Основы трансформации теплоты

ОСНОВЫ ТРАНСФОРМАЦИИ ТЕПЛОТЫ

Методические указания и задания
для практической работы студентов

 

 

Омск - 2007

Составители: Ю.Д. Терентьев, В.В. Лупенцов

 

Приводятся задания по расчету установок трансформации теплоты, предназначенные для студентов энергетических специальностей.

Рассматриваются примеры расчета установок трансформации теплоты.

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета

 

 

 

Введение

 

Для подготовки специалистов в области теплоэнергетики большое внимание уделяется самостоятельной работе студентов. Поэтому данные методические указания должны обеспечить самостоятельную подготовку студентов.

Самостоятельная работа закрепляет полученные навыки по расчету процессов и схем трансформаторов теплоты.

В результате самостоятельной работы над пособием студенты должны:

- знать принципы работы и условия применения трансформаторов теплоты;

- уметь применять свои знания для расчета схем и анализа работы трансформаторов теплоты с целью определения оптимальных режимов работы при максимальной эффективности.

В методическое указание вошли задачи, связанные с вопросами расчета конкретных холодильных трансформаторов теплоты, применяемых в различных отраслях промышленности.

Задания по расчету установок трансформации теплоты рассчитаны для студентов энергетических специальностей, где читаются курсы лекций по предметам, связанными с теплоэнергетикой, в которых рассматриваются системы производства и распределения энергоносителей, а также вопросы оптимизации режимов этих систем.

 

Работа холодильной машины

 

Холодильная машина представляет собой замкнутую систему, заполненную рабочим телом. Рабочее тело, циркулирующее в холодильной машине, отнимает теплоту от объекта охлаждения и, совершив круговой термодинамический процесс, возвращается в первоначальное состояние. Это позволяет осуществлять непрерывное охлаждение с помощью одного и того же количества рабочего тела.

Для возвращения рабочего тела в первоначальное состояние необходимо, чтобы теплота, воспринятая им от объекта охлаждения, была бы отдана другим телам. Такими телами являются окружающий воздух и вода. Температура воды и воздуха, как правило, выше температуры охлаждения, поэтому естественный процесс передачи теплоты невозможен. Для переноса теплоты от объекта охлаждения к более теплой окружающей среде необходимо повысить температуру рабочего тела настолько, чтобы она практически стала выше температуры окружающей среды (воды, воздуха). Для этого необходимо затратить энергию.

Непрерывный круговой процесс, в результате которого теплота от холодного тела передается более теплому, является обратным круговым процессом – циклом. Обратный цикл, осуществляющий искусственное охлаждение с переносом отнятой теплоты окружающей среде, называется холодильным циклом.

Рабочее тело, циркулирующее в холодильной машине и совершающее холодильный цикл, называется хладагентом (холодильным агентом).

Холодильные машины, в которых для получения холодильного эффекта используют кипение жидкостей при низких температурах, называют паровыми холодильными машинами.

В паровых холодильных машинах в качестве рабочих тел применяют жидкости с низкими температурами кипения при атмосферном давлении. Из них наиболее распространены аммиак (NH₃) или хладагент R717 и фреоны (хладоны, хлорфторзамещенные углеводороды), в частности R12 (CF₂Cl), хладон R22 (CHF₂Cl). В некоторых паровых холодильных машинах в качестве рабочего тела используют воду.

Иногда применяют рабочие тела, не изменяющие агрегатного состояния в холодильной машине. Таким рабочим телом является воздух или другие газы. Холодильные машины, в которых рабочее тело не меняет агрегатного состояния, называются газовыми или воздушными холодильными машинами.

Варианты заданий

В табл. 1 приведены варианты заданий для самостоятельной работы студентов.

 

Таблица 1

Варианты заданий

Обозначение	Варианты
	1	2	3	4	5
Холодопроизводительность , кВт	10	20	30	40	50
Температура кипения , °С	- 5	- 10	- 15	- 20	- 25
Температура конденсации , °С	40	35	30	25	20

 

Окончание табл. 1

Обозначение	Варианты
	6	7	8	9	10
Холодопроизводительность , кВт	60	70	80	90	100
Температура кипения , °С	- 30	- 5	- 10	- 15	- 20
Температура конденсации , °С	15	40	35	30	25

 

Обозначение	Варианты
	11	12	13	14	15
Холодопроизводительность , кВт	110	120	130	140	150
Температура кипения , °С	- 25	- 30	- 5	- 10	- 15
Температура конденсации , °С	20	15	40	35	30

