В статье представлен пример расчета парокомпрессионной холодильной машины в симуляторе DWSIM. Цель – вычислить расход, температуры и давления хладагента в характерных точках схемы, затраты мощности на привод компрессора.
Тепловая схема холодильной машины
Из чего состоит схема холодильной машины
В состав всех холодильных машин и тепловых насосов парокомпрессионного типа входят следующие компоненты:
- Испаритель
- Компрессор
- Конденсатор
- Дроссель
Подробнее про устройство холодильных машин и тепловых насосов читайте в статье.
Принцип действия холодильных машин и тепловых насосов
Процесс испарения
Хладагент в жидком виде испаряется в испарителе. Процесс испарения возникает вследствие низкого давления, ниже, чем давление насыщения при температуре охлаждаемого объекта. В результате на испарение хладагента затрачивается тепло, отбираемое от охлаждаемого объекта. На диаграмме этот процесс показан отрезком BC.
Процесс сжатия
Рабочее тело в состоянии сухого насыщенного пара поступает в компрессор. В компрессоре происходит повышение давления хладагента. На диаграмме этот процесс показан отрезком CD. В результате этого затрачивается работа и повышается температура и давление хладагента.
Охлаждение и конденсация
После компрессора рабочее тело находится в состоянии перегретого пара (точка D). Попадая в конденсатор, хладагент сначала охлаждается до состояния сухого насыщенного пара и температуры насыщения при соответствующем давлении – процесс DD’. Затем происходит конденсация рабочего тела, соответствующая процессу D’A. В результате процесса конденсации выделяется скрытая теплота конденсации и происходит отвод тепла от конденсатора к охлаждающей среде.
В качестве охлаждающей среды зачастую выступает наружный воздух в холодильных машинах и обогреваемое помещение или теплоноситель в тепловых насосах.
Процесс дросселирования
В точке A рабочее тело находится в жидком насыщенном состоянии. Прежде чем подать хладагент в испаритель необходимо снизить его давление до уровня давления насыщения при температуре охлаждаемого объекта. С этой целью в схеме холодильных машин предусмотрен дросселирующий клапан или дроссель. Процесс дросселирования – т.е. снижения давления без совершения работы происходит при постоянной энтальпии рабочего тела (изоэнтальпийный). На диаграмме этот процесс показан отрезком AB. В результате дросселирования происходит снижение давления и, как следствие, вскипание части хладагента. Процесс вскипания сопровождается затрачивание скрытой теплоты парообразования, что приводит к снижению температуры рабочего тела. В точке B рабочее тело находится в двухфазном состоянии – часть хладагента в жидком виде, часть в газообразном. Далее цикл повторяется.
Составление модели в DWSIM и расчет схемы парокомпрессионной холодильной машины
Исходные данные для расчета
- Холодопроизводительность Q = 100+10∙N (N – номер варианта) кВт;
- Холодильный агент – Тетрафторэтан R134a, Хим. формула C2H2F4, Рег. номер CAS 811-97-2;
- Температура в характерных точках:
- в конденсаторе tк = +40-N °С;
- в испарителе tи = +10-N °С;
- КПД компрессора – 0,8.
Порядок выполнения работы
Запустите DWSIM, выберите File->New Chemical Process Model; В окне конфигурации выберите компонент R134a по Рег. номер CAS; Добавьте пакет расчета свойств веществ CoolProp; Настройте систему измерений. Как это сделать читайте в статье.
Расчет испарителя
Добавьте компонент испаритель и введите исходные данные.
Потери давления в испарителе на первом этапе проектирования можно оставить равные нулю.
Расчет компрессора и конденсатора
Добавьте компоненты компрессор и конденсатор.
Потери давления в конденсаторе на первом этапе проектирования можно оставить равные нулю.
С помощью блока контроллера вычислить давление после компрессора, которому будет соответствовать заданная температура в конденсаторе.
После чего блок контроллер можно удалить
Расчет дросселя
Добавить компонент дроссельный клапан. Ввести ранее рассчитанное давление в испарителе. Добавить компонент блок рециркуляции для замыкания схемы в цикл. Выполнить расчет.
Расчет расхода хладагента
Добавить блок контроллера и вычислить расход рабочего тела, при котором холодопроизводительность будет соответствовать заданной величине.
Построение цикла в диаграмме
Используя результаты моделирования построить цикл холодильной установки в ph-диаграмме хладагента. Скачать диаграмму можно по ссылке.
