Определение равновесной температуры воздуха в охлаждаемом помещении (на примере низкотемпературных прилавков и шкафов) (125089)

Посмотреть архив целиком


МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ



Кафедра «Холодильная техника»








ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ


ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАВНОВЕСНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В ОХЛАЖДАЕМОМ ПОМЕЩЕНИИ ( НА ПРИМЕРЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРИЛАВКОВ И ШКАФОВ )


Методические указания к лабораторной работе для студентов специальностей 140504, 190603 и направления 140500


ВВЕДЕНИЕ


Настоящая лабораторная работа посвящена изучению и закреплению знаний студентов по разделу "Типы холодильных установок, холодильников, параметры охлаждающей среды” курса “Холодильные установки”. В то же время, в той или иной степени, рассматриваются отдельные вопросы разделов: "Изоляция охлаждаемых помещений", "Расчет теплопритоков в охлаждаемые помещения”, “Способы охлаждения помещений и аппаратов", "Малые холодильные установки". Студенты также знакомятся с оборудованием лабораторного стенда и его приборами, методикой проведения исследований, с различными производственными ситуациями по установлению температуры воздуха в охлаждаемом помещении.

При включении холодильной машины в охлаждаемом помещении устанавливается температура ниже температуры наружного (окружающего помещение) воздуха. Тогда внутрь помещения начнут проникать теплопритоки через наружные ограждения , при этом от продуктов (грузов), располагаемых в охлаждаемом помещении, будет отводиться теплоприток . Кроме того, при эксплуатации охлаждаемого помещения в него будут проникать теплопритоки , вносимые при открывании дверей и выделяемые различными источниками, находящимися внутри помещения (от людей, от осветительных приборов, от двигателей и др.). Все эти теплопритоки должны быть отведены испарителем холодильной машины (). В установившемся состоянии наступит равенство подводимых в камеру теплопритоков и отводимых испарителем, т.е. при балансе:



При наступлении равновесия между теплопритоками и теплоотводом в камере установится определенная температура, называемая равновесной температурой.

Рассмотрим наиболее простой случай, когда внутрь охлаждаемого помещения проникают только наружные теплопритоки . Такое допущение вполне реально. Например, если в камеру хранения положили охлажденные или замороженные грузы, имеющие температуру , то от них теплопритока не будет. Не будет теплопритока от грузов и в случае, если это камера длительного хранения, куда грузы заложены уже давно и их температура стала равна температуре в охлаждаемом помещении. Исключение составляют плоды и овощи, которые при хранении (при температуре выше температуры замерзания) выделяют теплоту "дыхания".

При закрытых дверях в камеры не будут поступать теплопритоки, вызванные открыванием дверей, а специальные камеры для хранения продуктов в регулируемой газовой среде вообще открываются редко и доступ в них людей возможен только в специальном противогазе, защищающем органы дыхания. При отсутствии людей в камерах освещение должно выключаться, следовательно, теплопритока от освещения не будет. Поэтому возможно (для простоты) принять, что . Для ограждения, не подверженного действию солнечной радиации:


(1)


Холодопроизводительность испарителя:


(2)


Из уравнений (1) и (2) следует, что равновесная температура воздуха в охлаждаемом помещении:

, (3)


где: , - коэффициенты теплопередачи наружного ограждения камеры и охлаждающего прибора (батареи, воздухоохладителя) соответственно, ;

, - площади поверхностей наружных ограждений охлаждаемого помещения и охлаждающих приборов соответственно, ;

- температура рабочего тела (кипения хладагента) в приборах охлаждения, .

Наличие других (кроме ) теплопритоков приведет к повышению температуры в охлаждаемом помещении. При этом установится равновесная температура:


(3а)


Холодильные установки работают при переменных внешних условиях, поэтому рассматриваемое равновесие является временным явлением. Соответствующие преобразования уравнения (3) приводят к выводу, что температура воздуха в охлаждаемом помещении в общем виде устанавливается на уровне:

Выполнение работы рассчитано на 4 часа. При этом значительная часть расчетов и оформление работы проводится во внеаудиторное время (в аудитории, библиотеке, дома).

