WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 

«УДК 621.56 Черенеко Е.В., Делков А.В., Ходенков А.А., Тихонова Н.В. (СибГАУ, Россия, Красноярск) ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ЧИСЛЕННОЕ ...»

2. Бродянский В.М. Эксергетический метод и его приложения / В.М. Бродянский, В. Фратшер, К. Михалек. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 288 с.

3. Кириллин В.А. Термодинамика растворов / В.А. Кириллин, А.Е. Шейндлин,

Э.Э. Шпильрайн. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1979. – 288 с.

УДК 621.56

Черенеко Е.В., Делков А.В., Ходенков А.А.,

Тихонова Н.В. (СибГАУ, Россия, Красноярск)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАЛЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Рассматривается моделирование работы холодильной установки малой производительности. Описывается математическая модель установки, система уравнений модели, методы решения системы уравнений. Приводятся результаты расчётного и экспериментального исследования режимов работы холодильной установки.

Ключевые слова: режим работы холодильной установки, математическая модель, нестационарный процесс, регулирование «пуском-остановкой» компрессора.

Современный этап развития холодильной техники требует перехода к оптимизации проектируемых систем с целью повышения их эффективности, сокращения энергозатрат и капитальных вложений. Достаточно широко рассмотрены вопросы проектирования и расчётной оптимизации отдельных процессов в машинах и аппаратах, такие как интенсификация теплообмена, повышение эффективности работы компрессоров и т.д. Но общая задача моделирования холодильной машины как сложной системы взаимосвязанных элементов в достаточной степени еще не решена [1].

Для решения этой задачи необходимо создать математическую модель, в которой соединить внешние и внутренние характеристики работы холодильной установки. К основным внешним характеристикам относятся параметры окружающей среды и теплопритоки в холодильной камере. К внутренним – геометрические и теплообменные параметры аппаратов, характеристики компрессора и расширительного устройства [2; 3].

Математическая модель, содержащая в своей основе уравнения характеристик установки, позволяет решать как прямую задачу (проектирование), так и обратную задачу (поверочный расчёт).

Для моделирования рассмотрим обычную холодильную машину малой производительности, состоящую из четырех основных частей: испарителя, компрессора КМ, конденсатора, капиллярной трубки КТ (рисунок 1). Испаритель помещен в холодильную камеру, в которой находится охлаждаемый объект. Классическим примером подобной системы является бытовой холодильник.

Черенеко Е.В. и др., 2012 Рисунок 1 – Схема холодильной установки Обозначим температуру в холодильной камере tкам, температуру испарения хладагента tисп, конденсации tконд, температуру окружающей среды tос.

Выделим два теплопритока: через ограждения Qпр1 и от обработки продукта Qпр2. Холодопроизводительность установки Q0, тепловая мощность конденсатора Qконд.

В математической модели используются уравнения, описывающие рабочие процессы в основных элементах холодильноймашины. Основа модели – условия связи между элементами – тепловой и материальный баланс холодильной машины. Материальный баланс (условие неразрывности) описывается равенством массового расхода через компрессор mKM и капиллярную трубку

mKT :

–  –  –

В качестве уравнений рабочих процессов, являющихся характеристиками составных элементов системы, используются следующие.

1. Уравнения теплового баланса для испарителя и конденсатора:





–  –  –

Режим работы холодильной машины определяется взаимосвязью температуры внешней среды и характеристиками частей системы. Формально это следует из цикла работы холодильной машины в диаграмме lgP-h (рисунок 2).

Полные перепады температур в испарителе tисп и конденсаторе tконд зависят прежде всего от интенсивности и площади поверхности теплообмена, задают давления нагнетания и всасывания в компрессоре, а их значения определяют массовый расход через капиллярную трубку и мощность компрессора.

Будем учитывать два теплопритока в холодильную камеру: через ограждающие конструкции (теплоизоляцию)

–  –  –

Рисунок 2 Цикл работы холодильной машины в координатах lgP-h Возможны два режима работы холодильной машины – установившийся (стационарный) и неустановившийся (нестационарный). Установившийся режим, или режим теплового равновесия (режим термостатирования), характеризуется постоянством во времени всех переменных, и для него теплоприток равен холодопроизводительности.

Для неустановившегося режима равенство не выполняется.

