Расчет простого дроссельного криогенного цикла онлайн - режим термостатирования
Рефрижераторный цикл простого дросселирования
Расчет простого дроссельного цикла осуществляется на основе исходных данных, которые описаны в таблице ниже.
| Параметр | Описание | Диапазон значений |
|---|---|---|
| Рабочее вещество | Криогенный агент, теплофизические свойства которого будут использоваться для расчета параметров цикла. | Азот, кислород, аргон, воздух и метан |
| Холодопроизводительность |
Абсолютная холодопроизводительность, которая должна быть реализована в цикле.
Параметр используется для расчета расхода криогенного агента в цикле и формирования
рекомендаций по величине заданного удельного теплового притока из окружающей среды.
Параметр может быть принят по умолчанию, если требуется только оценка удельных величин, характеризующих работу цикла. |
От 0.1 до 50000 Вт, шаг 0.1 |
| Удельный тепловой приток к системе |
Удельный (на единицу массового расхода) тепловой приток к системе.
В результатах расчета на вкладке Расчет цикла при выбранном давлениив разделе Специальные характеристики циклапроводится анализ заданной удельной величины теплового притока в процентном соотношении от реализуемой в цикле абсолютной холодопроизводительности. Рекомендуемые значения удельного теплового притока лежат в диапазоне 7.5...15 % от величины реализуемой в цикле абсолютной холодопроизводительности. |
От 0 до 50 кДж/кг, шаг 0.01 |
| Изотермический КПД |
Изотермический коэффициент полезного действия компрессорной машины, реализующей
процесс сжатия криогенного агента.
Параметр определяет величину затрат работы на компенсацию производства энтропии в процессах изотермического сжатия и значение действительной работы сжатия, относительно которой следует выбирать мощность электродвигателя. |
От 30 до 100 %, шаг 0.1 |
| Температура кипения |
Температура кипения криогенного агента в цикле определяет температурный уровень
реализации холодопроизводительности.
Расчет параметров термостатирования (давление обратного потока) выполняется по условию Dew-точки, т.е. в состоянии насыщенного пара. Диапазон рабочих значений температуры кипения рассчитывается автоматически при выборе рабочего вещества. В качестве справочной информации приводятся значения температуры кипения, при которой давление обратного потока в цикле будет выше атмосферного, и давление, соответствующее текущей температуре кипения. |
От 54,46 до 190.46 K (ограничения рассчитываются автоматически), шаг 0.01 |
| Температура окружающей среды | Температура приемника теплоты: воздуха, воды, грунта и пр. — осредненная температура окружающей среды, температура радиационного равновесия. | От 230 до 320 K, шаг 0.1 |
| Неполнота рекуперации теплоты на уровне TОС | Значение неполноты рекуперации теплоты на соответствующем температурном уровне характеризует эффективность реализации процесса теплообмена в аппарате, формализованное описание которого используется для определения термодинамических параметров цикла. | От 0 до 25 K, шаг 0.1 |
| Неполнота рекуперации теплоты на уровне Tx | Значение неполноты рекуперации теплоты на соответствующем температурном уровне характеризует эффективность реализации процесса теплообмена в аппарате, формализованное описание которого используется для определения термодинамических параметров цикла. Теплообмен в этом аппарате протекает в условиях постоянства температуры криогенного агента. | От 0 до 12 K, шаг 0.1 |
| Давление компримирования |
Давление компримирования — варьируемый параметр,
который следует определить в ходе оптимизационного
анализа, например, по критерию термодинамической
эффективности на вкладке выше.
Параметру автоматически присваивается значение оптимального давления компримирования по критерию термодинамической эффективности, если был выполнен расчет на вкладке Оптимизация цикла по давлению компримирования. При этом давление может быть изменено в ручном режиме на требуемое. |
От 0.1 до P1 + 0.1 бар, шаг 0.1 |
Чтобы провести оптимизацию цикла по критерию термодинамической эффективности, следует в блоке
Результаты расчета
на вкладке Оптимизация цикла по давлению компримирования
нажать кнопку Расчет
.
После этого будет выполнен итерационный расчет параметров цикла с варьированием давления
компримирования.
На основании результатов расчета будут построены и отображены на соответствующей вкладке под
кнопкой Расчет
графики зависимости следующих величин от давления компримирования:
При необходимости рабочее поле каждого графика можно сохранить в формате .png для последующей вставки или изучения, нажав на соответствующую кнопку в нижней правой части диаграммы.
Чтобы выполнить расчет цикла при конкретном давлении компримирования, следует в блоке Результаты
расчета
на вкладке Расчет цикла при выбранном давлении
определить значение в
поле Давление компримирования
.
Если предварительно была проведена оптимизация цикла по давлению компримирования, то в поле будет автоматически установлено оптимальное значение давления компримирования по критерию термодинамической эффективности.
