Przedmiot: Substancje kontrolowane

Wykład 7a:

Obiegi rzeczywisty - wykres Bambacha29.04.2014

1

Obieg z regeneracją ciepła

2

Rys.1. Schemat urządzenia jednostopniowego z regeneracją

ciepła: 1- parowacz, 2- sprężarka, 3 – skraplacz, 4 – wymiennik

regeneracyjny, 5 – zawór rozprężny

Obieg rzeczywisty chłodziarki sprężarkowej

Założenia obiegu z regeneracja

4

Analiza obiegu teoretycznego z regeneracją ciepła i stratami

prowadzona jest przy następujących założeniach uwzględniając szereg

odstępstw od obiegu „suchego Lindego” a występujących w obiegach

rzeczywistych:

• występuje przegrzanie termostatycznego zaworu rozprężnego,

• występuje przegrzanie na trasach ssawnych,

• występuje przegrzanie par czynnika w wymienniku regeneracyjnym

(pracującym z założoną sprawnością wymiany ciepła),

• następuje niecałkowite odparowania czynnika z krążącego w obiegu

roztworu olej/czynnik chłodniczy (w wyniku obecności oleju tworzącego

roztwór z czynnikiem powstaje sytuacja, iż równolegle stopień suchości

pary jest mniejszy od jedności i występuje przegrzanie par czynnika),

• nieizentropowość procesu sprężania.

Obieg lewobieżny teoretyczny z regeneracją ciepła

5Rys.2. Obieg teoretyczny z regeneracją ciepła i stratami w układzie

lgp-h

Stopień odwracalności obiegów chłodniczych

W celu określenia wpływu regeneracji ciepła porównano stopnie

odwracalności obiegów: z regeneracją i przegrzanego. Stopień

odwracalności obiegu jest definiowany jako stosunek:

gdzie: ε – sprawność termiczna dowolnego obiegu chłodniczego

εc- sprawność termiczna lewobieżnego obiegu Carnota

To- temperatura chłodzenia

Tk- temperatura otoczenia

qom –właściwa masowa wydajność chłodnicza

w – jednostkowa praca sprężania obiegu

6

Stopień odwracalności obiegów chłodniczych

odpowiednio stopień odwracalności obiegu z regeneracją ciepła:

oraz obiegu przegrzanego:

gdzie: qo mr – właściwa masowa wydajność chłodnicza obiegu z regeneracją

qo mr – właściwa masowa wydajność chłodnicza obiegu przegrzanego

Δhwr – jednostkowa ilość ciepła wymienionego w wymienniku regeneracyjnym

wr – jednostkowa praca sprężania obiegu z regeneracją

wp – jednostkowa praca sprężania obiegu przegrzanego

ηwr – sprawność cieplna wymiennika regeneracyjnego 7

Oleje w chłodziarce sprężarkowej

Olej w obiegu chłodniczych

9

Uwzględnienie obecności roztworu olej/czynnik i jego wpływu na

właściwą wydajność chłodniczą obiegu wymaga znajomości wykresu

koncentracja – entalpia R404A i oleju poliestrowego. Obecnie brak jest

takich danych w literaturze, w związku z tym założono że właściwości

roztworu R404A/olej poliestrowy są podobne do tych jakie posiadał roztwór

R 12 / olej mineralny (wykres Bambacha).

Przypominając w skrócie:

gdzie: mcz – masa czynnika w roztworze określana koncentracją ξ8,

mo – masa oleju w roztworze.

Masa wydzielonej pary czynnika z wrzącego roztworu:

10

jednocześnie masa pozostałości czynnika w roztworze:

stąd:

gdzie: ξ8 – koncentracja początkowa czynnika w ciekłym roztworze w

układzie jednofazowym

ξ2 – koncentracja końcowa czynnika w ciekłym roztworze na

wyjściu z parowacza

Wpływ obecności roztworu w obiegu chłodniczym

Właściwa wydajność chłodnicza w obiegu z roztworem

czynnik - olej

11

gdzie: h2c – entalpia właściwa ciekłego czynnika w roztworze o koncentracji ξ2 przy ciśnieniu

wrzenia i temperaturze t2

h2p – entalpia właściwa par czynnika przy ciśnieniu wrzenia i temperaturze t2

h7 – entalpia właściwa ciekłego czynnika w roztworze o koncentracji ξ8 i temperaturze t7

12

Zakładając, że procesy zachodzące w trakcie wrzenia roztworu w

obiegach teoretycznych są bliskie stanu równowagi i że wrzenie

przebiega przy stałym ciśnieniu i temperaturze, stąd stopień suchości

pary na wyjściu z parowacza:

Właściwa wydajność chłodnicza w obiegu przegrzanym będzie

Wpływ obecności roztworu w obiegu chłodniczym

13

W obiegu z regeneracją ciepła należy uwzględnić sprawność cieplną wymiennika

regeneracyjnego definiowaną zależnością:

gdzie: Qm – maksymalnie możliwa ilość wymienianego ciepła, jest to ilość ciepła wymieniona

między „czynnikami”, gdy czynnik o mniejszej wielkości ciepła właściwego osiągnie

temperaturę początkową czynnika o większej wielkości ciepła właściwego

Qr - ilość wymienianego ciepła w wymienniku regeneracyjnym

Wpływ obecności roztworu w obiegu chłodniczym

14

Ponieważ dla czynników pochodnych CFC zachodzi c’x > c’’x , stąd

dochłodzenie ciekłego czynnika jest zawsze mniejsze od przegrzania par;

więc dla czystego czynnika byłoby:

W obiegu z krążącym roztworem olej-czynnik chłodniczy występuje bardziej złożony

proces, a mianowicie doparowywanie pozostałości czynnika z roztworu. Właściwa

wydajność chłodnicza obiegu z regeneracją, to

gdzie: h2c – entalpia właściwa ciekłego czynnika w roztworze o koncentracji ξ3 przy ciśnieniu (po

– Δp) i temperaturze t3,

h3c – entalpia właściwa par czynnika przy ciśnieniu (po – Δp) i temperaturze t3

Wpływ obecności roztworu w obiegu chłodniczym

15

Wykres h-x dla R12-olej wg Bambacha

Wyniki obliczeń

16

Rys.. Stopień odwracalności obiegu

przegrzanego w zależności od temperatury

wrzenia to = - 30oC ÷ 0oC i skraplania tk =

30oC oraz koncentracji czynnika w

roztworze ξ = 0,98; 0,95; 0,90

Wyniki obliczeń

17

Rys.. Stopień odwracalności obiegu

z regeneracją w zależności od temperatury

wrzenia to = - 30oC ÷ 0oC i skraplania tk =

30oC oraz koncentracji czynnika w

roztworze ξ = 0,98; 0,95; 0,90

Wyniki obliczeń

18

Rys.. Stopień odwracalności obiegu z

regeneracją w zależności od temperatury

wrzenia to = - 30oC ÷ 0oC i skraplania tk =

40oC oraz koncentracji czynnika w

roztworze ξ = 0,98; 0,95; 0,90

3. Obliczenia obiegu Z REGENERACJĄ ciepła: DtTZR=5K ; DtSS=15K; Dtd=5K; sprężanie izentropowe i nieizentropowe

Qo= 8 kW

to=-16oC

to= 30oC

Wyznaczyć : efektywność - COP; N -moc sprężarki, Qk – moc skraplacza

Jaki jest wpływ regeneracji na obieg?

Jaka jest sprawność wymiennika regeneracyjnego?