Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
УСТАНОВКИ ДЛЯ ТРАНСФОРМАЦИИ ТЕПЛОТЫ
Руководство по изучению дисциплины, методические указания и контрольные задания
1. Цель изучения дисциплины и её значение для данной специальности
Современное существование человеческого общества невозможно представить без потребления энергии в виде теплоты и электричества, первичным источником которых служат большей частью земные запасы органического топлива. Ограниченный ресурс этих запасов диктует их рачительное использование. Существенным резервом энергосбережения является повторное вовлечение в использование сбросной низкопотенциальной теплоты, которую невозможно использовать напрямую с помощью традиционного теплообменного оборудования. Устройства, которые приводят сбросную теплоту к состоянию экономической целесообразности её использования, называются трансформаторами теплоты и в частности тепловыми насосами. Функция трансформатора заключается в отводе теплоты от источника на низком температурном уровне и подвод её на более высоком приемлемом уровне потребителю. При этом в трансформаторах в отличие от теплосиловых циклов осуществляются не прямые, а обратные циклы, на реализацию которых необходима затрата энергии, в результате чего достигаются заданный технологический и определённый экономический эффекты.
Другим традиционным направлением трансформаторов теплоты, в частности холодильных машин, является производство искусственного холода. Здесь, как и в тепловом насосе, осуществляется перенос теплоты от холодного источника к нагретому, но на иных температурных уровнях. Искусственное охлаждение, как необходимое звено, входит во многие технологические процессы разных отраслей промышленности, существование большинства которых практически неосуществимо без искусственного холода.
Цель изучения данной дисциплины заключается в подготовке специалистов, ориентирующихся в современном уровне развития теории и практике тепловых насосов и холодильных машин, способных определять их рациональное применение, самостоятельно разрабатывать узлы и агрегаты этих устройств на основе понимания происходящих в них процессов и знания современных методов расчёта и конструирования. Отмечаемые ориентиры наиболее актуальны для студентов, обучающихся по специальности «Промышленная теплоэнергетика».
2. Место данной дисциплины среди других дисциплин специальности
Для выполнения всех видов учебной работы по данной дисциплине студент должен знать теоретический материал и владеть методами решения задач по следующим предметам: высшей математика, информатика, инженерная графика, материаловедение и технология конструкционных материалов, химия, физика, теоретическая термодинамика, гидродинамика, математическое моделирование, тепло - и массообмен, тепловые двигатели и нагнетатели.
На теоретические знания и практические навыки, полученные при изучении данного курса, опираются следующие дисциплины: отопление, вентиляция и кондиционирование промышленных предприятий, теплоэнергетические системы и установки промышленных предприятий, энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях, дипломное проектирование.
3. Список рекомендуемой литературы
Основная:
. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. М., Энергоиздат, 1981, 320 с.
. Холодильные машины. Под общ. ред. И.А. Сакуна Л., Машиностроение, 1985, 510 с.
. Тепловые и конструктивные расчёты холодильных машин. Под общ. ред. И.А. Сакуна Л., Машиностроение, 1987, 423 с.
. Богданов С.И., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная техника. Свойства веществ. Справочник. М., Агропромиздат, 1985, 208 с.
Дополнительная:
. Проценко В.П., Сафонов В.К., Ларкин Д.К. Тепловые насосы. ВЗПИ., М., 1984.
. Богословский В.Н., Поз М.Я. Теплофизика аппаратов утилизации тепла, систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. М., Стройиздат, 1983, 320 с.
. Курылев Е.С., Герасимов Н.А. Холодильные установки. Л., Машиностроение, 1980, 622 с.
. Тепловые и конструктивные расчёты холодильных машин. Под ред. Н.Н. Кошкина. Л., Машиностроение, 1976, 460 с.
. Френкель М.И. Поршневые компрессоры. М., Машгиз, 1960, 300 с.
. Розенфельд Л.М. Ткачёв А.Г. Холодильные машины и аппараты. М., Госторгиздат, 1960, 656 с.
. Блиер Б.М., Вургафт А.Б. Теоретические основы проектирования абсорбционных термотрансформаторов. М., Пищевая промышленность, 1971, 202 с.
. Петровский Ю.В., Фастовский В.Г. Современные эффективные теплообменники. М.-Л., ГЭИ, 1962, 256 с.
. Епифанова В.И. Компрессорные и расширительные турбомашины радиального типа. М., Машиностроение. 1984, 376 с.
. Богословский В.Н., Кокарин О.Я., Петров Л.В. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. М., Стройиздат, 1985, 367 с.
. Теплофизические основы получения искусственного холода. Справочник. М., Пищевая промышленность, 1980, 231 с.
. Холодильные машины. Справочник. Под ред. А.В. Быкова. М., Лёгкая и пищевая промышленность, 1982, 223 с.
. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М., Наука, 1972, 720 с.
. Бадылькес И.С., Данилов В.Л. Абсорбционные холодильные машины. М., Пищевая промышленность, 1966, 356 с.
. Холодильные компрессоры. Справочник. Под ред. А.В. Быкова. М., Лёгкая и пищевая промышленность, 1981, 280 с.
. Холодильные машины. Справочник. Под ред. А.В. Быкова. М Лёгкая и пищевая промышленность, 1982, 224 с.
4. Структура дисциплины в соответствии с ГОСТ
Вводная лекция. Порядок и методика изучения дисциплины.
Предмет «Установки для трансформации теплоты» изучается студентами V и VI курсов дневного, вечернего и заочного отделений в установленном ниже порядке и включает в себя следующие виды учебной работы:
- лекции по теоретической части курса (в соответствии с учебным планом);
- практические занятия для приобретения навыков в решении задач;
лабораторные работы для получения исследовательских навыков;
экзамен по теоретической части, лабораторным и практическим занятиям;
выполнение курсового проекта с целью приобретения опыта расчёта и проектирования установок для трансформации теплоты средней сложности;
защита курсового проекта (с оценкой);
самостоятельная работа студентов для выполнения каждого из вышеперечисленных видов (в соответствии с учебным планом);
контрольные работы.
Примечание.
