вихревая труба. Расчет и оптимизация параметров вихревой трубы

• Название: Расчет и оптимизация параметров вихревой трубы
• Дата: 14.10.2019
• Размер: 1.44 Mb.
• Имя файла: вихревая труба.docx
• Тип: Документы; #89987
• страница: 2 из 9

Основным критерием для выбора режима работы отдельных агрегатов схамы при их совместном использовании является достижение необходимой температуры воздуха, поступающего в камеру климатических испытаний при максимально возможной энергетической эффективности работы схемы.

Опишем работу отдельных узлов аналитическими зависимостями.

2.1 Теплообменные аппараты 5.

Рассмотрим теплообменник 5а.



Запишем уравнение теплового баланса для теплообменника 5а с учетом уравнения сохранения энергии

Так как , а , то уравнение для теплообменника 5а примет вид
.

;

;

;

.

Расходы найдем по формулам:
;

.
Давление:
;


Рассмотрим теплообменник 5б.

Запишем уравнение теплового баланса для теплообменника 5б с учетом уравнения сохранения энергии

Так как , а , то уравнение для теплообменника 5а примет вид
.

;

;

;
, тогда составим систему уравнений
;

.
Примем, что , , ; и зная, что , получим
.
Из второго выражения системы выразим :
.
Подставим получившееся выражение для в первое уравнение системы
.

Отсюда
.
Расходы определим по формулам:
;

.
Давление:
;


2.2 Противоточная вихревая труба 3.



Запишем уравнение теплового баланса с учетом уравнения сохранения энергии
.
Примем , а . Тогда уравнение баланса примет вид

,
где , а .
Отсюда
.
Найдем расходы:
;

;

.
Давление

; ;
2.3 Охлаждаемый объект 2.


Запишем уравнение теплового баланса с учетом уравнения сохранения энергии
.
Температура на выходе из холодильной камеры
.
Температура на выходе из сопла противоточной вихревой трубы
.
Расходы
;

.
Давление:

.
2.4 Подогреваемый объект 1.


Запишем уравнение теплового баланса с учетом уравнения сохранения энергии
.
Относительная доля потока
.
Температура на входе в подогреваемый объект
.
Тогда температура на выходе из объекта
.
Расходы
;

.
Давление:



2.5 Двухконтурная вихревая труба 4.

Эффект охлаждения:
, где .
определяется из уравнения для противоточной трубы 3.

Запишем уравнение теплового баланса с учетом уравнения сохранения энергии
.
Составим систему уравнений
;

.
Примем, что , , ; и зная, что , получим

.
Из второго выражения системы выразим :
.
Подставим получившееся выражение для в первое уравнение системы
.
Отсюда
.
Расходы
;

.
Давление:
; .

2.6 Эжектор 6.


Запишем уравнение теплового баланса для эжектора
.
Нам известно, что , . Если мы разделим каждое слагаемое уравнения баланса на , то получим
.
Расходы
;

;

.
Давление:

; ; .
Адиабатный КПД системы, характеризующий внутреннее совершенство процесса энергоразделения в вихревых трубах, рассчитывается по зависимости
, где .
Термический КПД
,

где ; – изоэнтропное охлаждение газа в процессе адиабатного истечения от давления дополнительно вводимых масс газа до давления среды, в которую происходит истечение охлажденных масс.

Эксергетический КПД будем определять следующим образом
,
где – полезно используемая эксергия; – полная эксергия привода.
,

где – эксергия привода для производства кг/с газа, сжатого до давления ;

– эксергия привода, необходимая для сжатия кг/с газа до давления .

Составим систему уравнений:
;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.
Решая данную систему уравнений, мы найдем все неизвестные величины.

Приведем пример для наиболее оптимального режима.

Выбираем

Подставим все в систему:
;

;

;

.

;











.



.
Давления и расходы представлены в таблицах 2.1 и 2.2:

0,0044	0,0044	0,0027	0,0248

Результаты расчетов сведены в таблицы 2.3, 2.4, 2.5 и представлены на рисунках 2.1, 2.2, 2.3.
Таблица 2.1

		-	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,86	0,88	0,9
		-	0,852	0,86	0,87	0,882	0,896	0,912	0,937	0,934	0,942
		-	0,263	0,357	0,455	0,556	0,66	0,769	0,837	0,871	0,882
		К	293	293	293	293	293	293	293	293	293
		К	248	248	248	248	248	248	248	248	248
		К	298	298	298	298	298	298	298	298	298
		К	243	243	243	243	243	243	243	243	243
		К	279,3	276,7	273,6	269,8	265,6	260,9	254	254,8	252,7
		К	238	238	238	238	238	238	238	238	238
		К	297,1	302,6	309,1	317,6	330,1	352,8	352,3	390,9	384,5
		К	252,5	257,1	262,8	269,9	280,6	299,9	299,5	332,3	326,9
		К	298,4	297,6	296,5	295,2	293,3	289,8	289,9	283,9	284,9
		К	315,9	320,2	325,3	331,9	341,5	359,1	358,7	388,6	383,7
		К	293,4	292,6	291,5	290,2	288,3	284,8	284,9	278,9	279,9
		К	298	298	298	298	298	298	298	298	298
		К	315,9	320,2	325,3	331,9	341,5	359,1	358,7	388,6	383,7
		К	293	293	293	293	293	293	293	293	293
		К	298	298	298	298	298	298	298	298	298
		К	290,4	291,2	292,1	293,3	295,1	298,3	298,2	303,7	302,8
		%	13,8	16,5	19	21	21,1	19,5	16,7	15	14
		%	5,6	6,5	7,4	8	8,16	7,80	6,80	6,1	5,1
		%	29,5	36,1	41,4	45,8	49	46,8	41	36,1	31,5

