Принципиальная схема двухступенчатого компрессора холодильника
Оглавление
холодильник компрессор воздух теплообменник
Задание на
курсовую работу
1.
Принципиальная схема двухступенчатого компрессора
2. Расчет
процесса сжатия в компрессоре
2.1 Мощность
привода идеального компрессора
2.2
Построение процесса сжатия и охлаждения в р-v диаграмме
2.3
Построение процесса сжатия и охлаждения в T-s диаграмме
3.
Принципиальная схема холодильника
4. Расчет
охладителя воздуха
4.1
Теплопроизводительность промежуточного холодильника
4.2 Расход
охлаждающей воды через холодильник
4.3 Определение
площади поверхности теплообменника
4.4
Определение длины труб и числа секций охладителя
4.5 Схема
изменения температуры воздуха и воды вдоль поверхности теплообмена
Список
литературы
Задание на
курсовую работу
В идеальном двухступенчатом компрессоре сжимается воздух от давления р1 =
0,1МПа до давления р3. Температура воздуха на входе в ступени t1 = 20°С. Объемная производительность
компрессора при условиях входа V1, показатели политропы сжатия в обеих ступенях
одинаковы и равны n. Определить параметры воздуха в начале и конце сжатия в
каждой ступени, теоретическую мощность привода компрессора, расход охлаждающей
воды, прокачиваемой через промежуточный холодильник. Изобразить процессы сжатия
и охлаждения воздуха в p-V и Т-s координатах в масштабе.
Холодильник выполнен из параллельно включенных стальных труб (lст = 50Вт/(м×К)) диаметром Æ 20х2 мм, по которым движется воздух.
Число труб n1 = 19. Вода, поступающая в межтрубное пространство, имеет
температуру t¢вод.
Повышение температуры воды в холодильнике принять равным Dtвод = 20°С. Определить поверхность теплообмена
холодильника. При этом коэффициент теплоотдачи от воздуха к трубам a1, а от поверхности труб к воде a2. Изобразить изменение температуры
воздуха и воды вдоль поверхности теплообмена. Представить эскиз теплообменника
и принципиальную схему двухступенчатого компрессора.
Исходные данные: n = 1,2; V1 = 0,07м3/с; a2 = 800Вт/(м2×К); р3 = 3МПа; t¢вод = 5°С.
1.
Принципиальная схема двухступенчатого компрессора
Рис. 1
- цилиндр низкого давления; 2 - промежуточный холодильник;
- цилиндр высокого давления
2. Расчет
процесса сжатия в компрессоре
.1 Мощность
привода идеального компрессора
Примем степень повышения давления в каждой ступени одинаковой:
.
Тогда давление воздуха на выходе из первой ступени:
МПа.
Теоретическую мощность привода компрессора определим по формуле:
Вт = 27,6кВт.
2.2
Построение процесса сжатия и охлаждения в р-v диаграмме
Процесс 1-2 сжатия в первой ступени - политропный.
Удельный объем на входе в первую ступень компрессора найдем из уравнения
состояния идеального газа:
где газовая постоянная воздуха - R = 287Дж/(кг×К);
К.
м3/кг.
Удельный объем воздуха на выходе из первой ступени найдем из уравнения
политропного процесса:
м3/кг.
Для более точного изображения процесса сжатия в первой ступени определим
параметры воздуха в трех промежуточных точках. Для этого зададимся тремя
промежуточными значениями удельного объема:
м3/кг; 
м3/кг; 
м3/кг;
Давления в этих точках определим по соотношениям:
МПа;
МПа;
МПа.
Процесс 2-2¢ охлаждения воздуха - изобарный. Поэтому давление воздуха на входе во
вторую ступень компрессора:
МПа.
Температура воздуха на входе во вторую ступень такая же, как и на входе в
первую:
К.
Удельный объем на входе во вторую ступень компрессора найдем из уравнения
состояния идеального газа:
м3/кг.
Процесс 2¢-3 сжатия во второй ступени - также политропный.
Удельный объем воздуха на выходе из второй ступени найдем из уравнения
политропного процесса:
м3/кг.
Зададимся тремя промежуточными значениями удельного объема:
м3/кг; 
м3/кг; 
м3/кг;
Давления в этих точках определим по соотношениям:
МПа;
МПа;
МПа.
p-v - диаграмма теоретического цикла - рис. 2.
