a. Chọn chu trình
Với nhiệt độ bay hơi t0 và nhiệt độ ngưng tụ tk đã chọn ở mục 4.2.2, tra bảng tính chất nhiệt động của R314a ở trạng thái bão hòa, ta có :
t0 = 0 [oC] => p0 = 2,9 [bar]
tk = 55 [oC] =>pk = 14,8 [bar]
Từ áp suất tra được, xác định được tỉ số nén: 𝜋 = 𝑝𝑘
𝑝0 = 14,8
2,9 = 5,1 Do π = 5,1 < 12 nên ta chọn máy nén 1 cấp có hồi nhiệt.
b. Sơ đồ nguyên lý làm việc
Sơ đồ nguyên lý làm việc của chu trình được mô tả dưới hình 4.4.
Hình 4.4. Sơ đồ nguyên lý
Nguyên lý làm việc: hơi sau thiết bị bay hơi ở trạng thái (6), đi qua thiết bị hồi nhiệt nhận nhiệt lỏng cao áp trước khi tiết lưu, được quá nhiệt đạt trạng thái điểm (1) sau đó được máy nén hút về, nén đoạn nhiệt lên thành hơi có nhiệt độ cao, áo suất cao ở trạng thái (2), rồi tiếp tục đi vào thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường làm mát, ngưng tụ thành lỏng cao áp trạng thái (3). Sau đó đi vào thiết bị hồi hiệt nhả nhiệt cho ơi trước khi hút về máy nén và được quá lạnh đạt trạng thái (4). Rồi tiếp tục đi qua thiết bị tiết lưu, tiết lưu
giảm áp, giảm nhiệt đạt trạng thái (5). Sau đó đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt của đối tượng cần làm lạnh, sôi hóa hơi, hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi trạng thái (6) đi qua thiết bị hồi nhiệt được quá nhiệt lại và được máy nén hút về. Chu trình cứ thế tiếp diễn.
c. Xây dựng đồ thị
Biểu diễn quá trình làm việc của chu trình trên đồ thị log p-i như trong hình 4.5
Hình 4.5. Đồ thị log p-i Các quá trình:
1-1’: quá nhiệt hơi môi chất trước khi vào máy nén; 1’-2: quá trình nén ;
2-3: quá trình ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ; 3-3’: quá trình làm lạnh trước khi tiết lưu; 3’-4: quá trình giảm áp suất ở van tiết lưu;
4-1: quá trình bay hơi đẳng áp đẳng nhiệt trong thiết bị bay hơi.
d. Lập bảng thông số tại các điểm nút trên đồ thị log p-i
Từ các thông số làm việc tại các điểm nút, sử dụng bảng hơi bão hòa R314a và đồ thị xác định được các thông số nhiệt động tại các điểm nút của chu trình. Các thông số cụ thể được trình bày trong bảng 4.1
Bảng 4.1 Bảng thông số các điểm nút của chu trình
Điểm t[oC] p[bar] I[kJ/kg] s[kJ/kgK] v[m3/s]
1 0 2,91 397,21 1,723 - 1’ 10 2,91 406,2 1,755 0,073 2s 68,60 14,84 441,93 1,755 - 2r - 14,84 457,24 - 3 55 14,84 278,66 - - 3’ 50 14,84 269,67 - - 4 0 2,91 269,67 - -
P a g e | 43
Giả sử hiệu suất không thuận nghịch 𝜂𝑠 = 0,7, khi đó entanpy tại trạng thái 2r là: 𝐼2𝑟 = 𝐼1′ + 𝐼2𝑠 − 𝐼1′
𝜂𝑠 = 406,2 +
441,93 − 406,2
0,7 = 457,24 [𝑘𝐽/𝑘𝑔]
Nhiệt độ điểm 3’ được xác định theo phương trình cân bằng nhiệt trong thiết bị hồi nhiệt với giả thiết bỏ qua các tổn thất
𝐼3 − 𝐼3′ = 𝐼1′ − 𝐼1 Từ đó suy ra:
𝐼3′ = 𝐼3 − 𝐼1′ + 𝐼1 = 278,66 − 406,2 + 397,21 = 269,67 [𝑘𝐽/𝑘𝑔]
Với I3’ = 269,67 [kJ/kg] và P3’ = P3 = 14,84[bar], sử dụng phần mềm coolpack xác định được nhiệt độ t3’ = 50oC. Như vậy độ quá lạnh là:
∆𝑡𝑞𝑙 = 55 − 50 = 5 [℃] Lưu lượng môi chất lạnh trong hệ thống thực:
𝐺 = 𝑄0𝑡𝑡 𝑖1′− 𝑖4 =
1507,09
406,2 − 269,67 = 11,04 [𝑘𝑔/𝑠]
Năng suất lạnh khối lượng riêng: 𝑞0 = 𝑖1′− 𝑖4 = 406,2 − 269,67 = 136,53 [𝑘𝐽
𝑘𝑔] Năng suất nhiệt riêng: 𝑞𝑘 = 𝑖2𝑟 − 𝑖3′ = 457,24 − 269,67 = 187,57[𝑘𝐽
𝑘𝑔] Công nén riêng: 𝑙 = 𝑖2𝑠 − 𝑖1 = 441,93 − 397,21 = 44,72 [𝑘𝐽
𝑘𝑔] Công suất dàn ngưng tụ :
𝑄𝑘 = 𝐺 . 𝑞𝑘 = 11,04 . 187,57 = 2070.5[𝑘𝑊] Thể tích hút lý thuyết trong hệ thống thực:
𝑉 = 𝑚. 𝑣1′= 11,04 . 0,073 = 0,81[𝑚3/𝑠] Phụ tải của thiết bị hồi nhiệt:
𝑄𝐻𝑁 = 𝐺. (𝐼1′ − 𝐼1) = 11,04 ( 406,2 − 397,21) = 99,25 [𝑘𝑊] Hệ số bơm nhiệt của hệ thống:
𝜑 =𝑞𝑘 + 𝑞𝑜
𝑙 =
187,57 + 136,53
44,72 = 7,24