 

Обозначение	Варианты
	16	17	18	19	20
Холодопроизводительность , кВт	160	170	180	190	200
Температура кипения , °С	- 20	- 25	- 30	- 5	- 10
Температура конденсации , °С	25	20	15	40	35

 

Обозначение	Варианты
	21	22	23	24	25
Холодопроизводительность , кВт	210	220	230	240	250
Температура кипения , °С	- 15	- 20	- 25	- 30	- 35
Температура конденсации , °С	30	25	20	15	10

 

Библиографический список

 

1. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин / Под ред. И.А. Сакуна. – Л.: Машиностроение, 1987. – 423 с.

2. Мартынов А.В. Установки для трансформации тепла и охлаждения: сб. задач: / А.В. Мартынов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 200 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

 

Приложение 1

Таблица П1.1

Теплофизические свойства жидкого аммиака

t, °C	Р, МПа	, кг/м^3	, кг/м^3	, кДж/кг	, кДж/кг·К	, Вт/μ·К	μ·10^5, Па·с	υ·10^6, м^2/с
- 30	0,12	678	1,04	1360	4,47	0,554	24,3	0,358
- 20	0,19	665	1,61	1329	4,50	0,538	21,6	0,325
- 10	0,29	652	2,39	1296	4,55	0,522	19,4	0,298
0	0,43	638	3,46	1261	4,60	0,506	17,5	0,274
10	0,61	625	4,87	1225	4,66	0,490	15,9	0,255
20	0,86	610	6,71	1186	4,73	0,472	14,5	0,238
30	1,17	595	9,05	1144	4,82	0,455	13,2	0,223

 

Таблица П1.2

Теплофизические свойства жидкого фреона R22

t, °C	Р, МПа	, кг/м^3	, кг/м^3	, кДж/кг	, кДж/кг·К	, Вт/μ·К	μ·10^4, Па·с	υ·10^7, м^2/с
- 30	0,16	1377	7,40	226	1,12	0,106	3,24	2,35
- 20	0,24	1347	10,82	219	1,13	0,102	3,02	2,24
- 10	0,35	1315	15,36	212	1,15	0,098	2,83	2,15
0	0,50	1282	21,28	204	1,17	0,093	2,67	2,08
10	0,68	1248	28,87	196	1,19	0,089	2,53	2,03
20	0,91	1211	38,53	187	1,23	0,085	2,40	1,98
30	1,19	1172	50,76	177	1,27	0,080	2,29	1,95

 

Таблица П1.3

Теплофизические свойства воды

t, °C	, кг/м^3	, кДж/кг·К	, Вт/μ·К	μ·10^6, Па·с	υ·10^6, м^2/с	, кДж/кг	Pr
10	999,7	4,19	0,58	1306	1,31	2477	9,45
20	998,2	4,18	0,51	1004	1,01	2453	7,03
30	995,7	4,17	0,61	801,5	0,80	2430	5,45

 

Таблица П1.4

Теплофизические свойства воды

, %	t, °C	, кг/м^3	, кДж/кг·К	, Вт/μ·К	μ·10^3, Па·с	υ·10^6, м^2/с	Pr
18,9	- 15,7	1170	3,06	0,523	6,15	5,27	35,9
25,7	- 31,2	1240	2,80	0,508	10,56	8,52	58,5
27,5	- 38,6	1260	2,72	0,486	21,57	17,10	120

Приложение 2

i, l gР – диаграмма для хладона R22

 

 

Приложение 3

T, s – диаграмма для аммиака

Содержание

Введение ……………………………………………………………………	3
Работа холодильной машины …………………………………………….	3
Цикл паровой холодильной машины ……………………………………	4
Варианты заданий …………………………………………………………	7
Задача 1. Тепловой расчет одноступенчатой аммиачной холодильной
машины …………………………………………………………	8
Задача 2. Тепловой расчет одноступенчатой холодильной машины
с регенеративным теплообменником …………………………	10
Задача 3. Тепловой расчет двухступенчатой холодильной машины …..	12
Задача 4. Тепловой расчет газовой (воздушной) холодильной машины...	13
Задача 5. Тепловой расчет поршневого компрессора паровой
холодильной машины …………………………………………	15
Задача 6. Расчет винтового компрессора ………………………………..	16
Задача 7. Расчет центробежного компрессора. Определение основных
размеров …………………………………………………………	19
Задача 8. Расчет аммиачного кожухотрубного конденсатора ………….	22
Задача 9. Расчет аммиачного кожухотрубного испарителя …………….	24
Задача 10. Расчёт брызгального бассейна ……………………………….	25
Задача 11. Расчёт вентиляторной градирни ……………………………..	27
Библиографический список………………………………………………	27
Приложения ……………………………………………………………….	28

 

 

Редактор Т.А. Жирнова

 

ИД № 06039 от 12.10.01.