Таблица 2.2

		-	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,86	0,88	0,9
		-	0,828	0,841	0,855	0,871	0,889	0,91	0,925	0,932	0,94
		-	0,263	0,357	0,455	0,556	0,66	0,769	0,837	0,871	0,882
		К	293	293	293	293	293	293	293	293	293
		К	248	248	248	248	248	248	248	248	248
		К	298	298	298	298	298	298	298	298	298
		К	243	243	243	243	243	243	243	243	243
		К	287,4	282,9	278,4	273,2	267,7	261,5	257,3	255,4	253,2
		К	238	238	238	238	238	238	238	238	238
		К	308,6	312,9	318,7	326,1	337,1	355,7	375,8	395,9	389,9
		К	268,5	272,3	277,3	283,7	293,2	309,5	326,9	344,4	339,2
		К	295,1	294,5	293,5	292,4	290,6	287,6	284,4	281,2	282,2
		К	332,3	335,7	340,3	346,2	354,9	369,8	385,9	401,8	397,1
		К	290,1	289,5	288,5	287,4	285,6	282,6	279,4	276,2	277,2
		К	298	298	298	298	298	298	298	298	298
		К	332,3	335,7	340,3	346,2	354,9	369,8	385,9	401,8	397,1
		К	293	293	293	293	293	293	293	293	293
		К	298	298	298	298	298	298	298	298	298
		К	293,1	293,7	294,5	295,6	297,2	299,9	302,8	305,7	304,9
		%	12,8	15,9	18	19,3	19,6	18,3	15	13	12,3
		%	4,6	5,678	6,8	7,478	7,68	7,32	6,3	5,378	4,341
		%	26	33,5	39,6	44	47	45	39,6	34,7	29,7

Таблица 2.3

		-	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,86	0,88	0,9
		-	0,8	0,824	0,843	0,862	0,883	0,906	0,922	0,928	0,937
		-	0,263	0,357	0,455	0,556	0,66	0,769	0,837	0,871	0,882
		К	293	293	293	293	293	293	293	293	293
		К	248	248	248	248	248	248	248	248	248
		К	298	298	298	298	298	298	298	298	298
		К	243	243	243	243	243	243	243	243	243
		К	287,4	282,9	278,4	273,2	267,7	261,5	257,3	255,4	253,2
		К	238	238	238	238	238	238	238	238	238
		К	308,6	312,9	318,7	326,1	337,1	355,7	375,8	395,9	389,9
		К	290,1	294,2	299,6	306,6	316,8	334,4	353,3	372,1	366,5
		К	290	289,2	288,2	286,9	284,9	281,7	278,2	274,6	275,7
		К	357,9	361,8	366,9	373,4	383	399,4	417,2	434,8	429,6
		К	285	284,2	283,2	281,9	279,9	276,7	273,2	269,6	270,7
		К	298	298	298	298	298	298	298	298	298
		К	357,9	361,8	366,9	373,4	383	399,4	417,2	434,8	429,6
		К	293	293	293	293	293	293	293	293	293
		К	298	298	298	298	298	298	298	298	298
		К	296,7	297,4	298,3	299,4	301,1	304,1	307,2	310,4	309,4
		%	8,39	10,9	14,1	15,5	15,7	15,1	13,4	12	11,4
		%	3,7	5	6,3	7	7,3	7	6	4,9	4
		%	23,6	30,8	36,7	42,3	45,1	43,3	36,7	32,1	27,5

Рис.2.1 – 1 – Зависимость адиабатного КПД схемы от суммарной доли

_{охлажденного потока} при

2 – Зависимость адиабатного КПД схемы от суммарной доли

охлажденного потока при

3 –Зависимость адиабатного КПД схемы от суммарной доли охлажденного потока при


Рис.2.2 – 1 – Зависимость эксергетического КПД от суммарной доли охлажденного потока при

2 – Зависимость эксергетического КПД от суммарной доли охлажденного потока при

3 – Зависимость эксергетического КПД от суммарной доли охлажденного потока при



Рис.2.3 – 1 – Зависимость термического КПД от суммарной доли охлажденного потока

2 – Зависимость термического КПД от суммарной доли

охлажденного потока при

3 – Зависимость термического КПД от суммарной доли

охлажденного потока при