Эксергетический анализ
Выполним эксергетический анализ воздушной холодильной машины (рис.18.9а) как теоретической (цикл 1Т-2Т-ЗТ-4Т) и как действительной (цикл 1R-2R-3R-4R) при наличии следующих необратимостей: г\ш4-\\ 1; Тш>Тзт\ р2к>рз, ТШ<ТГГ\ р4>рь
Данные для проведения расчета: Т8т= -10°С; ріт= 0,1 МПа; р2т=0,3 МПа; Т6т - 25°С ; Q0 = 100 кВт. В качестве промежуточных тепло - и хладоносителя выбран воздух (для упрощения анализа).
Рис. 18.9. К эксергетическому анализу воздушной холодильной машины: а) схема; б) теоретический цикл; в) действительный цикл |
Запишем уравнения для определения деструкции эксергии в каждом элементе воздушной холодильной машины (п.5.5)
Ео. ш =WKM-(E2-EI), (8.26)
Епуо = {Е2-Е3)-{Е7-Е6), (8.27)
ЕОЛ={Е3-Е4)-Щ, (8.28)
EDP=(E4-E,)-(E9-E8). (8.29)
Для расчета физической эксергии рабочего вещества в соответствии с ур. (2.51) точка «о» будет соответствовать: р0=ОД МПа, 7>25°С (298 К), Л.-527Д5 кДж/кг, 3,945 кДж/кг К.
Теоретический цикл воздушной машины (рис. 18.96) строим из условий полного совпадения процессов подвода-отвода тепла между рабочим веществом машины и промежуточным тепло - и хладоно - сителем. С точки зрения эксергетического анализа величина эксерге - тической эффективности в каждом процессе £*=1, т. е. EPk=EFk.
Данные для расчета теоретического цикла приведены в таблице 18.2.
Массовый расход промежуточного тепло - и хладоносителя будет соответствовать массовому расходу рабочего вещества в цикле ГГ-2ТЗТ-4Т
М1Т—2Т—ЗТ—4Т — ^^8Т—9Т ~ ^^6Т—7Т ~ —2,189 кг/с.
HjT
Эксергетический КПД теоретического цикла составит
Е = Ер'*<* = Eqo = ____________ М8т~9т(е9т ~е8Т )___ = 0 66
EF, tot Фш-Фд М1Т-2Т-ЗТ-4Т i{h2 ~ К)- {h3 - h4)]
Таблица 18.2
|
Для построения действительного цикла примем следующие значения, характеризующие необратимости: TiR= -15°С; p4R=0,104 МГІа; p2R=0,312 МПа; T3R= 30°С; rjCM = 0.8; rjEX = 0.8.
В таблице 18.2 приведены термодинамические свойства воздуха в узловых точках действительного цикла, а также в точках входа - выхода промежуточного тепло - и хладоносителя. Упрощения для анализа: T2r~T7r и T4R=T9R. Термодинамические свойства промежуточного тепло - и хладоносителя в точках 8Т и 6Т даны при рассмотрении теоретического цикла.
Массовые расходы рабочих веществ определятся как:
• рабочего вещества в действительном цикле 1R-2R-3R-4R
M1R-2R-3R-4R 5,376 кг/с;
N]R n4R
• промежуточного хладоносителя в рефрижераторе
M8T_9R = Q° = 4,239 кг/с; h8T h9R
• промежуточного теплоносителя в теплообменнике
M6t 7r = mlr-2r~3r~4r{h2r~h3r) = 5 053 кг/с
^77? ~ Кт
Деструкция эксергии в каждом элементе действительной воздушной холодильной машины составит:
• компрессор
ED, KM = МlR-2R~3R-4R(h2R ~ hIR ) ~ М1R-2R-3R-4R (e2R - Єш) = 109,13 кВт;
• теплообменник
Еото = м 1R_2R~3R-4R(e2R - e3R)-M7R-6T7r ~^бг) = [52] А7 кВт;
• детандер
ЕО. Д = М1R-2R-3R-4R (e3R IR-2R-3R-4R fa3R ~h4R)= 109,35 кВт;
• рефрижератор
ED, P = MlR-2R-3R-4R(e4R-elR)-M9R-8r{e9R 8т)= 18>98 кВт.
Эксергетическая эффективность действительной воздушной холодильной машины
= = Eq° = 0,037.
EF, tot WkM ^Д