Курсовой проект выполняется по заданию, выдаваемому преподавателем. Для студентов заочного отделения номер задания выбирается в соответствии с учебным шифром студента. Студенты дневного и вечернего отделений получают задание от преподавателя в установленном порядке. Для выполнения курсового проекта имеются отдельные методические указания с последовательностью выполнения необходимых расчётов.
Задания, выданные преподавателем, являются обязательными для студентов, не работающих по специальности. Студентам, работающим в области промышленной теплоэнергетики, могут быть по их желанию выданы индивидуальные задания, связанные с профилем работы и имеющие практическое значение или научно-исследовательский характер.
Введение.
Назначение трансформаторов теплоты. Классификация и схемы процессов повышения потенциала тепла. Области использования трансформаторов тепла. Основные исторические этапы и перспективы техники трансформации тепла.
Раздел I. Свойства рабочих тел и материалов, применяемых в низкотемпературной технике.
Назначение рабочих агентов, абсорбентов и хладоносителей. Возможные фазовые состояния рабочих агентов.
Классификация рабочих агентов и абсорбентов. Основные требования к теплофизическим и техническим свойствам рабочих агентов и абсорбентов. Требования к безопасности агентов. Связь между нормальными и критическими параметрами. Характеристика наиболее распространённых холодильных агентов, абсорбентов. Правила нумерации фреонов. Зависимость основных свойств фреонов от их молекулярного состава. Характеристика наиболее распространённых рабочих тел газовых холодильных установок. Наиболее распространённые хладоносители и их характеристики.
Раздел II. Паровые компрессионные трансформаторы теплоты.
Основные отличия схем и процессов, протекающих в реальных паровых компрессионных трансформаторах теплоты, от идеальных.
Схемы одноступенчатых и многоступенчатых установок и область их применения. Удельные энергозатраты и КПД паровых компрессионных трансформаторов тепла. Регенеративный теплообмен в паровых компрессионных трансформаторах теплоты, его эффективность и целесообразная область использования. Методика расчёта одноступенчатых паровых компрессионных трансформаторов теплоты. Методика расчёта многоступенчатых трансформаторов теплоты. Применение многоступенчатых трансформаторов теплоты. Условия их работы. Оценка их энергетической эффективности.
Объёмные и энергетические коэффициенты паровых компрессоров. Метод определения коэффициента подачи. Зависимость коэффициента подачи от условий работы компрессора. Внутренний относительный (индикаторный) КПД компрессора, зависимость его от конструктивных особенностей и условий работы компрессора.
Раздел III. Работа паровых компрессионных трансформаторов теплоты в нерасчётных условиях.
Основные методы регулирования компрессионных трансформаторов теплоты. Условия установившегося режима трансформаторов теплоты. Уравнения теплового и материального баланса для установившегося режима. Возможные нарушения установившегося режима. Возможные нарушения установившегося режима и их анализ. Переходные режимы трансформаторов тепла. Искусственное регулирование как метод сокращения длительности переходного режима. Характеристики основных элементов трансформатора тепла и их аналитическое описание. Взаимосвязь параметров при работе трансформаторов тепла в нерасчётных условиях. Работа систем теплоснабжения в нерасчётных условиях. Нерасчётные условия работы системы хладоснабжения.
Раздел IV. Газовые компрессионные трансформаторы теплоты.
Особенности процессов газовых трансформаторов тепла. Идеальные газовые циклы с изобарным и изотермическим подводом и отводом тепла и их энергетический анализ. Идеальный газовый цикл с регенерацией. Основные отличия схем и процессов реальных газовых трансформаторов тепла от идеальных. Удельный расход энергии, КПД, холодильные коэффициенты и коэффициенты трансформации теплоты действительных газовых компрессионных трансформаторов тепла с регенерацией и без регенерации. Регенераторы газовых установок, схемы включения и конструктивное оформление. Газовые циклы и установки с периодическими (нестационарными) процессами. Методика расчёта газовых компрессионных трансформаторов тепла.
Раздел V. Абсорбционные трансформаторы теплоты.
Принцип действия и основные схемы абсорбционных установок и его зависимость от температурных уровней. Схемы и процессы работы реальных абсорбционных трансформаторов тепла непрерывного действия. Удельный расход энергии, КПД, холодильный коэффициент и коэффициенты трансформации тепла реальных установок. Методика расчёта одноступенчатых абсорбционных трансформаторов теплоты. Определение зоны устойчивой работы абсорбционных трансформаторов теплоты. Двухступенчатые трансформаторы теплоты. Методика расчёта. Область целесообразного использования двухступенчатых установок. Абсорбционные трансформаторы теплоты периодического действия, принципиальные схемы и основные процессы. Абсорбционные - диффузионные холодильные установки, принципиальные схемы и основные процессы.
5. Краткие методические указания по разделам и вопросы для самопроверки
«Введение» прорабатывается студентами по основному учебнику [1, с. 5 - 13] и [3, с. 4 - 5].
Вопросы для самопроверки.
1. Определение трансформатора теплоты. Назначение трансформаторов теплоты.
2. Основные принципы классификации трансформаторов теплоты.
. Классификация процессов трансформации теплоты в зависимости от температурного уровня верхнего и нижнего источников.
. Исторические этапы и перспективы развития установок для трансформации теплоты.
Раздел I.
Изучается по основному учебнику [I, с. 9 - 11, 38 - 47] с привлечением тепловых диаграмм приложений 2, 5, 7, 9 [1]. Перед изучением материала полезно повторить раздел «Водяной пар» из курса «Техническая термодинамика», вспомнив закономерности фазового перехода веществ (кипение, конденсация) [I, с. 162 - 179]. При изучении темы следует разобраться в классификации фреонов. Свойства веществ полезно сопоставлять с тепловыми TS-, iS-, и Pi - диаграммами. К этой теме полезно вернуться после темы 2 с тем, чтобы проанализировать, как влияют взаимное расположение верхней и нижней пограничных кривых, расположение критической точки в координатах тепловых диаграмм на удельные энергетические показатели и рабочий интервал температур трансформатора.
Вопросы для самопроверки.
