разное

Термодинамический анализ эжекторной машины

Эжекторная холодильная машина (тепловой насос) работает следующим образом (рис.21.1). Рабочее вещество после конденсатора распределяется по контурам: одна часть движется по линии ДВ—>И—>Э в контуре, работающем по обратному термодинамичес­кому циклу; другая часть - по линии Н—>Г—>Э в контуре, работающем по прямому термодинамическому циклу.

В основе любой математической модели и компьютерного моделирования на ее основе лежат многочисленные упрощения, поэтому информация, приведенная на рис.21.5 не может расцениваться как абсолютно реальное описание процессов.

Энергетический баланс эжекторной машины записывают в

Виде

Qr + Qo+Wff=QK, (21.7)

Или в удельных характеристиках цикла

Qr-a + wH a + q0=qK(l + a), (21.8)

Где а - кратность циркуляции. Работа насоса чрезвычайно мала, поэ­тому величина Wh может быть исключена из анализа.

Выражения для определения коэффициента преобразования эжекторной машины записывают аналогично СОР компрессорной теплоиспользующей машины:

• для холодильной машины СОР = ;

Qr

• для теплового насоса СОР^ - .

Qr

21.2.1. «Метод циклов»

Рассмотрим процесс формирования действительного термоди­намического цикла эжекторной машины, используя «метод циклов».

Цикл Карно-Карно (глава 20, рис. 20.1 б) является циклом - образцом также и для анализа эжекторной холодильной машины (теплового насоса) на основании следующих положений:

• эжекторная машина является теплоиспользующей, следова­тельно, ее термодинамический цикл представляет соединение прямого и обратного циклов;

• на первом этапе анализа абсолютно корректно принять, что источники тепла имеют постоянные температуры (Тгор, Тср и Тхол) и существуют идеальные условия теплопередачи в теплообменных аппаратах ТГ=Тгор, Тк=Тср и Т0=Тхол\

• эжектор может быть представлен как соединение турбины и компрессора.

Для эжекторной машины, также как и для компрессорной теплоиспользующей машины должно сохраняться условие совпадения точек 4=6.

Г >1

4

T

І и

А)

Термодинамический анализ эжекторной машины

4 = 6

Рис.21.6. Обобщенная схема эжекторной машины (а) и соответствующий цикл-образец Карно-Карно (б)

=6,

Тср

Термодинамический анализ эжекторной машины

Oi—Ел

Тхоп б)

Цикл Карно-Карно может быть признан как корректный цикл - образец только при условии, что в эжекторе осуществляется теорети­ческий процесс смешения, т. е. точки 3 и 3* (рис.21.4) совпадают.

В обобщенную схему теплоиспользующей машины внесем фиктивные элементы: турбину (Т*) и компрессор (КМ*) - рис.21.6а, которые относятся к прямому термодинамическому циклу при усло­вии Wt^-Wkm*- Тогда энергетический баланс теоретической эжектор­ной машины запишется в виде

Qr + Qo + Wtf +wKM + =e* +WT + . (21.9)

Введение фиктивных турбины (T*) и компрессора (КМ*) необходимо для описания того факта, что рабочее вещество в сопле эжектора расширяется не от рг до рк (на уровне анализа цикла Карно - Карно от Тгор до Тср\ а от Тгор до Т^ (процесс 3-А) и впоследствии сжимается в диффузоре от Тхол до Тср (процесс А-3). Описанные процессы отражены в цикле Карно-Карно, представленном на рис.21.66, тогда процесс 5-6 представляет отвод тепла от рабочего вещества (при Тср) в обратном цикле, процесс 3-4 - отвод тепла от рабочего вещества (при Тср) в прямом цикле.

Следующим этапом создания «метода циклов» для эжекторной машины является введение процесса смешения потоков в камере смешения эжектора, для чего необходимо разделить цикл Карно - Карно на прямой и обратный циклы как показано на рис.21.7а.

Термодинамический анализ эжекторной машины

Рис .21.7. «Метод циклов» для термодинамического анализа эжекторной машины: а) разделение цикла-образца Карно-Карно на прямой и обратный циклы; б) цикл-образец

Рабочее вещество после последовательного расширения в Т и Т* (процесс 2-3-А, что эквивалентно расширению в сопле эжектора) смешивается при Тхол с рабочим веществом в состоянии точки 8 с образованием общего потока, характеризующегося точкой С. Тепло, необходимое для подвода тепла в процессе А-С (прямой цикл), равно теплу, отведенному в процессе 8-С (обратный цикл). Таким образом процесс сжатия А-3 в фиктивном компрессоре прямого цикла (КМ*) и процесс сжатия 8-5 в компрессоре (КМ) обратного цикла объединятся в общий процесс С-3*. Тепло, отведенное в процессе 3*~6 (обратный цикл) и процессе 3*-4 (прямой цикл) представляет суммарное тепло, отведенное в КД.

