Оглавление
холодильник компрессор воздух теплообменник
- Задание на курсовую работу
- 1. Принципиальная схема двухступенчатого компрессора
- 2. Расчет процесса сжатия в компрессоре
- 2.1 Мощность привода идеального компрессора
- 2.2 Построение процесса сжатия и охлаждения в р-v диаграмме
- 2.3 Построение процесса сжатия и охлаждения в T-s диаграмме
- 3. Принципиальная схема холодильника
- 4. Расчет охладителя воздуха
- 4.1 Теплопроизводительность промежуточного холодильника
- 4.2 Расход охлаждающей воды через холодильник
- 4.3 Определение площади поверхности теплообменника
- 4.4 Определение длины труб и числа секций охладителя
- 4.5 Схема изменения температуры воздуха и воды вдоль поверхности теплообмена
Список литературы
Задание на курсовую работу
В идеальном двухступенчатом компрессоре сжимается воздух от давления р1 = 0,1МПа до давления р3. Температура воздуха на входе в ступени t1 = 20С. Объемная производительность компрессора при условиях входа V1, показатели политропы сжатия в обеих ступенях одинаковы и равны n. Определить параметры воздуха в начале и конце сжатия в каждой ступени, теоретическую мощность привода компрессора, расход охлаждающей воды, прокачиваемой через промежуточный холодильник. Изобразить процессы сжатия и охлаждения воздуха в p-V и Т-s координатах в масштабе.
Холодильник выполнен из параллельно включенных стальных труб (ст = 50Вт/(мК)) диаметром 20х2 мм, по которым движется воздух. Число труб n1 = 19. Вода, поступающая в межтрубное пространство, имеет температуру tвод. Повышение температуры воды в холодильнике принять равным tвод = 20С. Определить поверхность теплообмена холодильника. При этом коэффициент теплоотдачи от воздуха к трубам 1, а от поверхности труб к воде 2. Изобразить изменение температуры воздуха и воды вдоль поверхности теплообмена. Представить эскиз теплообменника и принципиальную схему двухступенчатого компрессора.
Исходные данные: n = 1,2; V1 = 0,07м3/с; 2 = 800Вт/(м2К); р3 = 3МПа; tвод = 5С.
1. Принципиальная схема двухступенчатого компрессора
Рис. 1
1 – цилиндр низкого давления; 2 – промежуточный холодильник;
3 – цилиндр высокого давления
2. Расчет процесса сжатия в компрессоре
2.1 Мощность привода идеального компрессора
Примем степень повышения давления в каждой ступени одинаковой:
.
Тогда давление воздуха на выходе из первой ступени:
МПа.
Теоретическую мощность привода компрессора определим по формуле:
Вт = 27,6кВт.
2.2 Построение процесса сжатия и охлаждения в р-v диаграмме
Процесс 1-2 сжатия в первой ступени – политропный.
Удельный объем на входе в первую ступень компрессора найдем из уравнения состояния идеального газа:
где газовая постоянная воздуха – R = 287Дж/(кгК);
К.
м3/кг.
Удельный объем воздуха на выходе из первой ступени найдем из уравнения политропного процесса:
м3/кг.
Для более точного изображения процесса сжатия в первой ступени определим параметры воздуха в трех промежуточных точках. Для этого зададимся тремя промежуточными значениями удельного объема:
м3/кг; м3/кг; м3/кг;
Давления в этих точках определим по соотношениям:
МПа;
МПа;
МПа.
Процесс 2-2 охлаждения воздуха – изобарный. Поэтому давление воздуха на входе во вторую ступень компрессора:
МПа.
Температура воздуха на входе во вторую ступень такая же, как и на входе в первую:
К.
Удельный объем на входе во вторую ступень компрессора найдем из уравнения состояния идеального газа:
м3/кг.
Процесс 2-3 сжатия во второй ступени – также политропный.
Удельный объем воздуха на выходе из второй ступени найдем из уравнения политропного процесса:
м3/кг.
Зададимся тремя промежуточными значениями удельного объема:
м3/кг; м3/кг; м3/кг;
Давления в этих точках определим по соотношениям:
МПа;
МПа;
МПа.
p-v – диаграмма теоретического цикла – рис. 2.