Дополнительно под полем ввода значения давления компримирования выводятся рекомендации по минимально допустимому давлению компримирования, при котором цикл работоспособен, и оптимальному значению давления по критерию термодинамической эффективности.
Поле ввода не имеет ограничения на минимальное давление, при котором цикл работоспособен, т.е. вы можете исследовать параметры цикла и его вид на T-s диаграмме при любых условиях, если P2 > P1 + 0.1 бар.
Для цикла, у которого выполняется условие работоспособности \( q_x > 0 \), будут:
Для неработоспособного цикла будут:
T-s диаграмма и построенный на ней цикл доступны в блоке Результаты расчета
на вкладке
Цикл на T-s диаграмме
. При этом сама диаграмма рассчитывается и отображается только в
том случае, если был выполнен расчет цикла на вкладке Расчет цикла при выбранном
давлении
.
T-s диаграмма доступна для исследования с компьютера и мобильных устройств, допускает перемещение по рабочему полю и изменение его масштаба. В правой нижней части диаграммы размещена панель управления для точного позиционирования изображения диаграммы в блоке.
Чтобы узнать параметры кривой или точек на ней, наведите курсор или нажмите пальцем/стилусом на исследуемую часть диаграммы. Рядом с точкой появится подсказка со всеми параметрами точки в этой части диаграммы. На мобильных устройствах подсказка исчезает через некоторое время после отпускания экрана.
При необходимости рабочее поле диаграммы можно сохранить в формате .png для последующей вставки или изучения, нажав на соответствующую кнопку на панели управления.
Для рабочего вещества с вектором-столбцом концентраций \( X \) (\( [1] \) - для чистого вещества) и заданной температуры термостатирования \( T_x \) определяется давления насыщенного пара \( P_x \):
$$ P_x(T_x) = p_{s_{T_y}}(T_x, X) $$Для контура А (см. расчетную схему) составляется уравнение теплового баланса:
$$ h_2 \cdot 1 + q_x \cdot 1 + q_{ОС} \cdot 1 = h_1 \cdot 1$$где:
\( h_1 \) - энтальпия обратного потока на выходе из основного теплообменного аппарата, кДж/кг;
\( h_2 \) - энтальпия потока после изотермического сжатия, кДж/кг;
\( q_{ОС} \) - удельный тепловой приток из окружающей среды, кДж/кг;
\( q_x \) - реализуемая на температурном уровне термостатирования удельная холодопроизводительность, кДж/кг.
Искомая удельная холодопроизводительность \( q_x \):
$$ q_x = (h_1-h_2) - q_{ОС} $$где:
\( (h_1-h_2) \) - изотермический эффект дросселирования, реализуемый в системе, кДж/кг;
\( q_{ОС} \) - потери изотермического эффекта на компенсацию тепловых притоков из окружающей среды, кДж/кг.
Удельная изотермическая работа сжатия:
$$ l_{сж_T} = R_{г} \cdot T_1 \cdot ln \left(\frac{p_2}{p_1}\right) $$где:
\( R_{г} \) - удельная газовая постоянная, кДж/(кг·К);
\( T_1 \) - температура изотермического сжатия, К;
\( p_1,\;p_2 \) - давление начала и конца процесса сжатия соответственно, бар.
Удельная действительная работа сжатия:
$$ l_{сж} = \frac{l_{сж_T}}{\eta_{T}} $$где: \( \eta_{T} \) - изотермический коэффициент полезного действия компрессора.
Холодильный коэффициент цикла:
$$ \varepsilon = \frac{q_x}{l_{сж}} $$Обеспечиваемая температура объекта охлаждения::
$$T_{об.охл.} = T_x + \Delta T_2 $$где: \( \Delta T_2 \) - неполнота рекуперации теплоты в теплообменном аппарате нагрузки (температурный напор).
Холодильный коэффициент в соответствующем цикле Карно:
$$ \varepsilon_{C} = \frac{T_{об.охл.}}{T_1 - T_{об.охл.}} $$Степень термодинамического совершенства цикла:
$$ \eta_{ТД} = \frac{\varepsilon}{\varepsilon_{C}} $$Величины \( q_x,\; l_{сж},\; \varepsilon,\; \eta_{ТД} \) зависят от давления компримирования \( p_2 \), поэтому варьирование этого параметра позволяет определить наиболее оптимальное значение давления, при котором термодинамическая эффективность цикла будет максимально возможной. Такой подход называют оптимизацией цикла по критерию термодинамической эффективности.
Расчетв соответствующей вкладке.
Расчетпод ними появятся результаты.
подвисатьна несколько секунд.
Оптимизация цикла по давлению, здесь будут рекомендации по выбору давления.
| № | P
|
T
|
ρ
|
h
|
s
|
y
|
|---|---|---|---|---|---|---|
| Параметр |
Производство энтропии, кДж/(кг·K) |
Затраты энергии на компенсацию производства энтропии,кДж/кг |
Доля затрат энергии, % |
|---|---|---|---|
Расчет цикла при выбранном давлении