5. С помощью тепловых TS-, iS-, и Pi - диаграмм дать общую характеристику рабочих тел трансформаторов теплоты.
6. Что такое температура тройной точки?
. Как влияет взаимное расположение верхней и нижней пограничных кривых на удельную тепло- и хладопроизводительность трансформатора теплоты?
. Что такое температура инверсии?
. Анализ требований, предъявляемых к холодильным агентам, и сопоставление их с рабочими телами теплонасосных установок.
. Перечислите наиболее распространённые рабочие тела парокомпрессионных трансформаторов теплоты.
. Какие рабочие тела применяют в газовых холодильных установках?
. Характеристика рабочих агентов и абсорбентов абсорбционных трансформаторов теплоты.
. Дайте определение сорбции жидкими и твёрдыми веществами.
. Основные требования к хладо- и теплоносителям в установках для трансформации теплоты.
Раздел II.
Изучается по основному учебнику [I, с. 48 - 96]. Необходимо чётко определить различия в конструктивной схеме идеального и реального трансформатора теплоты, а также различия в процессах их работы. Анализ различий в процессах работы реального и идеального трансформаторов теплоты целесообразно проводить с помощью тепловых TS-, iS-, и Pi - диаграмм. Следует обратить внимание на особенности теплообмена в испарителе и конденсаторе, связанные с фазовым переходом рабочего тела трансформаторной установки.
Изучать материал, связанный с расчётом парокомпрессионных трансформаторов теплоты, следует одновременно с решением соответствующих задач контрольной работы.
Кроме того, следует обратить внимание на два способа определения коэффициентов подачи компрессора - оценочный (расчётный) и экспериментальный, охватывающий рабочий диапазон работы компрессора для конкретного рабочего тела.
Вопросы для самопроверки.
15. Принципиальная схема и процесс работы идеального парокомпрессионного трансформатора теплоты.
16. Составьте энергетический баланс идеального парокомпрессионного трансформатора теплоты.
. Дайте определение холодильного коэффициента и диапазон его значений.
. Что такое коэффициент преобразования теплоты.
. Принципиальная схема и процесс работы реального парокомпрессионного трансформатора теплоты в TS-, iS-, и Pi - диаграммах.
. Отличие схемы и процесса реального парового компрессионного трансформатора теплоты от идеального.
. Определение удельной затраты работы и КПД парокомпрессионного трансформатора теплоты.
. Сущность методики расчёта одноступенчатой парокомпрессионной холодильной установки.
. Влияние температуры испарения и конденсации на холодильный коэффициент и КПД одноступенчатой холодильной установки.
. Одноступенчатая парокомпрессионная теплонасосная установка и её элементарный тепловой расчёт.
. Чем обусловлен переход к многоступенчатым парокомпрессионным трансформаторам тепла?
. Принципиальная схема и изображение процесса работы многоступенчатой парокомпрессионной холодильной установки в TS - диаграмме.
. Элементарный тепловой расчёт многоступенчатой парокомпрессионной холодильной установки.
. Упрощённый алгоритм расчёта многоступенчатого теплового насоса.
. Область рационального применения двухступенчатого теплового насоса для отопительных целей.
. Чем обусловлен переход к каскадным рефрижераторным установкам?
. Область рационального применения различных типов нагнетательных машин в парокомпрессионных трансформаторах теплоты.
. От каких факторов зависит коэффициент подачи компрессора?
. Сопоставьте идеальную и реальную индикаторные диаграммы компрессора.
. Какие конструктивные параметры компрессора влияют на его индикаторный КПД?
. Причина перехода к многоступенчатому сжатию.
Раздел III.
Материал изучается по [I, с. 98 - 108]. Перед изучением темы следует уяснить причины, обусловливающие переменный режим работы трансформатора теплоты. Затем рассмотреть условия стационарного режима. После определения характеристических уравнений теплообменного оборудования и компрессора можно приступить к анализу переходных режимов.
Вопросы для самопроверки.
36. Назовите причины, вызывающие изменения режима работы компрессионного трансформатора теплоты.
37. Характеристика теплообменных аппаратов парокомпрессионного трансформатора теплоты.
. Теоретическая и действительная индикаторные диаграммы поршневого компрессора и влияние их на характеристику компрессора.
. Объёмные и энергетические характеристики компрессора.
. Определите мощность привода компрессора по его индикаторной диаграмме.
. Работа испарителя при изменении положения регулирующего вентиля.
. Расчёт переменного режима работы испарителя.
43. Как изменяется температурный режим испарителя при перекрытии регулирующего вентиля?
44. Работа системы хладоснабжения при работе трансформатора тепла в нерасчётных условиях.
45. Влияние температуры окружающей среды на работу системы хладоснабжения.
. Нестационарный режим работы компрессора.
. Работа конденсатора при переменном режиме.
. Изменение температурного режима конденсатора при перекрытии регулирующего вентиля.
. Работа системы теплоснабжения при нерасчётном режиме работы трансформатора тепла.
. Влияние температуры наружного воздуха на работу системы теплоснабжения.
. Нерасчётный режим работы переохладителя конденсата.
Раздел IV.
Материал темы изучается по учебнику [I, с. 248 - 279]. При изучении темы необходимо установить причины отличия процессов газовых трансформаторов теплоты от парокомпрессионных и связанные с этим преимущества и недостатки газовых трансформаторов теплоты по сравнению с парокомпрессионными. Уяснить, почему газовые трансформаторы теплоты применяются в основном в качестве холодильных машин и криогенных установок. Изучение материала темы следует сопровождать решением задачи 3 контрольной работы.
Вопросы для самопроверки.
52. В чём особенности процессов газовых трансформаторов теплоты?
53. Сопоставьте идеальный цикл газового и парокомпрессионного трансформатора теплоты.
. Идеальный газовый цикл трансформатора теплоты с подводом и отводом тепла по изобарам.
. Идеальный газовый холодильный цикл с теплообменом по изотермам.
. Сравните КПД идеальных газовых холодильных циклов с теплообменом по изобарам и изотермам.
. Как влияет регенерация теплоты в идеальном газовом холодильном цикле на его КПД?