В ранних версиях термодинамического анализа эжекторной машины было использована аналогия анализа цикла компрессорной теплоиспользующей машины. Условно было принято, что поток рабо­чего вещества после генератора расширяется в эжекторе (процесс 2-3), а поток рабочего вещества после испарителя сжимается (процесс 8-5), после чего происходит смешение потоков с образованием сос­тояния 3*. С точки зрения начальных этапов анализа, когда эжектор принят идеальным, такое предположение абсолютно корректно. Однако при необходимости рассмотрения тепло - и массообменных процессов в эжекторе, от описанного упрощения следует отказаться.

Следующим этапом «метода циклов» должен стать учет свойств действительного рабочего вещества, сопровождающийся: • переносом точек 4-6 из зоны влажного пара на левую пограничную кривую (аналогично рис.20.2а), а точек 3 и 8 на правую пограничную кривую с соответствующим увеличением расхода грею­
щего источника и возникновением дополнительных необратимостей в процессе нагрева рабочего вещества от точки 1 (переохлажденная жидкость) до состояния насыщения (точка 1 [67]);

• заменой детандера в обратном цикле дросселем с рассмотре­нием соответствующих необратимостей (аналогично рис.20.26);

• введением понятия кратности циркуляции а и коэффициента эжекции и.

Окончательно все описанные факты позволяют построить цикл эжекторной машины в виде, представленном на рис.21.76.

Несмотря на то, что эжектор является работоспособным в области влажного пара*, желательным является осуществление всех процессов в эжекторе в зоне перегретого пара. Этот факт отражается в «методе циклов» как:

• необходимость перехода от изотермических процессов подво - да-отвода тепла к изобарным;

• необходимость перегрева рабочего вещества в генераторе до температуры Г2, обеспечивающей конец расширения в сопле в зоне перегретого пара точка А (рис.21.8).

Очевидным является и введение разности температур в процессы подвода-отвода тепла (аналогично рис.20.3а).

Термодинамический анализ эжекторной машины

На последних этапах анализа необходимо ввести в цикл два дополнительных давления, описанных как рЛ и ps на рис.21.4, и в заключение ввести реальное прохождение процессов, подробно рассмотренное также на рис.21.4.

Рис.21.8. Действительный цикл эжекторной холодильной машины

Цикл действительной эжекторной машины представлен на рис.21.8. Абсолютно точное изображение протекания политроп сжатия и расширения в эжекторе невозможно, даже при наличии экспериментальных данных.

21.2.2. Методы повышения эффективности

Одним из методов повышения термодинамической эффектив­ности эжекторных машин является введение процессов регенератив­ного теплообмена в оба контура машины. Схема эжекторной машины с двумя РТО изображена на рис.21.9. Циклом-образцом для анализа эжекторной машины с системой РТО будет цикл обобщенный Карно - обобщенный Карно (рис.20.5б).

Рассмотрим влияние системы РТО на основные показатели эжекторной машины с рабочими веществами HFC- и HCFC-типа.

Частная задача была решена для эжекторной холодильной ма­шины, использующей R-142b в качестве рабочего вещества, с темпе­ратурным уровнем производства холода ТХОД=&°С (режим кондициони­рования воздуха), диапазон изменения температуры конденсации 7^=28...40°С; диапазон изменения температуры генерации 7}=70... 120°С. Анализ предусматривал расчет теоретического цикла машины (идеальный эжектор) на уровне удельных характеристика цикла, поэтому величина полной холодопроизводительности машины Q0 не задавалась. Результаты расчетов представлены в безразмерном виде

Л - и ~иРто „ л _ СОР — СОРРТО

4" и Асор~ СОР '

Где величины без индекса описывает соответствующие характе­ристики простейшей эжекторной машины (рис.21.1), величины с индексом «РТО» - включение РТО-1 и/или РТО-2.

Из анализа приведенных на рис.21.10 зависимостей видно, что при использовании РТО-1 имеет место незначительное увеличение СОР эжекторной холодильной машины, однако коэффициент эжекции и в целом понижается (т. е. возрастает кратность циркуляции а), что будет способствовать повышению скорости потока, направляемого из испарителя. Изменение основных удельных характеристик работы машины в диапазоне 2-6% не может дать однозначного положитель­ного ответа о необходимости применения РТО-1.