В содержание отчета должно входить:

- титульный лист

- оформленные журнала наблюдений; расчеты; построенные на их основе графики зависимостей , , , ; выводы об установлении , , коэффициента рабочего времени машины ; проведенные сравнения расчетных и наблюдаемых в лабораторной работе величин;

- умение ответить на поставленные вопросы.


Порядок выполнения работы


УСТРОЙСТВО ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Лабораторный стенд смонтирован на базе холодильного низкотемпературного прилавка ПХН-1-0,4 М с холодильной машиной. Стенд включает потенциометр КСП-4 многоточечный, инструмент, приборы КИП.

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ХОЛОДИЛЬНОГО НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПРИЛАВКА

Прилавок ПХН-1-0,4 М предназначен для кратковременного хранения и продажи непосредственно из него предварительно замороженных продуктов в продовольственных магазинах и имеет следующую техническую характеристику:

- средняя температура за цикл в центре охлаждаемого объема (при температуре окружающего воздуха не более 32°С и его относительной влажности не более 55%) °С____________________________________- 13;

- номинальный внутренний объем, м3_________________________0,4;

- максимальная одновременная загрузка продуктов, кг___________80;

Характеристика холодильного агрегата:

- тип_________________________________________________ВН 400;

- холодопроизводительность, Вт_____________________________410;

- расположение____________________________________встроенный;

- холодильный агент_____________________________R134а или R22 ;

- ток______________________________________________трехфазный;

- установленная мощность, Вт, не более_______________________411;

  • коэффициент рабочего времени холодильного агрегата, не более

________________________________________________________0,75;

- оттаивание испарителя автоматическое, с помощью трубчатого электронагревателя мощностью, Вт_____________________________400;

- масса, кг, не более_______________________________________210.

Описание конструкции прилавка

Прилавок холодильный низкотемпературный (рис. 1) состоит из холодильной камеры и машинного отделения.

Холодильная камера представляет собой короб, внутренняя обшивка которого выполнена из листового алюминия. Наружные обшивки прилавка выполнены из листовой стали, окрашенной в белый цвет. Между наружными обшивками и внутренним коробом уложен теплоизоляционный материал ПСБ-С. Изоляционный материал окрашен с обеих сторон битумом толщиной по 1 мм для уменьшения возможности его увлажнения.


Рис. 1. Продольный разрез прилавка холодильного низкотемпературного ПХН-1-0,4 М:

1 – машинное отделение; 2 – поддон; 3 – воздухоохладитель; 4, 5 – манометры; 6 - термометр наружного воздуха; 7 – манометрический термометр; 8 – створки раздвижные; 9 – потенциометр КСП-4; 10 – холодильная камера; 11 – решетки для продуктов; 12 – щитки воздуховодов; 13 – теплоизоляция; 14 – термореле ТР-1-02Х.


Доступ в камеру осуществляется сверху через две раздвижные створки. Машинное отделение с трех сторон имеет легкооткрывающиеся решетки. Внутри машинного отделения установлен холодильный агрегат и при боры автоматики. Температура в охлаждаемом объеме поддерживается на расчетном режиме работой холодильной машины (рис. 2), которая состоит из холодильного агрегата, испарителя, терморегулирующего вентиля, конденсатора.

Циркуляция охлажденного воздуха в объеме камеры - искусственная.

Автоматическое управление работой холодильного агрегата осуществляется с помощью термореле TP-I-02X. Для контроля температуры в объеме камеры предусмотрен манометрический термометр, смонтированный на стенке с наружной стороны прилавка.

Оттаивание инея с испарителя осуществляется трубчатым электронагревателем, а автоматическое управление оттаиванием испарителя осуществляется реле времени и температуры РВТ 12/24. Конденсат из испарителя стекает в поддон, расположенный в машинном отделении. Дальнейшее удаление влаги из поддона необходимо производить в какую-либо емкость не реже одного раза в сутки.


Рис. 2. Схема холодильной Рис. 3. Конструкция наружного

машины: ограждения прилавка:

1 – компрессор холодильного 1 – алюминиевый лист;

агрегата; 2 – вентиль двуххо- 2 – теплоизоляция;

довой; 3,7 – манометры; 3 – слой пароизоляции(битум);

4 – испаритель(воздухоохла- 4 – стальной лист.

