Интенсивность тепловых потоков, как критерий оценки эффективности холодильного цикла
Аннотация
В статье предложен метод исследования интенсивности притока и отбора тепла в подсистеме холодильного агрегата, как критерия эффективности холодильного цикла на различных этапах жизненного цикла холодильной машины. В качестве примера принят бытовой компрессионный холодильник.
Ключевые слова: критерий эффективности, интенсивность тепловых потоков, холодильная машина, приток и отбор тепла, испаритель.Ключевые слова:
Введение. Длительность рабочей и нерабочей частей холодильного цикла компрессионных (в частном случае) холодильников зависит от температуры окружающей холодильный шкаф среды (воздуха), теплоизоляции шкафа (коэффициента теплопроводности), заданной температуры внутри камеры охлаждения, холодопроизводительности (массовой производительности компрессора и скорости, давления хладагента).
Постановка задачи. В условиях фиксированных параметров и условий, перечисленных выше, длительность рабочей и нерабочей частей холодильного цикла определяется по известной методике (например, зависимости (35) и (41) в работе [1]).
Однако эта методика не позволяет исследовать продолжительность холодильного цикла при переменных значениях таких показателей, как интенсивности тепловых потоков в испарителе холодильника (притока и отбора тепла) и в целом в холодильнике. Учет же этих показателей является определяющим фактором при исследовании вопросов повышения холодопроизводительности, энергоэффективности, оптимизации параметров холодильных машин.
Метод решения задачи. Рассмотрим один из методов решения этих вопросов.
Общее количество тепла, поступающего в охлаждаемую камеру в течении холодильного цикла равно сумме количества тепла, поступающего за рабочую и за нерабочую
его части:
(1)
Очевидно, что тепло, поступающее в зону охлаждения в нерабочей части цикла можно определить по зависимости
, (2)
где – интенсивность поступления тепла, представляющая собой предел среднего изменения температуры
в зоне охлаждения за отрезок времени
, нерабочей части цикла, т.е.:
(3)
Из условия теплового баланса в испарителе следует, что тепло, отобранное испарителем из зоны охлаждения за рабочую часть цикла равно сумме и дополнительному количеству тепла, поступающему, в процессе рабочей части, которое выразим через приращение
, т.е.:
(4)
Аналогично (2) и ∆Q представим в виде:
, (5)
, (6)
где – интенсивность отбора тепла в процессе рабочей части холодильного цикла.
Следовательно, выражение (5) примет вид:
(7)
Однако, очевидно, что . Поэтому:
(8)
или
. (9)
Окончательно имеем:
, (10)
или
. (11)
Из выражений (1) и (11) следует, что время рабочей части холодильного цикла зависит не только от холодопроизводительности компрессора (номинальной и действительной), эффективности того или иного хладагента, конструктивных особенностей и физических свойств элементов холодильного агрегата и т.п., но и от количества, интенсивности поступления в охлаждаемую зону тепла (от охлаждаемого объекта, температуры окружающей среды, герметичности и теплоизоляции шкафа).
Пример решения задачи. Отношение к
в стандартном режиме [1] равно 0,5…0,7. Принимая конкретное значение этого отношения, можно определить по (11) или (12) требуемое стандартное соотношение интенсивностей теплопотоков (теплообмена) в испарителе холодильника. Например, при отношении равном 0,6 из выражения
(12)
следует:
(13)
Таким образом, если брать стандартный интервал отношений и
, соотношение интенсивностей отбора и притока тепла в испарителе, должно быть в пределах от 3 до 2,45, т.е.:
(14)
Следовательно, чем интенсивней теплоприток в охлаждаемую камеру, тем более увеличивается длительность рабочей части холодильного цикла.
Выводы и практическая ценность метода. Практическая ценность приведенных выводов, и в целом методики, заключается в следующем [2]:
1. В процессе проектирования холодильников, в том числе при выборе и обосновании отдельных их подсистем путем применения показателя интенсивности теплопотоков в качестве критериев, можно отрабатывать различные варианты проектных решений относительно заданных значений коэффициента рабочего времени;
2. В процессе испытаний холодильников при их производстве или диагностике состояний в процессе эксплуатации отношения интенсивностей, типа (14), можно использовать в качестве критериев качества при сравнении действительного их состояния с заданным техническим состоянием;
3. Предложенная методика может использоваться при оценке и решении задач повышения эффективности термодинамических циклов в холодильных машинах иных типов.
Литература
1 Вейнберг Б.С., Вайн Л.Н. Бытовые компрессионные холодильники. М.: Пищевая промышленность, 1974.-272с.
2 Першин В.А. Методология подобия функционирования технических систем /Под ред. д-ра техн. Наук, проф. А.Н.Дровникова //Южно-Росс. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: УПЦ «Набла», 2004. – 225с.