Obiegi rzeczywisty - wykres Bambacha

Transkrypt

1 Przedmiot: Substancje kontrolowane Wykład 7a: Obiegi rzeczywisty - wykres Bambacha

2 Obieg z regeneracją ciepła Rys.1. Schemat urządzenia jednostopniowego z regeneracją ciepła: 1- parowacz, 2- sprężarka, 3 skraplacz, 4 wymiennik regeneracyjny, 5 zawór rozprężny 2

3 Obieg rzeczywisty chłodziarki sprężarkowej

4 Założenia obiegu z regeneracja 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. 4

5 Obieg lewobieżny teoretyczny z regeneracją ciepła Rys.2. Obieg teoretyczny z regeneracją ciepła i stratami w układzie lgp-h 5

6 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 ε c - sprawność termiczna lewobieżnego obiegu Carnota T o - temperatura chłodzenia T k - temperatura otoczenia q om właściwa masowa wydajność chłodnicza w jednostkowa praca sprężania obiegu 6

7 Stopień odwracalności obiegów chłodniczych odpowiednio stopień odwracalności obiegu z regeneracją ciepła: oraz obiegu przegrzanego: gdzie: q o mr właściwa masowa wydajność chłodnicza obiegu z regeneracją q o mr właściwa masowa wydajność chłodnicza obiegu przegrzanego Δh wr jednostkowa ilość ciepła wymienionego w wymienniku regeneracyjnym w r jednostkowa praca sprężania obiegu z regeneracją w p jednostkowa praca sprężania obiegu przegrzanego η wr sprawność cieplna wymiennika regeneracyjnego 7

8 Oleje w chłodziarce sprężarkowej

9 Olej w obiegu chłodniczych 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: m cz masa czynnika w roztworze określana koncentracją ξ 8, m o masa oleju w roztworze. Masa wydzielonej pary czynnika z wrzącego roztworu: 9

10 Wpływ obecności roztworu w obiegu chłodniczym stąd: jednocześnie masa pozostałości czynnika w roztworze: gdzie: ξ 8 koncentracja początkowa czynnika w ciekłym roztworze w układzie jednofazowym ξ 2 koncentracja końcowa czynnika w ciekłym roztworze na wyjściu z parowacza 10

11 Właściwa wydajność chłodnicza w obiegu z roztworem czynnik - olej gdzie: h 2c entalpia właściwa ciekłego czynnika w roztworze o koncentracji ξ 2 przy ciśnieniu wrzenia i temperaturze t 2 h 2p entalpia właściwa par czynnika przy ciśnieniu wrzenia i temperaturze t 2 h 7 entalpia właściwa ciekłego czynnika w roztworze o koncentracji ξ 8 i temperaturze t 7 11

12 Wpływ obecności roztworu w obiegu chłodniczym 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 12

13 Wpływ obecności roztworu w obiegu chłodniczym W obiegu z regeneracją ciepła należy uwzględnić sprawność cieplną wymiennika regeneracyjnego definiowaną zależnością: gdzie: Q m 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 Q r - ilość wymienianego ciepła w wymienniku regeneracyjnym 13

14 Wpływ obecności roztworu w obiegu chłodniczym 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: h 2c entalpia właściwa ciekłego czynnika w roztworze o koncentracji ξ 3 przy ciśnieniu (p o Δp) i temperaturze t 3, h 3c entalpia właściwa par czynnika przy ciśnieniu (p o Δp) i temperaturze t 3 14

15 Wykres h-x dla R12-olej wg Bambacha 15

16 Wyniki obliczeń Rys.. Stopień odwracalności obiegu przegrzanego w zależności od temperatury wrzenia t o = - 30 o C 0 o C i skraplania t k = 30 o C oraz koncentracji czynnika w roztworze ξ = 0,98; 0,95; 0,90 16

17 Wyniki obliczeń Rys.. Stopień odwracalności obiegu z regeneracją w zależności od temperatury wrzenia t o = - 30 o C 0 o C i skraplania t k = 30 o C oraz koncentracji czynnika w roztworze ξ = 0,98; 0,95; 0,90 17

18 Wyniki obliczeń Rys.. Stopień odwracalności obiegu z regeneracją w zależności od temperatury wrzenia t o = - 30 o C 0 o C i skraplania t k = 40 o C oraz koncentracji czynnika w roztworze ξ = 0,98; 0,95; 0,90 18

19 3. Obliczenia obiegu Z REGENERACJĄ ciepła: Dt TZR =5K ; Dt SS =15K; Dt d =5K; sprężanie izentropowe i nieizentropowe Q o = 8 kw t o =-16 o C t o = 30 o C Wyznaczyć : efektywność - COP; N -moc sprężarki, Q k moc skraplacza Jaki jest wpływ regeneracji na obieg? Jaka jest sprawność wymiennika regeneracyjnego?