разное

Научные исследования

Исследования каскадных холодильных машин длительное время проводились на кафедре холодильных машин ОГАХ[46]. В результате исследований были получены патенты на новые схемные решения низкотемпературных каскадных холодильных машин, в основе которых лежала система регенеративного теплообмена между каскадами. На основании этих исследований была создана обобщенная схема каскадной холодильной машины, которая подверглась исследованиям с применением методов современной прикладной термодинамики.

Поскольку низкотемпературная каскадная холодильная машина может состоять из двух двухступенчатых машин, представ­ляющих каждый каскад, то максимальное суммарное количество сту­пеней сжатия - четыре. Предлагаемая обобщенная схема холодильной машины состоит из четырех ветвей (рис. 15.3).

В качестве термодинамического цикла каждой ветви (каскада или ступени каскада) использован цикл Планка с действительным процессом сжатия. Для случая многоступенчатого сжатия (например, четырехступенчатого[47]) теплообменные аппараты между ветвями (ТО - IV, ТО-УП и ТО-Х) выполняют функции промежуточных сосудов, где осуществляется полное промежуточное охлаждение. При этом во всех ветвях машины циркулирует одно рабочее вещество. При рассмот­рении многокаскадной холодильной машины (например, четырехкас - кадной) эти теплообменные аппараты выполняют функции испари - телей-конденсаторов, а в каскадах машины циркулируют различные рабочие вещества.

Результаты сравнительного эксергетического анализа между одноступенчатой, двухступенчатой и каскадной (каждый каскад представляет одноступенчатую машину) холодильными машинами приведен на рис. 15.4.

Влияние наличия разности температур в теплообменных аппаратах (деструкций эксергии) на величину эксергетической эффек­тивности є каскадной холодильной машины приведен на рис. 15.5.

Особый интерес представляет анализ избыточной системы регенеративного теплообмена для обобщенного случая четырехкадной холодильной машины (рис. 15.6). Четыре «горячих» потока высокого давления С = {Си С2, Сз, С4} взаимодействуют с четырьмя «холод­ными» потоками низкого давления F = {F]f F2, F3, F4) с образованием максимально возможного числа регенеративных теплообменников. Все входные характеристики определяются термодинамическими параметрами точек в цикле, а выходные - на основании тепловых балансов РТО. Каждый «холодный» поток из множества Ft после­довательно взаимодействует с «горячими» потоками из множества С,. Вначале регенеративный теплообмен осуществляется в РТО типа «пар-жидкость», затем - в РТО типа «пар-пар».

Научные исследования

Температура конденсации 30 С

Температура кипения, С

-95

Рис Л 5.4. Сравнительный эксергетический анализ

^ Т

Каскадная двухступенчатая одноступенчатая

Научные исследования

5 15 5 15 5 15 ДТвд 5 5 10 10 15 15 АТцд_и 10 10 10 10 10 10 ДТИ

Рис Л 5.5. Анализ влияния необратимости в основных теплообменных аппаратах каскадной холодильной машины на эксергетическую эффективность машины є (Тср = 25°С, ТХОД = -80°С, Q0 = 2,5 кВт)

В общем случае задача оптимального синтеза системы реге­нерации тепла заключается в определении такого распределения потоков по РТО, при котором величина объективной функции оптимизации для каскадной холодильной машины стремилась бы к минимуму, при максимально возможном значении є.

Исходя из этого, сформулируем требования к синтезу систе­мы регенеративного теплообмена:

• в каждом РТО происходит максимально возможная передача тепла;

• не допускается разделение потоков на параллельные, что при­водит к избыточному количеству вспомогательного оборудования (массовый расход рабочего вещества через все элементы одного каскада одинаковый);

• для каждой пары потоков в РТО должны выполняться условия физической и технической реализуемости в сочетании с минимально возможными значениями деструкции эксергии, т. е. минимально реальными значениями разностей температур на теплопередачу в каждом РТО;

• каждый возможный вариант взаимодействия потоков в РТО должен соответствовать такой структуре машины, когда каждый поток участвует в процессе теплообмена только один раз;

• все вспомогательные операции над обобщенной схемой (раз­рывы рециклов, объединение и разьединение потоков, декомпозиция) должны проводиться без нарушения начальных условий задачи.

Система регенеративного теплообмена в холодильных маши­нах обладает рецикличностью взаимодействующих потоков. Следова­тельно, необходимо осуществить разрыв рециклов. Для научных исследований был использован следующий алгоритм. Цикл изобра­женный на рис.15.6 предусматривает соответствующую схему, путем разрыва рециклов в которой она превращается в схему, изображенную на рис.15.7. Разрыв рециклов производится при соблюдении тепловых балансов и балансов расходов рабочего вещества в точках разрыва. Первый тип разрыва для разделения потоков Сі и Fi и обеспечения парного взаимодействия производится в точках перехода потока Сі в поток Fh т. е. по дроссельным вентилям.

Второй разрыв производится в точках разделения горячих потоков на паровые и жидкостные, т. е. по конденсаторам - испарителям.

Предполагается, что читатель может изобразить схему машины по ее циклу.