Рис. 2
2.3 Построение процесса сжатия и охлаждения в T-s диаграмме
Температура воздуха после политропного сжатия в каждой ступени определяется по уравнению:
К, t2 = 389 – 273 = 116C.
Энтропию в точке 1 найдем из условия, что энтропия при нормальных условиях (Тн.у. = 273,15К; рн.у. = 101325Па) равна нулю:
где кДж/(кгК) – изобарная теплоемкость воздуха.
кДж/(кгК).
Изменение энтропии в процессе сжатия в первой ступени:
где кДж/(кгК) – изохорная теплоемкость воздуха;
k = 1,4 – показатель адиабаты двухатомных газов.
кДж/(кгК);
кДж/(кгК).
Для более точного изображения процесса сжатия в первой ступени определим параметры воздуха в трех промежуточных точках. Для этого зададимся тремя промежуточными значениями температуры:
Та = 320К; Тb = 350К; Тс = 370К.
Энтропия в этих точках:
кДж/(кгК);
кДж/(кгК);
кДж/(кгК).
Изменение энтропии в охладителе:
кДж/(кгК);
кДж/(кгК).
Также зададимся тремя промежуточными значениями температур:
Тd = 370К; Тe = 350К; Тf = 320К.
кДж/(кгК);
кДж/(кгК);
кДж/(кгК).
Изменение энтропии в процессе сжатия во второй ступени такое же, как и в первой, поэтому:
кДж/(кгК).
Для тех же промежуточных значений температур, что и для первой ступени, определим значения энтропии:
кДж/(кгК);
кДж/(кгК);
кДж/(кгК).
Строим процессы сжатия и охлаждения в Т-s – координатах – рис. 3.
Рис. 3
3. Принципиальная схема холодильника
Рис. 4
4. Расчет охладителя воздуха
4.1 Теплопроизводительность промежуточного холодильника
Количество тепла, которое воздух должен отдать холодильнику после сжатия в первой ступени для охлаждения до первоначальной температуры t1 = 20С, определяем по формуле:
где Gвоз – массовая производительность компрессора, определяем из уравнения состояния:
кг/с.
Вт.
4.2 Расход охлаждающей воды через холодильник
Расход охлаждающей воды определяем по формуле:
где свод = 4190Дж/(кгК) – теплоемкость воды;
tвод = 20С – повышение температуры воды в охладителе, заданная величина.
кг/с.
4.3 Определение площади поверхности теплообменника
Площадь поверхности теплообмена определяем по основному уравнению теплопередачи:
где k – коэффициент теплопередачи;
– средний логарифмический температурный напор между воздухом и охлаждающей водой.
Средний температурный напор определяем по формуле:
где С;
С;
С.
Необходимо также определить коэффициент теплоотдачи от воздуха к трубам – 1.
Расчет ведем по средней температуре воздуха в теплообменнике:
С; К.
По справочным данным определим параметры воздуха при средней температуре:
кг/м3 – плотность воздуха;
м2/с – кинематическая вязкость;
Вт/(мК) – теплопроводность.
Скорость воздуха:
м/с.
Критерий Рейнольдса:
Критерий Нуссельта:
Коэффициент теплоотдачи от воздуха к трубам охладителя:
Вт/(м2К).
Коэффициент теплопередачи в соответствие с указаниями к заданию можем определять по формуле для плоской стенки:
Вт/(м2К).
Поверхность теплообмена:
м2.
4.4 Определение длины труб и числа секций охладителя
Длину труб определим исходя из общей поверхности теплообмена:
м.
Определяем число секций охладителя исходя из их стандартных размеров 1м, 1,5м, 2м, 3м.
Выбираем 2 секции по 1,5м.
4.5 Схема изменения температуры воздуха и воды вдоль поверхности теплообмена
Рис. 5
Список литературы
1. Баскаков А.П. и др. Теплотехника. – М.: Энергоиздат, 1991.
2. Бакластов А.М., Горбенко В.А., Удыма П.Г. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок. – М.: Энергоиздат, 1981.