. Реальный газовый холодильный цикл без регенерации теплоты.
. Что даёт регенерация теплоты в реальном газовом холодильном цикле?
. Применение газового трансформатора теплоты для термообработки воздуха в помещении.
Раздел V.
Изучается по основному учебнику [I, с. 109 - 132]. При рассмотрении схемы абсорбционной установки следует представить её в виде парокомпрессионной, отдельно выделив элементы термохимического компрессора: абсорбер, генератор, теплообменники и дефлегматор. Определить общие элементы, а затем уяснить процессы в элементах термохимического компрессора. Причём сопоставить необходимо идеальную абсорбционную установку с идеальной парокомпрессионной и реальную абсорбционную с реальной парокомпрессионной установкой.
Вопросы для самопроверки.
61. Схема идеального абсорбционного трансформатора теплоты.
62. Принцип действия идеального абсорбционного повысительного трансформатора теплоты.
. Расчёт удельных энергозатрат в идеальном абсорбционном трансформаторе теплоты повысительного типа.
. Схема работы идеального расщепительного абсорбционного трансформатора теплоты.
. Определите удельные энергозатраты при работе идеального расщепительного абсорбционного трансформатора теплоты.
. Схема реального одноступенчатого трансформатора теплоты повысительного типа и процесс его работы в iS - диаграмме.
. Повысительный абсорбционный трансформатор теплоты с одноступенчатым генератором.
. Основные отличия схемы и процесса реального абсорбционного трансформатора теплоты от схемы и процесса идеального.
. Схема работы бромисто-литиевой холодильной установки.
. Влияние температур генерации и испарения на удельный расход энергии в абсорбционных холодильных установках.
. Зависимость удельного расхода энергии в абсорбционных холодильных установках от температур охлаждения и испарения.
. Принципиальная схема и процесс работы в iS - диаграмме двухступенчатого абсорбционного трансформатора теплоты.
. Влияние схемы и параметров абсорбционного трансформатора теплоты на интервал дегазации раствора.
. Особенность процессов абсорбционной холодильной машины периодического действия.
. Причина перехода от одноступенчатого абсорбционного трансформатора к двухступенчатому.
6. Применение информационных технологий при изучении дисциплины
. Проведение теплотехнических расчётов в Exel.
. Компьютерное тестирование по теоретическим разделам курса.
. Использование пакета прикладных программ «Холодильная техника» для определения параметров состояния хладонов в реперных точках процессов трансформаторов теплоты.
7. График изучения дисциплины и прохождения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации
Изучение дисциплины студентами каждого вида обучения выполняется в соответствии с учебными планами, графиками и расписаниями занятий и сессий. Объём учебной работы в часах для различных видов обучения представлен в таблице 1.
теплоэнергетика трансформатор паровой компрессионный
Таблица 1.
|
Вид обучения |
Вид учебной нагрузки |
|
Лекции |
Лаб. раб. |
Пр. зан. |
Самост. |
Всего |
|
|
Дневное |
36 |
12 |
6 |
56 |
110 |
|
Курсовой проект |
6 |
24 |
|||
|
Вечернее |
|||||
|
Заочное |
12 |
6 |
4 |
56 |
80 |
|
Контрольная работа №1, №2 |
Контроль знаний теоретического материала и умения самостоятельно решать практические задачи осуществляется на экзамене. Защита лабораторных работ (без оценки) производится студентами после их выполнения и оформления отчётов. Защита курсовых проектов (с оценкой) выполняется после их проверки и рецензирования преподавателем в сроки, определяемые учебными планами и графиками занятий.
8. Требования к объёму знаний при проведении итогового контроля
По завершении изучения дисциплины, студент должен:
овладеть системой знаний о трансформаторах теплоты в соответствии с содержанием разделов и тем, изложенных выше;
знать и понимать: физические основы процессов для осуществления которого предназначены соответствующие схемы установки и аппараты теплотрансформаторов, и основные способы утилизации низкопотенциальной теплоты с целью сбережения и экономии первичных энергоносителей;
иметь представление об основных типах теплотрансформаторов их назначении и области рационального применения;
владеть методиками расчёта и проектирования основных элементов трансформаторов теплоты;
уметь анализировать и давать сравнительную оценку различным типам теплотрансформаторов, выбирая наиболее удачное техническое решение;
выполнять термодинамические, тепловые, гидравлические, конструктивные и другие расчёты трансформаторов теплоты и их элементов.
9. Примерный перечень вопросов и задач к экзамену
ВОПРОСЫ
1. Определение и классификация трансформаторов теплоты.
2. Схема и процесс работы идеального парокомпрессионного трансформатора теплоты.
. Схема реального парокомпрессионного трансформатора теплоты и процессы, определяющие его цикл.
. Построение реального цикла одноступенчатого парокомпрессионного трансформатора теплоты в тепловых диаграммах TS-, iS-, lgPi -.
. Сопоставление схем и процессов цикла идеального и реального парокомпрессионных трансформаторов теплоты.
. Сопоставление удельных затрат работы для идеального и реального парокомпрессионных трансформаторов теплоты при равенстве температур для верхнего и для нижнего источников.
. Расчёт реальной парокомпрессионной одноступенчатой холодильной машины.
. Расчёт реального парокомпрессионного одноступенчатого теплового насоса.
. Уравнение теплового баланса и коэффициенты преобразования парокомпрессионного трансформатора теплоты.
. Анализ эффективности использования одноступенчатых и двухступенчатых тепловых насосов в системах теплоснабжения.
. Причины, обуславливающие необходимость регулирования трансформаторов теплоты.
. Способы регулирования мощности трансформаторов теплоты.
. Работа испарителя при перекрытии регулирующего вентиля.
. Переменный режим работы компрессора.
. Установление режима работы конденсатора.
. Идеальный газовый цикл трансформатора теплоты с теплообменом по изобарам.
. Реальный газовый цикл трансформатора теплоты.
. Регенерация теплоты в идеальном газовом цикле.
. Сопоставление идеального и реального газовых циклов трансформаторов теплоты.
. Сопоставление энергетических затрат в идеальном и реальном газовых циклах при равенстве температур нижних и верхних источников.