дитель); 5 – вентилятор с дви-

гателем воздухоохладителя;

6 – вентиль терморегулирую-

щий 22ТРВ-0,6В; 8 – конден-

сатор; 9 – вентилятор с двига-

телем конденсатора; 10 - ресивер.


Холодильный агрегат ВН 400

Агрегат холодильный герметичный поршневой низкотемпературный ВН 400 является частью холодильной установки и располагается в машинном отделении. Холодильная установка работает нормально при температуре окружающего воздуха от -5 до +45°С.

Техническая характеристика агрегата:

- холодопроизводительность номинальная (при температуре кипения хладагента -35°С и температуре окружающего воздуха +20°C), Вт____410;

- компрессор:

тип__________________________________герметичный поршневой;

число цилиндров N , шт.____________________________________2;

диаметр цилиндров Dц, м________________________________0,036;

ход поршня S , м________________________________________0,018;

синхронная частота вращения вала n , с-1______________________25;

- конденсатор:

тип__________________ребристо-трубный воздушного охлаждения;

площадь поверхности охлаждения, м2________________________2,2;

- воздухоохладитель:

тип________________________________________ребристо-трубный;

площадь поверхности Fo, м2_______________________________4,33;

- ресивер вертикального типа емкостью, м3_________________0,0014;

- электродвигатель компрессора мощностью, NДВ.К, Вт__________370;

- электродвигатель вентилятора мощностью NДВ. В, Вт___________30.

Потенциометр КСП-4

Потенциометр КСП-4 многоточечный предназначен для измерения температуры воздуха в камере, на поверхности ребер и на поверхности трубок воздухоохладителя. В качестве датчиков применяются хромель-копелевые термопары.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

1. Изучите устройство изолированного ограждения. Для этого откройте крышку прилавка над воздухоохладителем. Измерьте штангенциркулем толщину составляющих элементов изолированного ограждения (стенки): стального листа, алюминиевого листа, теплоизоляции (рис. 3). Примите, что толщина слоя пароизоляции (битума) с каждой стороны изоляции составляет по 0,001 м. Познакомьтесь с материалами, их структурой, свойствами. Результаты запишите в журнал наблюдений (табл. 1) в колонки 3 и 5. При этом учтите "Описание конструкции прилавка”. Используя приложение 1, впишите в табл. 1, колонку 7 значения коэффициентов теплопроводности материалов.

Для простоты проведения лабораторной работы и расчетов примите, что все ограждения, в том числе покрытие (створки) и днище прилавка, однотипны, и их конструкции соответствуют рис. 3. Следовательно, размеры элементов конструкций такие же, как у стенки.

2. Нарисуйте схему, как на рис. 4. Определите наружные размеры А, В, С, Д, Е (в метрах) наружного ограждения и запишите на схеме значения снятых размеров.

3. При работе холодильной установки определите температуру в следующих точках и запишите ее в табл. 2:

- с помощью термометра 6 (рис. 1) - температуру наружного воздуха;

- потенциометром КСП-4 9 (рис. 1) - температуру воздуха в камере прилавка и уточните ее по манометрическому термометру 7 (рис. 1) (); при этом и должны быть равны;

- с помощью потенциометра КСП-4 - температуру охлаждающей поверхности воздухоохладителя: на поверхности ребра () и на поверхности стенки трубы ().

4. Определите избыточное давление конденсации и кипения и (в атм) по манометрам 5 и 4 соответственно (рис.1) или 7 и 3 соответственно (рис.2), Результаты занесите в табл. 2.

5. С помощью часов заметьте для одного из циклов время включения (), выключения () и повторного включения () компрессора холодильного агрегата при данной настройке термореле холодильного агрегата. Определите продолжительность работы, например, в минутах:

и продолжительность цикла:

Результаты запишите в табл. 2.

(Необходимо иметь ввиду, что время цикла складывается из продолжительности работы компрессора и продолжительности - его остановки, т.е. ).