Рис. 2
2.3
Построение процесса сжатия и охлаждения в T-s диаграмме
Температура воздуха после политропного сжатия в каждой ступени
определяется по уравнению:
К, t2 = 389 - 273 = 116°C.
Энтропию в точке 1 найдем из условия, что энтропия при нормальных
условиях (Тн.у. = 273,15К; рн.у. = 101325Па) равна нулю:
где 
кДж/(кг×К) - изобарная теплоемкость воздуха.
кДж/(кг×К).
Изменение энтропии в процессе сжатия в первой ступени:
где 
кДж/(кг×К) - изохорная теплоемкость воздуха;= 1,4 - показатель адиабаты двухатомных
газов.
кДж/(кг×К);
кДж/(кг×К).
Для более точного изображения процесса сжатия в первой ступени определим
параметры воздуха в трех промежуточных точках. Для этого зададимся тремя
промежуточными значениями температуры:
Та = 320К; Тb = 350К; Тс = 370К.
Энтропия в этих точках:
кДж/(кг×К);
кДж/(кг×К);
кДж/(кг×К).
Изменение энтропии в охладителе:
кДж/(кг×К);
кДж/(кг×К).
Также зададимся тремя промежуточными значениями температур:
Тd = 370К; Тe = 350К; Тf = 320К.
кДж/(кг×К);
кДж/(кг×К);
кДж/(кг×К).
Изменение энтропии в процессе сжатия во второй ступени такое же, как и в
первой, поэтому:
кДж/(кг×К).
Для тех же промежуточных значений температур, что и для первой ступени,
определим значения энтропии:
кДж/(кг×К);
кДж/(кг×К);
кДж/(кг×К).
Строим процессы сжатия и охлаждения в Т-s - координатах - рис. 3.
Рис. 3
3.
Принципиальная схема холодильника
Рис. 4
4. Расчет
охладителя воздуха
.1
Теплопроизводительность промежуточного холодильника
Количество тепла, которое воздух должен отдать холодильнику после сжатия
в первой ступени для охлаждения до первоначальной температуры t1 = 20°С, определяем по формуле:
где Gвоз - массовая производительность компрессора, определяем из
уравнения состояния:
кг/с.
Вт.
4.2 Расход
охлаждающей воды через холодильник
Расход охлаждающей воды определяем по формуле:
где свод = 4190Дж/(кг×К) - теплоемкость воды;
Dtвод = 20°С -
повышение температуры воды в охладителе, заданная величина.
кг/с.
4.3 Определение
площади поверхности теплообменника
Площадь поверхности теплообмена определяем по основному уравнению
теплопередачи:
где k - коэффициент теплопередачи;
- средний логарифмический температурный напор между воздухом
и охлаждающей водой.
Средний температурный напор определяем по формуле:
где 
°С;
°С;
°С.
Необходимо также определить коэффициент теплоотдачи от воздуха к трубам -
a1.
Расчет ведем по средней температуре воздуха в теплообменнике:
°С; 
К.
По справочным данным определим параметры воздуха при средней температуре:
кг/м3 - плотность воздуха;
м2/с - кинематическая вязкость;
Вт/(м×К) - теплопроводность.
Скорость воздуха:
м/с.
Критерий Рейнольдса:
Критерий Нуссельта:
Коэффициент теплоотдачи от воздуха к трубам охладителя:
Вт/(м2×К).
Коэффициент теплопередачи в соответствие с указаниями к заданию можем
определять по формуле для плоской стенки:
Вт/(м2×К).
Поверхность теплообмена:
м2.
4.4
Определение длины труб и числа секций охладителя
Длину труб определим исходя из общей поверхности теплообмена:
м.
Определяем число секций охладителя исходя из их стандартных размеров 1м,
1,5м, 2м, 3м.
Выбираем 2 секции по 1,5м.
Рис. 5
Список
литературы
1. Баскаков
А.П. и др. Теплотехника. - М.: Энергоиздат, 1991.
. Бакластов
А.М., Горбенко В.А., Удыма П.Г. Проектирование, монтаж и эксплуатация
тепломассообменных установок. - М.: Энергоиздат, 1981.