Автор: Пользователь скрыл имя, 15 Мая 2012 в 18:50, курсовая работа
Цель работы Совершенствование метода проектирования холодильных систем с целью повышения их эффективности.
Задачи работы
1. На основании системного подхода разработать иерархию холодильных систем и их элементов для рационального построения математических моделей, описывающих их характеристики и повышения обоснованности выбора рабочих параметров.
2. Определить множество независимых переменных и управляющих воздействий, и распределить их по уровням систем согласно разработанной иерархии.
3. Математически описать формирование облика и определения характеристик систем каждого уровня, позволяющее охватить различное их схемное решение, применение любого холодильного агента, включая смеси, а также всех актуальных типов компрессоров и теплообменных аппаратов.
4. Описать характеристики элементов холодильных систем (компрессоров, теплообменных аппаратов и др.) с использованием универсальных математических подходов.
5. Провести экспериментальное исследование холодильной системы и получить ее внешние характеристики с целью верификации расчетной модели.
6. Провести анализ экспериментальных характеристик созданных и испытанных холодильных систем.
В процессе численного эксперимента были рассчитаны характеристики более десяти испытанных машин разного назначения. Некоторые результаты приведены в данной работе:
Морская водоохлаждающая машина МХМВ-175 с винтовым компрессором: холодильный агент R134a. Спецификационный режим: холодопроизводительность 175 кВт; потребляемая мощность 46 кВт; ts2 = 7°С; tw1 = 32°С; расход воды 11,1 кг/с; расход хладоносителя 9,8 кг/с.
Максимальное расхождение расчётных и замеренных значений характеристик составило 10%. Удовлетворительное согласование расчетных и экспериментальных данных подтверждается как на уровне элементов, так и на уровне систем. Достаточно высокая сходимость экспериментальных и расчетных данных позволяет сделать вывод о достоверности разработанного метода.
Рис. 6. Результаты эксперимента Расчет: Gs = 0,4 кг/с; Gs = 0,28 кг/с. Эксперимент: ● Gs = 0,4 кг/с, ■ Gs = 0,28 кг/с
|
Рис. 7. Результаты расчета машины МХМВ-175
Расчет Эксперимент
В шестой главе представлено применение разработанного метода.
Универсальный метод проектирования и комплекс программ (рис. 8) позволяет решать множество практических задач, направленных на повышение эффективности разрабатываемых холодильных систем.
Рис. 8 Структура программного комплекса для расчета
характеристик холодильных систем
Расчет параметров термодинамических циклов холодильных машин с соответствующих произвольным схемным решениям, с использованием любого холодильного агента, включая смеси, сопоставление эффективности различных схемных решений и холодильных агентов.
Проектирование широкой гаммы холодильных машин, работающих на экологически безопасных холодильных агентах, в том числе на базе новейших конструкций компрессоров и теплообменных аппаратов.
Расчет оптимальных соотношений объемных производительностей ступеней компрессоров в двухступенчатых системах первого уровня для разных сочетаний t0, tк.
Расчет характеристик создаваемых холодильных машин по нескольким экспериментальным реперным точкам с целью сокращения объема теплотехнических испытаний.
С применением универсального метода в ОАО «ВНИИХОЛОДМАШ-ХОЛДИНГ» разработан модельный ряд высокоэффективных малоаммиакоемких холодильных машин. В качестве примера приведены данные для холодильной машины: Q0 = 590 кВт, ts2 = 0…–7°С (спецификационный режим ts2 = –5°С), tw1 = 25°С
Показатели качества | Базовые значения | Достигнутые значения |
Удельная аммиакоемкость | 0,150 | 0,1 |
Холодильный коэффициент | 3,2 | 3,5 |
Удельная металлоемкость | 11,0 | 9,0 |
Удельная площадь | 0,020 | 0,015 |
Удельная установленная мощность | 0,325 | 0,315 |
Основные результаты и выводы работы
1. Разработан универсальный метод расчета характеристик парокомпрессионных холодильных систем для любого рабочего вещества, схемного решения, состава элементов как в спецификационном режиме, так и в диапазоне изменения рабочих температур.