. Регенерация теплоты в реальном газовом цикле холодильной машины.
. Газовая холодильная машина с разомкнутым циклом под наддувом.
. Разомкнутый цикл газовой холодильной машины под разрежением.
. Идеальный абсорбционный трансформатор теплоты.
25. Реальный одноступенчатый абсорбционный трансформатор теплоты и процесс его работы в i-диаграмме.
. Сопоставление идеального и реального одноступенчатого абсорбционного трансформаторов теплоты.
. Реальный одноступенчатый абсорбционный трансформатор теплоты с двухступенчатым генератором.
. Реальный одноступенчатый абсорбционный трансформатор теплоты и процесс его работы в i-диаграмме.
. Схема работы бромисто-литиевой абсорбционной установки.
30. Работа реальной абсорбционной установки периодического действия.
З А Д А Ч И
1. Найти мощность холодильной машины, работающей по идеальному циклу на фреоне R12, если температура нижнего источника составляет -30оС, степень повышения давления и мощность компрессора соответственно равны 5,0 и 12,5кВт.
2. Определить мощность холодильной машины, работающей по реальному циклу без переохладителя на фреоне R12, если температура нижнего источника равна -25оС, электромеханический к.п.д. компрессора эм=0,9, степень повышения давления 6,0, мощность на привод компрессора 20кВт.
3. Хладопроизводительность холодильной машины, работающей по идеальному циклу на фрепне 12, составляет 10кВт на температурном уровне -70оС. Найти мощность на привод компрессора, если степень повышения давления равна 100.
. Хладопроизводительность холодильной машины, работающей по реальному циклу без переохладителя на хладоне R12, составляет 15кВт на температурном уровне -40оС. Задаваясь минимальной разностью температур в испарителе, найти мощность на привод компрессора, если его электромеханический к.п.д. составляет 0,91, степень повышения давления 10.
. Холодильная машина работает по идеальному циклу на фреоне R12В1, температура нижнего источника составляет -30оС, степень повышения давления 10. Необходимо найти холодильный коэффициент установки.
. Холодильная машина работает по реальному циклу без переохладителя на фреоне R12В1, нижняя температура хладопроизводительности составляет -17оС, степень повышения давления 5, электромеханический к.п.д. компрессора эм=0,92. Найти холодильный коэффициент, задаваясь минимальной разностью температур в испарителе.
. Найти мощность теплонасосной установки, работающей по идеальному циклу на фреоне R12В1, если температура верхнего источника равна 65оС, степень повышения давления компрессора 5, мощность компрессора 10кВт.
. Определить мощность теплонасосной установки, работающей по реальному циклу без переохладителя на фреоне R12В1, задаваясь минимальной разностью температур в конденсаторе, если температура верхнего источника равна 60оС, электромеханический к.п.д. компрессора эм=0,92, степень повышения давления 5, мощность на привод компрессора 12кВт.
9. Мощность теплового насоса, работающего по идеальному циклу на фреоне R12В1 равна 15кВт на температурном уровне +65 оС. Необходимо определить мощность на привод компрессора, если степень повышения давления равна 5.
. Мощность теплонасосной установки, работающей по реальному циклу без переохладителя на фреоне фреоне R12В1, составляет 20кВт. Температурный уровень верхнего источника составляет 60оС. Степень повышения давления компрессора 5,3. Найти мощность на привод компрессора, задаваясь его электромеханическим к.п.д. и минимальной разностью температур в конденсаторе.
. Тепловой насос работает по идеальному циклу на фреоне R502. Температура верхнего источника равна +60оС, степень повышения давления в компрессоре 4,2, необходимо определить коэффициент трансформации теплоты.
. Тепловой насос работает по реальному циклу без переохладителя на фреоне R502. Температура верхнего источника составляет +60оС, степень повышения давления в компрессоре 5,8. Задаваясь минимальной разностью температур в конденсаторе, необходимо найти коэффициент трансформации теплоты.
. Температура нижнего источника составляет +5оС, мощность испарителя 10Квт, степень повышения давления 3,5. Определить мощность теплового насоса, работающего по идеальному циклу на фреоне R13В1.
. Температура нижнего источника составляет 10оС, мощность испарителя 10кВт, степень повышения давления 5,5, электромеханический к.п.д. компрессора 0,9. Определить мощность теплового насоса, работающего по реальному циклу на фреоне R12, задаваясь минимальной разностью температур в испарителе.
. Температура верхнего источника составляет 60оС, мощность испарителя 10кВт, степень повышения давления 4,0. Определить мощность теплового насоса, работающего по идеальному циклу на фреоне R12.
10. Задание на курсовое проектирование
Вариант задания на курсовой проект выбирается по последним цифрам учебного шифра из таблицы 2, которые вносятся в задание.
Таблица 2.
|
Последняя цифра учебного шифра |
t3, 0С |
t5, 0С |
t6, 0С |
N, кВт |
Рабочее тело |
Назначение установки |
|
0 |
60 |
30 |
6 |
80 |
R 502 |
ТНУ |
|
1 |
8 |
6 |
-85 |
120 |
R 22 |
ХМ |
|
2 |
55 |
25 |
8 |
100 |
R 502 |
ТНУ |
|
3 |
12 |
10 |
-80 |
140 |
R 22 |
ХМ |
|
4 |
50 |
20 |
10 |
120 |
R 502 |
ТНУ |
|
5 |
16 |
6 |
-75 |
160 |
R 22 |
ХМ |
|
6 |
75 |
35 |
5 |
80 |
R 12 |
ТНУ |
|
7 |
8 |
6 |
-70 |
180 |
R 22 |
ХМ |
|
8 |
70 |
30 |
10 |
100 |
R 12 |
ТНУ |
|
9 |
12 |
10 |
-65 |
200 |
R 22 |
ХМ |
Бланк задания на курсовой проект.
Государственный Комитет Российской Федерации по высшему образованию
Московский Государственный Открытый Университет
Энергетический факультет
Кафедра теоретической и промышленной теплотехники
__________________________________________________________________________________
«Установки для трансформации теплоты»
студенту ____ курса дневного отделения, гр. _______, специальности 140104
«Промышленная теплоэнергетика» 200 /200 уч. год.
