Bài giảng Nhiệt động lực học - Chương 12: Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt - Hà Anh Tùng

Nội dung text: Bài giảng Nhiệt động lực học - Chương 12: Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt - Hà Anh Tùng

1. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Chương 12: Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt ¾ 12.1 Khái niệm chung ¾ 12.2 Chu trình lạnh dùng khơng khí ¾ 12.3 Chu trình lạnh dùng hơi p.1
2. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 12.1 Khái niệm chung ¾ Máy lạnh/Bơmnhiệt: chuyển CƠNG thành NHIỆT NĂNG Nguồn nĩng Chu trình ngược chiều Q 1 p W Máy lạnh , 3 2 Bơm nhiệt Q2 4 1 Nguồn lạnh v p.2
3. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM * MÁY LẠNH: mục đích lấy đi nhiệt lượng Q2 từ khơng gian cần làm lạnh Nguồn nĩng Q1 W Máy lạnh Q2 Phịng Q Q Hệ số làm lạnh: ε = 2 = 2 W Q1 − Q2 p.3
4. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM * BƠM NHIỆT: mục đích đưa nhiệt lượng Q1 vào khơng gian cần sưởi ấm Phịng Q1 W Bơm nhiệt Q2 Nguồn lạnh ¾ Hệ số làm nĩng: Q Q ϕ = 1 = 1 > 1 W Q1 − Q2 p.4
5. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 12.2 Chu trình lạnh dùng khơng khí Tính tốn như với khí lý tưởng ¾ Một trong những máy lạnh đầu tiên được sử dụng ¾ Hệ số lạnh khơng cao ¾ Vì hệ số tỏa nhiệt của KK khá nhỏ Ỉ kích thước hệ thống lớn Hiện nay khơng cịn sử dụng máy làm lạnh bằng KK. Một trường hợp đặc biệt cịn sử dụng hệ thống này là hệ thống điều hịa KK trên máy bay. ( Cĩ thể xem thêm phần tính tốn hệ thống điều hịa KK trên máy bay trong sách “Nhiệt động lực học kỹ thuật”) p.5
6. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Sơđồ nguyên lý của chu trình lạnh dùng KK q1 Buồng wgn w 3 giải nhiệt 2 mn Thiết bị giãn nở Máy nén KK Buồng 4 làm lạnh 1 q2 1-2: qt nén KK đoạn nhiệt 3-4: qt giãn nở KK đoạn nhiệt 2-3: qt KK thải nhiệt đẳng áp 4-1: qt KK nhận nhiệt đẳng áp p.6
7. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Tính tốn chu trình lạnh dùng KK q p 1 T q 1 2 3 2 wmn 3 wmn 1 wgn wgn 4 1 4 q q2 2 v s - Để xác định thơng số trạng thái của các điểm 1, 2, 3, 4 Ỉ cần biết 4 thơng số * Ví dụ cho biết p1, T1, p2, T3 (xem Ví dụ 12.2 sách “Nhiệt động học kỹ thuật”) RT1 3 Điểm 1: biết p1, T1 v1 = (m / kg) (với R = 8314/29 J/kg.độ ) p1 k −1 ⎛ p ⎞ k Điểm 2: biết p , 1-2 đoạn nhiệt ⎜ 2 ⎟ 2 T2 = T1 ⎜ ⎟ (vớik = 1.4) ⎝ p1 ⎠ p.7
8. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Điểm 3: biết T3 , 2-3 đẳng áp p3 = p2 k −1 k −1 ⎛ p ⎞ k ⎛ p ⎞ k Điểm 4: 3-4 đoạn nhiệt ⎜ 4 ⎟ ⎜ 1 ⎟ T4 = T3 ⎜ ⎟ = T3 ⎜ ⎟ ⎝ p3 ⎠ ⎝ p2 ⎠ 4-1 đẳng áp p4 = p1 * Cơng máy nén cần cung cấp cho 1 kg KK: vì 1-2 là quá trình đoạn nhiệt wmn = wKT (1−2) = kcv ()T1 − T2 = c p (T1 − T2 ) kJ / kg * Cơng do 1kg KK sinh ra tại thiết bị giãn nở: wgn = wKT (3−4) = c p (T3 − T4 ) kJ / kg * Nhiệt lượng má 1kg KK nhận vào tại buồng lạnh: q2 = q4−1 = c p (T1 − T4 ) kJ / kg * Nhiệt lượng má 1kg KK thải ra tại buồng giải nhiệt: q1 = q2−3 = c p (T3 − T2 ) kJ / kg q * Hệ số làm lạnh: ε = 2 wmn + wgn p.8
9. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 12.3 Chu trình lạnh dùng hơi Hơi bão hịa Phải tra bảng Hơi quá nhiệt ¾ Là hệ thống máy lạnh được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Fréon 22 (R-22) Fréon 11 (R-11) ¾ Một số tác nhân lạnh thường sử dụng: Fréon 12 (R-12) Ammonia (NH3) p.9
10. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Sơđồ nguyên lý của chu trình lạnh dùng hơi q1 Dàn ngưng tụ w 3 (Dàn nĩng) 2 mn Van tiết lưu Máy nén Dàn bay hơi 4 (Dàn lạnh) 1 q2 1-2: qt nén hơi đoạn nhiệt 3-4: qt hơi giãn nở đẳng entanpi ( i4 = i3 ) 2-3: qt hơi thải nhiệt đẳng áp 4-1: qt hơi nhận nhiệt đẳng áp p.10
11. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Tính tốn chu trình lạnh dùng hơi log p i - Để xác định thơng số trạng thái của các điểm 1, 2, 3, 4 Ỉ cần biết 2 thơng số * Ví dụ cho biết p3 , T1 , hơi sử dụng là R-22 (Vd 12.3 sách “Nhiệt động học KT”) Tra bảng hơi R-22 bão hịa i1 = i′′ Điểm 1: biết T1 áp suất sơi p1 và ứng vớiT1 s1 = s′′ p = p Điểm 2: hơi quá nhiệt, biết 2 3 Tra bảng hơi R-22 quá nhiệt i s2 = s1 2 p.11
12. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Tra bảng hơi R-22 bão hịa Điểm 3: lỏng sơi, biết p 3 i3 = i′ T4 = T1 Điểm 4: hơibãohịaẩm, biết x4 i4 = i3 * Cơng cần cung cấpcho w = w = i − i kJ / kg 1 kg hơi của máy lạnh: ml KT (1−2) 2 1 * Nhiệt lượng 1 kg hơi nhận vào tại dàn lạnh: q2 = i1 − i4 kJ / kg * Nhiệt lượng 1 kg hơi thải ra tại dàn nĩng: q1 = i2 − i3 kJ / kg * Hệ số lạnh của chu trình: q2 i1 − i4 i1 − i3 ε = = = kJ / kg ()do i4 = i3 wml i2 − i1 i2 − i1 p.12
13. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Một số ví dụ tính tốn VD 1: bài 4 đề 2 ( Kiểm tra cuối HK I 4/1/2006) p.13
14. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Giải: Biết: ¾ Tác nhân lạnh: R-22 ¾ p3 = 18 bar o ¾ t1 = 10 C ¾ Năng suất lạnh = G*q41 = 10kW 1) Xác định entanpi tại 1, 2, 3, 4 -Từ 2 thơng số t1 , p3 đã biết Ỉ tính tốn hồn tồn tương tự như phần trước p.14
15. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Dàn ngưng tụ 2) Tính năng suất giải nhiệt ở dàn nĩng 3 (Dàn nĩng) 2 Q1 = G ()i2 − i3 (kW ) VớiG (kg/s) là lưu lượng hơi R-22 chạy trong hệ thống trong thời gian 1s , G được tính từ năng suất lạnh đã biết: 10 (i − i ) G = kg / s Q = 10 2 3 (kW ) i − i 1 ()i − i 1 4 p.15 1 4
16. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 3) Xác định lưu lượng của không khí đi qua dàn ngưng tụ và độ ẩm của không khí ra khỏi dàn ngưng tụ. Cho biết không khí đi vào dàn ngưng tụ có nhiệt độ và độ ẩm lần lượt là 30oC và 80%, không khí đi ra khỏi dàn ngưng tụ có nhiệt độ là 45oC. (1điểm) - Đây là quá trình KK ẩm được gia KK ẩm nhiệt . o KK ẩm t1 = 30 C t = 45oC ϕ1 = 80% 2 Dàn ngưng tụ -Nếu gọiGKK (kg/s) là lưu lượng (Dàn nĩng) KK ẩm đi qua dàn ngưng tụ, nhiệt lượng KK ẩm nhận được trong 1s chính là Q 1 tính ở phần trên Q1 Q1 = GKK (I 2 − I1 ) GKK = kg / s I 2 − I1 p.16
17. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ) a ) /kg a kJ ( i I anp % d (g/kg nt 0 E 8 i = ơ 0 % ϕ 1 10 ah ϕ = ứ d = const 1 2 ch 30oC 45oC Độ Nhiệt độ t (oC) Điểm 2: Q G = 1 kg / s KK I − I p.17 2 1
18. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM VD 2: bài 4 đề 13 ( Kiểm tra cuối HK 21/6/2006) p.18
19. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Giải: o t3 = 47 C p3 = p2 = 18 bar o t4 = 6 C p4 = 6 bar > t4 1 là hơi R-22 quá nhiệt 2 Các phần tính tốn tiếp theo tham khảo 1 trong đáp án p.19