охарактеризовывает степень отличия реального процесса сжатия от изоэнтропного:

(9)

По и находим ; ;

Точка 4* : В этой точке Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса заканчивается процесс 3-4* остывания компримированных паров РТ до состояния насыщенных ( ) в 0К при температуре и давлении , для которых известны значения

Точка 4:

Давление РТ по ходу движения РТ вследствие несжимаемости воды от К до ДР считаем постоянным . Наличие ОК и ТР, в каких происходит остывание конденсата РТ (процессы 4-5 и Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса 5-6) перед процессом дросселирования (процесс 6-7), просит введения дополнительных критерий, определяющих их совместную работу в составе ПКТН. На основании термического баланса:

(10)

можно найти , если понятно значение . В качестве дополнительного условия, позволяющего связать режимы работы охладителя конденсата и регенеративного теплообменника, примем последующее:

(11)

Внедрение которого вместе с (10) позволяет найти разыскиваемое значение энтальпий и :

(12)

(13)

Точка 5:

Точка Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса 6:

Точка 7:

Тут: - долевое содержание насыщенного пара после дросселирования.

Точка 8:

2. Расчет удельных термических нагрузок.

Представление о термических нагрузках дает диаграмма « » на рис.3, где они представлены в виде соответственных отрезков прямых линий, отражающих главные термодинамические процессы.

Удельная внутренняя работа компрессора КМ:

(14)

Удельная теплопроизводительность конденсатора К:

(15)

Удельная термическая нагрузка испарителя Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса И:

(16)

Удельная термическая нагрузка охладителя конденсата ОК:

(17)

Удельная термическая нагрузка регенеративного теплообменника TP:

(18)

Проверим термический баланс:

(19)

3. Определение термических нагрузок.

Действительная большая производительность компрессора КМ на расчетном режиме:

(20)

Массовый расход РТ:

(21)

Термическая нагрузка испарителя И:

(22)

Теплопроизводительность конденсатора К:

(23)

Термическая нагрузка охладителя конденсатора ОК:

(24)

Термическая нагрузка регенеративного теплообменника РТ:

(25)

Электронная мощность Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса электропривода ПР:

(26)

4. Определение расходов теплоносителей наружных теплоприемников и теплодатчиков.

Массовый расход нагреваемой в конденсаторе воды:

(27)

Где - средняя изобарная теплоемкость при .

Массовый расход нагреваемой в охладителе конденсата воды:

(28)

где - средняя изобарная теплоемкость при .

Массовый расход теплоносителя низкопотенциального источника тепла, проходящего через испаритель термического насоса:

(29)

где - средняя изобарная теплоемкость при .

Определение Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса и анализ эффективности парокомпрессионного термического насоса и теплонасосной установки.

1. Расчет коэффициентов преобразования.

Коэффициент преобразования - это отношение отпущенной потребителю термический энергии к энергозатратам на приводные устройства.

Различают коэффициенты преобразования термического фактически термического насоса и коэффициент преобразования теплонасосной установки (ТНУ) на базе термического насоса.

Коэффициент преобразования термического насоса можно найти как Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса:

(30)

(30a)

Коэффициент преобразования ТНУ меньше, чем у термического насоса, т.к. учитывает дополнительные энергозатраты на прокачку теплоносителей систем низкопотенциального источника тепла , систем отопления и жаркого водоснабжения через элементы термического насоса и наружные приборы и оборудование, также неожиданные затраты энергии ТНУ:

(31)

Расчет энергозатрат насосов для водянистых теплоносителей либо вентиляторов газовых на их прокачку Расчет эффективности парокомпрессионного теплового насоса можно найти на основании соотношения:

(32)

где: – перепад давления на входе и выходе из насоса либо вентилятора; G – массовый расход теплоносителя; - плотность теплоносителя; W – большой расход теплоносителя; η – КПД насоса либо вентилятора.



raschet-elementov-tavrovogo-profilya-sushnost-zhelezobetona-struktura-i-klassifikaciya-betona-prochnost-pri-razlichnih.html
raschet-energeticheskih-harakteristik.html
raschet-estestvennoj-ventilyacii.html