Ф.И.О.______________________________________________________________
учебный шифр_______________________________________________________
Посчитать теоретический цикл трансформатора теплоты _______, в котором сухой насыщенный пар рабочего тела _______ сжимается в компрессоре до состояния перегрева и далее поступает в конденсатор, где конденсируется при температуре t3= 0C. Далее жидкий рабочий агент, отводимый от конденсатора при t3=t4 переохлаждается до температуры t5 0C, после чего дросселируется проходя через регулирующий вентиль и направляется в испаритель, где кипит при t6 0C.
Определить параметры характерных точек цикла, изменение внутренней энергии и энтальпии рабочего тела в каждом из процессов, теплоту и работу каждого из процессов. Найти подведённую и отведённую теплоту в цикле, работу, затраченную в цикле, холодильный коэффициент и коэффициент преобразования теплоты. Сопоставить полученные значения коэффициента машины с его аналогом для цикла Лоренца. Рассчитать тепловую нагрузку конденсатора, переохладителя конденсата и испарителя, если мощность. Затрачиваемая на привод компрессора Nэл=______кВт. Тепловые потери в окружающую среду от теплообменных аппаратов принять: для испарителя 0,5%; для переохладителя 0,8%; для конденсатора 1,2%. Индикаторная мощность компрессора 0,8; электромеханический КПД 0,83.
Представить цикл в тепловых диаграммах с соблюдением масштаба: PV; TS; iS и разработать принципиальную схему установки.
Выполнить тепловой расчёт__________. Графическая часть проекта представляется продольным и поперечным разрезами в масштабе с проработкой отдельных его узлов и фрагментов, необходимых для полного понимания конструкции на листе ватмана формата А2.
Литература:
. Кириллин В.А., Сычёв В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М., наука, 1979.
. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. М., Энергоиздат, 1981.
. Холодильные машины. Под общ. ред. И.А. Сакуна. Л., Машиностроение, 1985.
. Тепловые и конструктивные расчёты холодильных машин. Под общ. ред. И.А. Сакуна. Л., Машиностроение, 1987.
. Холодильные машины. Справочник. Под ред. А.В. Быкова, М., Лёгкая и пищевая промышленность, 1982.
. Богданов С.Н., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная техника. Свойства веществ. Справочник. М., Агропромиздат, 1985.
Задание выдано «_____»____________
Студенты заочной формы обучения выполняют в процессе изучения курса две контрольные работы.
Контрольная работа 1 состоит из ответов на вопросы для самопроверки и решения задач, контрольная работа 2 содержит только задачи. Вариант вопросов и задач соответствует учебному шифру студента.
Работа, выполненная по варианту, не соответствующему учебному шифру студента, к рассмотрению не принимается.
Ответы на контрольные вопросы должны быть сформулированы кратко и чётко, не только констатировать факты, но и объяснять их. Ответы, где это необходимо, должны быть иллюстрированы схемами и эскизами. Запрещается переписывать текст из книг, требуется личное творческое изложение ответов. При выполнении контрольной работы необходимо соблюдать следующие требования:
. Обязательно выписывать условия задач и вопросы. Оставлять поля для замечаний рецензента.
. Решение сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором указать, какая величина и по какой формуле определяется (расчётная формула должна быть приведена в общем виде), какие величины подставляются в эту формулу, откуда они взяты: заданы в условии задачи, взяты из литературного источника (с обязательной ссылкой на источник), принимаются с последующим уточнением, определены ранее.
. Вычисления давать в развёрнутом виде, приводя все отдельные части расчётной формулы, если они имеются.
. При исходных и вычисленных величинах проставлять единицы измерения (размерность), помня при этом, что размерность проставляется только у результатов вычисления и не включается в расчётную формулу.
. Вычисления делать с необходимой и достаточной степенью точности для каждого случая, не выходящей за пределы точности расчётных и справочных таблиц или приборов, применяемых в практике для измерения рассчитываемых величин (расхода воздуха, топлива и т.д.). Необходимо помнить, что неоправданно большое количество значащих цифр снижает, а не повышает качество инженерного расчёта.
Сокращения в тексте допускаются только общепринятые в учебной и справочной литературе. В конце работы должна быть указана используемая литература.
. Контрольная работа 1.
Ответить на вопросы для самопроверки и решить задачи 1÷3. Номера вопросов выбираются по табл. 3.
Таблица 3.
|
№ п/п |
Ф.И.О. |
Учебный шифр |
Номер варианта задачи |
Номера вопросов |
|
1 |
Вершинин Я.В. |
107706 |
1 |
1 |
16 |
31 |
46 |
61 |
|
2 |
Годованец С.В. |
1051008 |
2 |
2 |
17 |
32 |
47 |
62 |
|
3 |
Дидух С.И. |
105778 |
3 |
3 |
18 |
33 |
48 |
63 |
|
4 |
Иванцов В.В. |
105779 |
4 |
4 |
19 |
34 |
49 |
64 |
|
5 |
Коваленко И.А. |
105780 |
5 |
5 |
20 |
35 |
50 |
65 |
|
6 |
Курдасов П.Л. |
108011 |
6 |
6 |
21 |
36 |
51 |
66 |
|
7 |
Перминов Я.Н. |
105782 |
7 |
7 |
22 |
37 |
52 |
67 |
|
8 |
Подымова Н.Г. |
105784 |
8 |
8 |
23 |
38 |
53 |
68 |
|
9 |
Позднякова Т.А. |
105783 |
9 |
9 |
24 |
39 |
54 |
69 |
|
10 |
Рева В.Б. |
105785 |
10 |
10 |
25 |
40 |
55 |
70 |
|
11 |
Савельев С.А. |
105786 |
11 |
11 |
26 |
41 |
56 |
71 |
|
12 |
Смалюх С.М. |
105787 |
12 |
12 |
27 |
42 |
57 |
72 |
|
13 |
Циркова О.В. |
105788 |
13 |
13 |
28 |
43 |
58 |
73 |
|
14 |
Ощенко Ю.В. |
108629 |
14 |
14 |
29 |
44 |
59 |
74 |
|
15 |
15 |
15 |
30 |
45 |
60 |
75 |
Задача 1.