Журнал наблюдений


Таблица 1. Характеристика наружного ограждения

пп слоев

Наименование

Вид материала

Толщина

Коэф. теплопроводности

Условное

обозначение

Численное значение, м


Условное

обозначение

Численное

значение, Вт/(мК)

1

2

3

4

5

6

7

1

Внутренняя обшивка

Алюминий

0.001

2

Тепловая изоляция

Пенополиуретан

0.086

3

Слой пароизоляции

Битум

0.001

4

Наружная обшивка

Сталь

0.0011


А=2м, В=0.8 м, С=0.87 м, Д=0.42м, Е=0.58 м


Таблица 2. Параметры работы холодильной установки

Наименование измеряемой величины

Условное обозначение

Размерность

Численное значение

Температура наружного воздуха

20

Температура воздуха в камере прилавка:


а) по показанию потенциометра КСП-4 или манометрического термометра

-10

Температура охлаждающей поверхности воздухоохладителя:


а) поверхности ребра

-15

б) поверхности стенки трубы

-17

Давление конденсации хладагента:

а) избыточное по манометру

9

б) абсолютное


Давление кипения хладагента:


а) избыточное по манометру

2.7

б) абсолютное


Вид холодильного агента

-

-

R22

Продолжение Табл. 1.

Температура конденсации в соответствии с давлением конденсации,


То же (расчетная)


Температура кипения в соответствии с давлением кипения,


То же по (расчетная)


То же по (расчетная)


Время первоначального включения компрессора холодильного агрегата

10.45

Время отключения компрессора холодильного агрегата

11.15

Время повторного включения компрессора холодильного агрегата

11.30

Продолжительность работы агрегата

30

Продолжительность цикла

45


ПРОВЕДЕНИЕ РАСЧЕТОВ. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ. ВЫВОДЫ

Проведение расчетов

1. Определите коэффициент теплоотдачи от внутренней обшивки ограждения камеры к воздуху камеры. При этом используйте уравнение Юргеса:

,


где: - коэффициент теплоотдачи от внутренней обшивки ограждения камеры к воздуху камеры, ;

- скорость движения воздуха в камере; по результатам исследований .

2. Примите коэффициент теплоотдачи от наружного воздуха к наружной поверхности ограждения .

3. Определите коэффициент теплопередачи наружного ограждения в по формуле:



При определении , значения величин примите в соответствии с их значениями, приведенными в табл. 1.

4. Определите толщину ограждения и суммарную площадь наружных ограждений из выражений:


,


где: - толщина наружного ограждения, .

Рис. 4. Схема снятия наружных размеров наружного ограждения прилавка.


5. Пользуясь выражениями:

и

,

определите абсолютные давления и в МПа. Установите вид хладагента и запишите в табл. 2.

Пользуясь таблицами параметров насыщенных паров хладогентов R134а или R22 (приложения 2 и 3), определите температуры конденсации и кипения соответственно по давлениям и .

Полученные результаты запишите в табл.2.

По таблице: , .

Проверьте полученные температуры и (табл. 2). Для ориентировочных расчетов можно рекомендовать уравнения:

- для температуры конденсации (расчетной):


C,


где C - температура воздуха на выходе из конденсатора;

при этом - температура воздуха на входе в конденсатор;

- для температуры кипения (расчетной):

C, исходя из температуры на поверхности ребра воздухоохладителя;

C, исходя из температуры на стенке трубы воздухоохладителя.

Результаты расчетов запишите в табл. 2.

6. Определите объем, описываемый поршнями компрессоров пользуясь выражением:



При расчетах используйте сведения о компрессоре ВН 400.

7. Примите в дальнейших расчетах, что коэффициент теплопередача воздухоохладителя составляет .


Построение графиков

Задача определения равновесной температуры воздуха в охлаждаемом помещении и равновесной температуры кипения рабочего тела в дальнейшем решается после графического построения зависимостей , , . Эти зависимости соответственно называются характеристиками компрессора, испарителя, наружного ограждения. Здесь же строится график, характеризующий суммарные теплопритоки . В общем виде они представлены на рис. 5.