В этом случае температура tкам в камере меняется по времени в зависимости от разности холодопроизводительности и теплопритока [4]:

dt кам Q0 Qтп. (7) d mпр cпр Поддержание температуры в холодильной камере для холодильной машины малой производительности осуществляется периодическим пуском и остановкой компрессора, как и в случае работы бытового холодильника. В этом случае температура в холодильной камере колеблется в диапазоне температур, который задаётся терморегулятором. Поэтому рассматриваемая холодильная машина работает в неустановившемся режиме.

Для решения стационарной задачи наиболее простым является метод последовательных приближений, при использовании которого используется следующий алгоритм.

1. На испарителе задается постоянный полный перепад температур в 1 К, изменяется полный перепад температур на конденсаторе (1, 2, 3 К...).

2. При заданных полных перепадах температур определяются массовые расходы в капиллярной трубке и компрессоре. В случае выполнения (1) в пределах заданной точности, просчитываются мощности испарителя (3), конденсатора (4) и компрессора (5). Если тепловой баланс (2) выполняется, то имеем окончательное решение. При невыполнении – переход к третьему шагу алгоритма.

3. На испарителе задается полный перепад температур, больший на 1 К, происходит переход на первый шаг алгоритма, до тех пор, пока не сойдется тепловой баланс.

При моделировании нестационарной задачи компрессор и капиллярная трубка считаются безинерционными звеньями, и переходные процессы рассматриваются только в теплообменниках: испарителе и конденсаторе. Согласно [1], в теплообменниках происходят отдельно два независимых друг от друга процесса: изменение давления в адиабатных процессах подачи (нагнетания) и выпуска (расширения) рабочего тела; теплообмен с окружающей средой и охлаждаемым объектом.

Изменение давления в адиабатных процессах описывается следующим дифференциальным уравнением [4]:

–  –  –

В результате получается система двух дифференциальных уравнений (8) и (9), которая дополняется начальными условиями для температуры t = tос и относительного изменения давления х = 0.

Поскольку оба уравнения системы непосредственно связывает только временная координата, то решение получается как совокупность двух независимых процессов переноса массы и теплоты. При численном расчёте на каждом шаге по времени определяются изменения сначала давлений в адиабатном процессе нагнетания по (8), а затем, по найденным величинам давлений и массовым расходам, значения тепловых потоков и температур в процессе теплообмена по (9).

На основании представленной модели нестационарного режима работы холодильной машины была создана компьютерная программа, имитирующая рабочий цикл при регулировании «пуском-остановкой» компрессора. Программа позволяет изменять геометрические характеристики компонентов, температуру окружающей среды, теплопритоки, начальную температуру, теплоёмкость и массу объекта охлаждения.

В результате расчета определяются временные изменения температуры, давления, холодопроизводительности, мощности компрессора и другие величины.

На рисунке 3 представлены графики расчётных временных зависимостей температур испарения, конденсации и объекта охлаждения. На полученных графиках чётко выделяются периоды пуска, непрерывной работы и остановки компрессора.

Для апробации созданной компьютерной программы была проведена серия экспериментальных исследований на стенде, сделанном на базе бытового морозильника «Бирюса-14» с рабочим телом R22. Стенд позволяет изменять температуру окружающей среды и снабжён термопарами и датчиками давления, с помощью которых измерялись входные и выходные параметры работы частей холодильной установки. Измеряемые величины записывались на электронный носитель с интервалом времени 1 минута.

На рисунке 4 представлены экспериментальные временные зависимости температур в конденсаторе, охлаждаемом объёме (холодильной камере) и окружающей среды.

В начале работы части холодильной машины имели температуру окружающей среды, температура в охлаждаемом объёме составляла плюс 6°С.

Рисунок 3 Графики расчётных временных зависимостей температур Рисунок 4 Экспериментальные временные зависимости температур в холодильной камере, конденсаторе и окружающей среды Из графика видно, что на режим система вышла через 2 часа после запуска компрессора, далее пуск и остановка компрессора осуществлялись с периодом 30 минут, т.е. коэффициент рабочего времени составлял 0,5. Температура в охлаждаемом объёме менялась в диапазоне минус 18…минус 22°С, максимальная температура хладагента в конденсаторе достигала плюс 39°С во время рабочего режима.

Сравнение расчётных и экспериментальных данных показало качественное совпадение изменений температур в системе, что позволяет сделать вывод о пригодности в целом основных физических допущений созданной модели и использовании её как первого приближения поставленной задачи.