Холодильная машина работает по действительному циклу с регенеративным теплообменником (рис. 1, а). Построить в масштабе цикл машины и определить степень его термодинамического совершенства, удельные тепловые нагрузки испарителя, конденсатора и теоретическую мощность компрессора. Исходные данные: холодопроизводительность , температуры кипения и конденсации , перегрев паров в регенеративном теплообменнике , холодильный агент (табл. 4).
Рис. 1. Схемы парокомпрессионного (а) и газового (б) трансформаторов теплоты: КМ - компрессор; РТ - регенеративный теплообменник; РВ - регулирующий вентиль; И - испаритель; ОХ - охладитель; Х - холодильник; Д - детандер; 0÷6 - точки.
Рис. 2. Изменение температур аммиака и воды в противоточном трубчатом конденсаторе
Таблица 4.
№ варианта задачи ,
кВт,
,
|
, Холодильный агент |
|||||
|
1 |
25 |
-25 |
20 |
25 |
Фреон - 11 |
|
2 |
30 |
-22,5 |
25 |
20 |
Фреон - 11 |
|
3 |
35 |
-20 |
20 |
15 |
Фреон - 11 |
|
4 |
40 |
-17,5 |
25 |
25 |
Фреон - 11 |
|
5 |
45 |
-15 |
20 |
20 |
Фреон - 11 |
|
6 |
50 |
-27,5 |
20 |
15 |
Фреон - 12 |
|
7 |
45 |
-25 |
25 |
20 |
Фреон - 12 |
|
8 |
40 |
-22,5 |
20 |
25 |
Фреон - 12 |
|
9 |
35 |
-20 |
25 |
20 |
Фреон - 12 |
|
10 |
30 |
-17,5 |
20 |
15 |
Фреон - 12 |
|
11 |
25 |
-20 |
25 |
15 |
Фреон - 21 |
|
12 |
20 |
-17,5 |
20 |
20 |
Фреон - 21 |
|
13 |
25 |
-15 |
25 |
22 |
Фреон - 21 |
|
14 |
30 |
-12,5 |
20 |
24 |
Фреон - 21 |
|
15 |
35 |
-20 |
25 |
20 |
Фреон - 21 |
Энтальпию холодильного агента на выходе из переохладителя следует определять из уравнения теплового баланса регенеративного теплообменника, пренебрегая потерями теплоты в окружающую среду
, (1)
Задача 2.
Для условий предыдущей задачи определить геометрические размеры компрессора: ход и диаметр поршня, количество цилиндров, если число оборотов коленвала составляет n=1440 об/мин.
Задача 3.
Определить реперные точки процесса и мощность привода Nэ газовой (воздушной) холодильной машины холодопроизводительностью с разомкнутым циклом (рис. 1, б) на следующие параметры: температурный уровень получаемого холода Т5, температура окружающей среды Т1=Тос=2930К, давление воздуха на входе в компрессор Р1=0,1МПа, степень повышения давления в компрессоре , минимальные температурные напоры в охладителе , внутренний индикаторный КПД компрессора iк=0,8 и детандера iд=0,82, электромеханический КПД компрессора и детандера эм=0,9 (табл. 5).
Таблица 5.
№ варианта задачи ,
кВтТ5, ,
|
, |
|||||
|
1 |
10 |
173 |
3 |
10 |
5 |
|
2 |
15 |
183 |
4 |
10 |
6 |
|
3 |
20 |
193 |
5 |
9 |
7 |
|
4 |
25 |
203 |
3 |
9 |
7 |
|
5 |
30 |
213 |
4 |
8 |
5 |
|
6 |
35 |
223 |
5 |
8 |
6 |
|
7 |
40 |
233 |
3 |
9 |
6 |
|
8 |
45 |
223 |
4 |
8 |
7 |
|
9 |
40 |
213 |
5 |
9 |
5 |
|
10 |
35 |
203 |
3 |
8 |
5,5 |
|
11 |
30 |
183 |
4 |
10 |
6,5 |
|
12 |
25 |
183 |
5 |
9 |
7,5 |
|
13 |
20 |
203 |
3 |
10 |
7,5 |
|
14 |
15 |
213 |
4 |
9 |
6,5 |
|
15 |
10 |
233 |
5 |
8 |
5,5 |
12. Контрольная работа 2
Решить задачи 4÷7.
Задача 4.
В противоточный трубчатый конденсатор (рис. 2) поступает m кг/с аммиака при давлении Р2 МПа и температуре t2 0С и охлаждающая вода при температуре 0С, минимальная разность температур в конденсаторе составляет 0С, необходимо определить, на сколько изменится потребный расход охлаждающей воды кг/с при тех же параметрах аммиака и новом давлении на входе в конденсатор (табл. 6).
Таблица 6.
№ варианта задачи m, кг/с ,
МПа,
МПа,
0С,
0С,
|
0С |
||||||
|
1 |
0,5 |
1,8 |
2,0 |
90 |
20 |
4 |
|
2 |
0,5 |
1,6 |
1,8 |
90 |
20 |
4 |
|
3 |
0,4 |
1,4 |
1,6 |
90 |
20 |
4 |
|
4 |
0,3 |
1,2 |
1,4 |
90 |
15 |
3 |
|
5 |
0,25 |
1,0 |
1,2 |
90 |
10 |
3 |
|
6 |
0,5 |
1,7 |
1,9 |
100 |
20 |
4 |
|
7 |
0,5 |
1,5 |
1,7 |
100 |
20 |
4 |
|
8 |
0,3 |
1,3 |
1,5 |
110 |
15 |
3 |
|
9 |
0,2 |
1,1 |
1,3 |
110 |
10 |
2,5 |
|
10 |
0,2 |
0,9 |
1,1 |
110 |
10 |
2,5 |
|
11 |
0,5 |
1,75 |
1,95 |
90 |
15 |
3 |
|
12 |
0,5 |
1,55 |
1,75 |
90 |
12 |
3 |
|
13 |
0,4 |
1,35 |
1,55 |
100 |
10 |
3 |
|
14 |
0,3 |
1,15 |
1,35 |
100 |
8 |
2,5 |
|
15 |
0,2 |
0,95 |
1,15 |
110 |
8 |
2,5 |
Задача 5.