2. Показано, что для разработки универсальной модели необходимо применение системного подхода, который предусматривает деление системы на элементарные уровни, описание их характеристик, а затем синтез их в целое.
3. Получены обобщенные характеристики рабочих коэффициентов компрессоров объемного принципа действия в зависимости от обоснованного в работе набора определяющих параметров с применением нейронной сети.
4. Установлены определяющие параметры теплообменных аппаратов в рамках проектного расчета системы, достаточные для расчета характеристик систем и последующего конструирования аппаратов.
5. Предложено деление теплообменных аппаратов по типу организации потоков и обосновано применение дифференциального или интегрального метода теплового и гидравлического расчетов в зависимости от типа.
6. Использован математический аппарат на основе функции влияния для оценки допустимых значений невязки в итерационных процедурах и оценки допустимости потерь давления в аппаратах холодильных систем.
7. Получено подтверждение достоверности расчетной модели на основе верификации результатов в сравнении экспериментальными характеристиками холодильных машин.
8. Разработаны рекомендации по применению универсального метода расчета и комплекса программ при проектировании, исследовании и оценки эффективности холодильных систем. Выполнены расчеты для реально создаваемых холодильных машин.
Условные обозначения:
— температуры кипения и конденсации, К, — плотность рабочей среды на входе и выходе соответственно, кг/м3, — средняя плотность рабочей среды, кг/м3; — массовый расход на входе в контрольный объем, кг/с; — массовый расход на выходе из контрольного объема, кг/с, — массовая теплоемкость, кДж/(кг К); — коэффициент теплоотдачи, усредненный по поверхности, Вт/(м2 К); — площадь теплопередающей поверхности; — усредненная по площади температура рабочей среды, К; — усредненная по площади температура стенки, К; — теплота, отводимая в окружающую среду, кВт, — падение давления в аппарате; — длина канала, м; — коэффициент гидросопротивления; П — смоченный периметр, м; z — координата поверхности изменения температуры, м; p — давление рабочей среды, Па; w — скорость рабочей среды, м/с; M — массовая скорость рабочей среды, кг/(м2 с); — гидравлический диаметр проходного сечения канала, м; — плотности насыщенной жидкости и пара соответственно, кг/м3; x — степень сухости пара; — истинное паросодержание; — поправка на трение при двухфазном потоке.
Основные положения диссертации опубликованы
в следующих работах:
1. Калнинь И.М., Поляков П.С. Разработка автоматизированного метода расчета парокомпрессионных холодильных систем // «Холодильная техника». 2010, № 9.
2. Калнинь И.М., Поляков П.С. Математическая модель расчета параметров теплообменных аппаратов в составе холодильных систем // «Холодильная техника». 2011, № 5, №6
3. Калнинь И.М., Поляков П.С. Применение универсального метода расчета характеристик для повышения эффективности создаваемых холодильных систем // «Химическое и нефтегазовое машиностроение». 2011, №8
4. Система автоматизированного проектирования парокомпрессионных холодильных установок / Поляков П.С., Мищенко Л.В. — Сборник тезисов докладов международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационные разработки в области техники и физики низких температур», М.: МГУИЭ, 2010, с. 213—215.
5. Методика построения математической модели холодильной системы / Калнинь И.М., Поляков П.С. — Тезисы докладов научной конференции студентов и молодых ученых МГУИЭ, М.: МГУИЭ, 2009, с. 102—103.
6. Исследование характеристик холодильного поршневого герметичного компрессора с целью формирования алгоритма оптимального регулирования параметров холодильной системы / Калнинь И.М., Поляков П.С. — Тезисы докладов VIII международной конференции молодых специалистов «Исследование, конструирование и технология изготовления компрессорных машин», Казань: «Слово», 2009, с. 55—56
Подписано в печать « » сентября 2011 г. Печать офсетная, Бумага 80 гр/м2 Формат 60×90/16. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № Оригинал подготовлен автором Отпечатано на множительной технике МГУИЭ 105066, г. Москва, ул. Старая Басманная, 21/4 |
14