INFLUENCE OF THE TEMPERATURE FIELD OF THE CAMERA ON THE EXERGETIC CHARACTERISTICS OF THE REFRIGERATION UNIT
Rubrics: TECHNICAL SCIENCES
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
2.
Astrakhan State Technical University
3.
Astrakhan State Technical University
4.
Astrakhan State Technical University
Type:
Article
Pages:
from 8
to 14
Status:
Published
Received:
10.10.2013
Accepted:
15.10.2013
Published:
15.10.2013
Subject area:
UDK 621.565:536.58
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 26.03 Общественно-политическая мысль
GRNTI 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
GRNTI 44.01 Общие вопросы энергетики
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 62.01 Общие вопросы биотехнологии
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
GRNTI 73.34 Водный транспорт
BBK 31.392:31.322.5
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 26.03 Общественно-политическая мысль
GRNTI 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
GRNTI 44.01 Общие вопросы энергетики
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 62.01 Общие вопросы биотехнологии
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
GRNTI 73.34 Водный транспорт
BBK 31.392:31.322.5
Language:
Russian
Keywords:
exergetic study, thermodynamic analysis, power efficiency, temperature field, exergetic study, thermodynamic analysis, power efficiency, temperature field
Abstract (English):
Determination of the nature of change of exergetic indicators of the refrigerating camera depending on its temperature field was carried out on the basis of the exergetic analysis of the system. Thermal and exergetic calculations of this installation showed power overall performance of each element, and also of the installation as a whole and helped reveal the reasons of decrease in effective work. Influence of the temperature field of the camera on refrigerating capacity and also factors influencing this field are defined.
Determination of the nature of change of exergetic indicators of the refrigerating camera depending on its temperature field was carried out on the basis of the exergetic analysis of the system. Thermal and exergetic calculations of this installation showed power overall performance of each element, and also of the installation as a whole and helped reveal the reasons of decrease in effective work. Influence of the temperature field of the camera on refrigerating capacity and also factors influencing this field are defined.
Keywords:
exergetic study, thermodynamic analysis, power efficiency, temperature field, exergetic study, thermodynamic analysis, power efficiency, temperature field
exergetic study, thermodynamic analysis, power efficiency, temperature field, exergetic study, thermodynamic analysis, power efficiency, temperature field
Введение Целью исследований являлось определение характера изменения эксергетических характеристик охлаждаемой камеры от температурного поля в её объёме. Учебная установка и камера, на которых проводились исследования, находятся во втором корпусе, в аудитории 107 Астраханского государственного технического университета. В учебном процессе проводились испытания, связанные с изучением принципа работы холодильной установки и её особенностей. Регулирующие и контролирующие приборы позволяют менять режим работы и измерять необходимые параметры. Описание исследуемой установки Исследуемая установка (рис. 1) состоит из компрессора 1, конденсатора 2, рекуперативного теплообменника 3, регулирующего вентиля 5 и испарителя 8. Компрессор 1 сжимает и перекачивает пары холодильного агента R22. Далее пар холодильного агента поступает в горизонтальный кожухотрубный водяной конденсатор 2 с конденсацией хладагента в межтрубном пространстве. Затем сконденсировавшийся холодильный агент из конденсатора поступает в рекуперативный теплообменник 3. В теплообменнике происходит охлаждение холодильного агента, после которого, через фильтр-осушитель 4, хладагент подается в регулирующую станцию. После регулирующего вентиля 5 холодильный агент поступает в воздушный испаритель с вынужденной циркуляцией воздуха, подвешенный на потолке (на высоте 1,5 м над полом). Выкипевший R22 движется через рекуперативный теплообменник и, подогревшись, поступает на всасывание в компрессор. С помощью установленных термопар и измерительного восьмиканального прибора ОВЕН УКТ38 были произведены необходимые замеры, характеризующие работу установки и камеры. При помощи манометров было установлено давление всасывания и нагнетания. Мощность привода компрессора измерялась ваттметром. Рис. 1. Схема исследуемой установки: 1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – рекуперативный теплообменник; 4 – фильтр; 5 – регулирующий вентиль; 6 – стекло для наблюдения; 7 – электродвигатель на вентилятор испарителя; 8 – испаритель (воздухоохладитель); 9 – гильза с термометром; 10 – счетчик расхода воды Для измерения расхода воды, поступающей в конденсатор, на входном патрубке установлен счетчик расхода воды 10, с помощью которого определяется расход воды за определенный промежуток времени. Температуру воздуха в камере определяли в трёх местах: у пола, на входе в воздухоохладитель, на выходе из воздухоохладителя. Для определения среднего значения замеры каждого параметра проводились трижды. Размер холодильной камеры: длина – 2 м, ширина – 2 м, высота – 2 м. Стены изолированы, но пол и потолок изоляции не имеют. Методика проведения эксергетического анализа заключается в следующем [1, с. 3]: 1. Тепловой расчет. 