Научные исследования

Рис. 15.6. Обобщенного цикл четырехкадной холодильной машины в диаграмме T-s

В итоге получаем 4 холодных и 7 горячих потоков. Правило нумерации потоков: первая цифра - номер потока, вторая - номер предстоящего паросочетания:

• для «холодных» потоков

Fi={Fi і, Fi2,.~,F}t8Y, F2-{F2tb F2,2f—yF2j}

F3-{F3j, F3,2,.:,F3f6}; F4={F4], F4>2}.

• для «горячих» потоков

Ci-{Cijt Cii2,...,Cit4} C2={C2>i, C2>2,..;C2t4} Сз~{Сз,1> C4={C4J, C42,...,C44}-

• точки разрыва рециклов:

£5,7= C]t4 ; C6tI=C2t4 ; C7j~ Сз<4.

• для горячих паровых потоков:

С5,1 = {С 14, С із}', С6,1 —{С2,4, С2)5,С2,б}', Си = {Сзг4, С3>5,С3>б, Сзг7} ■

Дальнейшее решение задачи возможно только при использовании теоретико-графового метода представления математической модели. Для задачи синтеза системы РТО используется «двудольный тепловой граф». Задача синтеза оптимальной системы РТО решается путем редукции исходного двудольного графа (рис. 15.7) и соответствующей ему матрицы «весов», где «вес» определяется на основании расчетов по ур.(2.62).

Научные исследования

Рис.15.6. Информационная схема четырехкаскадной холодильной машины

Научные исследования

Поток С} поток Сз поток Сэ из KM-XI ю KM-VIII изКМ-V

В КМ-1

Рис.15.7. Информационная схема четырехкаскадной холодильной машины после разрыва рециклов

В ИСП-ХШ в ТО-Х В то-vn в TO-IV

Т, ъ, тш tlv

G) ТС,< тс,* ш ИСП-ХІ1І

Jcj, |сз,4

ВКМ-Х1

>.3

|с1>(

• с,.,

Ff<2

•c4.i

Ьл

С,.,

Fw

Ice. i

<Су.>

IV этап

Шэтап

Научные исследования

Научные исследования

I этап

Сг. г

Научные исследования

11 этап

'cm

F.3

>c2i,

'c7j

Рис.15.7. Динамика редукции двудольного теплового графа

Научные исследования

ГУ этап

Рис.15.8. Поэтапный синтез системы РТО в цикле четырехкаскадной холодильной машины

Редукция идет до тех пор, пока один из рассматриваемых потоков не достигнет предельных значений по вышеприведенным ограничениям. Такой поток из дальнейшего рассмотрения исклю­чается. Редукция двудольного теплового графа сопровождается пошаговым синтезом системы РТО. Пример поэтапного синтеза системы РТО (без использования численных значений целевой функции оптимизации) представлен на рис. 15.8. [48]

ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ И ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ С ЦИКЛОМ В НАДКРИТИЧЕСКОЙ ОБЛАСТИ

При использовании низкотемпературных рабочих веществ (рабочих веществ с низкой критической температурой) для работы в условиях высоких температур окружающей среды нашли применение машины с циклом в надкритической области. Эти машины могут использоваться как в режиме работы холодильной машины, так и в режиме работы теплового насоса (предпочтительнее).

Циклы холодильных машин в надкритической области были широко описаны и изучены в 1940-50-ые годы в применении к R-744 как рабочему веществу. Впоследствии эти циклы были «забыты», в связи с появлением новых высокотемпературных рабочих веществ HFC - и HCFC-типа.

/

Научные исследования

Ч

Научные исследования

Научные исследования

Ab

С d

В)

К

А)

Рис. 16.1. Машина с циклом в надкритической области: а) схема; б) цикл в диаграмме lg p-h, в) цикл в диаграмме T-s

Б)

Возврат к использованию натуральных и экологически чистых рабочих веществ (R-744 один из них) для получения холода на любом температурном уровне, а также для использования в тепловых насосах
вновь поставил задачу реализации схем и циклов машин, работающих в надкритической области.

В связи с тем, что процесс отвода тепла от рабочего вещества к охлаждающей среде происходит выше критической точки, то процесс конденсации в этих машинах отсутствует. Процесс отвода тепла изо­барный, но не изотермический. Схема и цикл машины в надкрити­ческой области представлены на рис. 16.1. Рабочие давления в машине: pj - давление в испарителе и р2~ давление в теплообменнике (охладителе - в некоторых литературных источниках).

разное

Как идентифицировать оригинальную батарею на iPhone

Как идентифицировать оригинальную батарею на iPhone Батарея iPhone 5 – один из ключевых элементов культового гаджета, позволяющий пользователям долгое время оставаться на связи. Речь ищет о литий-ионном аккумуляторе емкостью1440 mAh. …

Секреты производства: как изготавливается сухой корм для кошек

Сегодня многие владельцы домашних животных не утруждают себя приготовлением классической вареной еды для любимцев, а просто наполняют мисочки пушистиков сухими кормами, которые стали так популярны.

Качественная автономная канализация для загородного дома от грамотных специалистов фирмы «Дом Экологии»

Квалифицированные инженеры, работающие в компании «Дом Экологии», советуют владельцам частных домов либо коттеджей заказать услугу по установке автономной канализации, которая требует минимального обслуживания. Уже многие клиенты, посетившие раздел http://www.osk-ekoline.com.ua/avtonomnaja-kanalizacija-polijetilen.html, смогли …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.