В дальнейшем предполагается дополнить созданную модель следующим дополнением:

– при рассмотрении теплообмена в испарителе и конденсаторе использовать двухфазность потоков и изменение температуры по длине теплообменников;

– учитывать толщину, материал стенок теплообменников через их тепловую инерционность;

– рассматривать действительный процесс сжатия в компрессоре.

Преимуществом предлагаемой методики расчета является возможность её модификации для учета различных факторов.

Дальнейшими направлениями исследований, которые могут быть реализованы с использованием представленной математической модели холодильной установки, являются:

1. Учёт геометрических характеристик элементов системы с целью получения оптимальных конструкторских характеристик. В качестве целевой функции используется себестоимость элементов и эксплуатационные затраты. В качестве параметров, по которым проводится поиск экстремума целевой функции, используются характеристики капиллярной трубки и теплоизоляций.

2. Определение оптимального количества заправляемого хладагента в холодильную машину, методы и средства оценки этого количества и влияние утечек хладагента.

3. Определение временных характеристик циклов работы холодильной машины при регулировании пуском и остановкой компрессора, их оптимизация в зависимости от величины полного перепада температур на испарителе и конденсаторе.

Литература

1. Оносовский В.В. Моделирование и оптимизация холодильных установок:

учеб. пособие / В.В. Оносовский. – Л.: Изд-во Ленинград. ун-та, 1990.

2. Самарский А.А. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры / А.А. Самарский, А.П. Михайлов. – М.: Физматлит, 2001.

3. Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем: учеб. для вузов / В.П. Тарасик. – Мн.: Дизайн-ПРО, 1997. – 641 с.

4. Вайнштейн В.Д. Низкотемпературные холодильные установки / В.Д. Вайнштейн, В.И. Канторович. – М.: Пищ. пром-сть, 1972. – С. 169-171.




Похожие работы:

«Т.Б. Щепанская МОЛИТВА У ЕЛИ: К ИССЛЕДОВАНИЮ РЕЛИГИОЗНЫХ ТРАДИЦИЙ ВЕПССКОГО НАСЕЛЕНИЯ ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ Эта статья написана по материалам поездок в деревни Винницкой волости Подпорожского района Ленинградской области в 2006 и 2007 гг. Почитаемое место, расположенное в пределах Озерского куст...»

«Зарегистрировано в Минюсте РФ 12 февраля 2009 г. N 13314 МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПРИКАЗ от 30 декабря 2008 г. N 326 ОБ ОРГАНИЗАЦИИ В МИНИСТЕРСТВЕ ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РАБОТЫ ПО УТВЕРЖДЕНИЮ НОРМАТИВОВ ТЕХНО...»

«Условия публичной оферты о заключении договора страхования. Страховщик ОАО "АльфаСтрахование" в соответствии со ст. 435 Гражданского кодекса РФ предлагает Вам заключить договор страхования в соответствии с "Правилами комбинированного страхования пассажиров" (далее – Правила...»

«Тема: "КОГДА ЖИЛИ ДИНОЗАВРЫ"Отрывок из Интернет-дискуссии: https://www.facebook.com/mikhail.bragin.1/posts/1099836440132411? comment_id=1101570326625689&ref=notif¬if_t=like¬if_id=1476836912872712 Сергей Боро...»

«ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ УЧЕТНОЙ ПОЛИТИКИ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ БУХГАЛТЕРСКОГО УЧЕТА ГК "РОСАТОМ" НА 2012 ГОД Учетная политика составлена для внутреннего пользования бухгалтерскими службами Госкорпорации "Росатом" (далее Корпораци...»

«Максимальное распараллеливание алгоритмов на основе концепции Q-детерминанта Валентина Николаевна Алеева Южно-Уральский государственный университет (НИУ) Новосибирcк, 2015 Максимальное распараллеливание алгоритмов на основе концепции Q-детерминанта ВВЕДЕНИЕ В докладе рассматривается подход к распараллеливанию алгоритм...»

«Владимир Сутеев Под грибом Как-то раз застал Муравья сильный дождь. Куда спрятаться? Увидел Муравей на полянке маленький грибок, добежал до него и спрятался под его шляпкой. Сидит под грибом дождь пережидает. А дождь идёт всё сильнее и сильнее. Ползёт к грибу мок...»








 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.