 

Свод. темплан 2007 г.

 

 

Подписано в печать 15.05.07. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная.

Отпечатано на дупликаторе. Усл. печ. л. 2,0.

Уч.-изд. л. 2,0. Тираж    экз. Заказ

Издательство ОмГТУ. 644050, Омск, пр-т. Мира, 11

Типография ОмГТУ

 

ОСНОВЫ ТРАНСФОРМАЦИИ ТЕПЛОТЫ

Методические указания и задания
для практической работы студентов

 

 

Омск - 2007

Составители: Ю.Д. Терентьев, В.В. Лупенцов

 

Приводятся задания по расчету установок трансформации теплоты, предназначенные для студентов энергетических специальностей.

Рассматриваются примеры расчета установок трансформации теплоты.

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета

 

 

 

Введение

 

Для подготовки специалистов в области теплоэнергетики большое внимание уделяется самостоятельной работе студентов. Поэтому данные методические указания должны обеспечить самостоятельную подготовку студентов.

Самостоятельная работа закрепляет полученные навыки по расчету процессов и схем трансформаторов теплоты.

В результате самостоятельной работы над пособием студенты должны:

- знать принципы работы и условия применения трансформаторов теплоты;

- уметь применять свои знания для расчета схем и анализа работы трансформаторов теплоты с целью определения оптимальных режимов работы при максимальной эффективности.

В методическое указание вошли задачи, связанные с вопросами расчета конкретных холодильных трансформаторов теплоты, применяемых в различных отраслях промышленности.

Задания по расчету установок трансформации теплоты рассчитаны для студентов энергетических специальностей, где читаются курсы лекций по предметам, связанными с теплоэнергетикой, в которых рассматриваются системы производства и распределения энергоносителей, а также вопросы оптимизации режимов этих систем.

 

Работа холодильной машины

 

Холодильная машина представляет собой замкнутую систему, заполненную рабочим телом. Рабочее тело, циркулирующее в холодильной машине, отнимает теплоту от объекта охлаждения и, совершив круговой термодинамический процесс, возвращается в первоначальное состояние. Это позволяет осуществлять непрерывное охлаждение с помощью одного и того же количества рабочего тела.

Для возвращения рабочего тела в первоначальное состояние необходимо, чтобы теплота, воспринятая им от объекта охлаждения, была бы отдана другим телам. Такими телами являются окружающий воздух и вода. Температура воды и воздуха, как правило, выше температуры охлаждения, поэтому естественный процесс передачи теплоты невозможен. Для переноса теплоты от объекта охлаждения к более теплой окружающей среде необходимо повысить температуру рабочего тела настолько, чтобы она практически стала выше температуры окружающей среды (воды, воздуха). Для этого необходимо затратить энергию.

Непрерывный круговой процесс, в результате которого теплота от холодного тела передается более теплому, является обратным круговым процессом – циклом. Обратный цикл, осуществляющий искусственное охлаждение с переносом отнятой теплоты окружающей среде, называется холодильным циклом.

Рабочее тело, циркулирующее в холодильной машине и совершающее холодильный цикл, называется хладагентом (холодильным агентом).

Холодильные машины, в которых для получения холодильного эффекта используют кипение жидкостей при низких температурах, называют паровыми холодильными машинами.

В паровых холодильных машинах в качестве рабочих тел применяют жидкости с низкими температурами кипения при атмосферном давлении. Из них наиболее распространены аммиак (NH₃) или хладагент R717 и фреоны (хладоны, хлорфторзамещенные углеводороды), в частности R12 (CF₂Cl), хладон R22 (CHF₂Cl). В некоторых паровых холодильных машинах в качестве рабочего тела используют воду.

Иногда применяют рабочие тела, не изменяющие агрегатного состояния в холодильной машине. Таким рабочим телом является воздух или другие газы. Холодильные машины, в которых рабочее тело не меняет агрегатного состояния, называются газовыми или воздушными холодильными машинами.