2. Эксергетический расчет. 3. Расчет эксергетического КПД. 4. Анализ результатов численного эксперимента. Исходные данные для проведения эксергетического анализа приведены в табл. 1. Таблица 1 Расчетные параметры системы Параметр t, °С 1 испытание 2 испытание 3 испытание Температура паров холодильного агента при входе в компрессор t1 19,2 20 20,3 Температура паров холодильного агента при выходе из компрессора t2 126,6 120,1 116,3 Температура паров холодильного агента при входе в теплообменник t1´´ 7,85 9,3 10,5 Температура паров холодильного агента при выходе из конденсатора t5 30 35,7 33,5 Температура жидкого холодильного агента перед регулирующим вентилем t6 23,05 29,9 28,9 Температура воды при входе в конденсатор tw вх 12,35 12,8 12,3 Температура воды при выходе из конденсатора tw вых 29,7 35,3 32,9 Средняя температура в камере tкам –10,23 –7,52 –3,03 Расход воды в конденсаторе Gw, кг/с 0,044 0,03 0,04 Температура наружного воздуха t нар, °С 17 17 17 Мощность привода компрессора N, кВт 2,215 2,4 2,4 С целью проведения анализа для различных условий эксплуатации разработана программа на языке Basic, с модулями на С#. Блок-схема программы представлена на рис. 2. С использованием разработанной программы был проведен эксергетический расчет. Результаты программного расчета представлены на интерфейсе. Пример интерфейса одного из испытаний приведён на рис. 3. Рис. 2. Блок-схема и алгоритм программы эксергетического анализа Рис. 3. Интерфейс программы эксергетического анализа на 2-е испытание Для анализа характера зависимости эксергетического КПД от температурного поля в камере за параметр была принята средняя температура воздуха в местах замера по всем режимам. Результаты расчета приведены в табл. 2. Таблица 2 Расчётная температура в камере Средняя температура в определенном месте камеры по результатам 3-х испытаний К Eqo, кДж/кг Т1кам. ср 267,03 14,29 Т2кам. ср 263,08 25,07 Т3кам. ср 267,22 13,79 Тср. кам. 1–3 265,78 17,68 Результаты численного эксперимента представлены в виде графической и эмпирической зависимостей на рис. 4. Рис. 4. График зависимости эксергетической холодопроизводительности от температуры внутри камеры Анализ результатов исследования позволил сделать вывод о том, что в системе перепад между значениями температуры воздуха (температурный напор) в камере и кипения холодильного агента значительно больший, чем оптимальный, что приводит к увеличению расхода мощности. Результаты расчёта приведены в табл. 3. Таблица 3 Температурный напор в камере и расход мощности Температурный напор t, К N, кВт Δϴ1 18,77 2,4 Δϴ2 18,47 2,22 Δϴ1 21,64 2,4 Результаты численного эксперимента приведены в виде графической и эмпирической зависимостей на рис. 5. Рис. 5. График зависимости потребляемой мощности от температурного напора в камере Анализ зависимостей на рис. 4 показал, что с увеличением средней местной температуры воздуха в камере величина эксергетического КПД уменьшается. Это объясняется тем, что при постоянной температуре окружающей среды увеличение температуры охлаждаемого воздуха снижает работоспособность потока (согласно определению понятия эксергии) [2]. Относительное изменение КПД по объёму составляет 268 %, что свидетельствует о недопустимо большой неравномерности температурного поля [3]. Анализ зависимости на рис. 5 показывает, что повышение затраченной мощности с увеличением температурного напора в камере является значительным. Так, при температурном напоре в 22 К, в сравнении с оптимальным значением 10 К, затраченная мощность больше на 16,7 %. Выводы 1. В результате исследования выявлено влияние неравномерности температурного поля в охлаждаемой камере на величину эксергетических показателей её работы. В качестве влияющих факторов можно отметить неудовлетворительное состояние изоляционного контура (в данном случае – отсутствие изоляции пола и потолка); частое открывание дверей (особенно заметно для камер малого объёма). 2. Результаты испытания в виде полученных зависимостей можно рекомендовать для проведения анализа работы сходных промышленных холодильных установок.
1. Galimova L. V. Termodinamicheskaya effektivnost' holodil'noy sistemy na primere plastinchatogo l'dogeneratora / L. V. Galimova, T. K. Guidi // Materialy IV Mezhdunar. konf. «Nizkotemperaturnye i pischevye tehnologii v XXI veke», Sankt-Peterburg, noyabr' 2009 g. SPb., 2009.
2. Brodyanskiy V. M. Eksergeticheskiy metod i ego prilozheniya / V. M. Brodyanskiy, V. Fratsher, K. Mihalek; pod red. V. M. Brodyanskogo. M.: Energoatomizdat, 1988. 288 c.
3. Kurylev E. S. Holodil'nye ustanovki / E. S. Kurylev, N. A. Gerasimov. M.: Energiya, 1970. 158 s.