Термодинамический анализ эжекторной машины

70 80

Анализ применения РТО-2 на основании величины СОР (вели­чина и остается постоянной) демонстрирует возможность увеличения термодинамической эффективности машины в среднем на 10%, существуют и режимы, в которых наблюдается максимум. Очевидно, что совместное использование РТО-1 и РТО-2 будет способствовать повышению СОР машины.

Термодинамический анализ эжекторной машины

Рис.21.9. Эжекторная машина с регенерацией тепла: а) схема; б) цикл

Термодинамический анализ эжекторной машины

Рис.21.10. Результаты численного анализа влияния системы РТО на основные характеристики эжектор­ной холодильной машины:

А) при включении РТО-1;

Б) при включении РТО-2;

В) при включении РТО-1 и РТО-2; □ (И), ■ (СОР) - при 7>=28°С;

А (и), ▲ (СОР) - при Тк =32°С; 0 (и), Т (СОР) - при 7>=36°С; О (и), • (СОР) - при Тк =40°С

Критический анализ показывает, что при общем весьма низком значении СОР эжекторной машины, увеличение его на 15...20% не сможет приблизить такую машину по термодинамической эффектив­ности ни к компрессорной теплоиспользующей, ни к абсорбционной. Кроме того, термоэкономический анализ машины явно будет свиде­тельствовать в пользу отказа от применения системы регенеративного теплообмена.

Практика применения пароводяных эжекторных машин дока­зала нецелесообразность системы РТО, поскольку незначительное повышение термодинамической эффективности влечет за собой существенное повышение одновременно капитальных и эксплуата­ционных затрат машины, связанных с необходимостью поддержания вакуума также и в РТО.

Еще одним методом повышения эффективности эжекторной машины является применение сложных эжекторов, в которых осу­ществляется двухступенчатое сжатие. Поток рабочего вещества из испарителя первоначально сжимается от р0 до рпр и далее от рпр до рк, при этом используется поток рабочего вещества pr-const. В этом случае давление кипения и генерации сохраняются неизменными. Схема машины и цикл изображены на рис.21.11.

Идея создания двухступенчатого эжектора для холодильных машин впервые была высказана Р. Фолленом (Франция) в 1928 году, однако дальнейшего развития не получила. Значительный прогресс в разработку теории и практики по созданию эжекторов, способных работать при больших величинах отношения давлений (р//ро) в соста­ве энергетических установок, был внесен Ю. К.Аркадовым в 1980-ых годах. Эти разработки и были положены в основу создания схемы и цикла эжекторной холодильной машины с двухступенчатым эжекто­ром, предложенной Дж. Граццини и А. Рочетти (Италия) в 2002 году. Анализ пароводяной эжекторной холодильной машины был проведен численными методами при вариации исходных характеристик: 7V=120°C (7}<=87.. .110°С); Тср=30°С (Г*=40.. .48°С); ТХОД^ 12°С (2о=5...7°С). Эжектор был принят идеальным. Величина СОР по результатам расчетов изменялась в диапазоне 0,38...0,53, что могло бы свидетельствовать о значительном повышении термодинамичес­кой эффективности, однако разброс данных по результатам расчетов (например, по величине и и другим показателям) был настолько большим, что авторы не смогли сформулировать выводы о рациональ­ности применения этого метода повышения эффективности для дейст­вительных условий эксплуатации. В результате можно утверждать,

Из генератора р

Эе:

6 конденсатор

Термодинамический анализ эжекторной машины

Ро| из испарителя

■пр

0,01

0,001

Рис.21.11. Двухступен­чатый эжектор (а) и цикл эжекторной пароводяной холодильной машины с двухступенчатым эжектором (б)

1000

2000

3000

4000

А)

Б)

Что эффективность последовательного сжатия в одном эжекторе будет очень низкой даже с точки зрения эжекторных холодильных машин.

разное

Дизайнерские радиаторы из чугуна от radimaxua.com

Интернет-магазин radimaxua.com предлагает широкий ассортимент дизайнерских радиаторов из чугуна, выпускаемых под брендом RETROstyle. Изготовлением декоративных радиаторов занимаются европейские заводы.

Солнечные коллекторы для отопления

Домашние отопительные системы обычно работают за счет энергии электричества, природного газа или масел, за которые необходимо платить. К тому эти способы отопления вредят окружающей среде. Альтернативой им является солнечная батарея или коллектор.

Как раскрутить свой Instagram с помощью сервиса Like Social ?

Популярность социальных сетей сделала возможной организацию бизнеса в Интернете. Чтобы убедиться в том, что интернет-дело может быть прибыльным, достаточно обратить внимание на количество пользователей популярной сети «Инстаграм», которое на сегодняшний …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

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