Сопоставьте мощность, потребляемую компрессором при адиабатическом одноступенчатом и двухступенчатом сжатии с промежуточным изобарным отводом теплоты до исходной температуры. Параметры на входе в компрессор соответствует линии насыщения при давлении Р1, степени сжатия , расходе хладоагента m с показателем адиабаты К и газовой постоянной R (табл. 7).
Таблица 7.
|
№ варианта задачи |
Р1, МПа |
m, кг/с |
К |
R, Рабочий агент |
||
|
1 |
0,014 |
7 |
0,1 |
1,13 |
60,5 |
Фреон - 11 |
|
2 |
0,013 |
7,5 |
0,07 |
1,13 |
60,5 |
Фреон - 11 |
|
3 |
0,08 |
7 |
0,05 |
1,14 |
68,8 |
Фреон - 12 |
|
4 |
0,07 |
7,5 |
0,03 |
1,14 |
68,8 |
Фреон - 12 |
|
5 |
0,4 |
7 |
0,1 |
1,12 |
79,6 |
Фреон - 13 |
|
6 |
0,4 |
7,5 |
0,07 |
1,12 |
79,6 |
Фреон - 13 |
|
7 |
0,021 |
7,5 |
0,05 |
1,16 |
80,8 |
Фреон - 21 |
|
8 |
0,14 |
7 |
0,03 |
1,16 |
96,1 |
Фреон - 22 |
|
9 |
0,13 |
7,5 |
0,1 |
1,16 |
96,1 |
Фреон - 22 |
|
10 |
0,02 |
7,5 |
0,07 |
1,11 |
48,6 |
Фреон - 114 |
|
11 |
0,03 |
7 |
0,05 |
1,11 |
48,6 |
Фреон - 114 |
|
12 |
0,3 |
7 |
0,03 |
1,25 |
276,6 |
Фреон - 170 |
|
13 |
0,2 |
7,5 |
0,1 |
1,25 |
276,6 |
Фреон - 170 |
|
14 |
0,12 |
8 |
0,07 |
1,13 |
188,5 |
Фреон - 290 |
|
15 |
0,13 |
7 |
0,05 |
1,13 |
188,5 |
Фреон - 290 |
Задача 6.
Определить температуру в испарителе абсорбционной холодильной машины t0, в которой холод вырабатывается за счёт теплоты отработанного насыщенного пара с температурой tг, если известны коэффициент использования теплоты . Степень термодинамического совершенства установки К и температура окружающей среды tос (табл. 8).
Таблица 8.
|
№ варианта задачи |
К |
tос, оС |
tг, оС |
|
|
1 |
0,25 |
0,20 |
15 |
150 |
|
2 |
0,26 |
0,21 |
20 |
160 |
|
3 |
0,27 |
0,22 |
25 |
170 |
|
4 |
0,28 |
0,23 |
15 |
180 |
|
5 |
0,29 |
0,24 |
20 |
190 |
|
6 |
0,30 |
0,2 |
25 |
200 |
|
7 |
0,31 |
0,21 |
15 |
210 |
|
8 |
0,32 |
0,22 |
20 |
220 |
|
9 |
0,31 |
0,23 |
25 |
150 |
|
10 |
0,30 |
0,24 |
15 |
160 |
|
11 |
0,29 |
0,20 |
20 |
170 |
|
12 |
0,28 |
0,21 |
25 |
180 |
|
13 |
0,27 |
0,22 |
15 |
190 |
|
14 |
0,26 |
0,23 |
20 |
200 |
|
15 |
0,25 |
0,24 |
25 |
210 |
Задача 7.
Рассчитать схему трёхступенчатой компрессионной установки для производства сухого льда (рис. 3) при следующих условиях: производительность установки m, температура охлаждающей воды на входе в конденсатор и на выходе из него , минимальные разности температур в конденсаторе и охладителях , параметры углекислого газа перед установкой Р0 и t0, индикаторные КПД ступеней компрессора iI=0,88, iII=0,87, iIII=0,86, электромеханические КПД ступеней компрессора эмI=эмII=эмIII=0,95 (табл. 9).
Таблица 9.
№ варианта задачи m, кг/с ,
0С,
0С,
0С,
|
0СР0, МПаt0, 0С |
|||||||
|
1 |
0,25 |
10 |
13 |
3 |
15 |
0,1 |
14 |
|
2 |
0,3 |
11 |
14 |
4 |
17,5 |
0,12 |
16 |
|
3 |
0,35 |
12 |
15 |
5 |
20 |
0,14 |
18 |
|
4 |
0,4 |
14 |
17 |
3 |
22,5 |
0,16 |
20 |
|
5 |
0,45 |
15 |
18 |
4 |
25 |
0,18 |
22 |
|
6 |
0,5 |
14 |
17 |
5 |
15 |
0,2 |
22 |
|
7 |
0,55 |
13 |
16 |
3 |
17,5 |
0,18 |
20 |
|
8 |
0,6 |
12 |
15 |
4 |
20 |
0,16 |
18 |
|
9 |
0,65 |
11 |
14 |
5 |
22,5 |
0,14 |
16 |
|
10 |
0,7 |
10 |
13 |
4 |
25 |
0,12 |
14 |
|
11 |
0,75 |
11 |
14 |
5 |
15 |
0,1 |
18 |
|
12 |
0,8 |
12 |
15 |
3 |
17,5 |
0,12 |
20 |
|
13 |
0,85 |
13 |
16 |
4 |
20 |
0,14 |
22 |
|
14 |
0,9 |
14 |
17 |
5 |
22,5 |
0,16 |
16 |
|
15 |
0,95 |
15 |
18 |
3 |
25 |
0,18 |
14 |
а) б)
Рис. 3. Схема установки для получения твёрдого диоксида углерода (а) и процессы в TS-диаграмме (б).