разное

Одноступенчатые регенеративные машины

Необратимые потери в процессе дросселирования уменьшают путем переохлаждения жидкости перед дроссельным вентилем, в большинстве случаев используя регенерацию тепла. Необходимо отметить, что в холодильных машинах (тепловых насоса), исполь­зующих однокомпонентные рабочие вещества или азеотропные смеси, из испарителя отводится перегретый пар. Теплоемкость пара меньше теплоемкости жидкости, следовательно, разница температур перег­рева пара превышает разницу температур переохлаждения жидкости (п.7.2.3). Напомним, что не для всех рабочих веществ регенерация тепла приводит к повышению СОР.

Для неазеотропных смесей в большинстве случаев регенера­ция тепла оказывается необходимой, особенно при отводе влажного пара из испарителя. Теплоемкость влажного пара значительно больше теплоемкости жидкости, поэтому в регенеративном теплообменнике можно переохладить жидкость вплоть до температуры Т0тш.

Необратимые потери в РТО связаны с большим различием массовых теплоемкостей жидкости и влажного пара. Они могут быть уменьшены, если в регенеративный теплообменник подается не весь пар, образовавшийся в испарителе, а только часть. В этом случае мож­но говорить об обратимом процессе регенеративного теплообмена. В любом случае, совершенство процесса регенерации тепла будет зависеть от соотношения полных теплоемкостей массовых расходов потоков жидкости и влажного пара

NT - сж=УГ-сп (17.21)

Величины удельной теплоемкости жидкости сж и насыщенного пара с" могут иметь различные соотношения в зависимости от выбранных температурных режимов работы

Сж > с или сж = сп, или сж < с, или сж « с"

СЖ(Х() = const; спт = /(р, Т,х).

Удельную теплоемкость жидкости сж для большинства неазеотропных смесей при условии Xt-const с достаточной для инже­нерных расчетов точностью можно считать постоянной, не зависящей от давления и температуры.

На рис. 17.5 изображены возможные варианты включения РТО в схему парокомпрессорной холодильной машины (теплового насоса), работающей на неазеотропных смесях.

Удельная теплоемкость влажного пара сп - величина пере­менная и зависит от давления, температуры и степени сухости пара. Такая сложная функция может быть определена с использованием уравнений для определения теплоемкости неазеотропной смеси жидкости и пара на линии насыщения

(17.22)

И удельной теплоемкости влажного пара

CaJI-=f(c',c",x).

Расчетные удельные теплоемкости жидкости сж и пара с должны быть определены в рассматриваемом диапазоне давлений, температур и концентраций для анализируемого РТО.

Рассмотрим влияние процесса переохлаждения жидкого рабо­чего вещества (неазеотропной смеси) на уменьшение потерь, связан­ных с дросселированием. В заданном интервале температур кипения (Тотп То™1*), который значительно меньше интервала

T'(po>Xt)~ T"(po, Xt), из испарителя выходит влажный пар (точки Blt В2, В3 ) - рис. 17.6. В зависимости от концентрации Xt и интервала (Готш. Тош) степень сухости х выходящего пара изменяется в широких пределах. На рис. 17.6 рассмотрены три случая:

• при постоянных давлениях рк и р0\

И гг1 шах

• при ПОСТОЯННОЙ То ;

• при переменных концентрациях Xt j> Xt 2>Xt3.

Из рис. 17.6 видно, что при большой неизотермичности процес­са кипения возникают дополнительные потери при дросселировании, результатом которых является повышение Т0тт, поэтому переох­лаждение жидкости перед дроссельным вентилем имеет существенное преимущество для сокращения последствий необратимости в процессе дросселирования.

Рассмотрим несколько примеров схемно-цикловых решений включения РТО. Процесс В-С осушения влажного пара в РТО соответствует процессу D-E переохлаждения жидкости перед дросселированием. Тепловые балансы РТО представлены уравне­ниями, приведенными к 7 кг рабочего вещества, циркулирующего через испаритель:

• схема «А» (рис. 17.5) hD-hE-hB - hc

• схема «Б» (рис.17.5) (l+a)(hD - hE) ~ a (hB ~ hc)

• схема «В» (рис. 17.5) (l+a)(hD-hE) ~ a(hB-hc) .

Численные примеры расчетов циклов, изображенных на рис. 17.6, для смеси NH3-H20 приведены в таблице 17.2.

Оптимальный вариант, при котором внутренние потери в процессе дросселирования равны нулю, соответствует случаю ТЕ-Т0тт. Анализ данных, приведенных таблицы 17.2, показывает, что такой случай наблюдается при выборе схемы «В» при любой концентрации смеси NH3-H20.

Рассмотрим «метод циклов» для анализируемого случая применения неазеотропных смесей в компрессорных холодильных машинах (тепловых насосах). «Метод циклов» на основе обобщенного цикла Карно (как цикла-образца), описывающего процесс регенерации

Тепла для машин, использующих однокомпонентные рабочие вещест­ва, был рассмотрен в п.9.8.1. Этот же анализ будет абсолютно кор­ректным для описания процесса регенерации тепла в машинах, использующих азеотропные смеси.

Для описания процесса регенерации тепла для холодильных машин (тепловых насосов), использующих неазеотропные смеси, в качестве цикла-образца должен быть принят обобщенный цикл Лоренца (рис.17.7), в котором адиабаты заменены эквидистантными линиями, подразумевающими описание системы регенерации тепла.

Анализ циклов 1 и 2 традиционен. Цикл 3 описывает процесс регенерации между жидкостью и влажным паром, переходящим в перегретый. Видно, что даже в теоретическом случае Tj не может быть выше Тктт, что требует обязательного адиабатного дожатая паров (процесс 1-2s) до давления, соответствующего Тктах.

Цикл 4 описывает переход к изобарному характеру процессов. подвода-отвода тепла. Цикл 5 - учет необратимостей на «холодном» и «горячем» концах РТО (пл.{а-А-3-Ь)-пл. (с-6-l-d)) и необратимость в процессе 1-2 сжатия в компрессоре. При одновременном изменении температур обоих потоков, участвующих в регенеративном тепло­обмене, при оптимальном выборе типа подключения РТО, необра­тимости могут быть сведены к минимуму.

Таким образом рассмотрены основные необратимости в цик­лах компрессорных холодильных машин (тепловых насосов) с неазеотропными смесями в качестве рабочих веществ. Эти необра­тимости отличаются от аналогичных в циклах с однокомпонентными рабочими веществами (или азеотропными смесями), а доля каждой необратимости должна быть определена исключительно методами термоэкономики при условиях известного качественного состава сме-

Си и температурного режима работы холодильной машины, что даст возможность оценить экономические показатели машины уже на уровне проектного анализа и оптимизации.